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單片機(jī)控制的溫濕度控制儀的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-展示頁

2025-07-06 14:06本頁面
  

【正文】 單片機(jī)技術(shù)已成為電子技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)新的亮點(diǎn),使單片機(jī)技術(shù)成為一門綜合應(yīng)用技術(shù),成為電子技術(shù)改造的重要技術(shù)手段之一。本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89C51嵌入式系統(tǒng)和溫度傳感器、濕度傳感器的溫濕度檢測控制系統(tǒng)。這種惡性循環(huán)一旦形成很難進(jìn)行有效控制。 目前,國內(nèi)大中型庫房在倉儲(chǔ)管理中由于技術(shù)和資金上的原因,多數(shù)僅限于只對溫度進(jìn)行監(jiān)測,當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)和翻倉,即使如此,處理不及時(shí)或因設(shè)備人力條件有限仍會(huì)造成大量損失。有效地對溫濕度進(jìn)行測控可以節(jié)省能源,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文單片機(jī)控制的溫濕度控制儀的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 目 錄摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅰ緒論……………………………………………………………………………………1 第1章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 ………………………………………………………2 系統(tǒng)總體功能 ……………………………………………………………2……………………………………………………………2……………………………………………………………3 系統(tǒng)功能劃分 ……………………………………………………………4 系統(tǒng)的工作方式……………………………………………………………4第2章 硬件電路設(shè)計(jì) ………………………………………………………………5…………………………………………………………5 ………………………………………………………………6 輸出通道設(shè)計(jì) …………………………………………………………………11 人機(jī)對話通道設(shè)計(jì)……………………………………………………………12第3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………14 ……………………………………………………………14 程序模塊劃分 ………………………………………………………………15 程序子模塊設(shè)計(jì) ……………………………………………………………15 軟件說明 ………………………………………………………………………16第4章 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)……………………………………………………………18 硬件抗干擾設(shè)計(jì) ………………………………………………………………18 軟件抗干擾設(shè)計(jì) ………………………………………………………………22第5章 軟硬件調(diào)試 ……………………………………………………………26 軟件電路的調(diào)試 ………………………………………………………………26 軟件調(diào)試 ……………………………………………………………………28 聯(lián)機(jī)調(diào)試 ………………………………………………………………………28第6章 展望…………………………………………………………………………29致謝 …………………………………………………………………………………30參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………31附錄 …………………………………………………………………………………3242 緒 論隨著工控技術(shù)、電子信息技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)中對設(shè)備自動(dòng)化程度要求越來越高。在這些自動(dòng)化生產(chǎn)過程中,電流、電壓、溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速和一些開關(guān)量等都是重要的測控參量,其中溫濕度是科研與生產(chǎn)控制對象中的最主要的測控參量。單片機(jī)控制的溫濕度測控系統(tǒng)憑借其控制方便、編程簡單、控制靈活性和價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn),在食品、化工、倉儲(chǔ)、醫(yī)藥加工等各個(gè)領(lǐng)域中,特別是在倉庫存儲(chǔ)方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)庫房儲(chǔ)藏物的溫升主要是由于濕度引起的,庫房儲(chǔ)藏物本身的水分過高或連續(xù)的高濕天氣將導(dǎo)致儲(chǔ)藏物新陳代謝加快而放出熱量,放熱引起的溫升又使代謝進(jìn)一步加劇以至發(fā)霉變質(zhì)。因此,庫房在進(jìn)行溫度監(jiān)測的同時(shí),必須重視對空氣濕度的檢測,以利于提前采取有效措施控制庫房儲(chǔ)藏物升溫而霉變。該系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì),可靠性高,結(jié)構(gòu)簡單,實(shí)現(xiàn)了對溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。采用單片機(jī)對它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn),而且還可以大幅度的提高被控溫濕度的性能指標(biāo),從而能大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 該單片機(jī)控制系統(tǒng)主要是針對現(xiàn)實(shí)中一些對溫度和濕度要求較高的倉庫。本系統(tǒng)是一個(gè)具有從多點(diǎn)溫濕度檢測、多通道模數(shù)信號(hào)檢測、單片機(jī)核心控制、智能化輸出調(diào)控功能的檢測、控制型應(yīng)用系統(tǒng)。以防止軟件系統(tǒng)的‘跑飛’,確保硬件系統(tǒng)乃至整個(gè)溫濕度控制系統(tǒng)的可靠工作。該控制系統(tǒng)主要是針對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中一些對溫度和濕度要求較高的倉庫,對倉庫內(nèi)溫度要求嚴(yán)格、濕度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)的實(shí)際情況而設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)是一個(gè)倉庫溫濕濕度的檢測、控制型應(yīng)用系統(tǒng),它具有溫濕度檢測功能、溫濕度信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算功能、并具有相應(yīng)溫濕度調(diào)控功能。2. 智能溫濕度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng):要求具有自動(dòng)選擇溫濕度調(diào)節(jié)方案功能。3. 實(shí)時(shí)溫度值設(shè)定功能:根據(jù)實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場的需要可以進(jìn)行不同(實(shí)際所需的)溫度值設(shè)定;要求具有實(shí)時(shí)溫度值設(shè)置功能(在任何時(shí)候均可以進(jìn)行溫度值設(shè)定,其級(jí)別高于所有程序,最好使用中斷方式)。5. 溫度顯示系統(tǒng):按要求實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)的溫濕度值;在進(jìn)行設(shè)定時(shí)需要顯示對應(yīng)設(shè)定值。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)在一個(gè)較好的控制系統(tǒng)中通常有十幾個(gè)、甚至更多的被測數(shù)據(jù)即使速度很高的系統(tǒng)也難以滿足要求。每個(gè)測量點(diǎn)的測量通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理,并分析數(shù)據(jù)是否超限,若超限則報(bào)警顯示。綜上所述,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖11所示:圖11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖綜合考慮系統(tǒng)的適用性,可靠性,可維護(hù)性操作簡便等,系統(tǒng)還應(yīng)采用以下技術(shù)措施:1. 對糧倉內(nèi)多點(diǎn)和環(huán)境溫濕度自動(dòng)巡視或人為選測,定時(shí)間隔可調(diào)。2. 檢測時(shí)間、監(jiān)測點(diǎn)編號(hào)和檢測結(jié)果可顯示或記錄。4. 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想,提高系統(tǒng)的可維護(hù)性。 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo):測量點(diǎn)越多越能反映工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際溫度情況。:溫度控制設(shè)定范圍:0℃-30℃,最小區(qū)分度:1℃;濕度控制設(shè)定范圍:40%-55%,最小區(qū)分度:%。5 .顯示方法:8位LED數(shù)碼管循環(huán)顯示,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度,顯示溫度范圍:0℃-99℃ 。:條件允許的情況下采用UPS不間斷電源。硬件的主要功能是信號(hào)的采集、傳送、A/D轉(zhuǎn)換及輸出信號(hào)的功率放大。在絕大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,系統(tǒng)功能的軟件、硬件劃分往往是由系統(tǒng)對控制速度的要求決定的,在沒有速度限制的情況下可以考慮以軟件取硬件電路的簡化,以求降低硬件成本。溫濕度控制系統(tǒng)便是最常見的控制系統(tǒng)。印制電路板的設(shè)計(jì)一般都在計(jì)算機(jī)上利用PROTEL軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)完交由廠家制作出所需要的印制電路板,經(jīng)焊接和系統(tǒng)連接完成硬件電路的制作過程來控制溫度。單片機(jī)基本系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,、精度及功能要求都無特別之處,因此可以選用目前廣泛使用的MCS51系列單片機(jī)AT89C51 系統(tǒng)的工作方式系統(tǒng)以溫濕度監(jiān)控為核心,溫濕度參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)由主機(jī)根據(jù)用戶要求定時(shí)向從機(jī)查詢,各控制模塊的設(shè)置參數(shù)修改時(shí),將新的參數(shù)發(fā)送到從機(jī)。從機(jī)通過數(shù)據(jù)采集裝置不間斷地采集溫濕度數(shù)據(jù),根據(jù)控制模塊的設(shè)置參數(shù)做出控制決策,驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行,并隨時(shí)準(zhǔn)備接受主機(jī)的指令,當(dāng)受到詢問時(shí),將庫房的各項(xiàng)數(shù)據(jù)編碼通過串行通信方式傳輸?shù)街鳈C(jī)。對數(shù)據(jù)可以進(jìn)行查詢,也可以將一段時(shí)期的數(shù)據(jù)信息匯集成報(bào)表,報(bào)表包括各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),還可以將數(shù)據(jù)處理繪制成圖形曲線,實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析與管理。單片機(jī)對溫濕度控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)過程包括:主芯片、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及性能要求、硬件電路、軟件電路的設(shè)計(jì)與配合、鍵盤顯示電路的控制與顯示。這樣整個(gè)系統(tǒng)才能按照預(yù)定的計(jì)劃運(yùn)行并進(jìn)行控制和檢測。而每一部分又都有各自的信號(hào)接口,本章將介紹組成該單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的這幾個(gè)基本組成部分,以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)基本要求為重點(diǎn),力求滿足主要性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)性能/價(jià)格比??紤]到單片機(jī)在進(jìn)行PID運(yùn)算時(shí)需要調(diào)用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算程序庫,程序需占用較大內(nèi)存空間。由于AT89S51內(nèi)部已集成了128個(gè)字節(jié)的RAM單元,而系統(tǒng)運(yùn)行中需要存放的中間變量只有給定溫度、實(shí)測溫度、PID運(yùn)算中間結(jié)果及輸出結(jié)果等十幾個(gè)變量,因而AT89S51的片內(nèi)RAM已能滿足存放要求,可不必再擴(kuò)充外部RAM。單片機(jī)AT89S51的CPU復(fù)位信號(hào)RESET有手動(dòng)復(fù)位,看門狗復(fù)位和硬件復(fù)位三種信號(hào)組合產(chǎn)生,這三種復(fù)位信號(hào)任何一種都將復(fù)位CPU,其中硬件復(fù)位信號(hào)在PC大于3FFFH時(shí)產(chǎn)生。解決方法是,在主程序中,當(dāng)檢測到有鍵按下后置鍵按下標(biāo)志位,在主程序的循環(huán)中則反復(fù)判斷鍵按下標(biāo)志位是否被清零,如果被清零則說明鍵已釋放,然后才能進(jìn)行下一輪的鍵盤按下判斷。若無鍵按下,有兩種情況,一是系統(tǒng)中無鍵按下(此時(shí)鍵按下標(biāo)志為0),處于監(jiān)控狀態(tài);二是鍵按下釋放后的情況(此時(shí)鍵按下標(biāo)志為1),這時(shí)要清鍵按下標(biāo)志,以便主程序中進(jìn)行下一輪的鍵按下檢測。 輸入通道設(shè)計(jì)輸入通道是信息采集的信道,主要包括傳感器、信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換等電路。另外,信號(hào)的濾波可由軟件實(shí)現(xiàn),以簡化硬件、降低硬件成本。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 A/DC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器 A/D0809在本設(shè)計(jì)中將溫濕度傳感器產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)分時(shí)序轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。地址鎖存與譯碼電路完成分時(shí)對A、B、C三個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼,其譯碼輸出用于通道選擇。熱電偶由于熱電勢較小,因而靈敏度較低,熱敏電阻由于非線性而影響其精度,鉑電阻溫度傳感器由于成本高,在一般小系統(tǒng)中很少使用,傳感器采用熱敏電阻,相對于熱電阻而言,熱敏電阻采用NTC負(fù)溫度系數(shù)型做溫度檢測用。但采用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。2.AD590攝氏溫度測量電路本設(shè)計(jì)是由集成溫度傳感器AD590構(gòu)成的多點(diǎn)測溫系統(tǒng),用最少的引線將許多AD590的信號(hào)引到測量儀表或計(jì)算機(jī)上。 AD590的典型使用方法如圖所示,AD590的供用電壓為3~30v,輸出電流為278uA(25度),靈敏度1Ua/c。注意R放入阻值不能太大以保證AD590兩端電壓不低于3V。圖2-1AD590應(yīng)用電路圖AD590攝氏溫度測量電路如圖2-2所示,電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn),R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。如此反復(fù)調(diào)整多次直到調(diào)至0℃時(shí),V0=0mV,100℃時(shí)V0=100mV為止。例如,若室溫為25℃,那么V0應(yīng)為25mV。圖22 用于測量攝氏溫度的電路要使圖22中的輸出為200mV/C,可通過增大反饋電阻(圖中反饋電阻由R3與電位器R4串聯(lián)而成)來實(shí)現(xiàn)。AD581是高精度集成穩(wěn)壓器,輸入電壓最大為40V,此時(shí)輸出為10V。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來測量濕度的方法,早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。此外,濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)難題。近年來,國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。2. HS1101濕度傳感器濕敏傳感器采用電容式濕敏元件HS1101。濕敏電容是一種在高分子薄膜上形成的電容。由于介電系數(shù)隨空氣的相對濕度變化而變化。HS1101 是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu),如圖25所示。具有極好的線性輸出,在相對濕度為0%~100%RH的范圍內(nèi),電容的容量由163pF 變化到202pF,其誤差不大于177。圖25 HS1101的電容值與相對濕度的關(guān)系3. 濕度信號(hào)傳感器的應(yīng)用濕敏電容是將空氣中濕度的變化轉(zhuǎn)換成電容的變化。目前,常用的濕度測量方法有兩種:一種是將濕敏電容Cx 置于振蕩電路之中,將濕度的變化轉(zhuǎn)換為與之成反比的振蕩頻率變化,該頻率信號(hào)可以直接被微處理器采集或通過頻率/電壓變換被采集;另一種是將濕敏電容Cx 置于可調(diào)脈沖發(fā)生器中,將濕度的變化直接轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變化,然后通過低通濾波器,將脈沖寬度的變化轉(zhuǎn)換為與之成正比的直流電壓輸出。圖26電路是采用LM324 (四運(yùn)放) 實(shí)現(xiàn)的電壓變送器,其中IC1將濕度傳感器得到的電壓信號(hào)(~3V) 進(jìn)行緩沖,再與IC2 輸出的參考電壓UR進(jìn)行比較后通過IC3 放大,~~4V ,~3V 的信號(hào)變換成0V~5V。根據(jù)系統(tǒng)總誤差要求,%之內(nèi)。 伺服驅(qū)動(dòng)控制電路 伺服驅(qū)動(dòng)控制電路主要有空調(diào)機(jī)和抽風(fēng)機(jī)控制電路構(gòu)成??紤]到單片機(jī)輸出的控制信號(hào)屬于弱電信號(hào),而空調(diào)機(jī)和抽風(fēng)機(jī)屬于強(qiáng)電,所以中間不僅需要開關(guān)控制器件而且還需要功率放大設(shè)備屬于典型的有弱電信號(hào)控制強(qiáng)電路。綜合以上考慮,我們選擇絕緣柵雙極性晶體管IGBT作為輸出控制開關(guān)器件??紤]到89S51的I/O口線已基本被使用,報(bào)警裝置的端口與一位數(shù)據(jù)線連接鎖存器和驅(qū)動(dòng)器組成。整個(gè)電路如圖2-7所示:圖27 報(bào)警電路 人機(jī)對話通道設(shè)計(jì)人機(jī)通道設(shè)計(jì)主要由鍵盤、LED顯示。對于人機(jī)對話部分的電路主要包括以下幾個(gè)部分:溫度設(shè)定電路、矩陣式鍵盤以及顯示接口電路等。這樣P1口就具有輸入和輸出雙重功能。 矩陣式鍵盤掃描輸入與顯示器的掃描輸出可以直接有單片機(jī)來承擔(dān),但考慮到鍵盤與顯示接口需要較多的I/O線,如果直接由單片機(jī)控制,一方面必須擴(kuò)充I/O口,另一方面鍵盤與LED顯示的掃描處理需要占用大量的機(jī)時(shí),增加軟件編程負(fù)擔(dān),為此在組成系統(tǒng)人機(jī)對話通道時(shí),采用了可編程鍵盤、顯示接口芯片,由顯示接口芯片負(fù)責(zé)鍵盤的掃描、延時(shí)消抖處理和顯示輸出,這樣大大減輕了CPU在掃描鍵盤或刷新顯示時(shí)的負(fù)擔(dān),也簡化了應(yīng)用軟件的編程。一個(gè)43的行、列結(jié)構(gòu),可以構(gòu)成一個(gè)含有12個(gè)按鍵的場所,矩陣式鍵盤與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比,要
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