【正文】 8/11/2020 IV IV 3. 2. 2. 6 工作方式 19 3. 2. 2. 3 8031 程序存儲器 18 3. 2. 2. 2 8031 的引腳圖 6 3. 1. 2 濕度傳感器 5 3． 1 信號采集 4 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計 2 2. 1 溫度傳感器的選擇 1 1. 1 選題背景 本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯 編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本 論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 1 設(shè)計過程及工藝要求 14 3. 2. 2 單片機 8031 17 3. 2. 2. 1 8031 的片內(nèi)結(jié)構(gòu) 24 3. 2. 4 數(shù)據(jù)存 儲器的掉電保護 26 3. 3 顯示與報警的設(shè)計 27 3. 3. 2 報警電路 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。 Moisture, mildew, corrosion, explosionproof is an important content of the daily work of warehouse, warehouse management is a measure of the quality of key indicators. It directly affects the life of reserve materials and reliable operation. In order to ensure the smooth progress of daily work, the primary issue is to strengthen the warehouse temperature and humidity monitoring. But the traditional approach is to use with humidity table, hair humidity table, doublemetalstyle gauges and testing equipment such as humidity, test paper, through manual testing, temperature and humidity do not meet the requirements of the Treasury for ventilation, dehumidification and cooling and so on. This timeconsuming and laborious manual testing methods, low efficiency, and the test temperature and humidity errors large, random big. Therefore, we need a low cost, easy to use and accurate measurement of temperature and humidity measuring instrument 設(shè)計過程及工藝要求 一、 基本功能 8/11/2020 2 2 ~ 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 ~ 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 第二章 方案的比較和論證 當將單片機 用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)總要有被測信號懂得輸入通道，由計算機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，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準。（ ℃ + |t|）。 M檔在測溫范圍內(nèi)非線形誤差為177。它只需直流電源就能工作，而且，無需進行線性校正，所以使用也非常方便，借 口也很簡單。 2. 2 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。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。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(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插件和自動裝配過程等。 綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其 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。 這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點為： （ 1） 可以根據(jù)各輸入量測量的餓要求選擇不同性能檔次的器件。 方案二、采用多路分時的模擬量輸入通道。 （ 4） 軟件比較復(fù)雜。 （一） 信號采集 由 AD590、 HS1100及多路開關(guān) CD4051組成； 8/11/2020 6 6 （二） 信號分析 由 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC1443單片機 8031 基本系統(tǒng)組成； （三） 信號處理 由串行口 LED顯示器和報警系統(tǒng)等組成。 AD590L，AD590M 一般用于精密溫度測量電路，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的測溫范 圍 55℃ +150℃。 輸出電阻為 710MΩ。 2 AD590的工作原理 在被測溫度一定時， AD590相當于一個恒流源，把它和 5～ 30V 的直流電源相連，并在輸出端串接一個 1kΩ的恒 值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有 1mV／ K的電壓信號。 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Δ UBE。 8/11/2020 8 8 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 相當于圖 33中的T T2，而 T9， T11 相當于圖 33中的 T T4。 T6 可用來防止電源反接時損壞電路，同時也可使左右兩支路對稱。該電路的設(shè)計使得 T9， T10， T11 三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個電路總電流 I的1／ 3。實際上就是利用激光修正 R5 以 進行粗調(diào)，修正 R6 以實現(xiàn)細調(diào)，最終使其在 250℃之下使總電流 I達到 1μ A／ K。但這樣調(diào)整只保證在 0℃或 25℃附近有較高的精度。最后在室溫下進行校驗。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)生變化而進行濕度測量的。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)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對 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 8/11/2020 12 12 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、 多路檢測信號的實現(xiàn) 本設(shè)計系統(tǒng)為八路的 濕 度信號采集，故采用 CD4051 組成多路分時的模擬量信號采集電路，其硬件接口如圖 38所示 圖 38八路分時的模擬量信號采集電路硬件接口 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)計中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號采集中將有兩個模擬量被提取，這時選用多路開關(guān)就是很必要的。 8/11/2020 13 13 圖 3 CD4051的內(nèi)部原理框圖 圖中功能如下： 通道線 IN/OUT（ 1 1 1 13）：該組引腳作為輸入時，可實現(xiàn) 8選 1功能，作為輸出時，可實現(xiàn) 1分 8功能。 VDD（ 16）和 VSS（ 8）： VDD為正電源輸入端，極限值為 17V； VSS為負電源輸入端，極限值為 17V。由于 MC14433 只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測的多路溫度與濕度信號輸入，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)換的場合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。 8/11/2020 15 15 多 路 選 擇 開 關(guān)鎖 存 器個 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 鐘 / O R 過 量 程V R 基 準 電 壓V A G 模 擬 地V X 被 測 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 時 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： 基準電壓。 C0 C02： 外界補償電容端，電容取值約 。 DU： 啟動新的轉(zhuǎn)換，若 DU 與 EOC 相連，每當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動啟動新的轉(zhuǎn)換。每個選通脈沖寬度為 18 個時鐘周期，兩個相應(yīng)脈沖之間間隔為 2個時鐘周期。 Q2 表示極性， Q2=? 1?為正極性，反之為負極性。下面是 MC14433與 8031單片機 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 P1口直接相連的硬件接口 3. 2. 2 單片機 8031 為了設(shè)計此系統(tǒng)，我們采用了 8031 單片機作為控制芯片，在前向通道中是一個非電信號的電量采集 過程。 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，把數(shù)據(jù)從存儲器或輸入口送到 CPU 或 CPU 數(shù)據(jù)寫入存儲器或送到輸出端口。 定時 /計數(shù)器： 8031有兩個 16 位的定時 /計數(shù)器，每個定時器 /計數(shù)器都可以設(shè)置成定時的方式和計數(shù)的方式，但只能用其中的一個功能，以定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。 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）正常運行時提供電源。 RST/VPD（ 9 引腳）在振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的8/11/2020 20 20 電平將單片機