【正文】 5 果，并由此控制 電路 來調(diào)節(jié) 加熱爐和加濕器 ，當(dāng) 室 內(nèi)溫度 與要求溫度不符 時(shí)，蜂鳴器將進(jìn)行報(bào)警，從而使 室 內(nèi)溫 濕 度迅速達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持恒定。 方案二： 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制圖方案二 方案二 所設(shè)計(jì)的 發(fā)酵室溫濕度 控制主要由單片機(jī)、 溫濕度數(shù)字式傳感器 、溫 、濕 度控制模塊、顯示模塊 、 報(bào)警模塊 等 幾 部分組成。選擇數(shù)字式傳感器可以直接傳輸數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)，減少了 A/D 轉(zhuǎn)換的過程，簡化了電路，在硬件方面，使電路簡潔。 計(jì) 系統(tǒng)控制器的選擇 單片機(jī)不只是能實(shí)現(xiàn)簡單邏輯功能的芯片 ,而是把完整一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到這一個(gè)小小芯片上。一塊芯片就相當(dāng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)。而且控制功能比較強(qiáng)大，可以通過芯片進(jìn)行擴(kuò)展，幾乎可以完成所有的現(xiàn)場控制功能。 PLC 比單片機(jī)“大”，即“體積大”、“功能完善”。正因?yàn)?PLC在各種方面比單片機(jī)“大”，是以價(jià)格昂貴。 PLC 體積大有時(shí)也會(huì)使 PLC 的應(yīng)用受到限制。 簡單易懂的說，是特地為了工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它的機(jī)箱是鋼制造，有防震設(shè)計(jì)，連續(xù)工作時(shí)間長，機(jī)箱里面有專用電源并且有較強(qiáng)的抗干擾能力。工控機(jī)體積比 plc 和單片機(jī)大很多，而且價(jià)格昂貴，煙葉發(fā)酵室并沒有工業(yè)現(xiàn)場那么震動(dòng)，灰塵那么多，需要的系統(tǒng)控制器的所在環(huán)境較好，因此并不需要工控機(jī)控制。 檢測元件的選擇 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及原理框圖，需要檢測溫度，濕度。 熱電阻是最常用 測量中低溫區(qū) 的一種溫度檢測器。C 范圍內(nèi)的溫度，熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化這一特 征 來進(jìn)行溫度測量的。 不會(huì)造成熱負(fù)載， 不僅 是普遍 應(yīng)用于工業(yè)測溫， 還 被制 作 成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 但是熱電阻不是很結(jié)實(shí)，大電流也會(huì)造成自產(chǎn)熱，如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導(dǎo)致永久性的損壞。各種熱電偶通常由熱電極、絕緣套保 護(hù)管和接線盒等 幾 7 個(gè)重要 部分組成 ，但是外形經(jīng)常因?yàn)樾枰幌嗤?， 一般 和顯示儀表、記錄儀表還有 電子調(diào)節(jié)器配套使用。 熱電偶的 測量范圍 非常 廣。在熱電偶 用來 補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意 模型匹 配，極性不能錯(cuò)，導(dǎo)線 和 熱電偶連接端不能超過 100℃的溫度差 。 AD590 的測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。電源電壓可在4V~6V 范圍變化 ， 電流變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 AD590 共有五檔 I、 J、 K、 L、 M，其中 M 檔精度最高，在 55℃ ～ +150℃ 范圍內(nèi)，非 線性誤差為 177。 因?yàn)?AD590 精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好， 經(jīng) 常 使 用于測溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償 。 （ 2） 測濕元件 如今科技是十分先進(jìn)的，空氣中濕度的測量方法也越來越多，但是其原理是不變的，把物質(zhì)置于空氣中 吸收水分，產(chǎn)生物理或化學(xué)變化，通過這個(gè)變化可以間接獲得該物質(zhì)的吸水程度，從而測出周圍空氣的濕度。 濕敏電容根據(jù)其材料吸濕后的介電常數(shù)發(fā)生變化進(jìn)行濕度測量， 濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、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 中芯片 HS1101 具有全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正；在長時(shí)間飽和下可以快速脫濕；可靠性高，穩(wěn)定性時(shí)間很長；專利的同態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)；反應(yīng)時(shí)間很快。然而，由于電阻受溫度的影響較大 , 固有的溫度系數(shù)決定它不能工作在很寬的溫度范圍內(nèi)。集成濕度傳感器和智能濕度傳感器雖然與濕敏元件組成的傳感器相比有許多優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴，讓人難以接受，性價(jià)比太低，而且本系統(tǒng)設(shè)計(jì)對傳感器的要求精度不是很高要能夠滿足相應(yīng)的測量范圍就可以了，因此本設(shè)計(jì)選擇的濕度傳感器選擇的芯片是 HS1101。模擬量輸入通道的任務(wù)是把傳感器檢測并轉(zhuǎn)換的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過接口送入計(jì)算機(jī)。 A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道的核心部件，它是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電子器件，信號(hào)采樣和量化都主要是由 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。 間接 A/D 轉(zhuǎn)換器首 先將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻 率， 繼而再把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，常用的有中間量是時(shí)間的雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 。 并聯(lián)比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ： 它能將輸入的模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為輸出的數(shù)字信號(hào)而不需要經(jīng)過中間變量，因此 轉(zhuǎn)換速度快是它的突出優(yōu)點(diǎn)，同時(shí) ， 轉(zhuǎn)換速 率 與輸出碼位的多少無關(guān)。適用于要求高速、低分辯率的場合。它比并聯(lián)比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器 的轉(zhuǎn)換速度慢，屬于中速 A/D 轉(zhuǎn)換 器件。 雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ： 它開始將輸入的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成成正比的時(shí)間寬度信號(hào)，繼而在這個(gè)時(shí)間寬度里對固定頻率的時(shí)鐘脈沖技術(shù)， 計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果就是對應(yīng)的數(shù)字 信號(hào) 。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度低，因此這種轉(zhuǎn)換器大多應(yīng)用于要求精度較高而轉(zhuǎn)換速度要求不高的儀器 儀表中 。本設(shè)計(jì)選擇八位的 A/D 轉(zhuǎn)換器。四路采集溫度信號(hào)采樣，四路采集濕度信號(hào)采樣。 輸出通道的方案選擇 根據(jù)工藝和控制要求選系統(tǒng)共用了兩組繼電器，分別用來接加濕器、加熱爐。 由于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓為 380V，而單 片機(jī)的最大輸出電壓為 5V, 因此并不能直接把電機(jī)接到單片機(jī)上來達(dá)到控制的目標(biāo)，它們之間必須有驅(qū)動(dòng)電路，我們通過繼電器用 220V 的電壓開關(guān)來控制 380V 的電機(jī)的啟停，然后我們再通過繼電器用 5V 的電壓開關(guān)來控制 220V 的電壓開關(guān)，所以，間接地控制電機(jī)的啟停 本設(shè)計(jì)選擇固態(tài)繼電器，是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)。固態(tài)繼電器的輸入端用細(xì)微的控制信號(hào)，完成直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載啟動(dòng)。 外圍接口設(shè)備的選擇 （ 1）顯示器的選擇 可以做顯示器的有： LED,LCD,CRT 等。它曾是應(yīng)用最廣泛的顯示器之一， CRT 純平顯示器 的優(yōu)點(diǎn)是 可視角度大、無壞點(diǎn)、色彩還原度高、色度均勻、可調(diào)節(jié)的多分辨率模式、響應(yīng)時(shí)間極短等 LCD 顯示器難以 逾越 的優(yōu)點(diǎn)，而且 以前的 CRT 顯示器 價(jià)格要比 LCD 顯示器便宜不少。 LED 使用 的是 低壓電源，供電電壓在直流 324V 之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而 不同 ，也有少數(shù) 的不在那個(gè)區(qū)間 ，所以它 使用的電源特別安全 ，特別適用于公共場所。 體積很小，每個(gè)單元LED 小片是 35mm 的正方形， 可以人一直呈各種形狀的顯示頻，方便，制作材料里 不含有害金屬汞等 有害物質(zhì)，減少對環(huán)境的污染。 10 CRT 這種顯示器工作環(huán)境要求較高，并不方便本設(shè)計(jì)使用，而且在現(xiàn)實(shí)中已經(jīng)漸漸要被取代， LCD 比 LED 有更多的優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格上比較貴，并且本設(shè)計(jì)并不需要對顯示屏的要求并不需要那么高， LED 價(jià)格適中，在現(xiàn)在工廠中使用比較普遍，也適用本設(shè)計(jì)的場合， LED 的 8 字?jǐn)?shù)碼管是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式來顯示信息，它的特點(diǎn)是亮度高、功耗小、微型化、驅(qū)動(dòng)簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定，它 分為共陰極和共陽極，二者的不同點(diǎn)表現(xiàn)在于顯示字符的編碼有差別。 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)的顯示器需要有功耗小、微型化、驅(qū)動(dòng)簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇 LED 的 CRT 是一種使用陰極射線管的顯示器 8 字?jǐn)?shù)碼管顯示器，采用動(dòng)態(tài)顯示的方式。對于 LED 顯示器，根據(jù)控制系統(tǒng)要求選擇八位顯示位數(shù)，采用動(dòng)態(tài)顯示。 單片機(jī)是一種集成電路 芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， 它的出現(xiàn) 為很多 的 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活 的 且價(jià)廉的方案。 GND：接地。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)， 都 被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口 是 原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T9T014T115P S E N29EA31R X D10T X D11I N T 012V ss20V c c40P 0 . 039P 0 . 138P 0 . 237P 0 . 336P 0 . 435P 0 . 534P 0 . 633P 0 . 732P 2 . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728RD17WD16I N T 113A L E30X T A L 119X T A L 218 12 入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是 因?yàn)槭?內(nèi)部上拉的 原因 。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門 電流，當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 1 時(shí)，它利用內(nèi)部 的 上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可 接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALEPROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。 EA/VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中單片機(jī)的 P0 口連接了 LED顯示器， P1 與 P2口連接 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 芯片， RXD， TXD 連接了控制電路， INT0， T0， T1 連接了報(bào)警電路聲光報(bào)警。 晶振電路 晶振電路晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個(gè)大類，無源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號(hào)質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路 如 電感、電容、電阻等，如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。 如下圖 接單片機(jī)的 XTAL2 口，接單片機(jī)的 XTAL1口 ,在 XTAL1和 XTAL2 兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器電 ，并產(chǎn) 生振 蕩時(shí)鐘，為單片機(jī)提供穩(wěn)定的時(shí)鐘。 電容 C2 和 C3 通常取值為 30PF，對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及起振速度有少量的影響。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序 錯(cuò)亂 的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖： 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 信號(hào)檢測電路設(shè)計(jì) 溫度檢測電路與溫度傳感器的介紹 溫度檢測電路是整個(gè)單片機(jī)溫度 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不 可 缺少的一部分。 根據(jù)要求，本系統(tǒng)的溫度檢 測 電路主要有傳感器、運(yùn)算放大器及 A/D轉(zhuǎn)換器組成。 1. 溫度傳感器的選擇 由于本次設(shè)計(jì) 的煙葉發(fā)酵室要求溫度范圍 0～ 80℃，控制精度：升溫177。 為滿足設(shè)計(jì)要求選用 AD590 傳感器 ，其具體參數(shù)如下： AD590 的測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 輸出電阻為 710MW。其優(yōu)點(diǎn)是： AD590 是一款 2端口集成電路溫度傳感器，可產(chǎn)生與絕對溫度成比例的輸出電流。單片集成電路的天生低成本，加上無需外圍支持電路，使得 AD590 成為許多溫度測量場合最具吸引力的選擇方案。 AD590提供可選的芯片封裝，適用于混合電路以及受保護(hù)環(huán)境中的快速溫度測量。因其高阻抗電流輸出，器件對遠(yuǎn)程傳