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基于單片機的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計

時間：2010-03-24 15:31:59

關鍵字：溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)設計基于單片機 BSP

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[導讀] 摘要：溫濕度是影響硝基軟片生產(chǎn)和厚度檢測的重要因素。采用AT89S52單片機為控制中心，由STHl0溫濕度傳感器及1602字符型液晶模塊構成硝基軟片生產(chǎn)在線實時溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對硝基軟片生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度精確測量

摘要：溫濕度是影響硝基軟片生產(chǎn)和厚度檢測的重要因素。采用AT89S52單片機為控制中心，由STHl0溫濕度傳感器及1602字符型液晶模塊構成硝基軟片生產(chǎn)在線實時溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對硝基軟片生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度精確測量與控制。實踐證明，該系統(tǒng)電路簡單、工作穩(wěn)定、集成度高，調(diào)試方便，測試精度高，保證硝基軟片生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量與合格率，具有一定的實用價值。
關鍵詞：單片機；溫濕度；SHTl0；自動檢測；傳感器

0 引言
在日常生活中溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應用很廣泛，例如：糧庫、機房、檔案館、特殊材料加工工場等場所，都必須嚴格控制環(huán)境的溫度及相對濕度，使其保持在一定的范圍內(nèi)。硝基軟片生產(chǎn)線對于溫濕度有著特殊的要求，需要裝有溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)，由用戶根據(jù)環(huán)境要求設定系統(tǒng)的溫濕度閾值；系統(tǒng)實時地測量顯示環(huán)境的溫濕度值，實現(xiàn)溫濕度自動控制，使其在較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的測試精度，同時還可以根據(jù)用戶設定報警閾值報警，一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫濕度超限，立即報警。為此，我們設計了一款測量精度高、結構簡單使用、工作穩(wěn)定可靠的基于單片機的溫濕度監(jiān)控與自動控制升降系統(tǒng)，并受到了硝基軟片生產(chǎn)客戶的好評。

1 設計方案
    溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)滿足以下要求：
    1)按照國家計算機房B級標準，溫度18～28℃，相對濕度40％～70％；
    2)用戶可以設置系統(tǒng)溫濕度報警值；
    3)USB口供電，提供溫濕度調(diào)節(jié)控制信號，實現(xiàn)自動控制；
    4)檢測得到的數(shù)據(jù)可以通過顯示模塊顯示。
    硬件設計不僅要滿足系統(tǒng)需求，還要滿足功能和外形尺寸要求。
    根據(jù)設計要求確定了系統(tǒng)的總體方案，整個系統(tǒng)由單片機、溫濕度傳感器、顯示模塊、報警器、溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及鍵盤等6部分組成。系統(tǒng)功能原理圖如圖1所示。用戶預先輸入溫濕度報警值到程序中，該值作為系統(tǒng)閾值。溫濕度傳感器監(jiān)測值傳輸給單片機，當單片機比較監(jiān)測到的數(shù)值超出所設定閾值時，驅(qū)動蜂鳴器報警，并為溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供控制信號，實現(xiàn)自動控制。溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加濕模塊、除濕模塊、加溫模塊和制冷模塊。

2 硬件設計
單片機是整個系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。硬件實現(xiàn)上采用模塊化設計，每一模塊只實現(xiàn)一個特定功能，最后再將各個模塊搭接在一起。這種設計方法可以降低系統(tǒng)設計的復雜性。系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示。本系統(tǒng)主要硬件設計包括電源電路、蜂鳴器電路、晶振電路、復位電路、LCD顯示電路以及溫濕度傳感器電路。
控制電路的核心器件是由美國Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，屬于MCS-51系列。AT89S52是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，采用的工藝是Atmel公司的高密度非易失存儲器技術；片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器；在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案；價格低廉、性能可靠、抗干擾能力強。因此廣泛應用于工業(yè)控制和嵌入式系統(tǒng)中。

系統(tǒng)的蜂鳴器電路、振落電路、復位電路如圖3、圖4、圖5所示。蜂鳴器額定電流IB≤30mA，而對于AT89S52單片機，P1口的灌電流為1．6mA，拉電流為60μA，由此可見，僅靠單片機的P1口電流是不能驅(qū)動蜂鳴器的，必須使用集晶體管放大電路，為了使單片機消耗的功率更小，所以使用PNP型晶體管9012。AT89S52采用的晶振電路采用11．0592MHz的無源晶振，微調(diào)電容大小取30pF。顯示模塊選用1602字符型液晶模塊，是目前工控系統(tǒng)中使用最為廣泛的液晶屏之一，電路圖如圖6所示。1602字符型液晶模塊是點陣型液晶，驅(qū)動方便，經(jīng)編碼后顯示內(nèi)容多樣化。系統(tǒng)的輸入模塊采用中斷掃描的4×4矩陣鍵盤，相比定時掃描方式，提高了MCU的使用效率。

本系統(tǒng)共設計了6個小模塊，其中除了電源電路之外都和單片機有直接聯(lián)系，具體的管腳定義如表1所示。

3 軟件設計
    系統(tǒng)單片機代碼采用C語言編寫，以Keil uVision2為開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能：
    1)通過LCD顯示溫濕度值；
    2)比較監(jiān)測到的溫濕度值和報警設置值，發(fā)現(xiàn)超限則蜂鳴器報警提示；
    3)根據(jù)相應的溫濕度值控制溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行。
    根據(jù)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)功能，系統(tǒng)軟件流程圖如圖8所示。

溫濕度傳感器SHTll完成一次測量的工作順序一般為：設置傳感器分辨率→發(fā)送“啟動傳輸”命令→發(fā)送測量命令→讀輸出的測量值→將輸出測量值轉(zhuǎn)換為物理量。SHTlO數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖9所示：

為了提高系統(tǒng)相對溫度的測量精度，采用補償濕度傳感器的非線性以獲取準確數(shù)據(jù)，使用公式(1)修正輸出數(shù)值：
式中：SORH表示傳感器的相對濕度輸出數(shù)值(大約范圍在90～3400)，c1、c2、c3為濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)，具體數(shù)值見表2。濕度傳感器對電壓基本上沒有依賴性。

對于溫度的測量，由采用正比于絕對溫度的能隙材料PTAT研發(fā)的溫度傳感器，具有極好的線性，用公式(2)將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為溫度值：

實現(xiàn)溫濕度補償函數(shù)部分程序：

4 結束語
本文設計的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)與我們研制的硝基軟片厚度檢測系統(tǒng)相連，經(jīng)過客戶測試使用，在正常溫度范圍內(nèi)，系統(tǒng)讀取的數(shù)值與水銀溫度計的讀數(shù)一致，滿足溫度測試誤差±0．1℃、相對濕度測試誤差±3％的要求。在生產(chǎn)溫濕度超過一定值時，系統(tǒng)讀數(shù)顯示正確，報警指示燈點亮，實現(xiàn)溫濕度監(jiān)控與自動控制升降。實踐證明，該系統(tǒng)電路簡單、工作穩(wěn)定、集成度高，調(diào)試方便，測試精度高，保證硝基軟片生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量與合格率，具有一定的實用價值。

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