《仓库温湿度的监测系统(毕业设计)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仓库温湿度的监测系统(毕业设计)（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、51 单片机仓库温湿度的监测系统第一章 绪论 21.1 选题背景 212设计过程及工艺要求 2第二章 方案的比较和论证 32. 1温度传感器的选择 32. 2湿度传感器的选择 42. 3信号采集通道的选择 4第三章 系统总体设计 531 信号采集 6311 温度传感器 63. 1. 2湿度传感器 10313多路开关1232 信号分析与处理 133. 2. 1 A/D转换133. 2. 2单片机8031 163. 2. 2. 1 803 1的片内结构 173. 2. 2. 2 8031 的引脚图 183. 2. 2. 3 803 1程序存储器 193. 2. 2. 4 803 1数据存储器 20
2、3. 2. 2. 5特殊功能寄存器SFR213. 2. 2. 6工作方式 223. 2. 3存储器的设计 233. 2. 4数据存储器的掉电保护243. 2. 5系统时钟的设计 253. 3显示与报警的设计 253.3.1显示电路 253.3.2报警电路 26第四章 软件设计 27参考文献 33第一章 绪论1. 1 选题背景防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的 重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利 进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、 毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过
3、人工进行检测，对不符合 温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、 效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用 方便且测量准确的温湿度测量仪。12 设计过程及工艺要求一、基本功能 检测温度、湿度 显示温度、湿度 过限报警-30C-+50C土 0.5 C10%-100%RH土 1%RH温度：四位显示 湿度：四位显示 三极管驱动的蜂鸣音报警二、主要技术参数 温度检测范围 测量精度： 湿度检测范围 检测精度： 显示方式： 报警方式：第二章 方案的比较和论证当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取 必要的输入
4、信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测 控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器 对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。 工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程 中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。2. 1温度传感器的选择方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制 成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高
5、、测量 范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电 阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温 度系数小，受到磁场影响大,在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200 650C，百度电阻比W (100) =1.3850时，R0为100Q和10Q，其允许的测量误差A 级为土(0.15C+0.002 Itl), B 级为(0.3C+0.005 Itl)。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在 腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180C测温。方案二：采用AD590,
6、它的测温范围在-55C+150C之间，而且精度高。M 档在测温范围内非线形误差为土0.3C。AD590可以承受44V正向电压和20V反向 电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无 需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也很简单。作为电流输出型传感器的 一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力AD590的测量信号 可远传百余米。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度 传感器的选择。2. 2湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引 起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周
7、围空气的湿度。电容式、 电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积 随之发生变化而进行湿度测量的。方案一：采用H0S-201湿敏传感器。H0S-201湿敏传感器为高湿度开关传感器， 它的工作电压为交流IV以下，频率为50HZ1 KHZ,测量湿度范围为0100%RH,工 作温度范围为050C，阻抗在75%RH (25C )时为IM Q。这种传感器原是用于开 关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下 的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地 利用其线性特性。方案二：采用HS1100/HS1101湿度
8、传感器。HS1100/HS1101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。不需校准 的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构， 由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品，适用于线性电压输出和 频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于土2%RH； 响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/C。可见精度是较高的。综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只 限于一定范
9、围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在 本设计系统中对温度-3050C的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度 传感器。2. 3信号采集通道的选择在本设计系统中，温度输入信号为8路的模拟信号，这就需要多通道结构。 方案一、采用多路并行模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：(1) 可以根据各输入量测量的饿要求选择不同性能档次的器件。总体成本可以作得 较低。( 2)硬件复杂，故障率高。(3)软件简单，各通道可以独立编程。 方案二、采用多路分时的模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：(1) 对ADC、S/H要求高。（2）处理速度慢。（3）硬件简单，成本低。
10、（4）软件比较复杂。 综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比 较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。图 2-1 多路并行模拟量输入通道图 2-2 多路分时的模拟量输入通道第三章 系统总体设计本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟 信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，我设计了以8031基本系统为核心的一套检 测系统，其中包括 A/D 转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显 示、报警电路、系统软件等部分的设计。图3-1系统总体框图本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成
11、的。（一）信号采集（二）信号分析（三）信号处理由AD590、HS1100及多路开关CD4051组成；由A/D转换器MC14433、单片机8031基本系统组成;由串行口 LED显示器和报警系统等组成。31信号采集311温度传感器集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。一主要特性AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I, J, K, L, M表示。AD590L, AD590M 一 般用于精密温度测量电路，其电路外形如图3-2所示，它采用金属壳3脚封装， 其中1脚为电源正端V+； 2脚为电流输出端I0； 3脚为
12、管壳，一般不用。集成 温度传感器的电路符号如图3-2所示。图3-2 AD590外形（图1）及电路符号（图2）1、流过器件的电流（口 A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数,即:I t/T=1 口 A /K式中：IT流过器件(AD590)的电流，单位口 A。T热力学温度，单位K。2、AD590 的测温范围-55C- +150C。3、AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化，电流IT 变化1 口 A,相当于温度变化IK。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因 而器件反接也不会损坏。4、输出电阻为710MQ。5、精度高。AD590共有I、J、K、L
13、、M五档，其中M档精度最高，在-55C+150C 范围内，非线形误差0.3C。2 AD590的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和530V的直流电源相连, 并在输出端串接一个1kQ的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成 正比，此时电阻两端将会有1mV / K的电压信号。其基本电路如图3-3所示。:時3明盘弗汁的艸心电路图3-3 AD590内部核心电路图3-3是利用AU特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2BE起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的 晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n
14、个晶体管并联而成，因 而其结面积是丁4的口倍T3和T4的发射结电压U和U经反极性串联后加在电阻BE3BE4R上，所以R上端电压为AU。因此，电流I1为：BEI =AU /R=(KT/q) (lnn)/R1BE对于AD590, n = 8,这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引 至负载电阻R上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出L信号不受电源电压和导线电阻的影响。图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻, 该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1 UA/K的I值。曲呻川前W話4L将图3-4 AD590内部电路图3-4所示是AD590的内部电路，图中
15、的T1T4相当于图3-3中的T1、T2,而 T9, T11相当于图3-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供 出厂前调整之用。T7、T8, T10为对称的W订son电路，用来提高阻抗。T5、T12和 T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为发 射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。T1T4是为热效应而设计的连接防式。而 C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9, T10, T11三者的发射极电 流相等，并同为整个电路总电流I的1/3。T9和T11的发射结面积比为8： 1, T10 和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6 上,因此可以写出： U = (R 2 R ) I / 3BE65R6 上只有T9的发射极电流，而R5 上除了来自T10的发射极电流外，还有来自 T11的发射
