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1、 西华大学课程设计说明书多通道智能湿度测试仪设计摘 要：本文提出了一个多通道智能湿度测试仪的设计方案,其控制系统以AT89C2051单片机为控制核心，结合传感器、通讯和数字电子电路技术，实现了湿度检测和湿度的有效控制。它由湿度传感器，转换处理和指示部分构成，但它的转换处理部分，是由多频时钟电路、中央处理单元、地址锁存器、程序存储器、A/D变换器、显示器并行接口电路连接成的微机，指示装置是由数码显示电路和湿度综合状态灯光指示速查图构成的显示屏。它检测精度高，可测参数多，能准确地综合反映湿度的变化,可以测量多路湿度，结果以LCD进行数字显示，当湿度超过所限定的范围可自动报警，通过RS232可将单片
2、机的数据送至PC机做数据的综合处理和分析。 关键词：湿度检测，A/D，AT89C51，LED，RS232Abstract: This paper proposes a multi-channel intelligent humidity tester, the design of the control system of single chip microcomputer AT89C2051 to as control core, combining sensor, communication and digital electronic circuit technology, realiz
3、e the humidity detection and humidity control. It consists of humidity sensor, convert the processing and instructions part, but its conversion processing, is more frequency clock circuit, by the central processing unit, address latches, program memory, A/D converter, display interface circuit conne
4、cted into parallel the microcomputer, indicating device is A digital display circuit and humidity comprehensive state light SuZha figure in the composition of the display screen instructions. It high accuracy, can be measured parameters, can accurately reflect the change of comprehensive humidity, c
5、an measure multi-channel humidity, the results are LCD digital display, when humidity more than the scope of the defined automatic alarm, through RS232 will be sent to the single chip microcomputer data PC do data processing and analysis of comprehensive.Keywords: Humidity Measurement, A/ D, AT89C51
6、, LED,RS232目录1 前言12 整体方案设计22.1 方案论证22.2 方案比较33 单元模块设计43.1 控制电路设计43.2 湿度检测电路设计53.3 通信电路设计53.4 显示电路设计53.5 键盘电路设计73.6 RS232原理84 软件设计105 系统技术指标及精度和误差分析136 结论147 设计小结158 参考文献16附录1：电路总原理图17附录2：PCB图18第 I 页1 前言湿度的基本概念：在计量法中规定,湿度定义为“物象状态的量”，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。所谓绝对湿度就是单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度。绝对湿度一般用一立方米空
7、气中所含水蒸气的克数表示，即为HamV/V，式中，Ha表示绝对湿度值，mV 为待测空气中水蒸气质量，V 为待测空气的总体积。单位为g/m3。日常生活中所指的湿度为相对湿度，它是表示空气中实际所含水蒸气的分压（Pw）和同温度下饱和水蒸气的分压(Pn)的百分比，即HT（Pw/Pn）T100RH。通常，用RH表示相对湿度。当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气体中的水蒸气压即使相同，其相对湿度也发生变化。温度高的气体，含水蒸气越多。若将其气体冷却，即使其中所含水蒸气量不变，相对湿度将逐渐增加，增到某一个温度时，相对湿度达100，呈饱和状态，再冷却时，蒸气的一部分凝聚生成露，把这个温度称为露点温
8、度。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数，要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。在人们的日常生活中，人们的居住空间也是一个人工环境。空气污染，直接威胁人们的身体健康；噪音污染，影响人的情绪、工作、休息、饮食，可以导致神经衰弱；温度过热、过冷，导致人的不适，耗费电能；空气过湿，将使人们感到沉闷和窒息；空气过燥，又会使人的口腔感到不适，甚至可能发生咽喉炎等疾病。如果自动控制这个最常见的空间，人的生活将更舒适。所以说，这是一个很有发展前途的课题，国内外学者已经进行了相关的研究。本文也就其中最难测量的物理量湿度进行研究。本文所介绍的湿度控
9、制系统以AT89C2051单片机为控制核心，结合传感器、通讯和数字电子电路技术，实现了湿度检测和湿度的有效控制。它由湿度传感器，转换处理和指示部分构成，但它的转换处理部分，是由多频时钟电路、中央处理单元、地址锁存器、程序存储器、A/D变换器、显示器并行接口电路连接成的微机，指示装置是由数码显示电路和湿度综合状态灯光指示速查图构成的显示屏。它检测精度高，可测参数多，能准确地综合反映湿度的变化，可以测量多路湿度，结果以LCD进行数字显示，当湿度超过所限定的范围可自动报警，通过RS232可将单片机的数据送至PC机做数据的综合处理和分析。 第 1 页2 整体方案设计设计中采用了两个方案，具体的方案见方
10、案一和方案二。2.1 方案论证方案一本方案是一种以AT89C52单片机为核心的智能化湿度测试仪。该仪器根据干、湿泡发测湿原理，利用标准铂电阻测温的精确性，实现高精度测湿，以代替常规的湿度传感器或AD590干、湿度泡发测湿。如图2.1所示。 传感器传感器模拟开关处理电路A/D单片机系统键盘显示PC/XT打印干球湿球图2.1 系统总体结构图方案二本方案为了适应对多个测控点的监控与管理，经分析采用了分布式系统的控制方式，即在每个测控点配置能独立工作的从机，多个从机由1个上位机进行监控管理，上下采用主从式监控管理形式，系统总体结构如图2.2所示。图2.2 系统结构总图2.2 方案比较由于方案一涉及的电
11、路相对较多，消耗的功率相对较大，而且单片机采集数据更加方便，便于处理，而且单片机已经成为主流产品。单片机在电路上相对比较简单，而且消耗的功率相对较少，调试也较方便，方案二中的电路简单，制作成本低，可用于日常生活中各种场合的湿度测量，因此本设计选择方案二。第 2 页3 单元模块设计本系统硬件主要包括控制电路与检测电路。控制电路负责处理按键、湿度信息、控制电机、控制蜂鸣器、LED。检测电路负责检测湿度信息。此外，还有显示电路、键盘扫描电路等。传感器电路的设计是本系统设计的重点，由于要对湿度进行检测，因此需要传感器的检测电路进行设计。3.1 控制电路设计控制器是系统的核心部分，其性能好坏与系统功能的
12、实现有密切的联系。它接收来自于键盘、湿度传感器输出的数字信号和频率信号并对其进行处理，再以控制电压的形式将电压信号输出给电机驱动电路，以控制通风扇的开关。控制电路外接七段数码管电路、键盘扫描电路、信号检测电路和通风电机驱动电路，具体电路如图3.1所示。图3.1单片机控制电路U110是单片机电源输入端，在此电路上安装了一个发光二极管以显示系统是否上电。J1是单片机ISP下载输入端，系统程序从该端口载入单片机内。尺101、C101和S101组成了单片机的复位电路。3.2 湿度检测电路设计湿度检测采用的是湿度传感器HS1101。在粮情测控系统中主要是检测室内与室外的湿度，一般一个粮仓有两个湿度检测点
13、，且精度要求不高。对湿度检测点的控制采用控制温度的方法，采用CD4051实现片选控制。湿度传感器HS1101是法国Humirel生产的电容式湿度传感器。HS1101是一种在高分子薄膜上形成的电容。高分子薄膜上的电极是很薄的金属微孔蒸发膜，水分子可通过两端的电极被高分子薄膜吸附或释放，随着这种水分子的吸附或释放，高分子的介电系数将发生相应的变化。由于介电系数随空气的相对湿度变化而变化，所以只要测定电容C值就可得到相对湿度。HS1101是基于独特工艺设计的固态聚合物结构，在电路中等效于一个电容器，其电容随所测空气的相对湿度增大而增大。具有极好的线性输出，在相对湿度为0100RH的范围内，电容的容量
14、由163 pF变化到202 pF，其误差不大于2RH；湿度量程为199RH，工作温度范围为-40100；湿度输出受温度影响极小(温度系数仅为0.04 pF)；常温下使用无需温度补偿，无需校准。3.3 通信电路设计通信电路采用RS485总线协议实现与PC机的通信。单片机将采集到的温湿度数据通过RS485总线输送给上位机(PC机)进行实时记录。由于PC机只能用RS232协议进行通信，因此需要采用一个RS485和RS232的电平转换电路，该电平转换电路主要包括电源、RS232电平转换、RS485电路三部分。 3.4 显示电路设计显示电路采用5个七段数码管动态显示，显示结果清晰。其中第一个数码管用于系
15、统标定，即显示当前系统的工作状态；第二、三个数码管显示温湿度的分组，即所显示的数据就是哪组温度传感器或哪个湿度传感器；第四、五个数码管用于显示温度的给定值、温度检测值和湿度检测值。其驱动电路图如图3.2所示。图3.2数码显示驱动电路在七段数码管的扫描过程中，任意时刻只有一个数码管被点亮，显示时间很短(仅1ms3 ms)，并且是循环显示。由于人眼的视觉暂留效应，在显示刷新很快的时候，可以认为全部数码管持续点亮。显示电路部分程序如下： START:ORG 0100H; MAIN:MOV R0,#00H; MOV DPTR,#TABLE; DISP:MOV A,R0; MOVC A,A+ADPTR; MOV P1,A; ACALL DELAY;INC R0;CJNE R0,#0AH,DISP;AJMP MAIN; DELAY:MOV R1,0FFH; LOOP0:MOV R2,#0FFH; LOOP1:DJNZ R2 , LOOP1;DJNZ R1, LOOP0;RET TABLE:D
