【分布式溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8400字（論文）】

分布式溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)的目的及意義隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，國內(nèi)外越來越多的實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的要求越來越高，而溫度和適度是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的最基本的要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的各種實(shí)驗(yàn)有著較大的影響。據(jù)調(diào)查研究，在我國計(jì)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室以及大多企業(yè)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域，采用的溫濕度控制系統(tǒng)都屬于大型整體溫濕度控制系統(tǒng)。大型整體溫濕度控制系統(tǒng)具有這樣的特點(diǎn)：統(tǒng)一控制溫度及濕度，占用面積較大，造價(jià)極高，安裝工程復(fù)雜費(fèi)時(shí)費(fèi)力。一般的溫濕度控制系統(tǒng)采用的是模擬式溫濕度傳感器，這種模擬式溫度傳感器一般要設(shè)計(jì)信號(hào)處理電路，信號(hào)經(jīng)過處理，信號(hào)的測量精度就會(huì)難以保證。因此，這種傳感器只適合對(duì)精度要求不高的場合。本系統(tǒng)采用數(shù)字式傳感器SHT11進(jìn)行溫濕度信號(hào)的采集，它具有高精度、穩(wěn)定性好、防干擾、成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外部的信號(hào)處理電路，設(shè)計(jì)電路簡單、可靠，適用于各類單片機(jī)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)了鍵盤，可以對(duì)溫度和濕度的控制范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)；利用4位LED實(shí)時(shí)顯示由溫濕度傳感器采集來的信號(hào)，其中兩位顯示溫度，兩位顯示濕度；采集的信號(hào)和設(shè)定的范圍進(jìn)行比較，若不在此范圍內(nèi)則調(diào)用溫濕度設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，使溫濕度始終保持在設(shè)定的范圍內(nèi)；還可以與上位PC機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信，通信距離可達(dá)上千米，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的監(jiān)控。2設(shè)計(jì)方案2.1方案一2.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)通過控制回路對(duì)被控變量(相對(duì)濕度、溫度)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。采用濕度傳感器對(duì)溫室相對(duì)濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,將測量到的外部模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行分時(shí)輸出傳送給控制單元。系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器,被測溫度信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)入控制單元。在控制單元中首先進(jìn)行給定與測量值的比較,根據(jù)偏差進(jìn)行溫、濕度的調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)觸發(fā)外圍設(shè)備對(duì)溫、濕度進(jìn)行加熱、加濕、降溫和除濕等作業(yè)。從而達(dá)到一個(gè)滿足溫、濕度要求的生態(tài)環(huán)境。2.1.2系統(tǒng)硬件組成本系統(tǒng)采用的硬件主要有:集成濕度傳感器IH3605,智能數(shù)字溫度傳感器DS18B20,單片機(jī)AT89C52、A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、LED顯示器HD7279等。溫度和濕度控制系統(tǒng)原理如圖2.1所示。溫度傳感器組溫度傳感器組單片機(jī)按鍵/顯示電路A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)按鍵/顯示電路A/D轉(zhuǎn)換器外圍控制電路監(jiān)控電路外圍控制電路監(jiān)控電路溫度傳感器組溫度傳感器組被控對(duì)象被控對(duì)象圖2.1：溫度和濕度控制系統(tǒng)原理框圖2.1.3檢測環(huán)節(jié)系統(tǒng)選用HONEYWELL公司生產(chǎn)的IH3605集成濕度傳感器。該傳感器是一種熱固聚酯電容式帶信號(hào)處理功能的傳感元件。有可焊接的SIP封裝,價(jià)格適中,能線性電壓輸出,輸出電壓與濕度關(guān)系曲線如圖2.2所示,激光修正器件互換性好,帶工廠標(biāo)定數(shù)據(jù),低耗設(shè)計(jì),精度高,響應(yīng)快,性能穩(wěn)定漂移小,內(nèi)部集成了信號(hào)調(diào)理電路其獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)使之能抵抗?jié)駳狻m埃、臟物、油和其他化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。H3605的輸出電壓是供電電壓、濕度及溫度的函數(shù)。電源電壓升高,輸出電壓將成比例升高。在實(shí)際應(yīng)用中,通過以下兩個(gè)步驟可計(jì)算出實(shí)際的相對(duì)濕度值:(1)根據(jù)下述計(jì)算公式,計(jì)算出25℃溫度條件下相對(duì)濕度值RH0。Vout=Vdc(0.0062RH0+0.16)其中:Vout為IH3605的電壓輸出值,Vdc為IH3605的供電電壓值,RHO為25℃時(shí)的相對(duì)濕度值。(2)進(jìn)行溫度補(bǔ)償,計(jì)算出當(dāng)前溫度下的實(shí)際相對(duì)濕度值RH。RH=RHO/(1.0546-0.00216T)其中:RH為實(shí)際的相對(duì)濕度值,T為當(dāng)前的溫度值,單位為℃。圖2.2：輸出電壓與關(guān)系曲線圖2.1.4信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路的作用是將被測濕度參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電壓變化,經(jīng)過放大后能滿足A/D模塊的要求。信號(hào)調(diào)理電路如圖2.3所示,濕度檢測電路由濕敏電阻RH、R1、R2以及晶體管VT等組成,R3、R4、R5、R6、R7、A1、RP1、RP2和VD2組成濕度信號(hào)放大電路;當(dāng)濕度發(fā)生變化時(shí),濕敏傳感器的阻值也隨之發(fā)生變化。濕敏傳感器是VT的基極偏流電阻,偏流電阻隨濕度變化,VT基極電流也隨之改變,從而改變了VT的發(fā)射極電流,R2是將射極電流轉(zhuǎn)換成電壓,并將該電壓送至A1的同相輸入端,經(jīng)A1放大后輸出,并由VD3控制輸出電壓在2V以內(nèi)。穩(wěn)壓電源電路由R8、R9、R10、RP3和VD2組成,為濕度檢測電路提供精密的穩(wěn)壓電源。圖2.3：信號(hào)調(diào)理電路2.1.5溫度檢測DS18B20的核心是其數(shù)字溫度傳感器,精度可以通過用戶編程配置。開始一次溫度轉(zhuǎn)換時(shí),微處理器需要向DS18B20發(fā)出ConvertT指令。轉(zhuǎn)換完成后,該溫度數(shù)據(jù)存放在高速暫存存儲(chǔ)器的溫度寄存器中,占用2字節(jié),并且DS18B20返回到空閑狀態(tài)。當(dāng)DS18B20采用外部供電方式時(shí),主機(jī)可以在發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令后發(fā)起一次讀時(shí)序。若此時(shí)該DS18B20已經(jīng)完成溫度轉(zhuǎn)換,它將會(huì)返回“1”,否則返回“0”。DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的,系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行:初始化DS18B20發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。DS18B20能夠直接讀出被測的溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字直讀數(shù)方式；從DS18B20讀出信息或?qū)懭隓S18B20信息僅需要1根口線(單線接口),而且一根端口線就能與多個(gè)DS18B20串接和通訊;溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線,總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電,而無需額外電源。使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單,可靠性更高。2.1.6多傳感器數(shù)據(jù)融合一般溫室空間較大,需多個(gè)傳感器進(jìn)行測量,但由于所處位置不同,每個(gè)傳感器測量值不同,有一定的不確定性和局限性。多傳感器數(shù)據(jù)融合就是研究如何充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的特點(diǎn),把分布在不同位置的多個(gè)傳感器所提供的局部的、不完整的測量值加以綜合,利用其互補(bǔ)性、冗余性,提高測量信息的精度和可靠性,從而提高控制系統(tǒng)識(shí)別、決策能力及反應(yīng)的快速性和準(zhǔn)確性。本系統(tǒng)采用基于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)推理理論的分布式多傳感器數(shù)據(jù)融合的方法,每個(gè)溫室使用5個(gè)DS18B20溫度傳感器和3個(gè)IH3605濕度傳感器進(jìn)行溫、濕度測量,分別安放在溫室的不同位置。下面對(duì)分布式多傳感器數(shù)據(jù)融合的概念、形式和方法作簡單介紹。由于多個(gè)傳感器安放的位置比較分散,采用分布式多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)在于每個(gè)檢測器都具有說明數(shù)據(jù)屬性的局部檢測器的決策,并考慮各個(gè)傳感器的置信度,然后在一定的準(zhǔn)則下進(jìn)行分析綜合,作出最后的決策。這種分布式多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)會(huì)得到比任一局部檢測器更具體、更準(zhǔn)確的估計(jì)和判斷。分布式多傳感器數(shù)據(jù)融合的形式可分為3類:串行、并行和多級(jí)并聯(lián)混合形式。本系統(tǒng)采用并行形式,所有的傳感器在局部融合的基礎(chǔ)上,把各自的決策信息傳輸給數(shù)據(jù)融合中心,并在這個(gè)數(shù)據(jù)融合中心采用適當(dāng)?shù)姆椒ňC合各種信息,得到對(duì)被測對(duì)象的最終決策或結(jié)論。這種結(jié)構(gòu)在傳感器數(shù)量中為兩個(gè)以上時(shí),其效果比較明顯。軟件設(shè)計(jì)部分將接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并比較、反饋、輸出到溫、濕度調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置,以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫、濕度的控制。溫室溫、濕度控制系統(tǒng)在實(shí)際使用中效果良好,此系統(tǒng)將作為控制節(jié)點(diǎn),通過網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)多溫室集中控制。2.2方案二2.2.1主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的主控制芯片選用Intel公司的8051芯片，它采用40引腳的雙列直插封裝方式。8051單片機(jī)內(nèi)部還有4K的ROM/EPROM、128字節(jié)的RAM。8051單片機(jī)的工作主頻為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1s。8051單片機(jī)的編程靈活，可以使用C、C++、匯編等，可以用軟件編程來輔助硬件工作以完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。2.2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)如圖2.4所示。8051單片機(jī)8051單片機(jī)圖2.4：溫濕度檢測控制系統(tǒng)本系統(tǒng)首先通過鍵盤對(duì)環(huán)境的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如溫度的范圍、濕度的范圍，并存儲(chǔ)起來。然后通過數(shù)字式溫濕度傳感器SHT11對(duì)環(huán)境的溫濕度進(jìn)行采集并傳給8051,8051接收傳來的數(shù)據(jù)，通過LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示并與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果來確定是否驅(qū)動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備來進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié)。此外，8051還可以把采集的數(shù)據(jù)通過通信線路傳輸給上位PC機(jī)。（1）數(shù)字式溫濕度傳感器SHT11SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由溫度傳感器（TemperatureSensor）、濕度傳感器（%RHSensor）、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、校驗(yàn)存儲(chǔ)器、二線串口器、CRC產(chǎn)生器組成，將它們?nèi)考捎谝粋€(gè)芯片內(nèi)，融合了CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)，具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。（2）工作原理兩個(gè)傳感器先采集信號(hào)，采集的信號(hào)經(jīng)過放大電路放大，傳給A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳給I2C總線接口，最后通過I2C總線接口以串行方式傳給單片機(jī)。校驗(yàn)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)在恒溫、恒濕環(huán)境下的校驗(yàn)系數(shù)，用于測量過程中的非線性校準(zhǔn)。（3）8051單片機(jī)與SHT11的電路圖8051單片機(jī)與SHT11的電路圖如圖2，由于單片沒有總線接口，選用P1.0和P1.1虛擬I2C接口，分別與SHT11的SCK和DATA引腳相連。在SCK的引腳上接一個(gè)4.7K的上拉電阻，并在VDD和GND之間接一個(gè)0.1μF的電容，起到濾波的作用。圖2.5：8051與SHT11的電路圖2.2.3鍵盤與LED數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)鍵盤設(shè)計(jì)是采用軟件查詢的方式，上接上拉電阻，上拉電阻選擇4.7K大小，平時(shí)保持高電平，當(dāng)有按下時(shí)，低電平有效。圖2.6為鍵盤與LED數(shù)碼管顯示電路圖。圖2.6：鍵盤與LED數(shù)碼管顯示電路圖系統(tǒng)的鍵盤設(shè)置共有六個(gè)，其中一個(gè)為復(fù)位鍵，其余五個(gè)鍵分別是S2到S6，它們的功能見表2.1，如下:表2.1：鍵盤功能鍵名功能SB2切換鍵切換到溫、濕度的設(shè)定SB3增一鍵溫度或濕度增加1SB4減一鍵溫度或濕度減少1SB5轉(zhuǎn)換鍵當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度的轉(zhuǎn)換顯示SB6通訊鍵進(jìn)入通信狀態(tài)（2）顯示設(shè)計(jì)顯示模塊主要是由4個(gè)LED數(shù)碼管組成，其中兩個(gè)顯示溫度，另外兩個(gè)顯示濕度。數(shù)碼管采用共陰極的連接方法，高電平點(diǎn)亮。采用動(dòng)態(tài)顯示的方法，一位一位地進(jìn)行顯示，用P2.4到P2.7輪流選中每一個(gè)數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間為一秒。2.2.4與上位機(jī)的通信在測量與控制系統(tǒng)中，通常采用微機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)的分布式結(jié)構(gòu)，對(duì)地理上分散的測控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、測量、控制和管理任務(wù)。如果PC機(jī)與單片機(jī)通過RS-232C標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，負(fù)載能力差，通信范圍小，傳輸距離不超過15米，難以滿足遠(yuǎn)距離的傳輸和控制。目前在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，普遍采用的是RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)采用平衡發(fā)送和差分接受的方式：在發(fā)送端，驅(qū)動(dòng)器將TTL電平轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)進(jìn)行輸出；在接收端，接收器將差分信號(hào)變換成TTL電平信號(hào)。它具有較高的靈敏度，能檢測出低至200mV的電壓，具有抑制共模干擾的能力，數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)千米以上。與上位機(jī)進(jìn)行通信的單片機(jī)端的電路連接圖如圖4。在RS-485總線網(wǎng)絡(luò)端，一般要使用終端電阻進(jìn)行匹配。但在短距離和低速的情況下不用考慮。在本課題中采用接電阻的方法進(jìn)行終端匹配，并且在總線電纜的開始和末端都并接電阻。電阻的大小選擇120Ω，它相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻，因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線的電纜特性阻抗大小在100Ω到120Ω之間。這種匹配的方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單有效。圖2.7：與上位機(jī)通信的單片機(jī)連接電路2.2.5溫濕度調(diào)節(jié)這部分主要是由空調(diào)設(shè)備和繼電器組成。單片機(jī)首先將由SHT11采集來的信號(hào)和設(shè)定的溫濕度范圍進(jìn)行比較，如果在此范圍內(nèi)不動(dòng)作，否則，通過單片機(jī)的端口給出信號(hào)，使繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié)。2.2.6軟件設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)部分采用模塊化設(shè)計(jì)。軟件程序的主要模塊有按鍵鍵處理模塊、溫濕度采集模塊、數(shù)據(jù)比較模塊、溫濕度控制模塊。圖2.8為主程序圖。圖2.8：主程序流程圖本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于8051單片機(jī)，運(yùn)用了一種全新的智能型傳感器SHT11，這種傳感器實(shí)現(xiàn)了溫濕度的數(shù)字式輸出，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、易于連接的特點(diǎn)。而且本系統(tǒng)既可單獨(dú)使用又可以和上位機(jī)聯(lián)機(jī)使用，使用靈活，編程方便，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。本系統(tǒng)的溫度設(shè)定范圍是0°到50°，濕度的設(shè)定范圍是0%～99%RH。溫度的最小區(qū)分度為一度，濕度的最小區(qū)分度為1%。適用于實(shí)驗(yàn)室的溫濕度控制。通過以上兩種方案的比較，優(yōu)先選擇第二種設(shè)計(jì)方案。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)溫濕度檢測電路設(shè)計(jì)使用8051直接對(duì)傳感器溫濕度測量值進(jìn)行讀寫，其電路如圖3.1所示。SHT11傳感器采用SCK、DATA進(jìn)行通信，分別連接單片機(jī)的P1.0與P1.1端口。串行時(shí)鐘輸入線SCK引腳用來同步微控制器和SHT11之間的通信，串行數(shù)據(jù)線DATA引腳用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和輸出，這里的數(shù)據(jù)包括溫濕度數(shù)字值及控制命令。DATA上的數(shù)據(jù)在SCK為低電平時(shí)改變，而在SCK為高電平時(shí)則被讀出或?qū)懭?，DATA引腳上需要加一個(gè)上拉電阻來產(chǎn)生高電平。單片機(jī)時(shí)鐘發(fā)生電路通過外接晶振實(shí)現(xiàn)，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。圖3.1：SHT11與單片機(jī)8051的連接3.2輸出控制電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室溫濕度反饋偏差控制的基本原理是測量及消除偏差，這就要用到經(jīng)典控制理論中的PID（比例積分微分）控制，控制器選擇8051單片機(jī)。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支已有二十多年的發(fā)展歷史，在各控制領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)接收數(shù)字式傳感器檢測的溫濕度數(shù)據(jù)（數(shù)字信號(hào)），進(jìn)行顯示、PID運(yùn)算和輸出。電器驅(qū)動(dòng)電路的控制設(shè)備包括加熱器、風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)等。本裝置利用8051的P1口（如P1.2端口）作控制口，除去前面與傳感器連接的P1.0、P1.1口，剩下的還可以控制6個(gè)設(shè)備，包括加熱器，加濕機(jī)等。為了避免電磁干擾，系統(tǒng)采用光電隔離方式?？刂齐娐泛唸D見圖3.2。圖3.2：控制電路輸出采用雙向晶閘管控制，雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的晶閘管，在交流全周期內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路，是目前比較理想的交流開關(guān)器件。實(shí)際工作中只要在合理位置給晶閘管控制極加觸發(fā)脈沖即可使其導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備的控制。電路中應(yīng)增加R、C阻容吸收電路作過壓保護(hù)，防止負(fù)載斷開和接通的瞬間產(chǎn)生過高的感應(yīng)電壓而損壞可控硅。對(duì)加熱器的控制可通過在單片機(jī)輸出P1.2口加同步移相脈沖，合理控制導(dǎo)通角，達(dá)到改變電阻絲兩端平均加熱電壓的目的。對(duì)于對(duì)加濕機(jī)等的控制，可以用繼電器控制其電磁閥的通斷。單片機(jī)P1.3口輸出脈沖采用可控硅過零觸發(fā)方式，達(dá)到調(diào)節(jié)加濕機(jī)通斷時(shí)間比的目的。3.3鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤和顯示器往往須同時(shí)使用，為節(jié)省I/O口線，可將鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實(shí)用的鍵盤、顯示電路。89C51單片機(jī)具有4個(gè)8位的I/O，從原理上說，這4個(gè)口均可用作雙向并行I/O。但在實(shí)際應(yīng)用中，P0口和P2口常被用作擴(kuò)展總線，P3口的一些位又常用作它的第二功能，本例中用可編程通用并行接口芯片8255擴(kuò)展I/O口構(gòu)成鍵盤、顯示接口電路。單片機(jī)鍵盤電路設(shè)計(jì)一般有獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵兩種方式。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/0口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個(gè)按鍵被按下。電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。顯示裝置采用現(xiàn)今應(yīng)用廣泛的八段數(shù)碼管，每一位有八個(gè)發(fā)光二極管單元組成。按連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)將公共極COM接到+5V。共陰極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管，共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)將公共極COM接到地線GND上。LED顯示器采用共陽極數(shù)碼管，6個(gè)LED分別用來顯示當(dāng)前溫度及濕度值，均可精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。用8255的A口作段碼輸出，B口作位選。采用動(dòng)態(tài)掃描方式，這種方式有利于節(jié)省I/O口，也能使功耗降低。3.4單片機(jī)與上位機(jī)通訊電路設(shè)計(jì)為了更好地對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控，需設(shè)計(jì)上位機(jī)通訊電路，如圖3.3所示。通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片將單片機(jī)TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串行通訊。圖3.3：上位機(jī)通訊電路4軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件由主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊組成。每一部分電路4.1主程序模塊在主程序中首先給定PID算法的參數(shù)值，然后通過循環(huán)顯示當(dāng)前溫濕度，并設(shè)定鍵盤外部中斷為最高優(yōu)先級(jí)，以便能實(shí)時(shí)響應(yīng)鍵盤處理;軟件設(shè)定定時(shí)器T0為5s定時(shí)，在無鍵盤響應(yīng)時(shí)每隔5s響應(yīng)一次，以用來采集溫濕度信號(hào);設(shè)定定時(shí)器T1為嵌套在T0之中的定時(shí)中斷。在主程序中必須分配好每一部分子程序的起始地址。主程序流程圖見圖4.1。圖4.1：主程序流程圖相應(yīng)主程序?yàn)椋篗OVR#Tsw,AC0-R10.0,AC0TRUNCAC0,AC0*D+4,AC0MOVDAC0,VD894+DVD890,VD894+D+4,VD894//VD890為基址指針,VD894為查表指針。LDSMO.0MOVD-1,#numberLBL15LDSMO.0+D+l,#number-D+4,VD894LDR<*VD894,#HswJMP15//循環(huán)查找露點(diǎn)溫度差值。LDSM0.0DTR#number,AC0MOVRAC0,#Tld+R10.0,#TldLDR<#Tsw,10.0MOVR11.0,#Tld4.2功能實(shí)現(xiàn)模塊功能實(shí)現(xiàn)模塊用來執(zhí)行對(duì)加（減）溫、加（除）濕設(shè)備的控制。功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由數(shù)據(jù)采集子程序、中斷處理子程序、鍵盤處理子程序和顯示子程序等部分組成。①數(shù)據(jù)采集子程序。該部分主要完成單片機(jī)接收SHT11檢測到由實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前溫濕度轉(zhuǎn)換而來的數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集流程圖見圖4.2。圖4.2：數(shù)據(jù)采集流程圖相應(yīng)程序?yàn)椋篖DSM0.0TONT97,+10//采樣周期定時(shí)器LDT97NICWVW3O60//PDI采樣周期計(jì)數(shù)器LDT97RT97,1//周期到,復(fù)位定時(shí)器LDW>=VW3060,+10MOVW+0,VW3060NOTJMP10//定時(shí)到，復(fù)位計(jì)數(shù)器;否則，跳出PID計(jì)算LDSM0.0LPSXORWVW3074,VW3074MOVWAITfk,VW3076AV3076.7MOVW16#FFFF,VW3074LRDDTRVD3074,VD3000LPP/R32000.0,VD3000LDSM0.0MOVRVD3004,VD3004//讀過程變量規(guī)范化I處理，放到PID過程變量區(qū)LDR>=1.O,VD3000NOTMOVR1.0,VD3000//限定上限LDR<=0.0,VD3000NOTMOVR0.0,VD3000//限定下限LDSM0.0PIDVB3000,0//執(zhí)行PID計(jì)算LDSM0.0MOVRI.O,#temp-RVD3008,#temp*R0.7,#temp+R0.2,#tempMOVR#temp,VD3074*R32000.0,VD3074TRUNCVD3074,VD3074MOVWVW3076,AQJR//規(guī)范PID輸出值，轉(zhuǎn)換為4-20mA模擬量輸出LDSM0.0MOVRVD3008,cJRkd//將PID計(jì)算輸出值送輸出映像區(qū)LBL10//PID采樣未到程序跳轉(zhuǎn)處②T0中斷子程序。該中斷是單片機(jī)內(nèi)部5s定時(shí)中斷，優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低，但卻是最重要的子程序。在該中斷響應(yīng)中，單片機(jī)要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、判斷是否越限、標(biāo)度轉(zhuǎn)換處理、繼續(xù)顯示當(dāng)前溫濕度、與設(shè)定值進(jìn)行比較、調(diào)用PID算法子程序并輸出控制信號(hào)等功能。③T1中斷子程序。T1定時(shí)中斷嵌套在T0中斷之中，優(yōu)先級(jí)高于T0中斷，其定時(shí)初值由PID算法子程序提供，T1中斷響應(yīng)的時(shí)間用于輸出控制信號(hào)。鍵盤及中斷程序流程圖見圖4.3。圖4.3：中斷程序流程圖相應(yīng)主程序?yàn)?#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbitDQ=P1^0；//18B20數(shù)據(jù)端#defineOutP0//數(shù)據(jù)輸出端sbits1=P2^3；sbits2=P2^2；sbits3=P2^1；sbits4=P2^0；sbitFanSw=P1^1；sbitHotSw=P1^2；sbitSetKH=P3^5；sbitSetKL=P3^6；sbitSetKU=P3^7；sbitBeep=P2^5；unsignedchardot；unsignedcharTemp；unsignedcharTmpH=33,TmpL=10；unsignedcharDisbuf[]={0,0,0,0}；unsignedcharcodetab[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x76,0x38,//'H''L'}4.3運(yùn)算控制模塊系統(tǒng)算法控制采用工業(yè)上常用的位置型PID數(shù)字控制，并結(jié)合特定的系統(tǒng)對(duì)算法加以改進(jìn)，可形成變速積分PID——積分分離PID控制相結(jié)合的自動(dòng)識(shí)別的控制算法。該方法不僅大大減小了超調(diào)量，而且有效地克服了積分飽和的影響，使控制精度大大提高。SHT11是一種全新的基于智能傳感器設(shè)計(jì)理念的新型傳感器，其實(shí)現(xiàn)了溫濕度值的數(shù)字式輸出，具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高和便于計(jì)算機(jī)接口等特點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。控制器采用ATMEL公司生產(chǎn)的8051高性能單片機(jī)，對(duì)傳感器所測溫濕度信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并對(duì)外輸出控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的溫濕度控制。如此設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，精度高，能達(dá)到很好的控制效果，具有較高的推廣價(jià)值。5調(diào)試和仿真可編程序控制器系統(tǒng)硬件配置完成,就可以用戶軟件的模擬調(diào)試?？梢允褂?/0表輸出表及其Al輸入表中“強(qiáng)制”調(diào)試,即檢查輸出表中輸出端口為“1”狀態(tài)時(shí),外部設(shè)備是否運(yùn)行；為“O”狀態(tài)時(shí),外部設(shè)備是否真的停止。“強(qiáng)制”過程輸入表數(shù)值,查看各梯形圖運(yùn)行是否按自己設(shè)計(jì)的邏輯進(jìn)行。六、總結(jié)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種基于89C51系統(tǒng)的溫度濕度的控制系統(tǒng),本系統(tǒng)在滿足控制要求的同時(shí),具有成本低,經(jīng)濟(jì),簡單的特點(diǎn)。而且該系統(tǒng)即可單機(jī)用,也可以和上位機(jī)聯(lián)機(jī)使用,使用靈活,編程方便。具有較高的實(shí)用價(jià)值。本系統(tǒng)可設(shè)定溫度為0℃～50℃,可設(shè)定濕度為0%～99%RH,最小區(qū)分度為1℃。可實(shí)現(xiàn)升溫和降溫控制,以及對(duì)濕度的控制,可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前值。適用于糧庫或者暖房的溫室度調(diào)節(jié)。參考文獻(xiàn)[1]姚傳安.基于PSTN網(wǎng)的單總線分布式溫濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制,2006,12:1748-1750.[2]肖鴻威.基于modbus協(xié)議的空間分布式溫濕度測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用,2009,09:40-41.[3]張?zhí)禊i,翟亞芳,張修太,秦長海.基于LTM8901的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子產(chǎn)品世界,2009,11:43-44+47.[4]陳煒.制藥車間溫濕度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究[D].中南大學(xué),2008.[5]易順明,趙海蘭,袁然.基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,07:129-131+134.[6]劉海成.單總線分布式溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2012,06:72-73+78.[7]楊正君.基于GPRS的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,06:72-77.[8]龐黨鋒,王東濤,閆虎民,郭秀鳳,楊偉龍.基于單片機(jī)與PLC的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,02:448-450.[9]宋慶恒,劉英德,馬源,譚懿.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的溫室溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,06:394-396.[10]樊超,司慧,張?zhí)禊i,顏小林,王霄,常建民.家具VOC檢測氣候艙溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,08:112-116.[11]李彪,曹吉花.基于PLC的藥品倉庫溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].洛陽師范學(xué)院學(xué)報(bào),2014,08:30-32.[12]彭安娜,袁愿,馮金垣.基于RFID和LABVIEW的分布式溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2016,06:145-148.[13]張振興.基于CAN總線的烤房溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].河北工程大學(xué),2016.[14]宋慶國.基于以太網(wǎng)的分布式溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)[D].中國海洋大學(xué),2007.[15]楊起.溫濕度綜合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].青島科技大學(xué),2012.[1]SchwartzJoel,SametJonathanM,PatzJonathanA.Hospitaladmissionsforheartdisease:theeffectsoftemperatureandhumidity.[J].Epidemiology,2004,156:.[2]WuJinju,ChengJian,XuZhiwei,ZhaoKefu,ZhaoDesheng,XieMingyu,YangHuihui,WenLiying,LiKesheng,SuHong.NonlinearandInteractiveEffectsofTemperatureandHumidityonChildhoodHand,FootandMouthDiseaseinHefei,China.[J].ThePediatricinfectiousdiseasejournal,2016,3510:.[3]S.A.L.Hayward,M.R.Worland,P.Convey,J.S.Bale.Temperaturepreferencesofthemite,Alaskozetesantarcticus,andthecollembolan,Cryptopygusantarcticusfromthemaritim