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1、- 1 -基于单片机湿度测量电路设计研究基于单片机湿度测量电路设计研究摘要摘要： 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
2、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 HS1101 作为测量的器件，所得到的数据经过 8 脚时 基集成电路 NE555 振荡电路处理后，通过 ADC0809 模数转换器件接入到 AT89S51 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、A/D 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
3、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，A/D 转换器。 In industrial production, weather, environmental protection, scientific research, national defense, aerospace and other departments, often need to environmental temperature and humidity measurement and
4、control, accurate measurement of temperature and humidity for pharmaceutical, food processing, paper and other industries is crucial.But in contrast, measurement of humidity than the measured temperature is more complex, this is because the temperature is an independent being measured, and the humid
5、ity is subjected to atmospheric pressure and temperature effects.But also in the social information science development, control theory and electronic technology also is being updated ceaselessly, microcontroller based highly intelligent control technology is gradually becoming a reality.The single
6、chip microcomputer as the core digital controller because of its small volume, low cost, strong function, convenient and widely used.Humidity control because of its importance is outstanding day by day, more and more mature technology.This paper mainly discusses the humidity based on single element
7、detection system design and research.The system is based on the HUMIREL humidity sensor HS1101 as the measuring device, the obtained data after 8 feet a time-base integrated circuit NE555 treated by ADC0809 oscillating circuit, analog to digital converter access to AT89S51 single-chip, single-chip m
8、icrocomputer as the core for data recording, storage, processing and alarm.In this paper, in the design process, first of all, discuss and choose the systems overall design; secondly, the sensor, - 2 -A/D converter and single chip microcomputer design and selection; again, to communicate with MCU an
9、d PC interface circuit and the software system design and other aspects mainly done the system research.The design of this system is still in the stage of theory is demonstrated, in a variety of programs and collect all sorts of information presented after a feasible interior humidity monitoring sys
10、tem.The system fully meet the general small laboratory humidity measurement and control system requirements, the indoor humidity condition comprehensive, real-time and long-term monitoring, also make the indoor humidity detection by intelligent automation.Key words: SCM, humidity, sensor, analog to
11、digital converter, A/D converter.- 3 -目录第一章 前言 41.1 概述 51.2 实验室湿度测控的意义 51.3 实验室湿度测控的现状与发展 61.3.1 传统的分立式湿度测量 61.3.2 模拟集成湿度传感器测量 61.3.3 智能湿度传感器测量 61.4 本课题的设计方案 7第二章 湿度测量电路设计 82.1 传感器的认识 82.1.1 传感器的静态特性 82.1.2 传感器的动态特性 92.2 湿度传感器的选择 102.2.1 湿度及其表示方法 102.2.2 湿度传感器 HS1101 102.3 湿度测量电路 122.3.1 NE555 时基电路
12、122.3.2 基于 555 振荡电路的湿度测量电路设计 13第三章 核心电路的设计 143.1 ADC0809 模数转换器 143.1.1 ADC0809 应用简介 143.1.2 测湿电路与单片机连接 153.1.3 湿度误差补偿插值法子程序 163.2 单片机电路的设计 173.2.1 MCS-51 单片机 173.2.2 AT89S51 单片机 173.2.3 时钟晶振电路和复位电路 183.3 总体电路系统 193.3.1 LED 报警设计 193.3.2 系统总设计 203.4 电路 PCB 版图设计 22第四章 单片机与 PC 间的串行通讯 254.1 RS-232-C 接口 2
13、54.2 单片机和 PC 通信连接 254.3 简单软件设计 274.3.1 下位机软件设计 274.3.2 上位机程序设计 28第五章 结 论 29附录 29参考文献 30致谢 31- 4 -第第 1 章章：前言：前言1.1 绪论：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 200 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 1938 年美国 F.W.Dunnore 研制成功浸
14、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
15、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。1.2 室内环境湿度测控的意义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
16、、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 70%为高气湿，人将感到不适；低于 30%为低气湿，人感到口鼻干 燥；最舒适的湿度为 40%60%1。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。- 5 -1.3 室内环境湿度测控的现状与发展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2。1.3.1 传统的分立式湿度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。20 世纪 50 年代 以来，随着传统的电阻、电容湿度计的出现，湿度
