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1、“计算机控制系统课程设计报告题目储藏室温湿度监测系统1 / 222013/1/16目录一、项目背景4二、总体方案 41、系统结构框图42、系统工作流程4三、 传感器与其它器件选择51、温度传感器的选择 52、湿度传感器73、数码管选择84、AD与运放95、串口通信116、其它11四、程序模块设计 121. AD采样程序122定时器初始化程序143外部中断初始化程序 144外部中断服务程序145定时器中断服务程序 156数码管显示程序157. 延时1ms程序178串口通信程序179.主程序19五、调试要点 221、蜂鸣器调试：222、 运算放大器调试：223、软件调试：22六、总结22七、参考文
2、献22项目背景一般情况下储藏室内的温度与湿度等需要保持在一定的X围之内，尤其对于那些食物、粮食等需要进展生命活动的被储藏对象来说，维持温湿度的相对恒定尤为重要。当 温度或湿度偏离正常X围一定程度时，它们可能进展无氧呼吸甚至生长等， 使得质量无 法保障，达不到储藏的目的。所以，我们设计了一个储藏室的温湿度监测系统。当温度 超过30C或者相对湿度超过80%时报警，提醒仓库管理员进展通风降温等。总体方案为了实现设计的要求需要我们以单片机为控制核心，并利用热敏传感器测量环境的 温度，利用湿敏传感器测量周围环境中的湿度；传感器的输出信号经过运算放大器的放 大后经过单片机内置AD的采样输入到控制系统，控制
3、系统根据采得的数据经过分析， 将控制信号通过10 口输出，控制数码管将相应的数据显示出来，当采得的数据达到设 定的阈值时通过I0 口输出控制信号，经过驱动电路的放大， 驱动蜂鸣器发出声音报警1、系统结构框图2、系统工作流程三、传感器与其它器件选择该系统中需要用到两种传感器：温度传感器与湿度传感器，另外由于显示与报警的 要求，还需要用到数码管与蜂鸣器等器件。1、温度传感器的选择常用的温度传感器有热敏电阻器、铂电阻、热电偶等，其中热敏电阻通常具有负温 度系数。并且不能太高的温度下使用，其测量 X围一般为-100300C。热敏电阻的阻值与温度的关系如右图所示：热敏电阻也有多重类型，如，批量生产 可降
4、低本钱的通用型热敏电阻器，热响应速度非常快的热敏电阻器，可在高温下使用的 热敏电阻器，分散性小的高精度热敏电阻器等，电阻-温度特性呈线性变化的线性热敏电阻器，自动组装中不可缺少的片热式热敏电阻器，利用其自身加热的自加热型热敏电 阻器。在本项目中，需要测量的温度测量误差不大于1C,测量X围在30r以下。根据测量要求，可以知道热敏电阻中的线性热敏电阻与通用型热敏电阻等。其中通用型热敏 电阻测量的温度上限为100C，适合本系统的测量要求，并且价格廉价。上图所示的热 敏电阻器的电阻值变化与温度的特性不是线性关系。但是，通过对热敏电阻器增加串联 电阻或者并联电阻的方法可以实现线性化，不过灵敏度会下降，在
5、50C的温度跨度内，可以讲非线性误差控制在0.1 C以下，可以满足本项目的要求。铂电阻是一种性能极其稳定、测量 X围宽达-200+650C的温度传感器，是在高精 度温度测量中不可欠缺的温度传感器，其电阻-温度特性如图上所示。最近出现了适合于工业化生产的廉价的薄膜型或者厚膜型的铂电阻，这些膜式电阻的电阻除了可以跟随环境温度波动、具有热响应速度快的优点外，还由于容易获得高电阻值，而容易进展电 路设计，测量电路如如下图所示。VoutRT1100R1100热电偶是利用贝塞克效应进展温度测量的，其最大的优点在于温度测量的X围极宽,并且测量精度高。但是，测量过程繁琐，所以不适合本系统采用由于铂热电阻器线性
6、度很好，并且稳定，所以在该测量过程中选择铂热电阻作为温 度传感器。在铂热电阻器中，最为常用的是 PtIOO。PtIOO温度传感器的主要技术参数如 下：测量X围：-200 T+850 r ;允许偏差值 ：A级 0.15+ 0.002 | t|, B级土0.30+ 0.005 | t；热响应时间30s。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性 好、准确度高、耐高压等优点。为了提高温度测量的准确性，可以使 A/D转换器的5V 参考电源要稳定在 mV级；在价格允许的情况下，Pt100传感器、A/D转换器和运放的 线性度要高。同时，利用软件矫正其误差，可以使测得温度的精度在02C左右。2、湿度传感
7、器湿度测量传感器包括：电阻值变化型相对湿度传感器，陶瓷型相对湿度传感器，电 容量变化型相对湿度传感器，利用自加热型热敏电阻器制作的相对湿度传感器。其中陶瓷型相对湿度传感器适用于长时间处于高湿环境的条件，不适合本项目采用。电阻值变化型相对湿度传感器，其感湿局部使用的是高分子材料，由外壳和多分子薄膜 保护着，经久耐用。通常相对湿度传感器的使用湿度X围是20%95%，高耐水性的湿度传感器可以在20%100%的相对湿度下使用。根据项目需求，在此只需要使用通用型 相对湿度传感器即可。电容量变化型相对湿度传感器与电阻值变化型相对湿度传感器具 有线性输出的特点，所以不需要线性化电路或利用程序进展线性化处理等
8、。而且这种相 对湿度传感器对于湿度的变化响应速度快，抗结露能力强，耐腐蚀性能好，即使在最高 温度为180C的环境气氛中也可以正常工作。并且这种传感器比拟低廉，常用的型号是 HS1101。如如下图是其电容量变化型湿敏传感器响应特性图：其测量电路如下所示:+585R1909kR2576一R349.5kccvRqdcU23R4Fout1kcvTRDNGTH5553、数码管选择系统设计要求使用同一组数码管进展显示，并且由于温度测量误差不大于1C,相对湿度测量误差小于10%所以此题目中选择4位8段数码管，显示温度时最低位显示符 号“C，显示湿度时最低位显示符号“ H湿度的英文单词humidity首字母。
9、为了 便于观察，数码管显示颜色选择为红色，并且选择大尺寸的数码管。如如下图所示：sox iblisADP其电路图如下:1918293031U1XTAL1XTAL2RSTPSENALEEAP1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0
10、P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353321222324252627281011121314151617AT89C524、AD与运放在本系统中需要先利用运放对传感器的输出信号进展放大，然后再利用AD将运放放大后的输出信号采样输入到控制单元当中。为了防止运算放大器对负信号进展放大， 以免使用负电源所以需要对传感器电路进展调节，最终使得当温度处于最低值时输出电压为正值。此时可以选择通用的运算放大器，供电电压采用5V。由于LM324四运放电路具有电源电压X围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应 用在各种电路中。所以，在本系统中选择LM324作为运放。由
11、于现今绝大局部单片机都内置有多路AD，所以我们选择使用单片机内置 AD用于采样。其采样速率与精度等 都足以满足本系统的需求。放大器电路原理图如下所示:为了使得湿敏传感器的输入信号不被误识别，同样需要设计放大电路进展放大，使 得高电平为5V。并且由于HS1101电压输出典型参数如下：RH/%102030405060708090Vout/v串行接口是一种可以将承受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将承受的串行数据流转换为并行的数据字符供应CPU的器件。在微机之间以与微机与计算机之间通信时，经常选择串口通信作为通信的方式。在本监测系统 当中，我们需要根据储藏室的大小合理的
12、设定监控点的数量，对于需要多个监控点的储 藏室，就需要不同的微机之间以与微机与计算机之间进展通信。为了使用方便，我们在选择单片机时选择那些具有串口通信功能的型号即可满足使 用的要求。6、其它在本系统中所有的器件都选择 5V作为供电电源，所以我们选择AC-DC 220V转5V 的隔离电源模块一一，其输出功率为5W足以满足整个系统的需要为了保证电源电压的 稳定，在电源输出端增加一个较大的电解电容。单片机输出报警信号，在驱动电路的驱动下蜂鸣器发出声音。根据储藏室的大小， 选择蜂鸣器的功率与设计驱动电路或选择驱动芯片。在此选择HYD-3026，其声强达到85dB，供电电压为5V，40mA驱动电流。为此
13、设计如下驱动电路，由于 9013的最大输 出电流为625mA满足需要，所以三极管选择 9013。本系统需要用到单片机的内置 AD采样、定时器、中断、10 口等资源，以与两个串 口。为此我们选择宏晶科技生产的 STC12C5A系列单片机。四、程序模块设计1. AD采样程序void ADC_Power_0n()/AD 转换电ADC_CONTR|=0x80;dela y( 5);/必要的延时 void get_ad_result()取AD结果函数，它是十位AD转换，每十次平均，最后取低八位作为/AD采样数uint i,q=0;for(i=0;i10;i+)tp=0；ADC_RES=0;高八位数据清零
14、，STC12C5A60S2 AD数据存放名与STC12C54XX系列不同ADC_RESL=0;低两位清零ADC_CONTR|=0x08; / 启动 AD 转换while(!tp) 判断AD转换是否完成tp=0x10;tp&=ADC_CONTR;ADC_CONTR&=0xe7;ad_average_result=ADC_RES;q=q+ad_average_result;ad_average_result=q/10;void caiya ng()/ 测电压P1M0|=0x01;/设 P1_0为开漏模式 女口： P1_0= #00000000BADC_CONTR=0xe0;/设置 P1.0为输入 AD 转换口delay(2);get_ad_result();取转换数据Vin=ad_average_result;2. 定时器初始化程序void Ini t_timerO()/开总中断/允许定时器0中断/定时器工作方式选为16位内部时
