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1、基于89C51单片机仓库温湿度的监测系统的设计引 言随着社会的发展人们对生产生活中所需储备物资的质量保证要求越来越高，因而对储备物资的仓库管理质量也更加重视，而防潮、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
2、便且测量准确的温湿度测量仪。由此而来的基于单片机的温湿度测量仪开始出现在了人们的生产生活中，随着其不断的发展也将被大部分人所接受。 伴随时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活得方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、交通、智能仪器等迅速发展的家用消费产品、仪器仪表、医疗设备、信息和通信产品、航空航天、专用设备的智能化管理、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。 本课题研究
3、的主要内容有：以单片机为核心的主控制模块的设计；温湿度采集模块的设计；温湿度显示模块的设计；语音警报模块的设计。与传统的温湿度测量仪器相比，该设计的温湿度监测系统具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。第1章 绪论1.1 选题背景 随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。同时传感器技
4、术作为新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，也是当代科学技术发展的一个重要标志。传感器技术、通信技术、计算机技术、分别对应信息技术中的采集、传输和处理。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。当集成电路、计算机技术飞速发展时，电脑的运算速度和信息处理能力得以成倍的提高，这时人们才逐步认识到信息摄取装置：传感器没跟上信息技术的发展，因而惊呼“大脑发达、五官不灵”。世界上技术发达的国家对传感器技术开发都十分重视。这些技术的发展也为仓库的温湿度监测系统的发展提供了科学依据。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
5、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。1.2 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 过限报警二、 主要技术参数 温度检测范围 ： -30+50 测量精度 ： 0.5 湿度检测范围 ： 10%-100%RH 检测精度 ： 1%RH 显
6、示方式 ： 温度：四位显示 湿度：四位显示 报警方式 ： 三极管驱动的蜂鸣音报警第2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
7、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、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-200650，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0.15+0.002 |t|），B级为（0.3+0.005 |t|）。铜电阻的温
8、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-50180测温。 方案二：采用AD590，它的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。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
9、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HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M。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
10、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2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。综
11、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-3050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，温度输入信号为两路的模拟信号，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，如图2-1。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，如图2-2。 这种结
12、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。（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3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AT89C51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
13、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的。 （一） 信号采集 由AD590、HS1100及多路开关CD4051组成； （二） 信号分析 由A/D转换器MC14433、单片机AT89C51基本系统组成；（三） 信号处理 由串行口LED显示器和报警系统等组成。3.1 信号采集3.1.1 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
14、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外形及电路符号1、流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：I T/T=1A /K式中：IT 流过器件（AD590）的电流，单位A。T热力学温度，单位K。2、 AD590的测温范围-55- +150。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1A，相当于温度变化1K。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
15、、输出电阻为710M。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线形误差0.3。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1k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1mVK的电压信号。其基本电路如图3-3所示。图3-3 AD590内部核心电路图3-3是利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2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个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为UBE。因此，电流I1为： I1UBER（KTq）（lnn）
