【正文】 封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓 輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。 濕度傳感器的選擇 測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。它只需直流電源就能工作，而且，無需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡單。 M 檔在測溫范圍內(nèi)非線形誤差為177。（ ℃ + |t|）。 鉑的物理 、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。 溫度傳感器的選擇 方案一：采用熱電阻溫度傳感器。 設(shè)計(jì)過程及工藝要求 一、基本功能 ? 檢測溫度、濕度 ? 顯示溫度、濕度 ? 過限報警 二、 主要技術(shù)參數(shù) ? 溫度檢測范圍 ： 30℃ ～ +50℃ ? 測量精度 ： ? ℃ ? 濕度檢測范圍 ： 10%100%RH 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 ? 檢測精度 ： ? 1%RH ? 顯示方式 ： 溫度：四位顯示 濕度：四位顯示 ? 報警方式 ： 三極管驅(qū)動的蜂鳴音報警 第 2 章 方案的比較和論證 當(dāng)將單片機(jī)用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)總要有被測信號懂得輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度與 濕度的監(jiān)測工作。世界上技術(shù)發(fā)達(dá)的國家對傳感器技術(shù)開發(fā)都十分重視。 同時 傳感器技術(shù)作為新技術(shù)革命和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開路先鋒，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志。 本課題研究的主要內(nèi)容有：以單片機(jī)為核心的主控制模塊的設(shè)計(jì)；溫 濕 度采集模塊的設(shè)計(jì)；溫 濕 度顯示模塊的設(shè)計(jì)；語音 警 報模塊的設(shè)計(jì)。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測量儀。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(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作。由此而來的基于單片機(jī)的溫濕度測量儀開始出現(xiàn)在了人們的生產(chǎn)生活中，隨著其不斷的發(fā)展也將被大部分人所接受。 與傳統(tǒng)的溫濕度測量儀器相比，該設(shè)計(jì)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、分別對應(yīng)信息技術(shù)中的采集、傳輸和處理。 這些技術(shù)的發(fā)展也為倉庫的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。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(jì)和濕度試紙等測試器材，通過人工進(jìn)行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。對于測量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測信號是其核心任務(wù)；而對測控系統(tǒng)來講，對被控對象狀態(tài)的測試和對控制條件的監(jiān)察也是不可缺少 的環(huán)節(jié)。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。缺點(diǎn)是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。 銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。 ℃。作為電流輸出型傳感器的一個特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。電容式 、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù) 、 電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。相對濕度在1%100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到 200pF，其誤差不大于 177。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對溫度 30～ 50℃的要求，因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器?？傮w成本可以作得較低。 這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為： （ 1） 對 ADC、 S/H 要求高。 綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對于模擬量輸入的要求，比較其框圖， 方案二更具備硬件簡單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號的輸入通道。 信號采集 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。集成溫度傳感器的電路符號如圖 32 所示。 AD590 的電源電壓范圍為 4V30V。 精度高。其基本電路如圖 33 所示。因此，電流 I1 為： I1＝ ΔU BE／ R＝（ KT／ q）（ lnn）／ R 對于 AD590， n＝ 8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度 T 成正比，將此電流引至負(fù)載電阻 RL上便可得到與 T成正比的輸出電壓。 R R6 是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。 R1， R2 為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。 T9和 T11 的發(fā)射結(jié)面積比為 8： 1， T10 和 T11的發(fā)射結(jié)面積相等。 二、 基本應(yīng)用電路 圖 38是 AD590 用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。 圖 35 AD590應(yīng)用電路 三、 攝氏溫度測量電路 如圖 35所示，電位器 R2用于調(diào)整零點(diǎn)， R4用于調(diào)整運(yùn)放 LF355 的增益。例如，若室溫為 25℃，那么 V0應(yīng)為 25mV。下面 介紹 HS1100/HS1101 濕度傳感器及其應(yīng)用。 相對濕度在 1%100%RH范圍內(nèi)；電容量由 16pF變到 200pF，其誤差不大于 177。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉組成的橋 式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流 、 直流放大 、 再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。另外， R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻， R1 用于平衡溫度系數(shù)。多路開關(guān)通常有 n個模擬量輸入通道和一個公共的模擬輸入端，并通過地址線上不同的地址信號把 n 個通道中任一通道輸入的模擬信號輸出，實(shí)現(xiàn)有 n線到一線的接通功能。 我選用的是 CD4051 多路開關(guān)，它是一種單片、 COMS、 8 通道開關(guān)。 XCOM（ 3）：該引腳作為輸出時，則為公共輸出端；作為輸入時，則為輸入端。 VGG（ 7）；電平轉(zhuǎn)換器電 源，通常接 +5V 或 5V。 MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器 由于雙積分方法二次積分時間比較長，所以 A/D 轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對周期信號變化的干擾信號積分為零，抗干擾性能也比較好。 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器與國內(nèi)產(chǎn) 品 5G14433 完全相同，可以互換。 VEE: 模擬部分的負(fù)電源端，接 5V。 外界電阻及電容端 RI： 積分電阻輸入端， VX=2V 時， R1=470?； VX=200Mv 時， R1=27K?。 R1/C1： R1 與 C1 的公共端。 過量程信號輸出端 /OR ： 當(dāng) |Vx|?VR，過量程 /OR 輸出低電平。 ～～～～～～1 / 2 C L K 周 期1 6 4 0 0 個 時 鐘 脈 沖 周 期1 8 個 時 鐘 脈 沖 周 期E O CD S 1D S 2D S 3D S 4( 最 高 位 ) 1 / 2 位 2 個 時 鐘 脈 沖 周 期最 低 位 圖 313 MC14433選通脈沖時序圖 BCD碼輸出線 Q0Q3： BCD 碼輸出線。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 表 33 DS1選通時 Q3～ Q0表示的結(jié)果 Q 2Q 1Q 0 01000011表 示 結(jié) 果千 位 數(shù) 為 0千 位 數(shù) 為 1結(jié) 果 為 正結(jié) 果 為 負(fù)輸 入 過 量 程輸 入 欠Q 31001 Q2 表示極性， Q2=“ 1” 為正極性，反之為負(fù)極性。下面是 MC14433 與 AT89C51 單片機(jī) P1口直接相連的硬件 接口，接口電路如圖 314 所示 圖 314 MC14433 與 AT89C51 單片機(jī) P1 口直接相連的硬件接口 XXX：基于單片機(jī)倉庫溫濕度的監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 單片機(jī) AT89C51 的介紹 為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了 AT89C51 單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個非電信號的電量采集過程。商業(yè)應(yīng)用包括調(diào)制解調(diào)器，電動機(jī)控制系統(tǒng)，打印機(jī)，影印機(jī)，空調(diào)控制系統(tǒng)，磁盤驅(qū)動器和醫(yī)療設(shè)備。擁有操作不可預(yù)測的設(shè)備的經(jīng)濟(jì)和法律風(fēng)險是很高的。為了緩和這些問題，在最壞的環(huán)境和電壓條件下對這些單片機(jī)進(jìn)行無論在部件級別還是系統(tǒng)級別上的綜合測試是必需的。 二、 AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) FLASH 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線， 2 個 16 位定時 /計(jì)數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 315 AT89C51 方框圖 引腳功能說明 (如圖 316) 作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用。 P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 在訪問外部程序存儲器或 16 位四肢的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)，在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX RI 指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 RST：復(fù)位輸入。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。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一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖5。 10Pf。掉電模式： 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。編程時，可采用 4— 20MHz 的時鐘振蕩器， 89C51 編程方法如下：在地址線上加上要編程單元的地址信號在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù) 1— 5 步驟，知道全部文件編程結(jié)束。寫周期開始后，可在任意時刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。校驗(yàn)時，P0 口必須接上 10k 左右的上拉電阻。讀簽名字節(jié)的過程和單元 030H、 031H 和 032H的正常校驗(yàn)相仿，只需要將 和 保持低電平，返回值意義如下： (030H) = 1EH 聲明產(chǎn)品由 ATMEL 公司制造。 編程接口： 采用控制信號的正確組合可對 Flash 閃速存儲陣列中的每一代碼字節(jié)進(jìn)行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后它將自動定時到操作完成。模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ ADC）用來將連續(xù)變化信號變成相應(yīng)的數(shù)字量，這數(shù)字量可是可能性的二進(jìn)制數(shù)值中的一固定值。這種情況下，程序可稱為輸出程序，它監(jiān)督接口的操作并完成數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換器（ DAC）所需數(shù)字的標(biāo)定。接口電路部分的設(shè)計(jì)是使用微機(jī)的工程師所面臨最重要的任務(wù)之一。一旦 CPU 收集到數(shù)據(jù)信息和流 程，它必須能夠改變外部領(lǐng)域的一部分，這些硬件設(shè)備稱作外圍設(shè)備，它們是 CPU 通往外部的窗口。 工作方式 它的工作方式可以分做復(fù)位，掉電和低功耗方式等。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。 根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出 這兩種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。通常時鐘由于兩種形式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的 NPO 電容，采用的晶振頻率為 12MHZ。應(yīng)用 AT89C51 的串行口方式 0的輸出方式，在串行口外接移位寄存器 74LS164，構(gòu)成鍵盤/顯示器接口，其硬件接口電路如圖 321所示： 圖 321 鍵盤及顯示與主機(jī)的硬件連接 圖中的 4 個 74LS164： 74LS164（ 0）～ 74LS164（ 3）作為 8 位段碼輸出口， 74LS164的 QA~QH 作為鍵