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正文內(nèi)容

基于51單片機(jī)的濕度控制器(含原理圖與c代碼)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-10-02 15:43 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器,產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。 AT89C51是屬于 CMOS8位微處理器,它的時(shí)鐘 電路在結(jié)構(gòu)上有別于 NMOS型的單片機(jī)。 CMOS型單片機(jī)內(nèi)部(如 AT89C51)有一個(gè)可控的負(fù)反饋反相放大器,外接晶成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 10 振(或陶瓷諧振器)和電容組成振蕩器,圖 4- 2為 CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖。振蕩器工作受 /PD端控制,由軟件置“ 1” PD(即特殊功能寄存器 )使 /PD= 0,振蕩器停止工作,整個(gè)單片機(jī)也就停止工作,以達(dá)到節(jié)電目的。清“ 0” PD,使振蕩器工作產(chǎn)生時(shí)鐘,單片機(jī)便正常運(yùn)行。圖中 SYS為晶振或陶瓷諧振器,振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由 SYS參數(shù)確定(晶振上標(biāo)明的頻率)。電容 C1和 C2的作用有兩個(gè): 其一是使振蕩器起振,其二是對(duì)振蕩器的頻率 f起微調(diào)作用( C C2大, f變?。?,其典型值為 30pF。 復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位,使中央處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST,它是史密特觸發(fā)輸入 (對(duì)于 CHMOS單片機(jī),RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻 ),當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期 (即24個(gè)時(shí)鐘周期 )以上的高電平,使器件復(fù)位,只要 RST保持高電平, MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí) ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 輸出高電平。 RST變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位, CPU從初始狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。對(duì)于 MOS(AT89C51)單片機(jī)只要接一個(gè)電容至 VCC即可。在加電瞬間,電容通過(guò)電阻充電,就在 RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平,只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng),就可以使 MCS51有效的復(fù)位。 RST端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括 VCC的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間, Vss上升時(shí)間若為10ms,振蕩器起振的時(shí)間和頻率有關(guān)。 10MHZ時(shí)約為 1ms, 1MHZ時(shí)約為 10ms,所以一般為了可靠的復(fù)位 , RST在上電應(yīng)保持 20ms以上的高電平。 RC時(shí)間常數(shù)越大,上電 RST端保持高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。 若復(fù)位電路失效,加電后 CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開始工作,系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 AD 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 11 模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào),也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在 A/D轉(zhuǎn)換前,輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換后,輸出的數(shù)字信號(hào)可以有 8 位、 10 位、 12 位和 16位等。 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理主要介紹以下三種方法: 逐次逼近法 雙積分法 電壓頻率轉(zhuǎn)換法 AD轉(zhuǎn)換四步奏:采樣、保持、量化、編碼。 AD轉(zhuǎn)換技術(shù)指標(biāo): 1)分辯率 (Resolution) 指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量,定義為滿刻度與 2^n 的比值。分辯率又稱精度,通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)表示。 2) 轉(zhuǎn)換速率 (Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的 AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型 AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速 AD,逐次比 較型 AD是微秒級(jí)屬中速 AD,全并行 /串并行型 AD可達(dá)到納秒級(jí)。 采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念,是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成,采樣速率 (Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是 ksps 和 Msps,表 示每秒采樣千 /百萬(wàn)次( kilo / Million Samples per Second)。 3)量化誤差 (Quantizing Error) 由于 AD的有限分辯率而引起的誤差,即有限分辯率 AD 的階梯狀轉(zhuǎn)移 特性曲線 與無(wú)限分辯率 AD(理想 AD)的轉(zhuǎn)移特 性曲線( 直線)之間的最大偏差。通常是 1 個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量,表示為 1LSB、 1/2LSB。 4)偏移誤差 (Offset Error) 輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值,可外接電位器調(diào)至最小。 5)滿刻度誤差 (Full Scale Error) 滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 12 6)線性度 (Linearity) 實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移,不包括以上三種誤差。 濕度傳感器 濕敏元件的特性 濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要電 阻式、電容式兩大類。 濕敏電阻 濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜,當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí),元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化,利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電阻的種類很多,例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。 濕敏電容 濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí),濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化,使其電容量也發(fā) 生變化,其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化,其精度一般比濕敏電阻要低一些。國(guó)外生產(chǎn)濕敏電容的主廠家有 Humirel 公司、 Philips 公司、 Siemens 公司等。以 Humirel 公司生產(chǎn)的 SH1100 型濕敏電容為例,其測(cè)量范圍是( 1%~ 99%) RH,在 55%RH 時(shí)的電容量為 180pF(典型值)。當(dāng)相對(duì)濕度從 0 變化到 100%時(shí),電容量的變化范圍是163pF~ 202pF。溫度系數(shù)為 ℃ ,濕度滯后量為 177。 %,響應(yīng)時(shí)間為 5s。 除電阻式、電容式濕敏元件之外,還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件(利用感濕膜重量的變化來(lái)改變振蕩頻率)、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差,在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí),濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中,很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 濕度測(cè)量的名詞術(shù)語(yǔ) 濕度:濕度是表示空氣中水蒸氣的含量。濕度又分為絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 13 種。 絕對(duì)濕度:絕對(duì)濕度亦稱水蒸氣密度,它表示水蒸氣的質(zhì)量與總?cè)莘e的比值, dv 代表絕對(duì)濕 度 ,它表示每立方米干燥空氣與水蒸氣的混合物中所含水分的克數(shù); p為水蒸氣的壓強(qiáng) (單位是 Pa);T ab為干燥空氣的溫度值(單位是℃).需要指出,國(guó)內(nèi)也有人將空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)理解為絕對(duì)濕度,這與國(guó)外關(guān)于絕對(duì)濕度的定義不相符。 相對(duì)濕度:相對(duì)濕度表示在相同濕度下大氣中水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)與飽和水蒸氣的壓強(qiáng)之比,通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。相對(duì)濕度的英文縮寫為RH (Relative Humidity), 露點(diǎn):在水蒸氣冷卻過(guò)程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度。若氣溫低于露點(diǎn),水蒸氣開始凝結(jié)。濕度比:它表示水蒸氣的質(zhì)量與干燥空氣的質(zhì)量比。 大氣壓強(qiáng):在單位面積上大氣的壓力。通常將海平面高度的大氣壓強(qiáng)稱為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓, p0=。大氣壓強(qiáng)隨高度的增加而降低。設(shè)A、B兩點(diǎn)的高度差 h2h1=h,這兩點(diǎn)的大氣壓強(qiáng)分別為 p1,p2。 當(dāng)距海面高度為 1000M、2020M、 4000M、 8000M 時(shí),大氣壓強(qiáng)就依次降成 ﹑ 、 16p0﹑ 。 水蒸氣壓強(qiáng):當(dāng)空氣和水蒸氣的混合物與 水(或冰)保持平衡時(shí),就處于飽和狀態(tài),相對(duì)濕度達(dá)到 100%,此時(shí)水蒸氣對(duì)水(或冰)的飽和壓強(qiáng)就稱做水蒸氣壓強(qiáng)。其計(jì)算公式比較復(fù)雜,并且計(jì)算水和冰的飽和壓強(qiáng)的公式也不同。 LCD 液晶顯示器 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型 液晶模塊它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成,每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用,正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以 顯示兩行,每行 16 個(gè)字符液晶模塊(顯示字符和數(shù)字)。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的,控制原理是完全相同的,因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 14 圖 21 在日常生活中,我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件,如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到,顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中,一般的輸出方式有以下幾種:發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶 顯示器。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口 、體積小、重量輕 、功耗低 、 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù): 顯示容量 :16 2 個(gè)字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 : (W H)mm 引腳功能說(shuō)明: 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳(無(wú)背光)或 16 腳(帶背光)接口, 第 1 腳: VSS 為地電源。 第 2 腳: VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳: VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 15 第 4 腳: RS 為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳: R/W 為讀寫信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳: E端為使 能端,當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7~ 14 腳: D0~ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳:背光源正極。 第 16 腳:背光源負(fù)極。 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 16 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) 濕度傳感器與 ADC0804 連接電路 圖 31 如圖 31把模擬濕度傳感器同 ADC0804 相連由 VIN 端輸入,經(jīng)轉(zhuǎn)換后 DB0DB7輸出給單片機(jī),因?yàn)槭?P0 口輸入,需加上上拉電 阻, ADC0804 中 WR、 RD、 CS 端口分別 AT89C51 單片機(jī)的 、 、 相連,第九腳要 電壓,就用兩個(gè) 1K 電阻串聯(lián),兩頭分別接地與接 5V 電源,兩電阻之間電壓即為 。 ADC0804 的時(shí)序如圖 32所示 : 圖 32 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 17 LCD 電路圖 圖 33 LCD1602 與 MAC51 的 P1 口相連,如圖 33顯示為學(xué)生姓名拼音和學(xué)號(hào),其時(shí)序如圖 34! 圖 34 成都理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 18 獨(dú)立鍵盤與驅(qū)動(dòng)電路 圖 35 電路中當(dāng)濕度到達(dá)門限值后會(huì)報(bào)警,同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作,當(dāng)環(huán)境濕度低于低門限值時(shí)系統(tǒng)報(bào)警,同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路打開加濕器工作,為環(huán)境增加濕度,當(dāng)環(huán)境濕度增加到高于低門限值時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停止報(bào)警同時(shí)驅(qū)動(dòng)加濕器停止工作。 總體電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 AT89C51 作為控制系統(tǒng),通過(guò)模擬傳感器把濕度信號(hào)采集后送給ADC0804,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送 入單片
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