儲藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)

1、“計算機控制系統(tǒng)”課程設計報告題 目 儲藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)姓 名 2013/1/16目錄一、項目背景3二、總體方案31、系統(tǒng)結構框圖32、系統(tǒng)工作流程3三、傳感器及其它器件選擇41、溫度傳感器的選擇42、濕度傳感器53、數(shù)碼管選擇74、AD及運放85、串口通信96、其它9四、程序模塊設計101.AD采樣程序102.定時器初始化程序113.外部中斷初始化程序114.外部中斷服務程序115.定時器中斷服務程序126.數(shù)碼管顯示程序127.延時1ms程序138.串口通信程序139.主程序14五、調試要點151、蜂鳴器調試：152、運算放大器調試：163、軟件調試：16六、總結16七、參考文獻16一、

2、 項目背景一般情況下儲藏室內的溫度及濕度等需要保持在一定的范圍之內，尤其對于那些食物、糧食等需要進行生命活動的被儲藏對象來說，維持溫濕度的相對恒定尤為重要。當溫度或濕度偏離正常范圍一定程度時，它們可能進行無氧呼吸甚至生長等，使得質量無法保障，達不到儲藏的目的。所以，我們設計了一個儲藏室的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。當溫度超過30或者相對濕度超過80%時報警，提醒倉庫管理員進行通風降溫等。二、 總體方案為了實現(xiàn)設計的要求需要我們以單片機為控制核心，并利用熱敏傳感器測量環(huán)境的溫度，利用濕敏傳感器測量周圍環(huán)境中的濕度；傳感器的輸出信號經(jīng)過運算放大器的放大后經(jīng)過單片機內置AD的采樣輸入到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)采得

3、的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析，將控制信號通過IO口輸出，控制數(shù)碼管將相應的數(shù)據(jù)顯示出來，當采得的數(shù)據(jù)達到設定的閾值時通過IO口輸出控制信號，經(jīng)過驅動電路的放大，驅動蜂鳴器發(fā)出聲音報警。1、 系統(tǒng)結構框圖2、 系統(tǒng)工作流程三、 傳感器及其它器件選擇該系統(tǒng)中需要用到兩種傳感器：溫度傳感器及濕度傳感器，另外由于顯示及報警的要求，還需要用到數(shù)碼管及蜂鳴器等器件。1、 溫度傳感器的選擇常用的溫度傳感器有熱敏電阻器、鉑電阻、熱電偶等，其中熱敏電阻通常具有負溫度系數(shù)。并且不能太高的溫度下使用，其測量范圍一般為-100300。熱敏電阻的阻值與溫度的關系如右圖所示：熱敏電阻也有多重類型，如，批量生產可降低成本的通用型熱敏電阻

4、器，熱響應速度非?？斓臒崦綦娮杵鳎稍诟邷叵率褂玫臒崦綦娮杵?，分散性小的高精度熱敏電阻器等，電阻-溫度特性呈線性變化的線性熱敏電阻器，自動組裝中不可缺少的片熱式熱敏電阻器，利用其自身加熱的自加熱型熱敏電阻器。在本項目中，需要測量的溫度測量誤差不大于1，測量范圍在30以下。根據(jù)測量要求，可以知道熱敏電阻中的線性熱敏電阻及通用型熱敏電阻等。其中通用型熱敏電阻測量的溫度上限為100，適合本系統(tǒng)的測量要求，并且價格便宜。上圖所示的熱敏電阻器的電阻值變化與溫度的特性不是線性關系。但是，通過對熱敏電阻器增加串聯(lián)電阻或者并聯(lián)電阻的方法可以實現(xiàn)線性化，不過靈敏度會下降，在50的溫度跨度內，可以講非線性誤差控制

5、在0.1以下，可以滿足本項目的要求。鉑電阻是一種性能極其穩(wěn)定、測量范圍寬達-200+650的溫度傳感器，是在高精度溫度測量中不可欠缺的溫度傳感器，其電阻-溫度特性如圖上所示。最近出現(xiàn)了適合于工業(yè)化生產的廉價的薄膜型或者厚膜型的鉑電阻，這些膜式電阻的電阻除了可以跟隨環(huán)境溫度波動、具有熱響應速度快的優(yōu)點外，還由于容易獲得高電阻值，而容易進行電路設計，測量電路如下圖所示。熱電偶是利用貝塞克效應進行溫度測量的，其最大的優(yōu)點在于溫度測量的范圍極寬，并且測量精度高。但是，測量過程繁瑣，所以不適合本系統(tǒng)采用。由于鉑熱電阻器線性度很好，并且穩(wěn)定，所以在該測量過程中選擇鉑熱電阻作為溫度傳感器。在鉑熱電阻器中，最

6、為常用的是Pt100。Pt100溫度傳感器的主要技術參數(shù)如下：測量范圍：-200+850；允許偏差值：A級（0.150.002t）， B級（0.300.005t）；熱響應時間30s。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。為了提高溫度測量的準確性，可以使A/D轉換器的5V參考電源要穩(wěn)定在mV級；在價格允許的情況下，Pt100傳感器、A/D轉換器和運放的線性度要高。同時，利用軟件矯正其誤差，可以使測得溫度的精度在0.2左右。2、 濕度傳感器濕度測量傳感器包括：電阻值變化型相對濕度傳感器，陶瓷型相對濕度傳感器，電容量變化型相對濕度傳感器，利用自加熱型熱敏電阻器制作

7、的相對濕度傳感器。其中陶瓷型相對濕度傳感器適用于長時間處于高濕環(huán)境的條件，不適合本項目采用。電阻值變化型相對濕度傳感器，其感濕部分使用的是高分子材料，由外殼和多分子薄膜保護著，經(jīng)久耐用。通常相對濕度傳感器的使用濕度范圍是20%95%，高耐水性的濕度傳感器可以在20%100%的相對濕度下使用。根據(jù)項目需求，在此只需要使用通用型相對濕度傳感器即可。電容量變化型相對濕度傳感器與電阻值變化型相對濕度傳感器具有線性輸出的特點，所以不需要線性化電路或利用程序進行線性化處理等。而且這種相對濕度傳感器對于濕度的變化響應速度快，抗結露能力強，耐腐蝕性能好，即使在最高溫度為180的環(huán)境氣氛中也可以正常工作。并且這

8、種傳感器比較低廉，常用的型號是HS1101。如下圖是其電容量變化型濕敏傳感器響應特性圖：其測量電路如下所示：3、 數(shù)碼管選擇系統(tǒng)設計要求使用同一組數(shù)碼管進行顯示，并且由于溫度測量誤差不大于1，相對濕度測量誤差小于10%所以本題目中選擇4位8段數(shù)碼管，顯示溫度時最低位顯示符號“C”，顯示濕度時最低位顯示符號“H”（濕度的英文單詞humidity首字母）。為了便于觀察，數(shù)碼管顯示顏色選擇為紅色，并且選擇大尺寸的數(shù)碼管。如下圖所示：其電路圖如下：4、 AD及運放在本系統(tǒng)中需要先利用運放對傳感器的輸出信號進行放大，然后再利用AD將運放放大后的輸出信號采樣輸入到控制單元當中。為了避免運算放大器對負信號進

9、行放大，以免使用負電源所以需要對傳感器電路進行調節(jié)，最終使得當溫度處于最低值時輸出電壓為正值。此時可以選擇通用的運算放大器，供電電壓采用5V。由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。所以，在本系統(tǒng)中選擇LM324作為運放。由于現(xiàn)今絕大部分單片機都內置有多路AD，所以我們選擇使用單片機內置AD用于采樣。其采樣速率及精度等都足以滿足本系統(tǒng)的需求。放大器電路原理圖如下所示：為了使得濕敏傳感器的輸入信號不被誤識別，同樣需要設計放大電路進行放大，使得高電平為5V。并且由于HS1101電壓輸出典型參數(shù)如下：RH/%102030405

10、060708090Vout/v1.411.651.892.122.362.602.833.073.315、 串口通信串行接口是一種可以將接受來自CPU的并行數(shù)據(jù)字符轉換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)流發(fā)送出去，同時可將接受的串行數(shù)據(jù)流轉換為并行的數(shù)據(jù)字符供給CPU的器件。在微機之間以及微機與計算機之間通信時，經(jīng)常選擇串口通信作為通信的方式。在本監(jiān)測系統(tǒng)當中，我們需要根據(jù)儲藏室的大小合理的設定監(jiān)控點的數(shù)量，對于需要多個監(jiān)控點的儲藏室，就需要不同的微機之間以及微機與計算機之間進行通信。為了使用方便，我們在選擇單片機時選擇那些具有串口通信功能的型號即可滿足使用的要求。6、 其它在本系統(tǒng)中所有的器件都選擇5V作為供

11、電電源，所以我們選擇AC-DC 220V轉5V的隔離電源模塊DBA-2.5S05W，其輸出功率為5W足以滿足整個系統(tǒng)的需要為了保證電源電壓的穩(wěn)定，在電源輸出端增加一個較大的電解電容。單片機輸出報警信號，在驅動電路的驅動下蜂鳴器發(fā)出聲音。根據(jù)儲藏室的大小，選擇蜂鳴器的功率及設計驅動電路或選擇驅動芯片。在此選擇HYD-3026，其聲強達到85dB，供電電壓為5V，40mA驅動電流。為此設計如下驅動電路，由于9013的最大輸出電流為625mA滿足需要，所以三極管選擇9013。本系統(tǒng)需要用到單片機的內置AD采樣、定時器、中斷、IO口等資源，以及兩個串口。為此我們選擇宏晶科技有限公司生產的STC12C5

12、A系列單片機。四、 程序模塊設計1. AD采樣程序void ADC_Power_On() /AD轉換電 ADC_CONTR|=0x80; delay(5); /必要的延時 void get_ad_result() /取AD結果函數(shù),它是十位AD轉換，每十次平均，最后取低八位作為/AD采樣數(shù)據(jù) uint i,q=0; for(i=0;i0;i-) for(j=240;j0;j-); 8. 串口通信程序void serial_port_one_initial() /P0M1&=0X00;/P0M0&=0X00;SCON = 0x50; /0101,0000 8位可變波特率，無奇偶校驗位 TMOD

13、= 0x21; /0011,0001 設置定時器1為8位自動重裝計數(shù)器 TH1 = RELOAD_COUNT; /設置定時器1自動重裝數(shù) TL1 = RELOAD_COUNT; TR1 = 1; /開定時器1BRT=RELOAD_COUNT; / BRTR = 1, S1BRS = 1, EXTRAM = 1;/ ENABLE EXTRAMAUXR=0x11; / T0x12,T1x12,UART_M0x6,BRTR,S2SMOD,BRTx12,EXTRAM,S1BRS EA = 1; /開總中斷ES = 1; /允許串口中斷 void send_UART_one(unsigned char

14、i) ES = 0; /關串口中斷 TI = 0; /清零串口發(fā)送完成中斷請求標志 SBUF = i; while(TI =0); /等待發(fā)送完成 TI = 0; /清零串口發(fā)送完成中斷請求標志 ES = 1; /允許串口中斷void UART_one_Interrupt_Receive(void) interrupt 4 if(RI=1) RI = 0;delay_ms (5); com_flag=SBUF; /send_UART_one(com_flag);/*if(k=0x55)k=0;com_flag=1;*/ else TI = 0; 9. 主程序#include #define u

15、char unsigned char#define uint unsigned int#include#define RELOAD_COUNT 0xfd /11.0592MHz,12T,SMOD=0,9600bpssbit we0=P34;sbit we1=P35;sbit we2=P36;sbit we3=P37;sbit led0=P20;sbit led1=P21;sbit led2=P22;sbit led3=P23;sbit led4=P24;sbit led5=P25;sbit led6=P26;sbit led7=P27;sbit beep=P14;uchar code tabl

16、e=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x07f,0x6f,0x39,0x76;/0123456789CHuchar tp,ad_average_result=0,Vin=0,bw,sw,gw,sy,count=0;uint Timeus=0,temperature,rh;void separate(uint num)num=num*10;bw=num/100;sw=num%100/10;gw=num%100%10;void main() ADC_Power_On(); Init_timer0(); init_interrupt(); while(

17、1) caiyang(); temperature=Vin*3; separate(temperature);send_UART_one（temperature）； sy=0x39; write(gw,sw,bw,sy); delay_ms(600);rh= Timeus*3; separate(rh);send_UART_one（rh)； sy=0x76; write(gw,sw,bw,sy); if(temperature30|Timeus80) while(1)beep=1;delay_ms(5);beep=0;/重啟后報警取消 五、 調試要點1、 蜂鳴器調試：在硬件電路的調試過程中根據(jù)對蜂鳴器的聲強需求，調節(jié)電路中的R1使得聲音大小合適。2、 運算放大器調試：由于熱敏傳感器及濕敏傳感器輸出信號未經(jīng)測量，所以需要實際對其后的運放放大電阻進行調節(jié)，使得輸出電壓達到最合適的范圍。3、 軟件調試：對于主程序的溫度與電壓的關系以及周期與相對濕度的關