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基于AT89S52单片机的温湿度检测系统设计17623.docx
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摘要
随着人们的生活及其生产水平的不断提高,对生活环境和生产环境的要求就显的尤为重
要,温湿度的控制就是一个典型的例子,因此温湿度检测系统就是现代生产生活中应运而生
的一种智能、快捷、方便可靠的检测系统,特别是在工业生产中如果检测得不准确就会发生
许多的生产事故。如化工生产中对温度的检测不当就会导致生产效率的降低和产品质量的下
降。而现在所使用的温湿度检测系统通常都是精度为 1℃或 0.1℃的水银、煤油或酒精温度
计进行的温度检测和用传统的物理模拟量的方法进行的湿度检测。这些温湿度检测计的刻度
间隔通常都很密,不容易准确分辨,读数困难,而且他们的热容量还比较大,达到热平衡所
需的时间较长,因此很难读准,并且使用非常不方便。
要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手,一切
向着数字化控制,智能化控制方向发展。本设计是以单片机(AT89C51)为核心,配合温度
传感器(AD590)和湿度传感器(HIH-3610),以及相关的外围电路组成的检测系统,可以接
收所测环境的温度和湿度信号,检测人员可以通过数码管显示的数据,实时监控环境的温度
和湿度情况。所有的测量操作都可以通过主机控制软件来实现,温度和湿度传感器得到的测
量信号,经电路转换为电信号,然后通过一定的放大经过芯片TLC549A/D 转换送到单片机
进行数据处理,经软件分析处理后送显示装置。
本系统包括系统硬件和软件设计,可靠性高,结构简单,实现了对温湿度的自动调节。
系统还应用 RS232 与上位机相连接,可以设置自动记录温度、湿度的相关的参数,也可以
设置每隔一定的时间自动记录,可用在气象的观察方面。
关键词:AT89S52单片机,温度传感器,湿度传感器,A/D 转换,
LED 显示
目录
第 1 章 概述 ................................................. 3
1.1 课题的研究背景...................................................................................3
1.2 温湿度检测的发展状况以及存在的问题...........................................3
1.3 本课程设计的主要内容.......................................................................4
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第 2 章 系统总体方案设计 ..................................... 6
2.1 温度传感器...........................................................................................6
2.1.1 温度传感器主要特性................................................................6
2.1.2 AD590 的工作原理....................................................................6
2.1.3 电路设计....................................................................................7
2.2 湿度传感器...........................................................................................8
2.2.1 湿度传感器主要特性................................................................8
2.3 A/D 转换器.........................................................................................10
2.3.1 A/D 转换器主要特性...............................................................10
2.3.2 TLC549 工作原理 .................................................................... 11
2.4 单片机 AT89S52 ...............................................................................12
2.4.1 AT89S52主要特性...................................................................12
第 3 章 系统的硬件设计和连接 ................................ 15
3.1 主控模块............................................................................................15
3.2 现实模块............................................................................................15
3.3 A/D 转换模块.....................................................................................16
3.4 温度和湿度模块................................................................................16
3.4.1 温度信号采集的设计..............................................................16
3.4.2 湿度信号采集的设计..............................................................17
3.5 继电器控制电路................................................................................17
3.6 TLC549 与 AT89S52 的接口电路设计.............................................18
3.7 键盘设计............................................................................................19
3.8 输出驱动的设计................................................................................19
3.9 与上位机相连电路的设计................................................................20
3.10 电源电路的设计..............................................................................21
3.11 报警电路设计..................................................................................21
第 4 章 系统软件方案的设计 .................................. 22
4.1 程序流程图........................................................................................22
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4.1.1 温湿度主程序流程图..............................................................23
4.1.2 报警器流程图..........................................................................23
4.1.3 A/D 转换子程序流程图...........................................................23
4.1.4 键盘中断流程图......................................................................24
4.2 程度清单............................................................................................24
4.2.1 温度采集初始化程序..............................................................24
4.2.2 湿度采集初始化程序..............................................................25
4.2.3 显示电路程序..........................................................................25
4.2.4 制交流蜂鸣器发声程序..........................................................26
4.3 上位机软件设计................................................................................27
4.3.1 系统进入界面程序..................................................................27
4.3.2 实时显示界面..........................................................................28
4.3.3 历史数据界面..........................................................................29
第 5 章 总结与展望 .......................................... 31
参考文献 ................................................... 32
第 1 章 概述
1.1课题的研究背景
工业生产中有些场合需要使用精密的机台设备,这些设备的精密度高、价格高,因此为
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了保证产品的质量及机台的使用寿命,对其环境的要求也很高,尤其的是对温度、湿度的控
制。例如在我工作的生产发光二极管 LED 的工业现场,前面的两道工序固晶片和焊线要求
的精度非常高,晶片必须固到碗杯的中心点,偏差不可超过1/5 晶片的宽度,且对胶量的控
制也有严格的要求,只有这道工序做好了,下一个工序焊线才会顺利,否则焊线将会出现很
多异常,不仅会降低产量也会造成质量问题,因此要求每三个小时记录一次室内的温湿度,
且要保证其温度在 18℃--23℃之间,湿度不可超过 60%。
随着信息产业的发展及工业化的进步,温度和湿度不仅仅表现在以上几个方面直接或间
接影响着人类基本生活条件, 还表现在对工生物制品、医药卫生、科学研究、国防建设等方
面的影响。针对以上情况,研制可靠且实用的温湿度控制器显得非常重要。常用温湿度传感
器的非线性输出及一致性较差,使温湿度的测量方法和手段相对较复杂,且给电路的调试带
来很大的困难。传统的温湿度测量多采用模拟小信号传感器,不仅信号调理电路复杂,且温
湿度值的标定过程也极其复杂,并需要使用昂贵的标定仪器设备。因此对于温湿度控制器的
设计有着很大的现实生产意义。
本文设计的是基于单片机 AT89S52 的温湿度检测和控制系统,主要以广泛应用的
AD590 和 HIH-3610 作为温度和湿度的检测,该仪器具有测量精度高、硬件电路简单、并能
很好的进行显示,可测试不同环境温湿度的特点。另外和控制电路相连,可以进行加湿电路
和除湿电路的控制,使温度和湿度参数在预先设定的范围内,不需要人的直接参与。本系统
还通过 RS232 和上位机相连,可以设置每隔一定的时间进行温度和湿度的采集,上传到上
位机,以供查询。
1.2 温湿度检测的发展状况以及存在的问题
传统的温度和湿度检测系统主要有以下几种:
(1)水汽压(e):是水汽在大气总压力中的分压力。它表示了空气中水汽的绝对含量
的大小,以毫巴为单位。
(2)相对湿度(rh):湿空气中实际水汽压e 与同温度下饱和水汽压 E 的百分比,相对
湿度的大小能直接表示空气距离饱和的相对程度。空气完全干燥时,相对湿度为零。相对湿
度越小,表示当时空气越干燥。当相对湿度接近于100%时,表示空气很潮湿,越接近于饱
和。
(3)露点(或霜点)温度:指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下,冷却到饱和
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时的温度。
(4)干湿球温度表:用一对并列装置的、形状完全相同的温度表,一支测气温,称干
球温度表,另一支包有保持浸透蒸馏水的脱脂纱布,称湿球温度表。
(5)发湿度表(计):利用脱脂人发(或牛的肠衣)具有空气潮湿时伸长,干燥时缩短
的特性,制成毛发湿度表或湿度自记仪器,它的测湿精度较差,毛发湿度表通常在气温低于
-10℃时使用。
(6)电阻式湿度片:利用吸湿膜片随湿度变化改变其电阻值的原理,常用的有碳膜湿
敏电阻和氯化锂湿度片两种。前者用高分子聚合物和导电材料碳黑,加上粘合剂配成一定比
例的胶状液体,涂覆到基片上组成的电阻片;后者是在基片上涂上一层氯化锂酒精溶液,当
空气湿度变化时,氯化锂溶液浓度随之改变从而也改变了测湿膜片的电阻。
(7)薄膜湿敏电容:是以高分子聚合物为介质的电容器,因吸收(或释放)水汽而改
变电容值。它制作精巧,性能优良,常用在探空仪和遥测中。
随着智能检测系统的飞速发展,基于单片机的温湿度检测系统将多传感器系统结合在一
起。如何把多传感器集中于一个检测控制系统,综合利用来自多传感器的信息,获得对被测
对象的可靠了解和解释,以利于系统做出正确的响应、决策和控制,是智能检测控制系统中
需要解决的首要问题。在温湿度要求严格的场合,利用多传感技术可以提高系统的可靠性和
精度,亦可以提高系统的时间空间的覆盖范围。
1.3 本课程设计的主要内容
单片机是系统的控制核心,所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选
择,对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。单片机种类很多,在众多51 系
列单片机中,较为常用的是 ATMEL 公司的 AT89C51 和 AT89S52 单片机,AT89C51 片内
4KROM 是 Flash 工艺的,使用专用的编程器自己就可以随时对单片机进行电擦除和改写,
片内有 128 字节的 RAM。而 AT89S52 含有在系统可编程的 Flash 存储器,片内有 8K 闪存,
RAM 的容量也较 AT89C51大 ,为 256 字节。显然这种单片机优点更多,开发时间也大为缩
短。因此,在本次设计中选用了 ATMEL 公司的 AT89S52 单片机。
温湿度信号的采集为模拟信号,而单片机接收的为数字信号,因此需要进行A/D 转换,
在需要进行多路 A/D 转换时,目前常采用多通道A/D 转换器,如ADC0809、AD574 等 。这
些转换器多为 8 通道,电路较为复杂。如果只需完成单个通道 8 位转换,且速度要求不高时,
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