【正文】 數(shù)器獲得數(shù)字值。 圖 211 HS1101 溫度系數(shù)曲線 A/D 轉(zhuǎn)換電路 由信號處理電路輸出的信號為模擬信號，而單片機(jī)只能處理數(shù)字量，所以必須首先將模擬量經(jīng)過一定電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機(jī)才能處理，這種電路被稱為 A/D 轉(zhuǎn)換電路，是模擬系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的接口部件。而當(dāng)溫度位于 0℃～ 10℃之間時，溫度系數(shù)滿足關(guān)系式： RHr=RHm +tx(T25)。根據(jù)技術(shù)手冊該傳感器的 溫度系數(shù)與溫度曲線如圖 211所示，并有關(guān)系式： RHr=RHm +tx(T25)其中： RHr為真實(shí)濕度值； RHm為當(dāng)前溫度下的濕度測量值；T 為當(dāng)前溫度； tx為溫度系數(shù)。用這種測量頻率法測出方波信號的頻率，從而也就測出了空氣中的相對濕度。表 23 給出了其中的一組典型測試值。如此翻來覆去，形成方波 輸出。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)。 集成定時器 555 芯片外接電阻 R R2 與濕敏電容 C 構(gòu)成了對 C 的充電回路。 表 22 HS1101 的特性參數(shù) 圖 29 濕度 — 電容響應(yīng)曲線 濕度信號的測量原 理 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，常用兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容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、再經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，一種是將該濕敏電容置于 555 定時器或施密特觸發(fā)器組成的振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計(jì)算機(jī)所采集 [9]。 基于單片機(jī)的糧庫溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 圖 28 HS1101 的結(jié)構(gòu)及示意圖 圖 29 為 HS1101 的電容濕度響應(yīng)曲線，相對濕度在 0%100%RH 范圍內(nèi)，電容量由 162PF 變到200PF，其誤差不大于 177。圖 28 為 HS1101 的結(jié)構(gòu)及示意圖。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫度計(jì)和一些常見的指針式濕度計(jì)是不能用來作標(biāo)定的，精度無法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格，一般情況（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。 （ 4） 互換性 目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面 做 出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。 （ 3） 濕度傳感器的供電 金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時，會導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。2%左右，甚至更高。10℃ ）和潔凈的氣體中測量的。2%~177。2%~177。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。30V；內(nèi)含頻率補(bǔ)償和過載、短路保護(hù)電路；可通過外接電位器進(jìn)行調(diào)零 。18V 范圍內(nèi)選用；具有很高的輸入共模、差模電壓，電壓范圍分別為 177。 U +U IN 8 7 6 51 2 3 4 +IN +OUT 調(diào)零調(diào)零空端++231 5 467U +U （ a） （ b） 圖 26 741 型運(yùn)算放大器的封裝圖 LM741 是通用型集成單運(yùn)算放大器，其特點(diǎn)是電壓適應(yīng)范圍較寬，可在 177。通常，在兩個調(diào)零端接一幾十千歐的電位器，其滑動端接負(fù)電源，如圖 (b)所示。緊靠缺口（有時也用小圓點(diǎn)標(biāo)記）下方的管腳編號為 1，按逆時針方向，管腳編號依次為 2， 3，…， 8。此外，它還具有如下特點(diǎn)：（ 1）無頻率補(bǔ)償要求；（ 2）短路保護(hù)；（ 3）失調(diào)電壓調(diào)零；（ 4）寬大的共模、差模電壓范圍 ；（ 5）低功耗。寬范圍的共模電壓和無阻塞功能可用于電壓跟隨器。 AD590 溫度與電流的關(guān)系如下表 21 所示 ?；蛟谑覝叵?(25℃ )條件下調(diào)整電 位器 ,使 VO=+25=（ mV）。但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。 AD590 的基本應(yīng)用電路 圖 25（ a）是 AD590 的封裝形式，圖 25（ b）是AD590 用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。 根據(jù)上式不難看出，要想改變 ΔUBE，可以在調(diào)整 R5 后再調(diào)整 R6，而增大 R5 的效果和減小 R6 是一樣的，其結(jié)果都會使 ΔUBE 減小，不過，改變 R5 對 ΔUBE的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。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 。而 C1 和 R4 則可用來防止寄生振蕩。 R1， R2 為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。 T T12 和 T10 為啟動電路，其中 T5 為恒定偏置二極管。 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。圖 3 中的電阻 R 是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到 1μA／ K 的 I 值。因此，電流 I1 為： 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。其中 T T2 起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流 I1 和 I2 相等； T T4 是感溫用的晶體管，兩個管的材質(zhì)和工藝完全相同，但 T3 實(shí)質(zhì)上是由 n 個晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是 T4 的 n 倍。 R 5 02kR 5 250KR 4 89kR 4 210KR 4 410KR 4 310KR 4 9 5KR 5 120KR 3 81KR 5 31K1122333A D 5 9 01 21 2+ 1 2+ 1 21 21 2+ 1 2+53261 574U 1 0L M 7 4 13261 574U 1 1L M 7 4 1 3261 574U 1 2L M 7 4 1+ C81 0 0 0 u+C81 0 0 0 unIqKITVBE ??K/mA1TIr? 基于單片機(jī)的糧庫溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 圖 23 感溫部分的核心電路 圖 24 AD590 內(nèi)部的電路 AD590 的工作原理 在被測溫度一定時， AD590 相當(dāng)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，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。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔精度最高，在 55℃～ +150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177。 輸出電阻為 710MW。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流 rI 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變 化 1K。 AD590 的測溫范圍為 55℃～ +150℃ 。 AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0℃時輸出為 0，溫度 25℃時輸出 。 集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。故根據(jù)其特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇方案二實(shí)現(xiàn)，電路如 22所示。 A/D轉(zhuǎn)換器采用 8位 CMOS逐次逼近型的 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0804[7]。整個測溫范圍內(nèi)精度可達(dá)177。 測量環(huán)境溫度的傳感器采用集成兩端溫度傳感器 AD590。因此，在國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，在 ～ ℃的溫區(qū)范圍內(nèi)，使用熱電偶作為復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)穩(wěn)標(biāo)的基準(zhǔn)儀器。目前 ， 國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量 ， 適配各種微控制器 (MCU)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的 ,其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器 (或寄存器 )和接口電路。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù) (ATE)的結(jié)晶。 3. 智能溫度傳感器。 近百年來 ,溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段： 1. 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 (含敏感元件 )。 溫度傳感器是應(yīng)用最廣的傳感器之一，從空調(diào)、冰箱、電飯煲等家電產(chǎn)品直至 PC 機(jī)、手機(jī)等，都需要具有溫度傳感功能的器件。 基于單片機(jī)的糧庫溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集 (即傳感器技術(shù) )、信息傳輸 (通信技術(shù) )和信息處理 (計(jì)算機(jī)技術(shù) )。 溫度采集與放大部分 什么叫傳感器？從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置；簡單說傳感器是將外界信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。這里有兩點(diǎn)要注意：一是復(fù)位信號是高電平有效，二是高電平的保持時間必須是大于兩個機(jī)器周期。因此，復(fù)位電路除了要符合廠家規(guī)定的參數(shù)外，還要濾除可能的干擾。復(fù)位電路， RST 為復(fù)位信號輸入端 ，復(fù)位的作用是在規(guī)定的條件下，單片機(jī)自動將 CPU 及程序運(yùn)行相關(guān)的主要功能部件， I/O 口等設(shè)置為確定的初始狀態(tài)的過程。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩器為單片機(jī)提供振蕩源。 該電路時鐘電路如圖 21（ b）所示，由外接諧振器的時鐘振蕩器、時鐘發(fā)生器及關(guān)斷控制信號等組成。本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為 12MHZ， VSS 為接地線端，VCC 為電源輸入端。 EA 引腳發(fā)出信號為訪問程序存儲器控制信號，當(dāng) EA 信號為低電平時，對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器；而當(dāng) EA 信號為高電平時，則對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)到外部程序存儲器。此外由于 ALE 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 P0， P2 口為普通 I/O 口和總線復(fù)用口， P1 的部分和 P3 口的全部端口具有第二功能。 AT89S52 有四個并行 I/O 口，分別為 P0（ ～ ）， P1（ ～ ）， P2（ ～ ），P3（ ～ ），它們均作普通 I/O 口用，每個口線可以單獨(dú)用作輸入或輸出口，此時它們是準(zhǔn)雙向口：在將某一口線作為輸出口用時可直接向其輸出數(shù)據(jù)，而做輸入口時，必須先對該口的鎖存器寫 1，將其置為高阻輸入，方可讀入引腳數(shù)據(jù)，若某口鎖存器為 0，則對應(yīng)引腳被鉗位在 0 狀態(tài)，無法讀出高電平輸入。它相對 89C52， 89S52 增加了 ISP 在線編程功能、內(nèi)部看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針，全新的加密算法等功能，但價格基本不變，甚至更低。 AT89S52 單片機(jī)有 40 腳 PDIP、 42 腳 PDIP 等，本系統(tǒng)采用 40 腳 PDIP 的封裝，其引腳如圖 31（ a）所示， AT89S52 是 AT89S5系列單片機(jī)中性能居中、很有代表性的產(chǎn)品，其主要特性如下：（ 1）兼容 MCS51 產(chǎn)品；（ 2） 8K 字節(jié)可擦寫 1000 次以上的系統(tǒng)可編程 ISP Flash ROM；（ 3）工作電壓為+4V～ +；（ 4）有 256 字節(jié) RAM；（ 5） 32 個可編程 I/O 口；（ 6） 3 個 16 位定時 /計(jì)數(shù)器；（ 7） 8個中斷源；（ 8）一個全雙工 UART 串行通信口；（ 9）靜態(tài)工作頻率在 0～ 33Mhz；（ 10）休眠和節(jié)電保持兩種省電模式；（ 11）中斷喚醒省電模式功能；（ 12）看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針（ DPTR）；（ 13）電源關(guān)閉標(biāo)志；（ 14）靈活的 ISP 編程； AT89S52 配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式，空閑模 式下， CPU 暫停工作， RAM 定時計(jì)數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 21（ a） AT89S52 芯片引腳圖 圖 21（ b） 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 本設(shè)計(jì)選用 AT89S52 作為電路的主要芯片，如圖 21（ a）所示。當(dāng)濕度小于 40%RH 時 ， 報(bào)警并 采取加濕設(shè)備進(jìn)行加濕；當(dāng)濕度超過 65%RH時，就發(fā)出警告并采用加熱器去降低濕度。 當(dāng)溫度高于上限或低于下限值時，報(bào)警器發(fā)聲，提醒工作人員此時溫度太高或太低，以做出相應(yīng)的措施。 （ 3）處理完畢后，然后再由數(shù)碼管顯示 其溫濕度 。 圖 11 系統(tǒng)框圖 說明如下： （ 1）測量經(jīng)過溫度傳感器轉(zhuǎn)換為電量，再放大后送給 A/D 轉(zhuǎn)換器 。當(dāng)濕度小于設(shè)定的濕度 時，使用加濕器進(jìn)行加濕；當(dāng)濕度大于設(shè)定的濕度時，可以用加熱器去降低濕度，使?jié)穸瓤刂品秶鸀?40%～ 65%RH。