【正文】 本系統(tǒng)軟件采用匯編語言來實(shí)驗(yàn)初始化、數(shù)據(jù)采集處理、濕度管理和對設(shè)備的處理。 TCP/IP 一般是支持的。等待串行口中斷 RET 簡單軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī) 軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)，一般是 PLC/單片機(jī)之類的。啟動 T1 工作 MOV IE,90H 。設(shè)定 T1 為方式 2 標(biāo)記寄存器 R2 初始化定時(shí)器 T1為方式 2 設(shè)定 T1初值 啟動 T1工作 串行口為方式 3 開中斷 等待串行口中斷 標(biāo)記寄存器 R2 初始化定時(shí)器 T1為方式 2 設(shè)定 T1初值 啟動 T1工作 串行口為方式 3，允許 接收并開中斷 等待串行口中斷 25 MOV TH1,0F3H 。數(shù)據(jù)塊始址送發(fā)送緩沖器 WAIT1: JB ES,WAIT1 。串行口方式 3,禁止接收 MOV IE,90H 。設(shè)定 T1值 MOV TL1,0F3H SETB TR1 。設(shè)定 SMOD＝ 1 MOV TMOD,20H 。 24 （ a）發(fā)送子程序流程圖 （ b）接收子程序流程圖 ： RS232發(fā)送與接收流程圖 本系統(tǒng)在 Keil uVision2 中使用匯編程序來對發(fā)送和接收子程序?qū)懗龊唵蔚某绦蚯鍐巍?shù)據(jù)長度高字節(jié)和低字節(jié)由主程序在發(fā)送前先調(diào)入 R2和 R3 中。 3. 發(fā)送或接收數(shù)據(jù)塊起始地址存放單元為 41H 和 40H，其中 41H 為數(shù)據(jù)塊起始地址高字節(jié)存放單元， 40H為數(shù)據(jù)塊起始地址低字節(jié)存放單元；數(shù)據(jù)塊長度存放單元為 32H 和 31H，其中 32H 為數(shù)據(jù)塊長度高字節(jié)存放單元， 31H 為數(shù)據(jù)塊長度低字節(jié)存放單元。對于 AT89S51 的發(fā)送和接收，其間的通訊協(xié)議如下 [10]： 1. 通訊波特率為 4800b/s，晶振為 12MHz，其中 T1 為方式 2,可以計(jì)算得到 TH1 為 F3H 和 SMOD 為 1。 單片機(jī)和 PC 通信連接 PC 機(jī)作為上位機(jī)，它是對單片機(jī)進(jìn)行各種各樣的管理和控制的。其物理特性有：傳輸線采用屏蔽雙絞線，傳輸電纜的長度最大為 50英尺 。 RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)采用 25 個(gè)引腳的連接器 其電氣特性是：邏輯“ 1”， 5— 15V；邏輯“ 0”， +5— +15V。 RS2323C接口是目前最為常用的一種串行通訊接口。用 Protel 軟件里面的 3D效果圖工具可以得到下面的圖： 22 系統(tǒng) 3D效果圖 本設(shè)計(jì)的電路中所用到 的元件的實(shí)物照片如下所示： 晶振 集成與非門 ADC0809 NE555 AT89S51 HS1101 ：系統(tǒng)所用元件的實(shí)物圖 23 第四章：單片機(jī)與 PC 間的串行通訊 接口 計(jì)算機(jī) 與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。 6. 信號遵循從左邊進(jìn)入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。 21 4. 對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局要考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。 2. 重量太大的元件要有支架固定。本設(shè)計(jì)的 PCB 版圖是直接從生成的網(wǎng)絡(luò)表直接載入的，載入元件封裝后，再進(jìn)行元件的布局。 開始 初始化 讀濕度 濕度轉(zhuǎn)換 濕度比較 20 ：系統(tǒng)總原理圖 電路 PCB 版圖設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)所用到的電路圖，是在 Protel DXP 2021 軟件中進(jìn)行畫圖的， Protel DXP 2021 是目前新一代完整的板級設(shè)計(jì)工具，它是 Altium 公司 2021 年的最新產(chǎn)品。R4 是用作 555 定時(shí)器內(nèi)部溫度補(bǔ)償?shù)?，其?yīng)該具有 1%的精度。 NE555 電路中的參數(shù)選擇為： R1＝ 1K、 R2＝ 499K、 R3＝ 576K、 R4＝ 909K。例如： 口通過電阻用于 LED 的外接； 和 P0所有接口接 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器等等。 AT89S51 具有 4個(gè) I/O 接口，它們分別是 P0口、 P1 口、 P2 口和 P3口。所以，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到目前只是計(jì)劃應(yīng)用于較小的機(jī)房中，監(jiān)測點(diǎn)不多，因此本文沒有對片內(nèi) RAM 進(jìn)行擴(kuò)展或是改換單片機(jī)的型號。 本系統(tǒng)的部原理圖如圖 48 所示 下面對本次設(shè)計(jì)的總電路進(jìn)行說明。其程序流程圖如圖所示。其電路原理圖如圖所示。 AT89S51復(fù)位與晶振電路 總體電路系統(tǒng) 報(bào)警設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，在 ST89S51 單片機(jī)的 口外接一個(gè) LED二極管作為對濕度測控的報(bào)警輸出。這樣使用起來比較方便，就算是在程序“跑飛”時(shí)，也可以手動復(fù)位，不 用再重起單片機(jī)電源。復(fù)位對單片機(jī)來說，是程序還沒開始執(zhí)行，是在做準(zhǔn)備工作。 AT89S51的 PDIP封裝 其中，有主電源引腳 ccss VV和 ，外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2，控制引腳STPD RV / 、 ALE/ PROG 、 PSEN 、 DDVEA/ ，輸入輸出接口 P0～ P3。 HMOS制造工藝的 MCS51單片機(jī)都采用 40引腳的雙列直插（ DIP）方式， CHMOS制造工藝的 80C31/80C51 除采用 DIP 封裝方式外，還采用 PLCC 方形的封裝方式。 單片機(jī) 本課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的核心采用的是 AT89S51 單片機(jī)，它是一個(gè)低功耗、高性能的 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含有 4kBytesISP 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元。由于單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上，因此它的結(jié)構(gòu)緊湊、超小型化、可靠性高、價(jià)格低廉、易于開發(fā)應(yīng)用。 是對 ADC0809 的操作流程圖。實(shí)際的測量值 ix 一定會落在某個(gè)區(qū)間 ? ?1, ?kk xx 內(nèi)，即 kx ix 1?kx 。即當(dāng) ADC0809 的輸入與輸出特性為非線性時(shí)，可以用一個(gè)單調(diào)非線性函數(shù) ? ?xfu? 來表示。 測濕電路與單片機(jī)連接圖 濕度誤差補(bǔ)償插值法子程序 從 NE555 時(shí)基電路中輸出的是一個(gè)模擬信號， ADC0809 的作用就是要把這個(gè)單片機(jī)不能識別的模擬信號轉(zhuǎn)換成一個(gè)可以讀取的數(shù)字信號。 8051 通過地址線 和讀寫控制線 RD 、 WR 來控制模擬輸入通常地址鎖存、啟動和輸出允許。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由單片機(jī)的 ALE 提供。 ADC0809 的引腳圖如圖所示。 應(yīng)用簡介 ADC0809 具有 8路模擬量輸入，可在程序控制下對任意通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，輸出 8 位二進(jìn)制數(shù)字量。這種由模擬量變?yōu)閿?shù)字量，或由數(shù)字量轉(zhuǎn)為模擬量的轉(zhuǎn)換，通常叫做模 /數(shù)，或數(shù) /模轉(zhuǎn)換。 13 第三章：核心電路的設(shè)計(jì) ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 在單片機(jī)應(yīng)用中，特別是在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，常常需要把外界連續(xù)變化的物理量（如濕度、濕度、壓力、流量），變成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行加工處理。當(dāng)外界濕度變化時(shí) ,HS1101 兩端電容值發(fā)生改變 ,從而改變定時(shí)電路的輸出頻率。此時(shí) 555 定時(shí)器內(nèi)部的放電 BJT 的基極電壓為“ 1” ,放電 BJT 導(dǎo)通 ,從而使電容 C1 通過 R3 和內(nèi)部放電 BJT 進(jìn)行放電 ,當(dāng) C1 兩端電壓降低到 ccV /3 時(shí) ,定時(shí)器又翻轉(zhuǎn) ,使輸出變?yōu)椤?1” ,內(nèi)部放電BJT 截止 ,VCC 又開始通過 R2 和 R3 對 C1 充電 ,如此周而復(fù)始 ,形成振蕩。在此電路中 ,555 定時(shí)器正是根據(jù)這一功能用作多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號的。 ： NE555 框圖 基于 555 振蕩電路的濕度測量電路設(shè)計(jì) 12 圖：測濕電路圖 把 HS1101 和 NE555 同時(shí)接入電路中的電路設(shè)計(jì)原理圖如圖 24 所示。其工作電壓范圍為： ?? ccV 16V。 時(shí)基電路 NE555 是一個(gè)能產(chǎn)生精確定時(shí)脈沖的高穩(wěn)度控制器，其輸出驅(qū)動電流可達(dá)200mA.。涉及如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號時(shí)，常用兩種方法 :一是將 HS1101 置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路 200 190 180 170 電容 F 20 40 60 80 100 相對濕度 % 11 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 。可見其精度是較高的。它有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)： 全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正 長時(shí)間飽和下快速脫濕 可以自動化焊接，包括波峰或水浸 高可靠性與長時(shí)間穩(wěn)定性 專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) 可用于線性電壓或頻率輸出回路 快速反應(yīng)時(shí)間 HS1101 的簡單物照圖如圖 21[5]。 濕度傳感器 HS1101 濕度傳感器 HS1101 是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)。 相對濕度： 相對濕度是氣體 的絕對濕度（ v? ）與同一溫度下，水蒸汽已達(dá)到飽和的氣體的絕對濕度（ W? ）之比，常用 %RH 來表示。 大氣濕度有兩種表示方法：絕對濕度與相對濕度。 對于任意輸入 ??tx 所引起的響應(yīng) ??ty ，可以利用兩個(gè)函數(shù)的卷積關(guān)系，即系統(tǒng)的響應(yīng) ??ty 等于沖激響應(yīng)函數(shù) ??th 同激勵(lì) ??tx 的卷積，即 濕度傳感器的選擇 濕度及其表示方法 在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周圍的大氣里總是含有或多或? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ???? t dtxhtxthty 0 ??? 9 少的水汽。 研究動態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。為研究傳感器的動態(tài)特性，可建立其動態(tài)數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)中的邏輯推理和運(yùn)算方法，分拆傳感器在動態(tài)變化的輸入量作用下，輸出量如何隨時(shí)間改變。很多傳感器要在動態(tài)條件下檢測，被測量可能以各種形式隨時(shí)間變化。 其它的特性還有分辨力，傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾 值；零漂，傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化零漂，零漂可用相對誤差表示，也可用絕對誤差表示。多次重復(fù)測試的曲線重復(fù)性好，誤差也小。 遲滯的大小常用正反行程最大輸出差值 maxy? 對滿量程輸出 SFy. 的百分比來表示的 [4]。也就是說，對應(yīng)同一大小的輸入信號，傳感器正反行程的輸出信號大小不相等，此即遲滯現(xiàn)象。一般希望傳感器的靈敏度高，在滿量程范圍內(nèi)是恒定的，即傳感器的輸出－輸入特性為直線。 對于線性傳感器，它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率。 在使用非線性特性的傳感器時(shí)，如果非線性項(xiàng)的方次不高，在輸入量變化范圍不大條件下，可以用切線或割線等直線來近似地代表實(shí)際曲線的一段。如果不考慮遲滯和蠕變效應(yīng)，一般可用下面的多項(xiàng)式表示。衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標(biāo)有線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性。例如半導(dǎo)體氣體、濕度傳感器等，它們一般都是將感受的被測量直接轉(zhuǎn)換 為電信號，沒有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) [3]。 有些國家和有些科學(xué)領(lǐng)域，將傳感器稱為變換器、檢測器或探測器等。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 本次課題的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的示意圖如圖 11。 性價(jià)比，本課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，它本身有著多個(gè)優(yōu)勢，要使得系統(tǒng)能夠廣泛地應(yīng)用，在充分考慮可靠性的同時(shí)，盡可能降低成本，提高系統(tǒng)的性價(jià)比。 6 本課題的設(shè)計(jì)方案 本課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有三個(gè)原則： 操作維護(hù)方便，為了利于系統(tǒng)的推廣，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分采用操作內(nèi)置或簡化的方法，以盡量減少對操作人員專用知識的要求，也便于進(jìn)行維修。 進(jìn)入 21 世紀(jì)的第一個(gè)年代，智能濕度測控技術(shù)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、 開發(fā)虛擬傳感器測量和網(wǎng)絡(luò)傳感器測控、研制單片測量系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。智能濕度測控器也是在智能濕度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。本系統(tǒng)也 是基于這樣集成 IC 的傳感器 HS1101 來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 模擬集成濕度傳感器測量 在 20 世紀(jì) 80 年代中，采用硅半導(dǎo)體集成工藝的集成濕度傳感器問世，它是將濕度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成濕度測量及模擬信號輸出功能的專用IC，它屬于最簡單的一種集成濕度傳感器。所以，傳統(tǒng)