【正文】 基于AT89S52單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計基于AT89S52單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著人們的生活及其生產(chǎn)水平的不斷提高，對生活環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的要求就顯的尤為重要,溫濕度的控制就是一個典型的例子，因此溫濕度檢測系統(tǒng)就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測系統(tǒng)，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中如果檢測得不準確就會發(fā)生許多的生產(chǎn)事故。如化工生產(chǎn)中對溫度的檢測不當就會導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的下降。而現(xiàn)在所使用的溫濕度檢測系統(tǒng)通常都是精度為1℃℃的水銀、煤油或酒精溫度計進行的溫度檢測和用傳統(tǒng)的物理模擬量的方法進行的濕度檢測。這些溫濕度檢測計的刻度間隔通常都很密，不容易準確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準，并且使用非常不方便。要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計是以單片機（AT89C51）為核心，配合溫度傳感器（AD590）和濕度傳感器(HIH3610)，以及相關(guān)的外圍電路組成的檢測系統(tǒng)，可以接收所測環(huán)境的溫度和濕度信號，檢測人員可以通過數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控環(huán)境的溫度和濕度情況。所有的測量操作都可以通過主機控制軟件來實現(xiàn)，溫度和濕度傳感器得到的測量信號，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過一定的放大經(jīng)過芯片TLC549A/D轉(zhuǎn)換送到單片機進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)軟件分析處理后送顯示裝置。本系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計,可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)了對溫濕度的自動調(diào)節(jié)。系統(tǒng)還應(yīng)用RS232與上位機相連接，可以設(shè)置自動記錄溫度、濕度的相關(guān)的參數(shù)，也可以設(shè)置每隔一定的時間自動記錄，可用在氣象的觀察方面。關(guān)鍵詞：AT89S52單片機，溫度傳感器，濕度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換，LED顯示目錄第1章 概述 3 3 3 4第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 6 6 溫度傳感器主要特性 6 AD590的工作原理 6 電路設(shè)計 7 8 濕度傳感器主要特性 8 A/D轉(zhuǎn)換器 10 A/D轉(zhuǎn)換器主要特性 10 TLC549工作原理 11 單片機AT89S52 12 AT89S52主要特性 12第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計和連接 15 主控模塊 15 現(xiàn)實模塊 15 A/D轉(zhuǎn)換模塊 16 溫度和濕度模塊 16 溫度信號采集的設(shè)計 16 濕度信號采集的設(shè)計 17 繼電器控制電路 17 TLC549與AT89S52的接口電路設(shè)計 18 鍵盤設(shè)計 19 輸出驅(qū)動的設(shè)計 19 與上位機相連電路的設(shè)計 20 電源電路的設(shè)計 21 報警電路設(shè)計 21第4章 系統(tǒng)軟件方案的設(shè)計 22 程序流程圖 22 溫濕度主程序流程圖 23 報警器流程圖 23 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 23 鍵盤中斷流程圖 24 程度清單 24 溫度采集初始化程序 24 濕度采集初始化程序 25 顯示電路程序 25 制交流蜂鳴器發(fā)聲程序 26 上位機軟件設(shè)計 27 系統(tǒng)進入界面程序 27 實時顯示界面 28 歷史數(shù)據(jù)界面 29第5章 總結(jié)與展望 31參考文獻 32第1章 概述工業(yè)生產(chǎn)中有些場合需要使用精密的機臺設(shè)備，這些設(shè)備的精密度高、價格高，因此為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量及機臺的使用壽命，對其環(huán)境的要求也很高，尤其的是對溫度、濕度的控制。例如在我工作的生產(chǎn)發(fā)光二極管LED的工業(yè)現(xiàn)場，前面的兩道工序固晶片和焊線要求的精度非常高，晶片必須固到碗杯的中心點，偏差不可超過1/5晶片的寬度，且對膠量的控制也有嚴格的要求，只有這道工序做好了，下一個工序焊線才會順利，否則焊線將會出現(xiàn)很多異常，不僅會降低產(chǎn)量也會造成質(zhì)量問題，因此要求每三個小時記錄一次室內(nèi)的溫濕度，且要保證其溫度在18℃23℃之間，濕度不可超過60%。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及工業(yè)化的進步,溫度和濕度不僅僅表現(xiàn)在以上幾個方面直接或間接影響著人類基本生活條件, 還表現(xiàn)在對工生物制品、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)研究、國防建設(shè)等方面的影響。針對以上情況，研制可靠且實用的溫濕度控制器顯得非常重要。常用溫濕度傳感器的非線性輸出及一致性較差，使溫濕度的測量方法和手段相對較復(fù)雜，且給電路的調(diào)試帶來很大的困難。傳統(tǒng)的溫濕度測量多采用模擬小信號傳感器，不僅信號調(diào)理電路復(fù)雜，且溫濕度值的標定過程也極其復(fù)雜，并需要使用昂貴的標定儀器設(shè)備。因此對于溫濕度控制器的設(shè)計有著很大的現(xiàn)實生產(chǎn)意義。本文設(shè)計的是基于單片機AT89S52的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)，主要以廣泛應(yīng)用的AD590和HIH3610作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、并能很好的進行顯示，可測試不同環(huán)境溫濕度的特點。另外和控制電路相連，可以進行加濕電路和除濕電路的控制，使溫度和濕度參數(shù)在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，不需要人的直接參與。本系統(tǒng)還通過RS232和上位機相連，可以設(shè)置每隔一定的時間進行溫度和濕度的采集，上傳到上位機，以供查詢。傳統(tǒng)的溫度和濕度檢測系統(tǒng)主要有以下幾種：（1）水汽壓（e）：是水汽在大氣總壓力中的分壓力。它表示了空氣中水汽的絕對含量的大小，以毫巴為單位。（2）相對濕度（rh）：濕空氣中實際水汽壓e與同溫度下飽和水汽壓E的百分比，相對濕度的大小能直接表示空氣距離飽和的相對程度。空氣完全干燥時，相對濕度為零。相對濕度越小，表示當時空氣越干燥。當相對濕度接近于100%時，表示空氣很潮濕，越接近于飽和。（3）露點（或霜點）溫度：指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。（4）干濕球溫度表：用一對并列裝置的、形狀完全相同的溫度表，一支測氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。（5）發(fā)濕度表（計）：利用脫脂人發(fā)（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時伸長，干燥時縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器，它的測濕精度較差，毛發(fā)濕度表通常在氣溫低于10℃時使用。（6）電阻式濕度片：利用吸濕膜片隨濕度變化改變其電阻值的原理，常用的有碳膜濕敏電阻和氯化鋰濕度片兩種。前者用高分子聚合物和導(dǎo)電材料碳黑，加上粘合劑配成一定比例的膠狀液體，涂覆到基片上組成的電阻片；后者是在基片上涂上一層氯化鋰酒精溶液，當空氣濕度變化時，氯化鋰溶液濃度隨之改變從而也改變了測濕膜片的電阻。（7）薄膜濕敏電容：是以高分子聚合物為介質(zhì)的電容器，因吸收（或釋放）水汽而改變電容值。它制作精巧，性能優(yōu)良，常用在探空儀和遙測中。隨著智能檢測系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)將多傳感器系統(tǒng)結(jié)合在一起。如何把多傳感器集中于一個檢測控制系統(tǒng)，綜合利用來自多傳感器的信息，獲得對被測對象的可靠了解和解釋，以利于系統(tǒng)做出正確的響應(yīng)、決策和控制，是智能檢測控制系統(tǒng)中需要解決的首要問題。在溫濕度要求嚴格的場合，利用多傳感技術(shù)可以提高系統(tǒng)的可靠性和精度，亦可以提高系統(tǒng)的時間空間的覆蓋范圍。單片機是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機的性能關(guān)系到整個系統(tǒng)的好壞。因此單片機的選擇，對所設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)以及功能的擴展有著很大的影響。單片機種類很多，在眾多51系列單片機中，較為常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52單片機，AT89C51片內(nèi)4KROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，片內(nèi)有128字節(jié)的RAM。而AT89S52含有在系統(tǒng)可編程的Flash存儲器，片內(nèi)有8K閃存，RAM的容量也較AT89C51大，為256字節(jié)。顯然這種單片機優(yōu)點更多，開發(fā)時間也大為縮短。因此，在本次設(shè)計中選用了ATMEL公司的AT89S52單片機。溫濕度信號的采集為模擬信號，而單片機接收的為數(shù)字信號，因此需要進行A/D轉(zhuǎn)換，在需要進行多路A/D轉(zhuǎn)換時，目前常采用多通道A/D轉(zhuǎn)換器，如ADC080AD574等。這些轉(zhuǎn)換器多為8通道，電路較為復(fù)雜。如果只需完成單個通道8位轉(zhuǎn)換，且速度要求不高時，采用TLC549是一種較好的選擇，TLC549是單通道的A/D轉(zhuǎn)換芯片，8位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有三個控制輸入端，采用簡單的3線串行接口可方便地與微處理器進行連接，且價格適中，是作為A/D轉(zhuǎn)換的最佳選擇器件之一。鍵盤接口電路較為簡單，而顯示部分有兩種方案供選擇：一種為LCD，一種為LED。LCD液晶顯示的像素單元是整合在同一塊液晶版當中分隔出來的小方格。通過數(shù)碼控制這些極小的方格進行顯像。顯示非常細膩但是造價很高。而LED數(shù)碼顯示中每一個像素單元就是一個發(fā)光二極管，如果是單色，一般是紅色發(fā)光二極管。如果是彩色，一般是三個三原色小二極管組成的一個大二極管。這些二極管組成的矩陣由數(shù)碼控制實時顯示文字或圖象，造價相對低廉，顯示效果也較好。由于單片機工作現(xiàn)場存在著各種干擾，為保證系統(tǒng)的可靠工作，本設(shè)計選擇了常用的看門狗芯片X5045，以實現(xiàn)對單片機的復(fù)位，監(jiān)控等功能。軟件程序的設(shè)計也考慮了抗干擾措施。本設(shè)計中，最終選用的集成溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。濕度傳感器是采用了HIH3610相對濕度傳感器它是一種熱固聚脂電容式傳感器。采集到的濕度信號再配以進行適當?shù)姆糯螅?jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送至單片機，實現(xiàn)濕度的顯示與控制。系統(tǒng)主要由以上元器件組成，通過硬件電路和軟件程序的設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計本設(shè)計是基于單片機對數(shù)字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，此設(shè)計以AT89S52基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機、復(fù)位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計。單片機AT89S52AD590溫度檢測芯片TLC549A/D轉(zhuǎn)換串行口LED顯示HIH3610濕度檢測及信號放大芯片TLC549A/D轉(zhuǎn)換報警電路 系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的：(1) 信號采集 由AD590、HIH3610及多路開關(guān)CD4051組成；(2) 信號分析 由A/D轉(zhuǎn)換器TLC549芯片、單片機AT89S52基本系統(tǒng)組成；(3) 信號顯示 由串行口LED顯示器和報警電路組成。 溫度傳感器集成溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。 溫度傳感器主要特性流過器件的電流(μA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文)度數(shù)：Ir/T=1，式中，Ir—流過器件(AD590)的電流，單位為μA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K；AD590的測溫范圍為55℃~+150℃；AD590的電源電壓范圍為4～30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；輸出電阻為710mΩ；精度高，AD590在55℃~+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為177?！?。 AD590的工作原理AD590溫度感測器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器，它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流。其規(guī)格如下：溫度每增加1℃，它會增加1μA輸出電流?？闪繙y范圍55℃至150℃。供應(yīng)電壓范圍+4V至30V。： AD590的接腳圖及零件符號AD590的輸出電流是以絕對溫度零度(273℃)為基準，每增加1℃，它會增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時，其輸出電流Io=(273+25)=298μA。Vo的值為Io乘上10K，以室溫25℃而言，(10K298μA)。量測Vo時，不可分出任何電流，否則量測值會不準。 電路設(shè)計AD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度)，因此量測的電壓V為(273+T)μA 10K=(+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應(yīng)較多零件之后，電源是帶噪聲的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓零件，再利用可變電阻分壓。接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為（100K/10K）（V2V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓接A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。100K20K10K20K10K100K+12V+12V5V+12V5V+12VV1V2+12V5VV0+++