【正文】 7)也設計制造了一種溫度計。他認為水銀的膨脹系數太小，不宜做測溫物質。他專心研究用酒精作為測溫物質的優(yōu)點。他反復實踐發(fā)現(xiàn)，含有 1/5 水的酒精，在水的結冰溫度和沸騰溫度之間，其體積的膨脹是從 1000 個體積單位增大到 1080 個體積單位。因此他把冰點和沸點之間分成 80 份，定為自己溫度計的溫度分度，這就是列氏溫度計。 華氏溫度計制成后又經過 30 多年，瑞 典人攝爾修斯于 1742 年改進了華倫海特溫度計的刻度，他把水的沸點定為零度，把水的冰點定為 100 度。后來他的同事施勒默爾把兩個溫度點的數值又倒過來，就成了現(xiàn)在的百分溫度，即攝氏溫度，用℃表示。華氏溫度與攝氏溫度的關系為 ： ℉＝ 9/5℃ +32，或℃＝ 5／ 9(℉ 32)。 現(xiàn)在英、美國家多用華氏溫度，德國多用列氏溫度，而世界科技界和工農業(yè)生產中，以及我國、法國等大多數國家則多用攝氏溫度。隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術的需要，測溫技術也不斷地改進和提高。由于測溫 范圍越來越廣，根據不同的要求，又制造出不同需要的測 溫儀器。 167。 濕度計的由來 濕度計是測量空氣內含水分多少的儀器?！妒酚浱旃贂分屑从袦y濕的記載。我國漢朝初年就已出現(xiàn)濕度計，它是利用天平來測量空氣干燥或潮濕的。天平濕度計的使用方法，是把兩個重量相等而吸濕性不同的物體，例如灰和鐵，分別掛在天平兩端。當空氣濕度發(fā)生變化時，由于兩個物體吸入的分水不同，重量也就起了變化，于是天平發(fā)生偏差，從而指示出空氣潮濕的程度。 這就是濕度計的由來。 167。 露點意義 氣溫愈低，飽和水氣壓就愈小。所以對于 含有一定量水汽的空氣，在氣壓不變的情況下降低溫度，使飽和水汽 壓降至與當時實際的水汽壓相等時的溫度，稱為露點（ Dew point）。 露點溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時 4 的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度叫露點溫度。露點溫度本是個溫度值，可為什么用它來表示濕度呢？這是因為，當空氣中水汽已達到飽和時，氣溫與露點溫度相同；當水汽未達到飽和時，氣溫一定高于露點溫度。所以露點與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。在 100%的相對濕度時，周圍環(huán)境的溫度就是露點溫度。露點溫度越小于周圍環(huán)境的溫度，結露的可能性就越小，也就意味 著空氣越干燥，露點不受溫度影響，但受壓力影響。 濕球溫度的定義是在定壓絕熱的情況下，空氣與水直接接觸，達到穩(wěn)定熱濕平衡時的絕熱飽和溫度。 第二章 設計任務分析及方案論證 167。 設計總體方案及方案論證 按照系統(tǒng)設計功能的要求，確定系統(tǒng)由 5 個模塊組成：主 控制 器 ，溫濕度傳感器，報警電路，按鍵電路 及顯示電路。 圖 21 總體電路框圖 主控制 器 的 功能有單片機來 完成，主要負責處理由 溫濕度傳感器送來數據，并把處理好的數據送向顯示模塊。溫濕傳感器 主 要用來采集周圍環(huán)境參數，并把所采集來的參數送向主控制器。按鍵電路主要用來完成單片機的復位操作和溫濕度初始值的設定。這里需要四個按鍵，一個用來 溫度設定的累顯示模塊 模塊 報警電路 按鍵電路 溫濕度傳感器 主 控 制 器 5 加 ， 一個是用來溫度設定的遞減， 一個用來 設定濕度的累加，一個用來設定濕度的遞減 。報警電路就是用一個發(fā)光二極管 顯示 ， 而且外加一個繼電器來驅動外電路， 用來判斷周圍環(huán)境的溫度或者濕度是否超出設定值了，任何一個超出設定值發(fā)光二極管就會被點亮。 而且繼電器會發(fā)出聲響，鎖存器用來驅動顯示電路主要用來驅動 4 位數碼管發(fā)光的。由于單片機的輸出電流太?。ㄖ挥袔?mA）不能驅動繼電器 ， 所以這里必須增加一個驅動顯示模塊。 167。 元器件的選擇 167。 主控制器芯片 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。內部集成 MAX810 專用復位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉換 (250K/S),針對電機控制，強干擾場合。 1. 增強型 8051 CPU， 1T，單時鐘 / 機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 2. 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （ 5V 單片機） STC12LE5A60S2 系列工作電壓： （ 3V 單片機） 3. 工作頻率范圍： 0 35MHz，相當于普通 8051 的 0～ 420MHz 4. 用戶應用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié) ...... 5. 片上集成 1280 字節(jié) RAM 6. 通用 I/O 口（ 36/40/44 個）， 復位 后為： 準雙向口 / 弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口） 可設置成四種模式：準雙向口 / 弱上拉，推挽 / 強上拉，僅為輸入 / 高阻，開漏 每個 I/O 口驅動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不要超過 55mA 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程）， 無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片 8. 有 EEPROM 功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 無內部 EEPROM) 9. 看門狗 6 集成 MAX810 專用復位電路（外部晶體 12M 以下時，復位腳可直接 1K 電阻到地） 11. 外部掉電檢測電路 : 在 口有一個低壓門檻比較器 5V 單片機為，誤差為 +/5%, 單片機為 ，誤差為 +/3% ：外部高精度晶體 / 時鐘，內部 R/C 振蕩器 (溫漂為 +/5%到 +/10%以內 )用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時鐘常溫下內部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機為： 11MHz ～ 單片機為： 8MHz ～ 12MHz 精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準。 13. 共 4 個 16 位定時器 兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 / 計數器 ,16 位定時器 T0 和 T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上 2 路 PCA 模塊可再實現(xiàn) 2 個 16 位定時器。 14. 2 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 。 15. 外部 中斷 I/O 口 7 路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/, INT1/, T0/, T1/, RxD/, CCP0/(也可通過寄存器設置到 ), CCP1/ (也可通過寄存器設置到 ) 16. PWM(2 路） /PCA（可編程計數器陣列 ,2 路） 也可用來當 2 路 D/A使用 也可用來再實現(xiàn) 2 個定時器 也可用來再實現(xiàn) 2 個外部中斷 (上升沿中斷 / 下降沿中斷均可分別或同時支持 ) 17. A/D 轉換 , 10 位精度 ADC，共 8 路，轉換速度可達 250K/S(每秒鐘 25 萬次 ) 18. 通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再 7 用定時器或 PCA 軟件實現(xiàn)多串口。 19. STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標志的才有雙串口，RxD2/(可通過寄存器設置到 )， TxD2/(可通過寄存器設置到 ) 20. 工作溫度范圍： 40 +85℃ (工業(yè)級 ) / 0 75℃ (商業(yè)級 ) 21. 封裝： PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O 口不夠時，可用 2 到 3 根普通 I/O口線外接 74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴展 I/O 口 ,還可用 A/D 做按鍵掃描來節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口。 167。 溫濕度傳感器 測濕模塊選用濕度傳感器 SHT15。 而溫度傳感器則用 PT100，本來 SHT15也有 測溫的功能，但是它不能滿足設計的要求，且他的線性度沒有 PT100 好，因此測溫傳感器就用 PT100，測濕的傳感器用 SHT15。下面圖說明它的線性度好。 SHTxx 系列單芯片傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專利的工業(yè) COMS 過程微加工技術（ CMOSens174。） ,具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個 14 位的 A/D 器以及串行接口電路在 同一芯片上實現(xiàn)無縫鏈接，從而具有超快響應，抗干擾能力強，性價比 高等優(yōu)點。 其內部機構圖如下圖 22 所示。 8 圖 22 SHT15 結構圖 ]7[ 167。 驅動顯示電路 驅動 顯示模塊選用 2 個 4 位共 陰 極數碼管和 3 個鎖存器 74573。由于單片機的端口輸出電流太小，這里必須 加鎖存器來使數碼管顯示，使顯示的效果更好 。 LED 數碼管也稱半導 體數碼管，是目前數字電路中最常用的顯示器件。它是以發(fā)光二極管作 段并按共陰極方式或共陽極方式連接后封裝而成的。圖22 所示是兩種 LED 數碼管的外形與內部結構，＋、－分別表示公共陽極和公共陰極， a～ g 是 7 個 段電極， DP為小數點。 LED 數碼管型號較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等。 LED 數碼管的主要特點如下： (1)能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，能與 CMOS、 ITL 電路兼容。 (2)發(fā)光響應時間極短 (小于 0． 1μ s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 (3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 (4)壽命長，使用壽命在 10 萬小時以上，甚至可達 100 萬小時。成本低。 因此它被廣泛用作數字儀器儀表、數控裝置、計算機的數顯器件 。 9 圖 23 LED 數碼管外形和內部結構圖 鎖存器的功能下表顯示 167。 溫濕度測量的方 法及分析 SHT15 是一個兩線串行接口的數字溫濕度傳感器，一個接口是時鐘線，一個接口是數據線（支持雙向傳輸）。它是四針單排封裝， 一個接電源，一個接地線，另兩個直接和單片機的 P2_5和 P2_6 相連。 、 單片機通過 P2_5 和 P2_6向 SHT15 發(fā)送命令， SHT15 接收到命令后做出相應的 應答。由于 SHT15 內部包含一個 14 位 A/D 轉換器，所以單片機接收到就是數字信號，只需要做相應的處理就能得到所需要的數據。這里減少了很多外部的電路的連接，用起來 10 比較方便。 第三章 硬件電路的設計 167。 主控制電路和 測溫濕控制電路 本次硬件設計的核心就是 STC12C5A60S2，其他部件都是圍繞它設計的。濕度傳感器 SHT15的 DATA口和 SCK 口分別與 STC12C5A60S2 的 P2_5口和 P2_6口相連。 測溫的 PT100 則在電橋的微弱的變化產生的信號放到運放中放大等處理再接到 P1_0。 預置數電路就是 4 個按鍵 ，進行行列掃描， 分別與STC12C5A60S2 的 P1_1,P1_2 P1_3 和 P1_4 口相連 。 當有按鍵按下時單片機收到有效的信號 ， S1 鍵 是 用來 設置溫度的加 1， S2 鍵 是 用來設置溫度 減 1，S3 鍵用來設置濕度的加 %， S4 鍵是用來設置濕度減 %。 報警電路就是把 兩 個發(fā)光二極管和 STC12C5A60S2 的 P2_3， P2_4 口相連， 因為要更好的顯示出控制外電路工作，所以要大點的電流驅動外電路，那么在電路中要顯示出來，那么要加一個繼電器才能顯示有足夠大的電流。如下圖顯示 同樣濕度也一樣，只是把 P23 改為 P24. 單片機復位有兩種：一種是上電復位 ，一種是按鍵復位。 這次用的 就是 11 按鍵復位，當按鍵按下時 單片機的 RST 口從低電平變?yōu)楦唠娖剑瑥亩M入復位狀態(tài)。當按鍵松開后， VCC 給 10Uf 電容充電，從而把 RST 口拉至電平，單片機進入 工作狀態(tài)。 STC12C5A60S2 中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端 和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器 構成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，對外接電容 C C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF 士 10p