畢業(yè)設計基于單片機的工業(yè)加濕器控制系統(tǒng)設計

1、唐 山 學 院畢 業(yè) 設 計設計題目： 工業(yè)加濕器單片機控制系統(tǒng)設計 系 別： 機電工程系 班 級： 08測控技術(shù)與儀器2班 姓 名： 尤亞洲 指 導 教 師： 楊旭東 2011年6月7 日工業(yè)加濕器單片機控制系統(tǒng)設計 摘 要在紡織、造紙、噴涂、塑料、印刷、醫(yī)藥、煙草等行業(yè)，工業(yè)加濕器都是必不可少的設備。然而傳統(tǒng)的工業(yè)加濕器往往采用高壓噴霧式加濕器、濕膜加濕器、汽加濕器、離心式加濕器、電熱蒸汽加濕器等作為加濕設備。這些加濕器往往具有體積龐大、轉(zhuǎn)換效率不高、造價不菲等缺點，在控制方法上也是半智能的控制方法，需要人工控制，濕度控制精度也不高。本課題即以單片機為核心控制芯片，設計一套基于單片機的工業(yè)

2、加濕器控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由數(shù)字主控單元、加濕器、傳感器等單元構(gòu)成。數(shù)字主控單元主要由按鍵模塊、顯示模塊、濕度采集模塊、輸出控制等模塊構(gòu)成。本設計采用智能控制，以at80c51單片機為核心，外接輔助電路，通過實現(xiàn)加濕器的防干燒、聲光報警、智能開啟和關閉以及室內(nèi)濕度的顯示功能基本實現(xiàn)工業(yè)加濕器的智能化。按鍵顯示模塊為用戶提供了人機交互的通道。用戶可以通過鍵盤輸入預先需要設定的相對濕度范圍。顯示模塊能夠顯示當前相對濕度，和預設相對濕度范圍。為保證濕度控制的精度，系統(tǒng)選用了高精度的溫濕度傳感器 sht11作為濕度檢測單元。在加濕器方面系統(tǒng)采用了國內(nèi)外使用較多的超聲波加濕器。該加濕器在工作時無機械驅(qū)動

3、、無噪音干擾、無污染、故障率低、能耗低、霧化效率高、維護簡便、可靠，既可以較大空間進行均勻加濕，也可對特殊空間進行局部溫度補償，具有較高的使用靈活性。系統(tǒng)設計完成后，經(jīng)過多次測試，表明該系統(tǒng)達到了定時排水、自動抽水、高精度濕度控制等智能控制器的基本功能，同時該系統(tǒng)具有成本低、效率高、自動化程度高等特點，達到設計要求。論文對所設計的高精度濕度控制進行了總結(jié)，討論了系統(tǒng)設計的不足和改進思路，為課題今后進一步的深入研究和系統(tǒng)性能的進一步提高奠定了基礎。關鍵詞：單片機 相對濕度 溫濕度傳感器 超聲波加濕器industrial humidifier microcomputer control syste

4、mabstractin the textile, paper, paint, plastic, printing, medicine, tobacco and other industries, industrial humidifier are essential equipment. however the traditional industrial humidifier often used high-pressure spray humidifier, wet film humidifier, steam humidifier, centrifugal humidifier, ele

5、ctric steam humidifier for humidifying equipment. the humidifier is often large volume, high conversion efficiency, high cost and other shortcomings, the control method and semi intelligent control method, manual control, humidity control precision is not high. this issue is to single-chip microcomp

6、uter as the core control chip, design a set based on the single chip microcomputer control system for industrial humidifier.the system is mainly composed of a digital master control unit, a humidifier, sensor unit. digital master control unit composed of a key module, display module, and humidity ac

7、quisition module, output control module structure. the design of the intelligent control, taking at80c51single chip as the core, the external auxiliary circuit, through the realization of the humidifier anti-ganshao, sound and light alarm, intelligent opening and closing as well as indoor humidity d

8、isplay the basic function of the realization of intelligent industrial humidifier. key display module provides users with interactive channel. the user can input through the keyboard to set the relative humidity range. the display module to display the current relative humidity, and the preset relat

9、ive humidity range. in order to ensure the accuracy of humidity control system with high accuracy, the temperature and humidity sensor sht11 as the humidity testing unit. in the humidifier system used at home and abroad to use more ultrasonic humidifier. the humidifier in the work without mechanical

10、 drive, no noise, no pollution, low failure rate, low energy consumption, high atomizing efficiency, convenient maintenance, reliable, can be larger space uniformly humidifying, but also on a special space for the local temperature compensation, the use of high flexibility.system after the design is

11、 completed, after numerous tests, showed that the system reached the timing water, automatic water pumping, high precision humidity control intelligent controller basic function, this system has the advantages of low cost, high efficiency, high degree of automation, to meet the design requirements.

12、study on the design of high precision humidity control are summarized, discuss the system design deficiencies and improvement ideas for future research, further research and improve system performance laid a foundation.key words: single chip relative humidity temperature and humidity sensor ultrason

13、ic humidifier1引 言1.1課題背景濕度是影響環(huán)境質(zhì)量的重要因素，空氣中相對濕度的大小會對環(huán)境中的人和物產(chǎn)生相應的影響。研究發(fā)現(xiàn)，濕度是衡量空氣潔凈度的重要指標之一，從而也成為影響產(chǎn)品質(zhì)量以及人們生活質(zhì)量的主要因素。隨著日益發(fā)展的芯片技術(shù)領域，醫(yī)藥制藥行業(yè)，生物工程的深入，對環(huán)境的要求也更加嚴格。濕度對人們的生活環(huán)境、工作環(huán)境以及工業(yè)生產(chǎn)都具有非常重要的意義。因此，加濕成為環(huán)境控制的必然要求。在日常工作生活工作環(huán)境以及工業(yè)生產(chǎn)中加濕器得到了廣泛的應用，但是現(xiàn)有的加濕器都需要手工控制開啟和關閉并且不具備對室內(nèi)空氣濕度的監(jiān)測，人們在使用過程中存在過度加濕和干燒的問題，不僅給室內(nèi)空氣舒適

14、度造成負面影響并且在一些工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中還存在安全隱患。因此開發(fā)設計一種價格低廉、功耗低、具有自動控制功能的加濕器顯得尤為必要。本設計采用智能控制，以at89c51單片機為核心，外接輔助電路，通過實現(xiàn)加濕器的防干燒、聲光報警、智能開啟和關閉以及室內(nèi)濕度的顯示功能基本實現(xiàn)加濕器的智能化。1.2論文的研究任務與內(nèi)容本設計為了能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境濕度監(jiān)測和控制環(huán)境相對濕度范圍，設計了基于單片機的智能濕度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由數(shù)字主控單元、加濕器、傳感器、顯示器等單元構(gòu)成。數(shù)字主控單元主要由按鍵顯示模塊、濕度采集模塊、輸出控制等模塊構(gòu)成。本文通過重點研究以下內(nèi)容來實現(xiàn)系統(tǒng)的設計：(1)通過對各種工作生產(chǎn)生活環(huán)

15、境對濕度的必須要求的理解和加濕器的應用，對本設計進行初步的構(gòu)思。 (2)對系統(tǒng)的總體方案進行了設計。 (3)通過查閱資料以及系統(tǒng)所需，對系統(tǒng)中應用到的原件進行選擇，同時選定適宜的加濕器。(4)詳細研究分析單片機，針對系統(tǒng)設計要求，重點選擇單片機的類型以及型號。 (5)認真學習單片機編程語言，重點掌握起程序編譯方法。通過keil軟件對程序進行編寫。(6)通過學習proteus軟件，完成系統(tǒng)硬件圖和仿真。(7)最后對設計進行總結(jié)。2工業(yè)加濕器單片機控制系統(tǒng)系統(tǒng)總體方案2.1工業(yè)加濕器單片機控制系統(tǒng)2.1.1工業(yè)加濕器單片機控制系統(tǒng)的組成工業(yè)加濕器單片機控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：(1)傳感器部分

16、傳感器部分是本系統(tǒng)主要外界輸入部分，通過傳感器的將環(huán)境中相對濕度導入單片機。(2)按鍵輸入部分按鍵輸入部分能夠根據(jù)不同的相對濕度要求，設定相對濕度的上下限值。(3)單片機部分單片機部分是本系統(tǒng)的核心部分，它能根據(jù)傳感器部分輸入的相對濕度與設定值進行比對，然后決定是否啟動和關閉加濕器。(4)顯示部分顯示部分不僅能夠顯示監(jiān)測環(huán)境的實時相對濕度，而且能夠顯示預先設定的相對濕度的上下限值。(5)加濕器部分加濕器部分是本系統(tǒng)中的加濕工作部分，當檢測到環(huán)境中相對濕度沒有達到相對濕度設定的下限是，加濕器開始工作。(6)聲光報警部分聲光報警部分為當相對濕度低于下限值時，聲光報警啟動，給工作人員以提示。2.1.

17、2工業(yè)加濕器單片機控制系統(tǒng)工作原理傳感器檢測到的環(huán)境相對濕度傳入單片機，與預先設定的相對濕度的上下限進行比對，當環(huán)境相對濕度低于預先設定下限時，單片機控制加濕器開始工作，同時聲光報警部分工作給予工作人員以提示。當環(huán)境相對濕度高于預設相對濕度上限時，單片機控制加濕器停止工作。2.2系統(tǒng)的總體方案本系統(tǒng)經(jīng)由傳感器將檢測到的環(huán)境相對濕度輸入單片機，單片機將其與預先設定的相對濕度上下限值比對進行判斷加濕器是否工作，如果相對濕度低于下限值的驅(qū)動加濕器工作并進行聲光報警，若相對濕度高于設定上限值則驅(qū)動加濕器停止工作，并有指示燈亮指示。 在本設計之中，由于各種原因，不能實現(xiàn)出實物，所以，為了在仿真中能體現(xiàn)設

18、計的功能加濕器部分用電動馬達代表，馬達轉(zhuǎn)動表示加濕器工作，馬達不轉(zhuǎn)動表示加濕器不工作。本設計的控制系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：單片機傳感器按鍵顯示加濕器聲光報警指示燈圖2-1 控制系統(tǒng)框圖2.2系統(tǒng)的性能特點(1)自動檢測室內(nèi)的濕度(2)當室內(nèi)濕度小于與設定下限值時，加濕器自動開啟，同時聲光報警提示工作人員；當室內(nèi)濕度高于設定上限值是，加濕器自動關閉，同時指示燈亮提示。(3)顯示屏顯示當前濕度和預設濕度上下限值。(4)通過按鍵設定和調(diào)整濕度預設范圍。2.2濕度測量的名詞術(shù)語濕度：濕度表示空氣中水蒸氣的含量。濕度又分為絕對濕度和相對濕度兩種。絕對濕度：絕對濕度也稱為水蒸氣密度，它表示水蒸氣的質(zhì)量與總

19、體積的比值，其公式為： (2.1)式中代表絕對濕度，它表示每立方米干燥空氣與水蒸氣的混合物中所含水分的克數(shù)；為水蒸氣的壓強（單位是pa）；tab為干燥空氣的溫度值（單位是）需要指出，國內(nèi)也有人將空氣中所含水蒸氣的壓強理解為絕對濕度，這與國外關于絕對濕度的定義不符。相對濕度：相對濕度表示在相同濕度下大氣中水蒸氣的實際壓強與飽和水蒸氣的壓強之比，通常用百分數(shù)表示。相對濕度的英文縮寫為rh，其公式為：rh = （t）（t）×100% (2.2) 式中（t）代表溫度為t時的水蒸氣壓強，（t）為溫度t下的飽和壓強。顯然，相對濕度是壓強和溫度的函數(shù)。露點：在水蒸氣冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度。若

20、氣溫低于露點，水蒸氣開始凝結(jié)。濕度比：它表示水蒸氣的質(zhì)量與干燥空氣的質(zhì)量比。 生產(chǎn)生活中人們常用相對濕度來評定濕度值。3系統(tǒng)硬件設計3.1數(shù)字主控單元3.1.1 at89c51的簡介及應用 (1) at89c51性能及特點：at89c51是一種魚mcs51單片機相兼容的，高性能的8位cmos微控制芯片，采用40引腳dip封裝，片內(nèi)帶有4kb的快閃可編程、擦除只讀存儲器（fperom）。是當前較先進的一種電擦除8位單片機，它與mcs-51指令系統(tǒng)完全兼容 ，片內(nèi)fperom允許對程序存儲器在線重新編程。也可以用常規(guī)的eprom編程器編程。具有超強的加密功能。atmel公司生產(chǎn)的這種89c51微控

21、制器，將具有多種功能的8位cpu于fperom結(jié)合在同一個芯片上，為很多嵌入式控制應用提供了設計靈活且價格適宜的方案，深受用戶歡迎。此外，at89c51還增加了在零頻下工作的靜態(tài)邏輯方式及空閑和掉電兩種可選的省電模式，在空閑模式下，cpu停止工作，但ram的內(nèi)容，振蕩器停振，關閉芯片的所有其他功能，直到下一次硬件復位為止。(2) at89c51的主要特性如下：at89c51與mcs-51產(chǎn)品兼容； 具有4k字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0hz-24hz；·三級程序存儲器鎖定；128*8位內(nèi)部ram；32可編程i/o線；兩個16位定時

22、器/計數(shù)器；5個中斷源 ；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；可編程全雙串行口。（3）at89c51的管腳說明：vcc：供電電壓。   gnd：接地。   p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。  p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4tt

23、l門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。   p2口：p2口為一個內(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ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其

24、特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。  p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下所示：口管腳 備選功能 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷0） p3.3 /int1（外部中斷1） p3.4 t0（記時器0外部輸入） p3.5 t1（記時器1外部輸

25、入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。 ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。另外，該引腳被略微

26、拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。  xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。  xt

27、al2：來自反向振蕩器的輸出。圖3-1 at89c51管腳圖3.1.2 系統(tǒng)應用的工作模式本系統(tǒng)中采用 12m 晶振為系統(tǒng)提供時鐘信號。單片機最小系統(tǒng)如圖所示:圖3-2 單片機最小系統(tǒng)3.1.3復位電路單片機的程序穩(wěn)定性和運行及數(shù)據(jù)的安全性是設計者在不同的運行環(huán)境中所必須考慮的問題，而最易遇到的問題是受干擾而使 cpu 進入死循環(huán)，一般情況下設計者會使用軟件陷阱和硬件看門狗來避免此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，對于一般的運行環(huán)境還可以，但本系統(tǒng)是連續(xù)運行，而且環(huán)境惡劣，這時要使用硬件看門狗來重啟 cpu，使程序恢復正常運行。本系統(tǒng)的復位電路為手動復位，復位電路圖如下圖3-3 復位電路3.2傳感器單元3.2.1

28、傳感器介紹 設計中傳感器選用sht11溫濕度傳感器。sht11是瑞士scnsirion公司推的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調(diào)、汽車、消費電子、自動控制等領域。其主要特點如下： (1) 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、ad轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上。(2) 提供二線數(shù)字串行接口sck和data，接口簡單，支持crc傳輸校驗，傳輸可靠性高。(3) 測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置ad轉(zhuǎn)換器(分辨率為812位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇)。(4) 測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點計算功能。sht11引腳圖如下：圖

29、3-4 sht11管腳圖(1)gnd：接地端(2)data：雙向串行數(shù)據(jù)線(3)sck：串行時鐘輸入(4)vdd：電源端(5-8)nc:空管腳sht11溫濕度傳感器工作原理sht11的濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護的微型結(jié)構(gòu)檢電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御外界因素的影響。由于它將溫度傳感器和濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而精度較高且可精確得出露點，同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。cmosenstm技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號放大器，a/d轉(zhuǎn)換器，標準數(shù)據(jù)存貯器，

30、標準i2c總線等電路全部集成在一個芯片上。sht11傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖所示圖3-5 sht11溫濕度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 單片機只能接收數(shù)字量，但在控制系統(tǒng)中，許多輸入量都是非數(shù)字信號，在整個測控系統(tǒng)的設計方案中，濕度、壓力等用的傳感器都是模擬傳感器，輸出的都是模擬量。a/d 轉(zhuǎn)換模塊的作用就是把模擬量變換成單片機能接收的數(shù)字量。a/d 變換過程主要包括：采樣、量化及編碼。采樣是使模擬信號在時間上離散化，量化及編碼是把采樣后的值按比例變換成相應的二進制數(shù)碼。如 8 位 a/d轉(zhuǎn)換器，采集到 0v 電壓則變成 00000000v 數(shù)字信號，采集到 5v 電壓，則變換成 11111111b 數(shù)字信號

31、，其他在 05v 之間的模擬量都可轉(zhuǎn)換成 00hffh 之間的數(shù)字量。通過對數(shù)字量的運算比較的結(jié)果，再實現(xiàn)對模擬量的測量及控制。3.2.2傳感器與單片機的連接sht11溫濕度傳感器與單片機at8c51連接圖如下：圖3-6 sht11與單片機連接圖sht11溫濕度傳感器接口data雙向串行數(shù)據(jù)線把傳感器檢測到的濕度值數(shù)字信號導入at89c51的p2.6口。存儲在存儲器中。sht11溫濕度傳感器接口sck串行時鐘接口與at89c51的p2.7口相連。3.3按鍵輸入單元設計中按鍵設計部分如圖所示：圖3-6 按鍵連接圖 如圖所示，s1鍵與單片機p3.2相連，s2鍵與p3.1相連，s3鍵與p3.0相連。

32、s1鍵按下一次，進入欲設濕度下限值設置狀態(tài)，預設濕度下限示值閃爍，s2鍵按下一次預設濕度下限值就加1，s3鍵按下一次，預設下限值就減1；s1鍵按下2次，進入預設濕度上限值狀態(tài)，同理，預設濕度上限示值閃爍，s2鍵按下一次預設濕度上限值就加1，s3鍵按下一次，預設上限值就減1。s1鍵按下3次，預設值上下限值停止閃爍，即相當于確定。說明通過按鍵完成了對濕度要求范圍的設定。3.4led顯示單元3.4.1 led顯示器介紹 led顯示器是由發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管按8字形排列，用于顯示數(shù)字或字母符號，一個發(fā)光二極管圓點形狀，在右下角用于顯示小數(shù)點，led顯示器有共陰極和共陽極兩種類型。 當發(fā)光

33、二極管導通時，相應的一段點亮。對共陰極顯示器，將共陰極com接地，在a-q段加驅(qū)動信號，當驅(qū)動信號是高電平時，相應段發(fā)光；對共陽極顯示器，將共陽極com接地，在a-q段加驅(qū)動信號，當驅(qū)動信號是低電平時，相應段發(fā)光，從而顯示相應字符。不同的顯示字符其驅(qū)動代碼是不一樣的，發(fā)光二極管每段流過5ma的平均電流就可以有較滿意的亮度，最大電流不得超過30a。由于發(fā)光二極管是電流驅(qū)動設備，一般的i/o接口驅(qū)動能力都是有限的，在發(fā)光二極管與芯片間要接驅(qū)動電路。以下是本設計中用到的led顯示器：7seg-mpx2-ca-blue(2個)，7seg-mpx4-ca（1個）。圖3-7 7seg-mpx2-ca-bl

34、ue圖3-8 7seg-mpx4-ca3.4.1數(shù)碼管驅(qū)動電路數(shù)碼管驅(qū)動使用譯碼器74ls154和非門驅(qū)動，處于常見的ttl驅(qū)動，如下：圖3-9 數(shù)碼管驅(qū)動電路3.4.2 led顯示器與單片機的連接在單片機應用系統(tǒng)中l(wèi)ed顯示器有動態(tài)和靜態(tài)兩種顯示方式，所謂的靜態(tài)顯示方式就是需要在顯示的字符各段通過連續(xù)的電流，動態(tài)顯示方式就是需要顯示的字符斷續(xù)通過電流，對于動態(tài)顯示，當需要顯示多個字符時輪流給每個字符通以電流，由于輪流的速度很快，發(fā)光二極管的余輝以及人的視覺暫留等因素，雖然在同一時刻只有一個顯示器通電，但人們看起來都是所有的顯示器都穩(wěn)定的顯示。動態(tài)顯示的特點是：單片機既要控制數(shù)碼管的公共端又要

35、控制各段發(fā)光二極管。各數(shù)碼管的相應顯示發(fā)光二極管的段選信號都并聯(lián)起來，接單片機的同一個i/o口，單片機控制數(shù)碼管公共端信號，稱為位選信號，控制數(shù)碼管各顯示字段的信號稱為段選信號，需要在哪些數(shù)碼管上顯示，先輸出哪位信號，選中該數(shù)碼管，再輸出段選信號，顯示一位字符，需要顯示每個字符時，用掃描的方法，依次向各段數(shù)碼管輸出位選信號和段選信號，顯然每一瞬間只有一個數(shù)碼管點亮，但由于掃描頻率高，所以看上去，就像所有的數(shù)碼管都同時點亮。 在本設計中，顯示部分使用動態(tài)顯示，單片機的p0，p1口作為顯示輸出端口，p1口直接與led顯示器相連，p0口加上拉電阻輸出原碼后經(jīng)過74hc154譯碼后輸入led顯示器。由

36、此實現(xiàn)濕度值與預設值的顯示。電路圖如下：圖3-10 led顯示器與單片機的連接3.5加濕器單元3.5.1 超聲波加濕器原理超聲波霧化器是利用電子高頻震蕩（振蕩頻率為 1.7mhz 或 2.4mhz，超過人的聽覺范圍，該電子振蕩對人體及動物絕無傷害），通過陶瓷霧化片的高頻諧 振，將液態(tài)水分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生自然飄逸的水霧，不需加熱或添加任何化學試劑。與加熱霧化方式比較，能源節(jié)省了 90%。另外在霧化過程中將釋放大量的負離子,其與空氣中漂浮的煙霧、粉塵等產(chǎn)生靜電式反應，使其沉淀，同時還能有效去除甲醛、一氧化碳、細菌等有害物質(zhì)，使空氣得到淨化，減少疾病的發(fā)生。超聲波加濕器是以超聲波轉(zhuǎn)能的方法產(chǎn)生高頻震

37、動使水面產(chǎn)生霧化，在霧化過程中產(chǎn)生水霧不斷向周圍蒸發(fā)使空氣中保持一定的濕度超聲波霧化器基本原理圖如圖： 首先由變壓器經(jīng)過整流橋產(chǎn)生 48v 左右的直流電壓。由 vt、l2、c1、l1、c3、c2、r1 及 rp1 組成高頻振蕩器，采用電感三點式振蕩電路，電路的振蕩頻率是超聲波壓電換能振子 b 的固有頻率。rp1 可以調(diào)節(jié)震蕩幅度，控制加濕強度。vd5 可以吸收反向電壓從而起到保護三極管的作用。l2 和 c1組成的諧振電路不決定振蕩器的頻率，而是決定振蕩幅度，它的諧振頻率比電路的振蕩頻率約低，l1 和 c3 諧振頻率大于電路的振蕩頻率，采用兩個諧振回路是為了使電路的振蕩頻率合成，使振蕩頻率在大功

38、率下保證穩(wěn)定工作。圖3-11 超聲波加濕器原理圖3.5.2 超聲波加濕器的特點超聲波加濕器采用先進的集成機芯全封閉密封技術(shù)，具有較強的耐腐蝕性。同其它類型加濕設備相比，超聲波工業(yè)用加濕器具有下列特點：1、加濕效率高（接近 100%），加濕強度大，產(chǎn)生的霧粒小而均勻，單位時間內(nèi)可迅速達到要求的相對濕度，節(jié)約水源；2、單位加濕量的能耗指標低，超聲波加濕器的耗能量只有 0.05kw/(kg.h)，僅相當于其它加濕方式的 1/151/10，日運行費用低；3、體積小，可根據(jù)現(xiàn)場條件單獨自成系統(tǒng)，既適合新建廠房的配套安裝，又可在不破壞原有設備的基礎上，對舊廠房進行改造升級；4、加濕均勻，可迅速及大面積地解

39、決工業(yè)生產(chǎn)中的實際問題，例如紡織生產(chǎn)中的飛花、斷頭、靜電、毛糙不平和纖維脆弱等問題；5、霧化組件采用集成式霧化機芯，全密封式結(jié)構(gòu)設計達到了防水的目的并且使霧化片更換、維護可在現(xiàn)場立即解決，完全杜絕了早期超聲波加濕系統(tǒng)易損壞、壽命短和維修繁瑣等問題同時具有自動斷電防干燒問題；6、集成霧化機芯自帶過水保護裝置，可有效地保證霧化機芯在水位過低時自動停止工作，無需另配設備，節(jié)約了成本；7、控制方式靈活、方便，有三種控制方式可供選擇：開關控制、時序控制和濕度自動控制。在選取時可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和人員安排進行靈活的選擇、搭配；8、設備采用不銹鋼箱體，外觀美觀大方，耐腐蝕，壽命長；9、設備同時具有固定支架式和可

40、移動式兩種安裝方式，并可通過管道連接安裝在遠離加濕場所的區(qū)域，既方便了設備安裝，又提高了空間的使用效率；10、設備整體設計經(jīng)過反復試驗及檢測，結(jié)構(gòu)緊湊，搭配合理，無大功率電機，不是由純粹的機械能驅(qū)動加濕，所以工作時無噪音，對液體的霧化效果高。超聲波加濕器結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、控制靈敏、高效節(jié)電，與電極（熱）式加濕器相比，可節(jié)省電能 70%85%左右。3.5.2 本系統(tǒng)中的超聲波加濕器考慮到本系統(tǒng)中加濕器實際應用環(huán)境和空間面積，本系統(tǒng)選用北京瀚寧空氣技術(shù)有限公司的 rc-6.0-b 型工業(yè)超聲波加濕器如圖 3-14 所示，該加濕器集式霧化組件，并配有無水保護裝置，所產(chǎn)生的霧粒直徑只有 3-10m，

41、顆粒均勻，能長時間懸浮于空氣當中。加濕器霧化工作時無機械驅(qū)動、無噪音干擾、無污染，霧化效率高、故障率低。圖3-11 rc-6.0-b型超聲波加濕器該加濕器有參數(shù)如下：控制方式：開關控制制霧量：6kg電源：220v/50 hz功率：600w換風量：175m3/h3.5.2加濕器的單片機驅(qū)動在設計中本應該采用大功率繼電器用單片機接口輸出控制加濕器的啟停，可是由于各種原因不能做出實物，為了在仿真中方便清晰的實現(xiàn)設計功能，在設計中做了如下處理：如圖3-12所示：馬達代表加濕器。能夠清晰簡單地實現(xiàn)功能仿真。圖3-12 加濕器驅(qū)動電路圖3.6聲光報警單元在實際生活生產(chǎn)中，有一些行業(yè)對濕度的要求很高，必須在

42、一定的濕度范圍內(nèi)進行工作生產(chǎn)，比如干燥的環(huán)境容易產(chǎn)生靜電。相對濕度 35%以下時，物體上會產(chǎn)生靜電，并會經(jīng)過任何接觸它的物體將靜電釋放至大地，人體也包括在內(nèi)。走過尼龍地毯時、穿人造質(zhì)料的鞋子可以在干空氣中產(chǎn)生 35000 伏特的靜電。在某些要求較高的環(huán)境，如計算機房、電子加工車間和集成電路生產(chǎn)車間等，靜電放電會損壞元器件，造成設備失效；面粉加工廠、燃氣制造廠、油庫以及易燃性粉塵濃度較高的生產(chǎn)環(huán)境，要保持一定的空氣濕度以控制在出現(xiàn)高濃度氧氣和其他易爆氣體混合物時不產(chǎn)生靜電，避免引起爆炸；各類工廠在按既定的加工工藝進行生產(chǎn)的時候，不可避免的受到環(huán)境濕度的影響。機械加工、裝配、包裝以及材料處理都對濕

43、度環(huán)境提出一定的要求。在印刷和造紙工業(yè)中，濕度影響紙張的性能。紙的含水量變化會造成尺寸變化，嚴重時會卷曲使加工品報廢。 所以，設計的報警部分在當前相對濕度小于最低濕度要求時開始工作，發(fā)出聲光提示，提醒工作人員注意安全生產(chǎn)。圖3-13 聲光報警電路圖4系統(tǒng)軟件設計4.1軟件介紹keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分

44、組合在一起。運行keil軟件需要win98、nt、win2000、winxp等操作系統(tǒng)。如果你使用c語言編程，那么keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用c語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍. keil c51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用c來開發(fā)，體會更加深刻。 keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。4.2系統(tǒng)軟件軟

45、件作為系統(tǒng)的“靈魂”，在本系統(tǒng)中主要完成對外部信息檢測、處理、控制執(zhí)行機構(gòu)進行相應的操作，以達到智能化的控制。本系統(tǒng)軟件主要分為以下幾個單元。4.2.1主控單元主控單元主要完成系統(tǒng)開機后進行初始化，然后啟動傳感器工作，讀取傳感器數(shù)據(jù)送至數(shù)碼管顯示，然后按鍵處理，記錄濕度設置的上下限值，然后單片機進行數(shù)據(jù)比對，看濕度是否處于上下限值內(nèi)，不是返回，如果是則啟動加濕器，同時進行聲光報警。流程圖如下所示：系統(tǒng)初始化啟動溫度傳感器讀取濕度數(shù)據(jù)并送數(shù)碼管顯示按鍵處理，記錄濕度設置的上下限值濕度是否處于上下限值內(nèi)?聲光報警并啟動加濕或停止加濕結(jié)束yn圖4-1 主控單元流程圖4.2.2濕度檢測單元 濕度檢測部

46、分主要通過溫濕度傳感器部分進行，啟動加濕器后通過溫濕度傳感器采集的模擬信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后由單片機輸送至顯示器。濕度檢測流程圖如下所示：圖4-2濕度檢測流程圖4.2.3聲光報警流單元 聲光報警部分是設計中對工作人員的重要信息提示，當單片機檢測到濕度值低于設定下限值是，就會啟動聲光報警。聲光報警流程圖如下所示：圖4-3 聲光報警流程圖4.2.4鍵盤輸入單元鍵盤輸入單元主要完成工作人員對加濕器的預設濕度范圍的設定，鍵盤掃描流程圖如下所示：開始函數(shù)定義kbscan()delay()p1=0xf0列線輸入有無鍵按下return()delay()返回鍵碼逐行掃描yn圖4-4 鍵盤掃描流程圖5系統(tǒng)仿真5.1

47、軟件介紹proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。proteus是世界上著名的eda工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到pcb設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺

48、，其處理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等，2010年又增加了cortex和dsp系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持iar、keil和mplab等多種編譯器。proteus軟件可以仿真51系列、avr、pic、arm、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。5.2 proteus仿真本設計使用proteus軟件進行仿真?？梢灾庇^

49、清晰地反映出設計功能。仿真圖如下：圖5-1 系統(tǒng)仿真圖6總結(jié) 本文針對傳統(tǒng)工業(yè)加濕器的缺點，借鑒單片機自動控制在其他領域發(fā)展的成果，研制了一款以微控制系統(tǒng)為主體部分，工作時無機械驅(qū)動、無噪音干擾、無污染，故障率低、能耗低、霧化效率高、維護簡便、可靠的工業(yè)加濕系統(tǒng)。取得以下成果：（1）由單片機作為主控制系統(tǒng)，集成了濕度顯示、預設濕度范圍顯示、自動啟停部分使工業(yè)加濕器智能化；（2）設計通過單片機對加濕器的自動控制實現(xiàn)了對濕度的調(diào)節(jié)；（3）設計實現(xiàn)了聲光報警提示的功能；（4）該儀器操作簡單，穩(wěn)定性高，符合智能控制的要求；限于本人的水平和設計工作本身的繁重，該系統(tǒng)還有待改進和完善的地方。從實用的角度來

50、說，本系統(tǒng)的還需要增加與上位機的通訊接口，和上位機軟件，這樣會更加方便對儀器進行參數(shù)的設置和測量數(shù)據(jù)的分析。本系統(tǒng)在實現(xiàn)對工作環(huán)境加濕過程中響應時間長，對濕度不能進行精確控制，但由于自己水平的原因只能通過今后的努力來完善這個方面的不足了。對此，只有深深的遺憾了，同時感到對知識的深切渴望。6致謝四年的大學生活不知不覺間過去了，豐富多彩的大學時代悄悄的離我們遠去。但是，這四年的生活學習是我一生之中最為重要的一部分，是我們從青年走向成年、從青澀走向成熟最為重要的過渡階段。四年的大學生涯讓我結(jié)識了很多、學到了很多：有老師如蠟燭般的無私教授，有同學兄弟般的真誠對待。為此，在即將結(jié)束我大學時代時，我真誠的

51、感謝這四年來給予我支持、幫助和關愛的所有人，大家都是我的良師益友，是我一生的財富。四年的大學生活就要結(jié)束，半年的畢業(yè)設計也到了尾聲，由于本人知識水平和設計能力有限，本次的設計還存在著很多的不足和瑕疵，為此，我懇請各位老師給予我批評和指正，是我能夠?qū)W到更多的東西。本次畢業(yè)設計是在我的指導老師楊旭東老師的耐心指導、悉心幫助下完成。在這將近半年的時間里，楊老師對我們小組進行了系統(tǒng)詳實的輔導，我們的設計才能夠真正順利、完整的完成。每周楊老師都會了解我們進度，為我們解答設計中出現(xiàn)的難題。在本次的設計中，楊老師給作者的印象不僅是對課題研究時的科研作風嚴謹、對工作的認真對待、學識水平的深厚。更重要的是，楊老

52、師在生活中對我們的關心和幫助。楊老師還經(jīng)常會和我們一起研究、學習，使我們能夠更好更快的完成設計。在這里，作者向為我們付出巨大心血，督促、幫助、指導我們的楊旭東老師報一聲：謝謝您為我們付出的一切。在這緊張的設計期間，我們小組同學總是在一起探討問題，不僅使大家都出現(xiàn)的問題得以解決，同時對各自的問題的解決也有了一定的幫助。使我們對于自己所設計的東西有了更深入透徹的學習。此時此刻，隨著論文的不斷深入我的不舍之情也越來越深。我知道我距離開我的老師和同學的時間也越來越近。對于許多給予我?guī)椭臋C電工程系的老師和同學，我發(fā)自內(nèi)心的感謝你們！最后我還要感謝含辛茹苦養(yǎng)育我長大的父母，謝謝你們！再次感謝楊旭東老師對

53、我耐心的指導與悉心的照顧。感謝本組其他同學熱情的幫助！感謝所有關心、幫助過我的所有老師和同學！最后感謝我的母校唐山學院四年對我的大力培養(yǎng)。參考文獻1 何立民.單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)m.北京：北京航空航天大學，1990.2 李曉荃.單片機原理與應用m. 北京:電子工業(yè)出版社，2000.3 劉和平.單片機原理及應用m.重慶：重慶大學出版社，2002 .4 徐愛鈞.單片機高級語言 c51 應用程序設計m. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.5 謝自美.電子線路設計.實驗.測試(第二版) m.武漢：華中科技大學出版社，2000. 6 江國強.現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路.北京：電子工業(yè)出版社，2002 .7 張勇.protel 99se 電路設計技術(shù)入門與應用(第一版).北京：電子工業(yè)出版社，2002 .8 樊昌信.通信原理(第五版)m.北京：國防工業(yè)出版社,2001 .9 錢亮.加濕器及其種類j.中外輕工科技,2004.10 丁毅.工業(yè)用空氣加濕器加濕量的計算與測定j,西北輕工業(yè)學院學報,2002.11 鄭艷博.溫濕度模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)d,河北農(nóng)業(yè)大學,2007.12 姜珂.溫度與濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)d,山東大學碩士論文,2007.13 孫榮高,呂昂.微控制器溫室環(huán)境溫濕度程序控制系統(tǒng)的研究與設計j,200814 胡漢才