【正文】 庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案 選題背景防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標。它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準確的溫濕度測量儀。 設(shè)計過程及工藝要求 （1）基本功能； ①檢測溫度、濕度； ②顯示溫度、濕度； ③過限報警。 （2）主要技術(shù)參數(shù) ①溫度檢測范圍：30℃+50℃； ②測量精度：℃； ③濕度檢測范圍：0%100%RH； ④檢測精度：5%RH； ⑤顯示方式：LCD1602顯示；⑥報警方式：三極管驅(qū)動的蜂鳴音及紅色LED常亮報警。 ⑦用戶擴展：預(yù)留6點模擬量輸入端，包括3路溫度采集通道，3路濕度采集通道。 論文的結(jié)構(gòu)組成本論文分為四部分:緒論：主要闡庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計對庫房儲存貨物的重要性，應(yīng)用的廣泛性及庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)所需要的基本功能，說明主要完成的任務(wù)及設(shè)計思想，介紹本論文的組成。第二章：主要介紹庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)硬件原理框圖及軟件實現(xiàn)方案，并通過比較硬件電路組成部分和軟件部分各種實現(xiàn)方案，最終確立最佳方案。第三章：介紹以單片機AT89S52為信息處理核心的庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計電路，詳細分析各單元的硬件電路，并給出相關(guān)電路原理圖。第四章：根據(jù)儀器的硬件構(gòu)成和功能要求，給出相應(yīng)的軟件設(shè)計及主要程序流程圖 。2 庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計總體方案設(shè)計 系統(tǒng)硬件電路方案本設(shè)計中，溫濕度監(jiān)測的實現(xiàn)是通過溫濕度傳感器采集庫房溫濕度信息輸出電壓信號，經(jīng)AD信號轉(zhuǎn)換電路把電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳入單片機。然后，經(jīng)單片機進行處理比較用戶通過按鍵輸入的溫濕度極限值進行比較。最后由單片機決定是否輸出報警信號。穩(wěn)壓電源電路報警電路顯示電路單片機處理電路A/D轉(zhuǎn)換芯片溫濕度傳感器顯示電路 按鍵指令及信息輸入 圖2—1 溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)硬件原理圖由圖21可知，硬件電路的基本組成主要包括：溫濕度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機信息處理電路，報警電路及顯示電路，按鍵指令及信息輸入電路。其各部分電路具體功能如下：1 溫濕度傳感器：溫濕度傳感器主要是將物理信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，電壓信號，方便A/D芯片的轉(zhuǎn)換，溫濕度傳感器的精度，靈敏度、抗干擾能力及安裝方式?jīng)Q定了溫濕度傳感器的精度，因此其選型對整個設(shè)計具有決定性的作用。2 A/D轉(zhuǎn)換芯片電路：按照控制要求，總共需要4*3*2+1=25個模擬量輸入點，為符合要留余量的控制要求，所以要求有25個以上的模擬量輸入點，完成把物理信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，同時在溫濕度傳感器精度完成要求的同時只有模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度達到要求才能完成控制任務(wù)，因此對A/D轉(zhuǎn)換芯片的選型也非常重要。3 按鍵指令及信息輸入電路：此電路主要完成報警復(fù)位、總操作復(fù)位/確定（開關(guān)液晶背光）、溫度極限上調(diào)、濕度極限上調(diào)、溫度極限下調(diào)、濕度極限下調(diào)等等功能，屬于人機交流部分，使整個系統(tǒng)更加合理，人性化。對于整個系統(tǒng)的完善，有至關(guān)重要的作用。但由于按鍵占用I/O口太多所以要采取模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量的方式進行信息輸入。 4 單片機信息處理電路：不言而喻，這部分電路對于整個系統(tǒng)而言相當人的大腦，其主要包括了整個單片機（51系列）的最小系統(tǒng)，各個模塊電路連接等。當然最主要的是他的軟件要正常運行。5 穩(wěn)壓電源電路：此電路主要為此系統(tǒng)使用DC5V電源供電的單元模塊提供高質(zhì)量的DC5V電源。6 報警電路：此電路主要完成當庫房溫濕度值超過設(shè)定值時，發(fā)出報警信號，其中包括聲響信號和光信號。7 信息顯示電路：顯示電路是人機交互平臺的重要組成部分，主要可以完成顯示實時的溫濕度值、設(shè)定值、報警提示及報警種類的顯示的功能。但根據(jù)以往經(jīng)驗，也是整個系統(tǒng)耗電最高的一個部分，由于其顯示信息數(shù)量較為簡單，所以可以選擇較小的顯示屏?？紤]到每個模塊都可以有多種實現(xiàn)方案，下面通過比較各種方案，來選擇最優(yōu)化的實現(xiàn)方案。 溫濕度傳感器的選擇傳感器又稱為換能器、變換器等。溫濕度傳感器是溫濕度測系統(tǒng)中重要的組成部分，其基本功能是將庫房的溫度和濕度這樣一些物理量(非電量)轉(zhuǎn)換成為便于測量的電量。溫濕度傳感器的精度、靈敏度、抗干擾能力及安裝方式?jīng)Q定了溫濕度傳感器測量精度，因此其選型對整個設(shè)計具有決定性的作用。目前，溫濕度信號的測量方式較多，但在測溫方面主要有：① 金屬熱電阻：溫度/熱改變電阻阻值② 熱電偶：溫度/熱量使導(dǎo)體產(chǎn)生溫差電動勢③ 半導(dǎo)體熱敏電阻：溫度/熱量改變電阻阻值④ 紅外釋熱測溫：溫度改變紅外熱輻射⑤ 色溫法：溫度改變金屬顏色變化（煉鋼）⑥ 石英：溫度改變石英震蕩頻率⑦ 形變：溫度使雙金屬片彎曲在測濕度方面主要有：① 動態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法），雙壓法、雙溫法是基于熱力學P、V、T平衡原理，平衡時間較長，分流法是基于絕對濕氣和絕對干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測控手段，這些設(shè)備可以做得相當精密，卻因設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運作費時費工，主要作為標準計量之用，其測量精度可達177。2%RH 177。%RH。② 靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法），靜態(tài)法中的飽和鹽法，是濕度測量中最常見的方法，簡單易行。但飽和鹽法對液、氣兩相的平衡要求很嚴，對環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長時間去平衡，低濕點要求更長。特別在室內(nèi)濕度和瓶內(nèi)濕度差值較大時，每次開啟都需要平衡6~8小時。③ 露點法，干濕球法和形形色色的電子式傳感器法。露點法是測量濕空氣達到飽和時的溫度，是熱力學的直接結(jié)果，準確度高，測量范圍寬。計量用的精密露點儀準確度可達177?！嫔踔粮?。但用現(xiàn)代光—電原理的冷鏡式露點儀價格昂貴，常和標準濕度發(fā)生器配套使用。④ 干濕球法，這是18世紀就發(fā)明的測濕方法。歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法，它用干濕球方程換算出濕度值，而此方程是有條件的：。普通用的干濕球溫度計將此條件簡化了，所以其準確度只有5~7%RH,明顯低于電子濕度傳感器。顯然干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡單地認為只要提高兩支溫度計的測量精度就等于提高了濕度計的測量精度。綜合以上信息，為符合系統(tǒng)設(shè)計需要和綜合系統(tǒng)造價，以后產(chǎn)品的推廣與安裝，特選用北京港北中天科技有限公司生產(chǎn)的GB系列溫濕度傳感器。 溫濕度傳感器的參數(shù)等相關(guān)信息GB6000B（CR）溫濕度變送器性能可靠，價格優(yōu)惠。采用進口瑞士原裝溫濕測量單元，電路采用數(shù)字化處理信號隔離放大，截頻干擾設(shè)計（抗干擾能力強，防雷擊）過壓保護，限流保護，等設(shè)計其具體參數(shù)如下：①溫度測量范圍：40120℃（中間量程任選）②濕度測量范圍： 0100%Rh③溫度測量誤差： 177?！姊軡穸葴y量誤差： 177。3%Rh⑤溫度測量漂移： 年飄移量177。℃⑥濕度測量漂移： 常溫及低濕狀態(tài)下，三年飄移量12%Rh，高溫高濕狀態(tài)下（40℃，80Rh）每年飄移1%RH。⑦供電范圍： 12～36VDC⑧輸出信號： 4～20mA或0～5VDC或 0～10VDC 或⑨防護等級：IP65⑩采樣頻率：≤2ms接線圖：圖2—2 GB6000B（CR）溫濕度變送器硬件接線圖外形尺寸：圖2—3 GB6000B（CR）溫濕度變送器外觀及尺寸 單片機型號選擇 市場上單片機種類繁多且功能各異，價格也相差很大，現(xiàn)在簡單介紹一下我們常用單片機：① PIC單片機：是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點是體積小，功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，代碼保密性好。 ② EMC單片機：是臺灣義隆公司的產(chǎn)品，有很大一部分與PIC 8位單片機兼容，且相兼容產(chǎn)品的資源相對比PIC的多，價格便宜，有很多系列可選，但抗干擾較差。 ③ ATMEL單片機(51單片機)：ATMEl公司的8位單片機有AT8AT90兩個系列，AT89系列8051系列單片機相兼容，靜態(tài)時鐘模式，AT90系列單片機是增強RISC結(jié)構(gòu)、全靜態(tài)工作方式，也叫AVR單片機。 ④ PHLIPIS 51PLC系列單片機(51單片機)：PHILIPS公司的單片機是基于80C51內(nèi)核的單片機，嵌入了多種功能功能,這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應(yīng)用設(shè)計中可以滿足多方面的性能要求。⑤ HOLTEK單片機：臺灣盛揚半導(dǎo)體的單片機，價格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于消費類產(chǎn)品。 ⑥ TI公司單片機(51單片機)：，具有多種存儲模式、多種外圍接口模式；MSP430系列單片機是一種超低功耗、功能集成度較高的16位低功耗單片機。綜合以上信息，為滿足系統(tǒng)設(shè)計需要和綜合系統(tǒng)造價，以后產(chǎn)品的推廣與安裝，特選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52系列的單片機。 AT89S52單片機參數(shù)等相關(guān)信息①AT89S52主要性能 與MCS51單片機產(chǎn)品兼容；32個可編程I/O口線；三個16位定時器/計數(shù)器；八個中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針。 ②AT89S52功能特性描述AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。③AT89S52的引腳結(jié)構(gòu)圖2—4 AT89S52的引腳結(jié)構(gòu)④AT89S52引腳功能介紹VCC : 電源GND: 地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳第二功能： T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在f