【正文】 工藝要求一、基本功能~ 檢測(cè)溫度、濕度~ 顯示溫度、濕度~ 過限報(bào)警二、主要技術(shù)參數(shù) ~ 溫度檢測(cè)范圍 ： 30℃+50 ℃~ 測(cè)量精度 ： ℃?~ 濕度檢測(cè)范圍 ： 10%100%RH~ 檢測(cè)精度 ： 1%RH~ 顯示方式 ： 溫度：四位顯示 濕度：四位顯示~ 報(bào)警方式 ： 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警第二章 方案的比較和論證當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測(cè)信號(hào)懂得輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。2. 1 溫度傳感器的選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器。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(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。（℃ + |t|） 。M檔在測(cè)溫范圍內(nèi)非線形誤差為177。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(jiǎn)單。 2. 2 濕度傳感器的選擇測(cè)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。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(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(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(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：（1） 可以根據(jù)各輸入量測(cè)量的餓要求選擇不同性能檔次的器件。方案二、采用多路分時(shí)的模擬量輸入通道。（4） 軟件比較復(fù)雜。 （一） 信號(hào)采集 由 AD590、HS1100 及多路開關(guān) CD4051 組成； （二） 信號(hào)分析 由 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC1443單片機(jī) 8031 基本系統(tǒng)組成； （三） 信號(hào)處理 由串行口 LED 顯示器和報(bào)警系統(tǒng)等組成。AD590L，AD590M 一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路外形如圖 32 所示，它采用金屬殼 3 腳封裝，其中 1 腳為電源正端 V＋；2 腳為電流輸出端 I0； 3 腳為管殼，一般不用。 AD590 的測(cè)溫范圍55℃ +150℃。輸出電阻為 710MΩ。2 AD590 的工作原理　　在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590 相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和 5～30V 的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè) 1kΩ 的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有 1mV／K 的電壓信號(hào)。T3 和 T4 的發(fā)射結(jié)電壓 UBE3和 UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻 R 上，所以 R 上端電壓為 ΔU BE。圖 34 AD590 內(nèi)部電路　　圖 34 所示是 AD590 的內(nèi)部電路，圖中的 T1～T4 相當(dāng)于圖 33 中的 TT2，而 T9，T11 相當(dāng)于圖 33 中的 TT4?！　6 可用來防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對(duì)稱。該電路的設(shè)計(jì)使得 T9，T10，T11 三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流 I 的 1／3。實(shí)際上就是利用激光修正 R5 以進(jìn)行粗調(diào)，修正 R6 以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在 250℃之下使總電流 I 達(dá)到 1μA／K。但這樣調(diào)整只保證在 0℃或 25℃附近有較高的精度。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。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(cè)量的。圖 37b 為濕度電容響應(yīng)曲線。可見精度是較高的。7 端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì) C 的放電回路，并將引腳 6 端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。表 3空氣濕度與電壓頻率的典型值 07 3 5 16 06 6 0 01 07 2 2 47 06 4 6 82 07 1 0 0 8 06 3 3 03 06 9 7 69 06 1 6 84 06 8 5 3 1 0 0 6 0 3 35 0 6 7 2 8頻率濕度頻率濕度% R HH Z% R H H Z三、多路檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的濕度信號(hào)采集，故采用 CD4051 組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖 38 所示圖 38 八路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口 3．1．3 多路開關(guān)多路開關(guān)，有稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器” 。在本設(shè)計(jì)中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號(hào)采集中將有兩個(gè)模擬量被提取，這時(shí)選用多路開關(guān)就是很必要的。圖 3CD4051 的內(nèi)部原理框圖 　　　 圖中功能如下：通道線 IN/OUT（11113）：該組引腳作為輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 8 選 1 功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 1 分 8 功能。V DD（16）和VSS（8）：V DD為正電源輸入端，極限值為 17V；V SS為負(fù)電源輸入端，極限值為17V。由于 MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測(cè)的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。多路選擇開關(guān)鎖存器個(gè)位 十位 百位 千位極性判別溢出控制電路 C M O S 線性電路時(shí)鐘 / O R 過量程V R 基準(zhǔn)電壓V A G 模擬地V X 被測(cè)電壓D UE O C R 1R 1 / C 1C 1C 0 1C 0 2Q 0 ～ Q 3 D S 1 ～ D S 4實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)換周期圖 310 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖 圖 311 MC14433 引腳圖MC14433 的框圖（圖 310）和引腳（圖 311）功能說明各引腳的功能如下：電源及共地端VDD： 主工作電源+5V。VR： 基準(zhǔn)電壓。 C0 C02： 外界補(bǔ)償電容端，電容取值約 。DU： 啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，若 DU 與 EOC 相連，每當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。每個(gè)選通脈沖寬度為 18 個(gè)時(shí)鐘周期，兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為 2 個(gè)時(shí)鐘周期。 Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負(fù)極性。下面是 MC14433 與 8031 單片機(jī) P1 口直接相連的硬件接口，接口電路如圖 313 所示圖 313 MC14433 與 8031 單片機(jī) P1 口直接相連的硬件接口3. 2. 2 單片機(jī) 8031 為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了 8031 單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個(gè)非電信號(hào)的電量采集過程。圖 314 8031 基本組成CPU 中央處理器：中央處理器是 8031 的核心，它的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器或輸入口送到 CPU 或 CPU 數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或送到輸出端口。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：8031 有兩個(gè) 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成定時(shí)的方式和計(jì)數(shù)的方式，但只能用其中的一個(gè)功能，以定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。3. 2. 2. 2 8031 的引腳圖 315 8031 引腳圖8031 的制作工藝為 HMOS，采用 40 管腳雙列直插 DIP 封裝，引腳說明如下：VCC（40 引腳）正常運(yùn)行時(shí)提供電源。RST/VPD（9 引腳）在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的電平將單片機(jī)復(fù)位，復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持不高于 的低電平以保證 8031 正常工作。/VPP（31 引腳）當(dāng) 保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器，當(dāng) PC 值超過 0FFFH 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外存儲(chǔ)器。8031 的 串行發(fā)送和接收利用了 P3 口的第二功能，利用 做串行數(shù)據(jù)接收線，串行接口的電路結(jié)構(gòu)還包括了串行口控制寄存器 SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON 和串行緩沖寄存器 SBUF，他們都屬于 SFR，PCON 和 SCON 用于設(shè)置串行口工作方式和確定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF 用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。在程序存儲(chǔ)器中有六個(gè)單元有特定的含義：0000H 單元：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后，PC=0000H 即從此處開始執(zhí)行指令。001BH 單元：定時(shí)器溢出中斷入口地址。片內(nèi)的 128B 的 RAM 地址為 00H～7FH ，供用戶做 RAM 用，但是在這中間的前 32 單元，00H～1FH 即引用地址尋址做用戶 RAM 用，常常做工作寄存器區(qū)，分做四組，每組由 8 個(gè)單元組成通用寄存器 R0～R7，任何時(shí)候都由其中一組作為當(dāng)前工作寄存器，通過 RS0， RS1 的內(nèi)容來決定選擇哪一個(gè)工作寄存器。下面就專用寄存器作以簡(jiǎn)單的介紹：累加器 A：在絕大多數(shù)情況下它參與運(yùn)算的一方并存放運(yùn)算的結(jié)果。 ；數(shù)據(jù)指針 DPTR：由兩個(gè)字節(jié)組成， DPH 字地址由 83H，DPL 由 82H，存放一個(gè) 16 位的二進(jìn)制數(shù)做地址用。若 AC=0 時(shí)則在加減過程中 A3 沒有向 A4 進(jìn)位或借位，否則正好相反。P：用來來表示累加器 A 中的值為 1 的二進(jìn)制位的奇偶數(shù)，若‘1’的個(gè)數(shù)為奇數(shù) P=1，為偶數(shù) P=0。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。圖中電容 C1 和電阻 R1 對(duì)電源十 5V 來說構(gòu)成微分電路。上電后，由于電容 C3 的充電和反相門的作用，使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。3. 2. 3 存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)在 8031 芯片的外圍電路中必須對(duì)其進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，和根據(jù)系統(tǒng)的需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的容量大于 256 字節(jié)，故 EPROM 片內(nèi)地址線除了由 P0 口經(jīng)地址存儲(chǔ)器提供低 8 位地址外，還需要由 P2 口提供若干條地址線，我們選用 8K 的2764 EPROM，故地址線應(yīng)該是 13 條，因?yàn)橄到y(tǒng)中只擴(kuò)展一片 EPROM，所以不用片選信號(hào)，即 EPROM 的 接地。被讀出到數(shù)據(jù)輸出端 D0～D7 上。二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展在單片機(jī)中有 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。與動(dòng)態(tài) RAM 相比，靜態(tài) RAM 無須考慮保持?jǐn)?shù)據(jù)而刷新電路，所以擴(kuò)展電路較為簡(jiǎn)單且能滿足系統(tǒng)的要求。P0 口通過 74LS373 與 A0～A7 相連， ～ 與 A8～A12 相連， 與 相連，P0 口與 D0～D7 相連作為數(shù)據(jù)線，同時(shí) CE2 接+5V 電源，GND 接地。我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。圖 319 系統(tǒng)時(shí)鐘3. 3 顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì)3. 3. 1 顯示電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。這種靜態(tài)顯示方式亮度大，很容易作到顯示不閃爍。本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。當(dāng) 輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V 電壓而鳴叫；當(dāng) 輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。這里所需要注意的是標(biāo)度變換，下面簡(jiǎn)單的介紹一下標(biāo)度變換：標(biāo)度變換：目的是要把實(shí)際采樣的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換成 BCD 形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區(qū) 34H3BH。高等教育出版社，2022 22 版社， 23 ， 24 ,199425 ＜美＞M 考夫曼、AH ，1985 26 版社。000)(AmXX???主程序流程圖：