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基于单片机湿度测量电路设计研究 毕业设计论文.doc

基于单片机湿度测量电路设计研究 毕业设计论文

tang爱香
2018-12-29 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于单片机湿度测量电路设计研究 毕业设计论文doc》,可适用于战略管理领域

基于单片机湿度测量电路设计研究毕业设计论文基于单片机湿度测量电路设计研究摘要:在工业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门经常需要对环境温湿度进行测量和控制准确测量温湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。但是相比而言测量湿度要比测量温度更加复杂这是因为温度是个独立的被测量而湿度却受到大气压和温度的影响。而且在社会信息科学的发展过程中控制理论和电子技术也在不断更新基于微控制器的高度智能化测控技术逐步成为现实。其中以单片机为核心实现数字控制器因其体积小、成本低、功能强、简便易行而得到了广泛的应用。湿度测控由于其重要性的日益突出技术也越来越成熟。本文主要讨论基于单片机的湿度元件检测系统设计研究。本系统以湿度传感器HS作为测量的器件所得到的数据经过脚时基集成电路NE振荡电路处理后通过ADC模数转换器件接入到ATS单片机以单片机为核心对数据进行记录、存储、处理和报警。本文在设计过程中首先讨论并选择系统的总体设计方案其次对传感器、AD转换器和单片机进行设计和选择再次对单片机及其跟PC机进行通信的接口进行电路及软件系统的设计等几个方面为主做了系统的研究。本系统的设计还处于理论阶段是在论证了各种方案和搜集了各种的资料后提出的一种切实可行的室内湿度监测系统。本系统完全满足一般小室内环境的湿度测控系统的要求实现了对室内湿度状况的全面、实时和长期的监测也实现了室内湿度检测的自动化智能化。关键词:单片机湿度传感器模数转换器件AD转换器。Inindustrialproduction,weather,environmentalprotection,scientificresearch,nationaldefense,aerospaceandotherdepartments,oftenneedtoenvironmentaltemperatureandhumiditymeasurementandcontrol,accuratemeasurementoftemperatureandhumidityforpharmaceutical,foodprocessing,paperandotherindustriesiscrucialButincontrast,measurementofhumiditythanthemeasuredtemperatureismorecomplex,thisisbecausethetemperatureisanindependentbeingmeasured,andthehumidityissubjectedtoatmosphericpressureandtemperatureeffectsButalsointhesocialinformationsciencedevelopment,controltheoryandelectronictechnologyalsoisbeingupdatedceaselessly,microcontrollerbasedhighlyintelligentcontroltechnologyisgraduallybecomingarealityThesinglechipmicrocomputerasthecoredigitalcontrollerbecauseofitssmallvolume,lowcost,strongfunction,convenientandwidelyusedHumiditycontrolbecauseofitsimportanceisoutstandingdaybyday,moreandmorematuretechnologyThispapermainlydiscussesthehumiditybasedonsingleelementdetectionsystemdesignandresearchThesystemisbasedontheHUMIRELhumiditysensorHSasthemeasuringdevice,theobtaineddataafterfeetatimebaseintegratedcircuitNEtreatedbyADCoscillatingcircuit,analogtodigitalconverteraccesstoATSsinglechip,singlechipmicrocomputerasthecorefordatarecording,storage,processingandalarmInthispaper,inthedesignprocess,firstofall,discussandchoosethesystem'soveralldesignsecondly,thesensor,ADconverterandsinglechipmicrocomputerdesignandselectionagain,tocommunicatewithMCUandPCinterfacecircuitandthesoftwaresystemdesignandotheraspectsmainlydonethesystemresearchThedesignofthissystemisstillinthestageoftheoryisdemonstrated,inavarietyofprogramsandcollectallsortsofinformationpresentedafterafeasibleinteriorhumiditymonitoringsystemThesystemfullymeetthegeneralsmalllaboratoryhumiditymeasurementandcontrolsystemrequirements,theindoorhumidityconditioncomprehensive,realtimeandlongtermmonitoring,alsomaketheindoorhumiditydetectionbyintelligentautomationKeywords:SCM,humidity,sensor,analogtodigitalconverter,ADconverter目录第一章前言概述实验室湿度测控的意义实验室湿度测控的现状与发展传统的分立式湿度测量模拟集成湿度传感器测量智能湿度传感器测量本课题的设计方案第二章湿度测量电路设计传感器的认识传感器的静态特性传感器的动态特性湿度传感器的选择湿度及其表示方法湿度传感器HS湿度测量电路NE时基电路基于振荡电路的湿度测量电路设计第三章核心电路的设计ADC模数转换器ADC应用简介测湿电路与单片机连接湿度误差补偿插值法子程序单片机电路的设计MCS单片机ATS单片机时钟晶振电路和复位电路总体电路系统LED报警设计系统总设计电路PCB版图设计第四章单片机与PC间的串行通讯RSC接口单片机和PC通信连接简单软件设计下位机软件设计上位机程序设计第五章结论附录参考文献致谢第一章:前言绪论:湿度被定义为表示大气干燥程度的物理量。即在一定的温度下在一定的体积的空气里含有的水汽越少则空气越干燥水汽越多则空气越潮湿。湿度测量技术的发展已有多年的历史人们早就发现了人的头发随大气湿度变化而伸长或缩短的现象因而制成了毛发湿度计。但是人们对于湿度传感器中的湿敏元件的认识是从年美国FWDunnore研制成功浸涂式氯化锂湿敏元件才开始的。无论是在科研、实验生产、粮食储备、军火储备还是植物生长、大学校园里面的室内环境元器件的保养湿度的测量、传输和控制都跟其有着密不分的关系。环境的湿度有人们的视野里出现并其重要性逐渐提高使湿度的测控具有与环境温度的测控有着相同的重要意义。为了确保实验生产过程中得到很好的质量保证为了确保室内环境的元器件能够很好延续使用生命周期湿度测量的提出已经引起了工作者的注意。在现代社会信息科技的不断迅速发展中计算机技术、网络传输和湿敏元件的高速更新使得湿度的测量正朝着自动化、网络化发展。在室内环境的监控中湿度测量的出现使得元器件的保养达到更好、使用周期更长、性能保持更好。所以室内环境湿度测控有着广阔和应用发展空间。现在技术中对湿度的测量有方法多种多样也较为容易实现。但精度和反应度却是各种方法中的瓶颈本系统的设计就是从精度上和高反应度上进行测控、选器件、系统的设计尽可能使做出来的系统可以更好更精确更实时地检测到室内湿度的变化并及时读取数据进行处理最终显示在个人电脑终端使得工作者能够在最短的时间内对环境不断发生变化的湿度有着实时的了解并可以针对不同的状况做出不同的反应。室内环境湿度测控的意义每个室内环境都有着自己的微小气候在其中湿度有着非常重要的影响力。高湿容易使人体散热量增加、容易使人体丧失热蒸发机能导致热疲劳。室内环境湿度高于为高气湿人将感到不适低于为低气湿人感到口鼻干燥最舒适的湿度为,。在室内环境所使用的各种仪器设备中空气湿度对其影响是非常明显的无论是使用过程对精度的影响还是在保养过程中使得容易老化容易被侵蚀。综上所述无论是从人体健康的角度还是从元器件使用的角度上看对室内环境的湿度测控的意义都是非常重大的。室内环境湿度测控的现状与发展人们研究湿度测量的历史也算是久远对在室内环境中进行湿度测控也更是随着实验信息技术的发展而不断更新换代。室内环境室内湿度测控的发展大致经历了以下三个阶段:传统的分立式湿度测量模拟集成湿度传感器测量智能湿度传感器测量。传统的分立式湿度测量传统的电阻湿度计、半导体湿敏元器件等都属于分立式湿度测量元件使用这些元器件来进行测量湿度的统称为分立式湿度测量。世纪年代以来随着传统的电阻、电容湿度计的出现湿度测量走向了一个新的台阶。此类测量方法所使用的元件通常不能单独完成测量任务使用时还需要配上二次仪表才能完成湿度测量及控制功能。其主要缺点是外围电路比较复杂、测量精度比较低、分辨力不高还有就是它们的体积比较大、使用起来不够方便。所以传统的分立式湿度测量方法受到了现在科学技术发展的挑战已经逐渐被淘汰。到了世纪年代这种室内湿度测控已经很难再找到了。模拟集成湿度传感器测量在世纪年代中采用硅半导体集成工艺的集成湿度传感器问世它是将湿度传感器集成在一个芯片上、可完成湿度测量及模拟信号输出功能的专用IC它属于最简单的一种集成湿度传感器。用这种模拟集成湿度传感器来进行室内环境室内湿度测控外围电路是较为简单所以这种测量方法最为广泛应用。本系统也是基于这样集成IC的传感器HS来进行设计的。智能湿度传感器测量智能湿度传感器的未来测量发展的一个重要的方向也是室内湿度测控的必然发展更是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。智能湿度测控器也是在智能湿度传感器的基础上发展起来的。智能湿度测控器适配各种微控制器构成智能化湿敏控制系统它们还可以脱离微控制器单独工作自行构成一个温控仪既可以工作在连续转换模式亦可选择单次转换模式。进入世纪的第一个年代智能湿度测控技术正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器测量和网络传感器测控、研制单片测量系统等高科技的方向迅速发展。总之随着计算机技术、应用电子技术、传感器智能化技术、机械电子一体化技术和计算机网络技术研究的发展室内湿度测控已经成为各个国家在保养电子元器件、实时监测室内湿度等国际市场竞争力的前沿性研究领域。本课题的设计方案本课题所设计的系统有三个原则:、操作维护方便为了利于系统的推广在设计时应该充分采用操作内置或简化的方法以尽量减少对操作人员专用知识的要求也便于进行维修。、可靠性本系统所有的环节中都应该有着可靠性的思想从选用可靠性高的元器件供电电源采用抗干扰措施进行多向滤波等作为出发点。、性价比本课题所设计的系统的核心是单片机它本身有着多个优势要使得系统能够广泛地应用在充分考虑可靠性的同时尽可能降低成本提高系统的性价比。本文将从以下几个方面展开工作:一是确定测湿电路的设计方案二是进行单片机核心电路的设计三是对单片机及通信接口进行简单的概述四是对所有的工作进行总结。本次课题的设计系统的示意图如图。系统示意图湿敏元件振荡电路模数转换HSNEADC个人PC电脑核心处理器终端MCU第二章:湿度测量电路设计传感器的认识传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能够直接感受被测量的部分转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。有些国家和有些科学领域将传感器称为变换器、检测器或探测器等。应该说明并不是所有的传感器都能明显分清敏感元件与转换元件两个部分而是二者全为一体。例如半导体气体、湿度传感器等它们一般都是将感受的被测量直接转换为电信号没有中间转换环节。传感器的静态特性所谓传感器的静态特性是指在稳态信号作用下传感器输出,输入之间的关系特性。衡量传感器静态特性的重要指标有线性度、灵敏度、迟滞和重复性。线性度传感器的线性度用传感器的输出与输入之间的线性程度表示。如果不考虑迟滞和蠕变效应一般可用下面的多项式表示。nyaaxaxax,…n式中:y――输出量x――输入物理量――零位输出――传感器线性灵敏度aaaaa,,…,――待定常数。n在使用非线性特性的传感器时如果非线性项的方次不高在输入量变化范围不大条件下可以用切线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段。灵敏度S灵敏度是指传感器在稳态下输出变化对输入变化的比值一般用来表示n即dyS,ndxdd式中:――输出量的变化――输入量的变化。yx对于线性传感器它的灵敏度就是它的静态特性的斜率。非线性传感器的灵敏度为一变量。一般希望传感器的灵敏度高在满量程范围内是恒定的即传感器的输出,输入特性为直线。迟滞在相同工作条件下做全量程范围校准时下行程(输入量由小到大)和反行程(输入量由大到小)所得输出输入特性曲线往往不重合。也就是说对应同一大小的输入信号传感器正反行程的输出信号大小不相等此即迟滞现象。迟滞(或称回程误差)正是用来描述传感器在正反行程期间特性曲线不重合程度的。迟滞的大小常用正反行程最大输出差值对满量程输出的百分比来,yymaxFS表示的。重复性重复性是指在相同工作条件下输入量按同一方向作全量程多次测试时所得传感器特性曲线不一致性的程度。多次重复测试的曲线重复性好误差也小。重复特性的好坏是与许多因素有关的与产生迟滞现象具有的原因。其它的特性还有分辨力传感器能检测到的最小输入增量称分辨力在输入零点附近的分辨力称为阈值零漂传感器在零输入状态下输出值的变化零漂零漂可用相对误差表示也可用绝对误差表示。传感器的动态特性传感器动态特性是指输入量随时间动态变化时其输出与输入的关系。很多传感器要在动态条件下检测被测量可能以各种形式随时间变化。只要输入量是时间的函数则其输出量也将是时间的函数其间的关系要用动态特性来说明。为研究传感器的动态特性可建立其动态数学模型用数学中的逻辑推理和运算方法分拆传感器在动态变化的输入量作用下输出量如何随时间改变。实际中输入信号随时间的变化形式多种多样无法统一研究所以通常只分析传感器在标准输入信号作用下的输出。研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。由于输入信号的时候函数形式是多种多样的在时域内研究传感器的响应特性时只能研究几种特定的输入时间函数如阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等的响应特性。对于任意输入所引起的响应可以利用两个函数的卷积关系即系xtyt统的响应等于冲激响应函数同激励的卷积即ythtxttyt,ht,xt,h,xt,,d,,湿度传感器的选择湿度及其表示方法在自然界中凡是有水和生物的地方在其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。大气中含有水汽的多少表示大气中的干、湿程度用湿度来表示也就是说湿度表示大气干湿程度的物理量。大气湿度有两种表示方法:绝对湿度与相对湿度。绝对湿度绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量其表示为MV,,V式中:――被测空气的绝对()mm,gmg――被测空气中水汽的质量()gmgMVV――被测空气的体积()。m相对湿度:相对湿度是气体的绝对湿度()与同一温度下水蒸汽已达到饱和的气,v体的绝对湿度()之比常用RH来表示。即,W,,PV,,相对湿度,,RH,,PW,,T式中:――待测气体的水汽分压Pv――同一温度下水蒸汽的饱和水汽压。PW湿度传感器HS湿度传感器HS是基于独特工艺设计的电容元件这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公室自动化车厢内空气质量控制家电工业控制系统等。它有以下几个显著的特点:、全互换性在标准环境下不需校正、长时间饱和下快速脱湿、可以自动化焊接包括波峰或水浸、高可靠性与长时间稳定性、专利的固态聚合物结构、可用于线性电压或频率输出回路、快速反应时间HS的简单物照图如图。HS实物照相对湿度在,RH范围内电容量由pF变到pF,其误差不大于RH响应时间小于s温度系统为pF。可见其精度是较高的。其湿,度,电容响应曲线如图:电容F相对湿度:HS湿度,电容响应曲线HS的一些常用参数如::HS常用参数参数符号参数值单位工作温度Ta,储存温度Tstg,供电电压VsVac湿度范围RH,RH焊接时间=tS湿度测量电路HS电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。涉及如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号时常用两种方法:一是将HS置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再AD转换为数字信号另一种是将HS置于振荡电路中将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号可直接被计算机所采集。NE时基电路NE是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器其输出驱动电流可达mA。在多谐振荡器工作方式时其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定在单稳态工作方式时其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定它可以延时数微秒到数小时。其工作电压范围为:VV。,V,ccNE的框图如图所示。:NE框图基于振荡电路的湿度测量电路设计图:测湿电路图把HS和NE同时接入电路中的电路设计原理图如图所示。NE电路功能的简单概括为:当端和端同时输入为“”时,端输出为“”当端和端同时输入为“”时,端输出为“”。在此电路中,定时器正是根据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。当电源接通时,由于和端的输入为“”,则定时器脚输出为“”V又由于C两端电压为,故通过R和R对C充电,当C两端电压达到ccV时,定时电路翻转,输出变为“”。此时定时器内部的放电BJT的基cc极电压为“”,放电BJT导通,从而使电容C通过R和内部放电BJT进行放V电,当C两端电压降低到时,定时器又翻转,使输出变为“”,内部放电ccBJT截止,VCC又开始通过R和R对C充电,如此周而复始,形成振荡。其工TT作循环中的充电时间为=(RR)C放电时间为=R*C输出脉h冲占空比为q,(RR)(RR),为了使输出脉冲占空比接近,,R应远远小于R。当外界湿度变化时,HS两端电容值发生改变,从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出的输出频率,并根据湿度与输出频率的关系,即可求得环境的湿度。第三章:核心电路的设计ADC模数转换器在单片机应用中特别是在实时控制系统中常常需要把外界连续变化的物理量(如湿度、湿度、压力、流量)变成数字量送入计算机内进行加工处理。反之也需要将计算机输出的数字量转为连续变化的模拟量用心控制调节一些执行机构实现对被控对象的控制。这种由模拟量变为数字量或由数字量转为模拟量的转换通常叫做模数或数模转换。用以实现这类转换的器件叫做模数(AD)转换器或数模(DA)转换器。ADC应用简介ADC具有路模拟量输入可在程序控制下对任意通道进行AD转换输出位二进制数字量。其主要性能有:逐次比较型CMOS工艺制造单电源供电无需外部进行零点和满量度调整可锁存三态输出输出与TTL兼容易与各种微控制器接口具有锁存控制的路模拟开关分辨率为位功耗为,mW转换时间()为转换精度为。,sf,kHzCLKADC的引脚图如图所示。:ADC引脚图测湿电路与单片机连接NE的输出端跟ADC的IN通道相接则ADC芯片的地址选通为ADDR,ADDR,ADDR都接地。ADC的转换时钟由单片机的ALE提供。ADC的典型转换频率为kHzALE信号频率与晶振频率有关如果晶振频率取MHz则ALE的频率为MHz所以ADC的时钟端CLK与单片机的ALE端相接时要考虑分频。通过地址线P和读写控制线、来控制模拟输WRRD入通常地址锁存、启动和输出允许。测湿电路与单片机的连接图如图所示。测湿电路与单片机连接图湿度误差补偿插值法子程序从NE时基电路中输出的是一个模拟信号ADC的作用就是要把这个单片机不能识别的模拟信号转换成一个可以读取的数字信号。这时所用到的计算机思想就是插值法。即当ADC的输入与输出特性为非线性时可以用一个单调非线性函数u,fx来表示。将x的值分成几个小段区间每个区间的端点xuxux都对就一个输出把这些、编成表格存储起来。实际的测量值一定kkkkix,xxxx会落在某个区间内即<<。插值法的思想就是用一段简单的曲kkkikux线近似代替这段区间的实际曲线然后用近似曲线公式计算出。是对ADC的操作流程图。开始初始化ADC()发送ADC()地址启动ADC()发送读AD命令读AD发送ADC()地址启动ADC()发送读AD命令读AD:ADC操作流程图单片机电路的设计MCS单片机所谓的单片机就是把中央处理器CPU、存储器ROMRAM、输入输出接口电路以及定时器计数器等部件制作在一块集成电路芯片中构成一个完整的微型计算机――单片微型计算机。由于单片机把各种功能部件集成在一块芯片上因此它的结构紧凑、超小型化、可靠性高、价格低廉、易于开发应用。MCS单片机包括、、等很多型号其代表型号为。ATS单片机本课题所设计的系统的核心采用的是ATS单片机它是一个低功耗、高性能的CMOS位单片机片内含有kBytesISP的可反复擦写次的Flash只读程序存储器器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造芯片内集成了通用位中央处理器和ISPFlash存储单元。它具有以下特点:个引脚kBytesFlash片内程序存储器bytes的随机存取数据存储器(RAM)个外部双向输入输出(IO)口个中断优先级层中断嵌套中断个位可编程定时计数器个全双工串行通信口看门狗(WDT)电路片内有时钟振荡器。HMOS制造工艺的MCS单片机都采用引脚的双列直插(DIP)方式CHMOS制造工艺的CC除采用DIP封装方式外还采用PLCC方形的封装方式。图是ATS的PDIP封装引脚图。ATS的PDIP封装其中有主电源引脚V和V外接晶体引脚XTAL和XTAL控制引脚ssccPROGPSENVR、ALE、、输入输出接口P,P。EAVPDSTDD时钟晶振电路和复位电路ATS单片机在实际应用中时钟电路用于产生时钟信号时钟信号是单片机内部各种各样的微小操作的时间基准在此基础上控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号这些信号用来控制相关的逻辑电路工作实现指令的功能。复位对单片机来说是程序还没开始执行是在做准备工作。本系统在设计上对复位电路设计成上电复位加手动复位。这样使用起来比较方便就算是在程序“跑飞”时也可以手动复位不用再重起单片机电源。其ProtelDXP电路图如图。ATS复位与晶振电路总体电路系统LED报警设计本设计中在STS单片机的P口外接一个LED二极管作为对湿度测控的报警输出。当湿敏元件HS对室内的湿度检测时达到某个值就会在P端口输出高电平使得LED发亮以及时通知工作人员进行相关的操作。其电路原理图如图所示。:系统报警电路系统总设计基于单片机的HS传感器湿度测控系统主要由几个部分组成:传感器数据采集电路模数转换电路LED报警电路单片机主板电路等。其程序流程图如图所示。开始初始化读湿度湿度转换湿度比较图系统总流程图从流程图可以知道本系统在设计过程中包括了几个子程序:读湿度子程序湿度转换子程序计算湿度子程序比较子程序。本系统的部原理图如图所示下面对本次设计的总电路进行说明。首先ATS单片机具有许多特点其功能强大、IO接口多但其内部的数据暂存存储器的空间其实是比较小的当用于多位的外围外接芯片时会出现内部RAM使用不足的状况。所以在本系统设计中考虑到目前只是计划应用于较小的机房中监测点不多因此本文没有对片内RAM进行扩展或是改换单片机的型号。在实际编程中实现本系统的功能应该没有太大的障碍。ATS具有个IO接口它们分别是P口、P口、P口和P口。本文进行设计时只是用到了其中的部分接口与本系统的其它部分进行连接分别实现了不同的功能。例如:P口通过电阻用于LED的外接P和P所有接口接ADC模数转换器等等。INTWR和RD的接口通过非门与ADC的EOC接口相接通过两个或非门跟ADC的START、ALE和OE相连这样就可以使得可以通过读写控制线来控制输入通道地址的锁存、启动和输出允许。NE电路中的参数选择为:R,K、R,K、R,K、R,K。其中R与的频率输出引脚相连起输出短路保护作用防止输出电流过大。R是用作定时器内部温度补偿的其应该具有的精度。由于这里采用的是TexasInstruments生产的NE所以根据微调R和R取值分别为K和K。:系统总原理图电路PCB版图设计本设计所用到的电路图是在ProtelDXP软件中进行画图的ProtelDXP是目前新一代完整的板级设计工具它是Altium公司年的最新产品。本原理图在Protel中进行编译后然后确定元件的封装没有问题再进行网络表的制作。本设计的PCB版图是直接从生成的网络表直接载入的载入元件封装后再进行元件的布局。元件的布局一般从以下几个方面考虑:高频元件之间的连线要短易受干扰的元件不能离得太近。重量太大的元件要有支架固定。易发热元件要远离热敏元件。对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局要考虑整机的结构要求。预留出电路板的安装孔和支架的安装孔。信号遵循从左边进入、从右边输出从上边输入、从下边输出。本设计所用的PCB版图如图所示:图:系统PCB版图系统的PCB版图所用的是二层布线用的是Protel自带的自动布线工具。用Protel软件里面的D效果图工具可以得到下面的图:系统D效果图本设计的电路中所用到的元件的实物照片如下所示:晶振集成与非门ADCNEATSHS:系统所用元件的实物图第四章:单片机与PC间的串行通讯RSC接口计算机与计算机之间或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。其中串行通讯基于它本身的使用线路少、成本低等多个优点而被广泛使用。RSC接口是目前最为常用的一种串行通讯接口。它是年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。RS接口标准采用个引脚的连接器其电气特性是:逻辑“”V逻辑“”V。噪声容限为V。其物理特性有:传输线采用屏蔽双绞线传输电缆的长度最大为英尺。RSC接口也有其不足的地方主要有:接口的信号电平值较高易损坏接口电路的芯片传输速率较低在异步传输时波特率为Kbps接口的共地传输模式容易产生共模干扰所以抗噪声干扰性比较弱传输距离有限等。单片机和PC通信连接PC机作为上位机它是对单片机进行各种各样的管理和控制的。本系统在实际设计和编程过程中对ATS和PC机的通信采用了单电源电平转换器ICL。对于ATS的发送和接收其间的通讯协议如下:通讯波特率为bs晶振为MHz其中T为方式,可以计算得到TH为FH和SMOD为。系统采用串行口方式,字符格式为位起始位、位数据位(低位在前)、位停止们和TB=。发送或接收数据块起始地址存放单元为H和H其中H为数据块起始地址高字节存放单元H为数据块起始地址低字节存放单元数据块长度存放单元为H和H其中H为数据块长度高字节存放单元H为数据块长度低字节存放单元。串行口以中断方式进行发送和接收发送时先发数据块起始地址低字节和高字节然后发送数据块长度的低字节和高字节最后发送数据。数据长度高字节和低字节由主程序在发送前先调入R和R中。其发送和接收子程序的流程图如图所示。标记寄存器R初始化标记寄存器R初始化定时器T为方式定时器T为方式设定T初值设定T初值启动T工作启动T工作串行口为方式串行口为方式允许开中断接收并开中断等待串行口中断等待串行口中断(a)发送子程序流程图(b)接收子程序流程图:RS发送与接收流程图本系统在KeiluVision中使用汇编程序来对发送和接收子程序写出简单的程序清单。发送子程序的清单:ORGHMOVR,#H设定SMOD,ORLPCON,#HMOVTMOD,#H设定T为方式MOVTH,#FH设定T值MOVTL,#FHSETBTR启动T工作MOVSCON,#EH串行口方式,禁止接收MOVIE,#H开串行口中断MOVSBUF,#数据块始址送发送缓冲器WAIT:JBES,WAIT等待串行口中断RET接收子程序的清单:MOVR,#HMOVTMOD,#H设定T为方式MOVTH,#FH设定T初值MOVTL,#FHSETBTRMOVSCON,#FOH启动T工作MOVIE,#H开串行口中断WAIT:JBES,ATIT等待串行口中断RET简单软件设计下位机软件设计下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机一般是PLC单片机之类的。两机如何通讯一般取决于下位机。TCPIP一般是支持的。但是下位机一般具有更可靠的独有通讯协议。本系统软件采用汇编语言来实验初始化、数据采集处理、湿度管理和对设备的处理。下位机程序设计通常先进行初始化如设置中断、定时器、外部可编程器件的初始等然后循环执行主要功能并将数据传递给上位机。上位机上电复位后对数据进行处理并控制LED。为防止程序跑飞上位机下位机分别设计看门狗电路保证STS正常工作。其软件设计流程图如图所示。开始系统初始化采集湿度是否向上位机数据存储送数据,YY数据正常,送上位机N启动LED:系统下位机设计流程图上位机程序设计本系统的上位机软件的程序流程图如图所示。主程序执行全系统的监控和管理数据收集处理模块从串行接收获得下位机的状态整理后进行保存和归档。命令输入模块从键盘获取命令进行分析、处理命令分析处理模块按不同命令要求或修改系统工作模式、调整运行参数或整理数据送串行发送缓冲区由通信中断服务发送到下位机。系统初始化显示模块数据收集处理模块命令输入模块命令分析处理模块命令处理模块:上位机流程图第五章:结论鉴于当前的基于单片机的测控系统中温度测控有着广泛的应用来成熟的技术本课题在提出时是基于另一个新颖的角度――湿度测控。湿度测控虽然提出较早但由于其应用的广度和技术的瓶颈其发展速度有些滞后除开在温室种植和大型重要仓库中有着重要的地位外在其它地方往往得不到重视。本文针对平常的室内环境的室内湿度的测控作为出发点将多种信息处理技术和总线通信技术相结合设计了一套实时的、全面的、可靠的室内湿度测控系统。本设计具有多个特出的方面。在本系统中采用了模块化、层次化设计。单片机与监控计算机之间采用RS总线通信标准用简单、高效的通信电路实现监测数据的读取。能过计算机的实时监测能够迅速对信息进行采集、报警和处理。并能够存储大量的数据供有关工作人员进行浏览、查询和控制。成功地开发出一套结构简单、性能安全、流程清晰、运用方便、操作简单、效率很高的系统充分实现了室内湿度测控管理的科学化、系统化和自动化。使用常用的ATS单片机作为核心电路使得系统设计简单实用性强可大量开发应用。从最开始的方案分析设计、到后来的系统分析选择再到最后系统的实现本人从中学到了不少知识也积累了很多系统开发的经验。通过对这个系统的开发使得我自己对电子设计有了一个比较全面的了解让我真正体会了设计的基本思路和构架。本设计由于时间仓促准备材料不足的情况下所设计的系统有着不少不足之处。室内湿度测控是一个复杂而庞大的系统工程没有一个长期的工作量是很难使得所得到的系统可以达到十分完善。本系统只考虑了湿度的测控对其它环境的测控如果需要扩展本文并没有给出作答。还有就是本文在软件设计上有很多欠缺通信功能只限于连到系统的PC并没有考虑互联网的通信。本人对该系统的应用前景十分看好相信未来的对环境的测控中湿度测控有一个更科学、更智能、更好性能的发展。附录参考文献王幸之《单片机及应用系统抗干扰技术》北京航空航天大学出版,,,,林敏、于忠得、侯炳涛《电容式湿度传感器及其应用》,,,,胡汉才《单片机原理及其接口技术》北京清华大学出版社,,,,朱旭光《农业大棚的温湿度控制系统》,,,,孙良言《国外湿度传感器发展动态》,,,,刘东文《嵌入式温湿度控制器的研究与设计》贵州大学学报,,,,管地《温湿度记录器的原理及应用品牌与标准化》,,,,内部资料请勿外传AtjA(万kWh)b'bashfP'shfPshgPd'e'e'PshgcdPq

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