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1、大连民族学院机电信息工程学院自动化系检测技术课程设计报告题 目：湿度测量仪表专 业：测控技术与仪器班 级：测控技术与仪器112学生姓名：张晓旭 赵洪鹏 冉育指导教师：谢春利设计完成日期： 2014年 7月11日课程设计任务书题目： 湿度测量仪表课程设计时间： 2014.6.282013.7.11一、设计任务 给定湿度传感器和单片机最小系统，学习使用单片机最小系统，设计湿度测量电路和模拟量输入通道，完成相关的软件设计并实现湿度测量与显示。二、设计内容及要求 系统设计的方案； 检测电路和过程通道的设计； 系统软件设计与实现； 需要的详细材料和工具清单； 设计的性能指标； 撰写设计报告； 资料归档。
2、三、设计重点检测电路和过程通道设计；系统软件设计、调试。四、课程设计进度要求 14.6.2814.6.29 系统方案设计； 14.6.3014.7.4 检测电路和过程通道设计； 14.7.514.7.6 完成系统硬件设计与实现； 14.7.714.7.8 检测电路和过程通道设计； 14.7.914.7.10 撰写设计报告； 14.7.11 验收答辩。五、参阅书目1 祁伟，杨亭，单片机C51程序设计教程与实验M。北京：北京航空航天大学出版社，2006.12 徐科军，传感器与检测技术M。北京：电子工业出版社，2010.113 方彦军，孙健，智能仪器技术及其应用M。北京：化学工业出版社，2004.4
3、4 徐爱钧，智能化测量控制仪表原理与设计M。北京：北京航空航天大学出版社，2004.9目录 1.设计任务和性能指标11.1设计任务11.2性能指标12.设计方案12.1任务分析12.2 方案设计23. 系统硬件设计33.1检测电路设计43.2显示电路和报警电路设计53.2.1显示电路53.2.2报警电路54. 系统软件设计64.1主程序设计64.2 A/D转换程序设计74.3监控程序设计75. 调试及性能分析85.1调试分析85.11软件调试85.12硬件调试85.13系统功能调试85.2性能分析96. 总结9参考文献10附录1 元器件清单11附录2 系统仿真图与原理图12附录3 程序清单13
4、 课程设计报告1.设计任务和性能指标1.1设计任务在工农业生产、航天、气象、环保等诸多领域，对环境湿度的监测与控制都已成为比较普遍的技术条件之一，但是在环境参数的测量中，因为受环境影响大，湿度是最难准确测量的参数。基于此背景本课题的目的是设计制作一个湿度测量仪，其基本功能是能够检测出某一环境的湿度并显示，设计湿度的上下限阈值实现报警功能。1.2性能指标1） 相对湿度测量精度：5%2） 检测范围：0-100%3） 湿度设限范围：10%-95%4） 电源：DC5V10%5） 工作环境湿度：90%6） 四位数码管实时显示湿度检测值2.设计方案2.1任务分析考虑到湿度检测是由传感器把非电量转化为电量，
5、选用的HM1500传感器输出的是0-5V电压，且电压值稳定，受外部干扰小，因此可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换的数据送给单片机进行分析与处理，此外还要进行数码管显示，按键，报警电路等设计。总体方案框图应该如图1所示图1 总体方框图2.2 方案设计该系统主要由AT89C52单片机系统，温湿度采样电路，数码管显示电路和报警电路三部分组成。系统示意图如图2所示图2 系统示意图采用传统的传感器将湿度转换成模拟的电压信号，然后通过AD转换为数字量。HM1500湿度传感器是一种标准的模拟量湿度采集的传感器，其内部通过采集的电压信号放大为标准的输出电压，进入ADC0809芯片转换，通过模拟量转
6、换为数字量以后，数字量输入单片机进入显示电路显示，期间可以按下按键定点显示此时刻湿度值，若此环境的湿度值低于或者超过设限范围并进入报警电路，蜂鸣器能响起。具体方案设计框图如图3所示图3 具体方案设计框图3. 系统硬件设计本设计的原理是一个基于单片机AT89C52与湿度传感器HM1500等技术相结合主体，利用模拟湿度传感器HM1500对某一环境的湿度进行检测，实现对此环境湿度的测控，并将它的输出由单片机的软件对其进行校正处理所得到的结果最终送给四位数码管显示，切带有湿度上下限的报警。系统原理图如下图4 设计原理图3.1检测电路设计实验采用的是集成湿度传感器。传感器的敏感元件采用的属水分子亲和力型
7、和高分子材料湿敏元件。它的原理是采用具有感湿功能的高分子聚合物涂敷在带有导电电极的陶瓷衬底上，导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率，形成阻抗随相对湿度变化成对数变化转换成相应的线性电压信号输出以制成湿度传感器模块形式。当传感器的工作电源为+5V5时,湿度传感器的输出电压为0.9V至2.7V，湿度为30至90RH。因为考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以选择HM1500湿度传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。如下图5是HM1500结构和外形，图6是HM1500原理图，图7是HM1500传感器的电压量和百分值的关系以及算法
8、。 图5 HM1500结构和外形 图6 HM1500原理图图7 HM1500传感器的电压量和百分值的关系以及算法3.2显示电路和报警电路设计3.2.1显示电路本设计使用并行输入硬件译码静态显示电路，静态显示电路中，各位可独立显示，只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示字符。电路中采用了锁存译码器MC14495将P1口低4位输出的BCD码译成七段字型码，利用P1口高四位做为各锁存译码器的所存信号，实现稳定显示。LED使用的是共阴极7段数码管。原理图如下图8 数码管显示原理图3.2.2报警电路原理如图9所示图9 报警电路原理图4. 系统软件设计4.1主程序设计主程序原理流程图如下
9、图10 主程序流程图4.2 A/D转换程序设计ADC0809模数转换流程图如下所示图11 A/D转换流程图4.3监控程序设计图12 监测程序流程图5. 调试及性能分析5.1调试分析5.11软件调试1、ADC0809需要外接时钟，时钟频率为500KHz，用89C51单片机定时器溢出中断产生500KHz的方波作为ADC0809的脉冲。2、湿度检测器软件调试主要利用Proteus仿真，AD6电路板设计软件和Keil编程软件。首先在Keil编程环境下调试程序，编译无误后进行Proteus仿真，仿真通过之后，采用AD6进行电路板设计。3、经最后的调试，软件部分成功完成，并且把一开始的显示做到了无阴影延时
10、显示的效果。5.12硬件调试继软件调试成功之后，本次课程设计的湿度检测器硬件电路主要是在AT89C52单片机系统开发板上进行设计，外加HM1500湿度传感器和数码管显示器。首先用万用板和杜邦线进行简单搭建电路，调试成功之后进行电路板设计。5.13系统功能调试在系统硬件和软件设计的基础上，通过对软硬件的结合调试，湿度检测器的设计方案得到了肯定，通过实物连接检测得知，能够检测到环境中的湿度，并且能够实时显示，且具有温湿度上下限报警功能。系统软硬件结合调试如下图图 系统整体调试图5.2性能分析HM1500湿度传感器是一种灵敏度高，集成性强的传感器，经过调试很多次后发现，其测量需要用一层干燥的纸包住其
11、感应端，这样使其在挪移过程中不会造成湿度值大幅度的变化，并且在很短的时间内稳定转换环境的湿度值。设计的湿度检测测试仪应具有如下特点：（1） 数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路键盘响应电路，无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。 （2）系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。 （3）从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。由单片机系统控制键盘和LED显示来实现人机交互操作，界面友好。 （4）软件设计简单易懂。6. 总结经过了短暂的时间，我们终于完成了本次课设，这段时间的努力让我们看到了小小的满足与成就，虽然过程很波折，但结果
12、很美丽。时间虽短，却让我们有了很多感触。在大三的最后阶段，让我们能够清楚的认识自己，了解自己的能力，在接下来的大四一年努力充实自己，弥补不足，为毕业提前做准备。在程序的设计与调试中我们重复了很多次也找到了平时学习中的很多漏洞，对于编程、设计还有很大的空间等待着我们去探索。这次检测技术课程设计虽然并不是很难，但确实是对我们这三年所学的知识以及自学能力的充分检验，在这段时间确实遇到了很多问题，技术的不过关，知识的不扎实，耐心、毅力的不充足，每一个问题都会是我们今后迈入职场的致命问题，所以这是一个重新检测自我的好机会，这段时间我们看到了彼此的缺点与不足。虽然只是一次小小的课设，但是这种自主学习的能力
13、却是一种莫大的感染，所以感谢这次机会，感谢老师的指导，感谢这一次的成长！这一次我们知道了，不论什么时候，一定要向前，自主学习才是王道。参考文献1电子工程师必备-元器件应用宝典。北京：人民邮电出版社。 2何希才，新型电子电路应用实例。北京：科学出版社。 3 郭天祥，51单片机C语言教程M。北京：电子工业出版社，2009.1。 4康华光，电子技术基础-模拟部分。高等教育出版社。 5韩桂英，数字电子技术基础实用教程。北京：清华大学出版社。 6道客巴巴，http:/ 7百度文库，http:/ 8齐志才，赵继印.MCS-51系列单片机原理及接口技术.北京:中国建筑工业出版2005。 9谭浩强，C程序设计M.清华大学出版社，1998，1。 10微机原理及应用 黄冰等编著 重庆：重庆大学出版社 ，2003 11基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真周润景等编著 北京：北京航空航天大学出版社，2006附录1 元器件清单序号器件名称及型号数量151单片机最小系统12ADC080913HM150014杜邦线若干5面包板若干6排针及排母若干7共阴极7段数码管48蜂鸣器1附录2 系统仿真图与原理图附录3 程序清单主程序 延时子程序 数码管显示子程序 整体程序 2
