家居温湿度监测系统设计(共31页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上沈阳工程学院课 程 设 计 设计题目:家居温湿度监测系统设计 系 别:自控系 班级:测控本101 学生姓名:顾亚辉 学号: 指导老师:祝尚臻 职称: 讲师 起止日期:2013年 3 月 11 日起至 2013 年 3 月22 日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目:家居温湿度监测系统设计系 别 自控系 班级 测本101 学生姓名 顾亚辉 学号 指导教师 祝尚臻 职称 讲师 课程设计进行地点: 实训F430 任 务 下 达 时 间: 2013 年 3月8日 起止日期:2013 年 3 月11日起至 2013年 3 月22日止教研室主任 年 月 日批准家居温湿度监测系
2、统设计成绩评定表指导教师评审意见评价内容具体要求权重评分加权分论 证独立查阅文献,制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真,遵守纪律,出勤情况是否良好,能够独立完成设计工作。0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务,工作量饱满, 0.25432说明书的质量说明书立论正确,论述充分,文字通顺,技术用语准确,符号统一,书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩(加权分合计乘以12)分加权分合计指导教师签名:年 月 日评阅教师评审意见评价内 容具体要求权重评分加权分查文献查阅文献有广泛性,有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满,难度适中0.55432说明
3、书的质量说明书立论正确,论述充分,文字通顺,技术用语准确,符号统一,书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩(加权分合计乘以8)分加权分合计评阅教师签名:年 月 日课程设计总评成绩分系部:自控系 班级:测控本101 学生姓名:顾亚辉 中文摘要地球上因为有了温度和水的存在,人类才能生存,但到底多高的温度和湿度才适合人类的生存呢?这就需要用仪器来测量了,正是在这种情况下测温湿仪应运而生。随着科学技术发展的日新月异,普通电路已经无法满足日常生活及工业的控制要求,这就要求测温湿的技术要适应市场的需求,要求的功能越来越强大,从单一的功能到多功能循环检测,就是能多路检测温度,利用传感器完成温度数据的采
4、集,然后经单片机数据处理,把检测的温湿度在显示屏上显示出来当前的温度,并设有一定的量程,超过量程就会发出报警。因此,家居温度监测正是顺应而生。本设计是一个基于单片机控制,为满足家居温湿度监控系统,给出了了系统的实现方法,介绍了该系统的硬件设计和软件设计。该系统采用C8051单片机为核心控制芯片,采用温度传感器AD590和湿度传感器HS1100进行测量,可实现对温湿度参数的测量,显示,报警。关键词:温湿度测量;C8051;AD590;HS1100;关键字: 单片机 A/D转换 监测温湿度 目录专心-专注-专业1 课程设计要求1.1 设计主要内容及要求1.1.1 设计目的:(1)了解温湿度检测和控
5、制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。 (2)初步掌握常用测温、测湿方法的特点和应用场合,并选择恰当方法应用于本设计。 (3)通过学习,具体掌握所选择测温、测湿方法和相关传感器的使用特点和方法。1.1.2 基本要求(1)通过c8051f020单片机编程来实现温湿度的实时显示,具有超量程报警装置。 (2)要求设计相关的硬件电路,选择合适的传感器、控制系统和显示系统。 (3)要有相应的控制算法(软件流程图)。1.1.3 发挥部分 自由发挥1.2 对设计论文撰写内容、格式及字数的要求1) 课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体,一般不应少于 3000字。2) 学生应撰写时应做
6、到文理通顺,内容正确完整,书写工整,装订整齐。3) 论文要求打印,打印时按沈阳工程学院毕业设计(论文)撰写规范的要求4) 课程设计论文装订顺序为:封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。1.3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12013.3.11讲解主要设计内容,安排学生查阅资料打分22013.3.12检查任务框图的设计情况打分32013.3.13检查整个设计理论方面的准备情况打分42013.3.14指导学生进行传感器的选择打分52013.3.15进程传感器及测量电路的硬件电路设计打分62013.3.18讲解原理图的绘制要求打分72013.3.1
7、9检查原理图完成情况,讲解及纠正错误打分82013.3.20检查流程图的绘制及报告的书写要求打分92013.3.21布置答辩打分102013.3.22答辩、写报告打分 2 课程设计思路 本次课程设计主要是利用单片机编程来控制家具温湿度监测电路,主要利用的仪器有C8051芯片,然后利用编成软件Silicon Laboratories IDE来编写程序,功能是实现家居温湿度测量,然后通过测量电路和单片机来只能控制温湿度,并带有越限报警的功能,当超过设定的温湿度就会反应,提示温度超标。程序主要测量电路、A/D转换、数据处理电路组成。该系统采用C8051单片机为核心控制芯片,采用温度传感器AD590和
8、湿度传感器HS1100进行测量,可实现对温湿度参数的测量,显示,报警。本设计要实现的功能是:实时显示当前环境的温湿度,并且允许用户设定温湿度阈值,当环境温湿度超过阈值时,系统会以蜂鸣器鸣响的方式进行报警提示。依据功能设定,本系统主要分为以下三个模块:采集部分:温度,湿度数据的采集。分析部分:单片机对采集到信号进行分析,处理。处理部分:显示器,报警器辅助部分:这部分包括,稳压电源电路,晶振电路,复位电路湿度检测显示电路报警电路单片机温度检测辅助电路关键词:温湿度测量;C8051;AD590;HS1100;3 设计方案及元件选择3.1 设计的主要内容及参数要求3.1.1 基本要求设计一个温湿度监测
9、系统,适用于家居监测。以C8051单片机为控制部分;选择合适的温度传感器和湿度传感器作为测量元件;能实时显示温度和湿度参数;设定好上下限后,当温湿度超过限度,报警。3.1.2 参数要求 本设计是应用于室内测量,对参数要求不是太苛刻。可做如下要求:温度:-30-+40 误差:0.5湿度:1%-100%RH 误差:1%RH3.2 传感器的选择3.2.1 温度传感器方案1:采用热电阻温度传感器。热电阻传感器的电阻与温度之间具有优异的线性和稳定性。这类传感器主要用于要求高精度、经久耐用和长斯稳定性的工业环境中。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻,铂的物理、化学性能极稳定,耐氧化能力强,易提纯,复制性好,
10、工业性好,电阻率较高,因此,铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵,温度系数小,受到磁场影响大,在还原介质中易被玷污变脆。方案2:采用AD590温度传感器,它的测温范围在-55+150之间,而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会损坏,使用可靠。它只需直流电源就能工作,而且,无需进行线性校正,所以使用也非常方便,接口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是,和电压输出型相比,它有很强的抗外界干扰能力,AD590的测量信号可远传百余米。综合比较方案1与方案2,方案2更为适合于本设计系统对于温度传感器的选
11、择。3.2.2 湿度传感器方案1:采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器,它的工作电压为交流1V以下,频率为50HZ1KHZ,测量湿度范围为0100%RH,工作温度范围为050,阻抗在75%RH(25)时为1M。这种传感器原是用于开关的传感器,不能在宽频带范围内检测湿度,因此,主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而,这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性,可有效地利用其线性特性。方案2:采用HM1500湿度传感器。线性电压输出式集成湿度传感器HM1500采用获得专利的湿敏电容HS1101设计制造,其湿度测量范围为599(相对湿度);相对湿度精度为
12、3;工作温度为-30+60;工作湿度范围为0100(相对湿度);供电电压为5V(最大电压DC16V);可输出DC电压为14 V;响应时间为5s,适用于工业级场合。方案3:采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。具有完全互换性,高可靠性和长期稳定性,响应时间快速,专门设计的固态聚合物结构,由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内;电容量由16pF
13、变到200pF,其误差不大于2%RH;响应时间小于5S;温度系数为0.04 pF/,可见精度是较高的。综合比较方案一,方案二和方案三,方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求,但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性,其工作电压为交流1V以下,实现叫困难,而且还不能在系统要求的温度条件下工作,方案二测量精度不符合设计系统要求。因此,我们选择方案三来作为本设计的湿度传感器。3.3 信号传输通道在本设计系统中,温度输入信号为多路的模拟信号,这就需要多通道结构。方案1、采用多路并行模拟量输入通道这种结构的模拟量通道特点为:(1) 可以根据各输入量测量的要求选择不同性能档次的器件。(2) 硬件复杂,故障
14、率高。(3) 软件简单,各通道可以独立编程。方案2、采用多路分时的模拟量输入通道这种结构的模拟量通道特点为:。(1) 处理速度慢。(2) 硬件简单,成本低。(3) 软件比较复杂。综合比较方案一与方案二,方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求,比较其框图,方案二更具备硬件简单的突出优点,所以选择方案二作为信号的输入通道。图例如下:信号调理电路采样保持器接口信号调理电路采样保持器接口信号调理电路采样保持器接口单片机 多路并行模拟量输入通道信号调理电路信号调理电路信号调理电路多路切换器信号保持器接口CPU 多路分时的模拟量输入通道4 硬件设计电路4.1 信号采集部分电路设计4.1.1 温度信
15、号采集AD590传感器的主要特性:AD590温度传感器是电流型温度传感器,通过对温度的测量可得到所需要的电流值。根据特性分挡,AD590的后缀以I,J,K,L,M表示。AD590L,AD590M一般用于精密温度测量电路,它采用金属壳3脚封装,其中1脚为电源正端V;2脚为电流输出端I0;3脚为管壳,一般不用。1、流过器件的电流()等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数,即:式中: 流过器件(AD590)的电流,单位。T热力学温度,单位K。2、 AD590的测温范围-55+150。3、 AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化,电流变化1,相当于温度变化1K。AD
16、590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会损坏。4、输出电阻为710M。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55+150范围内,非线形误差0.3。温度测量电路图3-1是AD590用于测量热力学温度的基本电路。在被测温度一定时,AD590相当于一个恒流源,把它和530V的直流电源相连,并在输出端串接一个40k的恒值电阻,那么,此电阻上流过的电流将和被测温度成正比,此时电阻两端将会有1mV/K的电压信号。因为流过传感器的电流与热力学温度成正比,当电阻和电位器的电阻之和为40k时,输出电压随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差
17、,电阻也有偏差,因此应对电路进行调整,调整的方法为:把AD590放于冰水混合物中,调整电位器,使=273.2+25=298.2(mV)。但这样调整只保证在0或25附近有较高的精度。 AD590应用电路如图3-1所示,电位器用于调整零点,用于调整运放LF355的增益。调整方法如下:在0时调整,使输出=0,然后在100时调整使=100mV。如此反复调整多次,直至0时,=0mV,100时=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如,若室温为25,那么应为25mV。冰水混合物是0环境,沸水为100环境。4.1.2 湿度信号采集HS1100传感器的主要特性HS1100/HS1101电容传感器具有完全互换
18、性,高可靠性和长期稳定性,响应时间快速的特点,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。其测量的范围相对湿度在1%-100%RH内,电容量由16pF变到200pF,其误差不大于2%RH,响应时间小于5S;温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。湿度测量电路HS1100/HS1101电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号,常有两种方法:一是将该湿敏电容置于桥式振荡电路中,所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将该湿敏电容置于55
19、5振荡电路中,将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号,可直接被计算机所采集。频率输出的555测量振荡电路如图3-3所示。集成定时器555芯片外接电阻、与湿敏电容C,构成了对湿敏电容C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对湿敏电容C的放电回路,并将引脚2、6端相连引入到片内比较器,便成为一个典型的多谐振荡器,即方波发生器。另外,是防止输出短路的保护电阻,用于平衡温度系数。频率输出的555振荡电路该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下:首先电源Vcc通过、向湿敏电容C充电,经充电时间后,Uc达到芯片内比较器的高触发电平,此时输出引脚3端由高电平突降为低电平,然后通过放电,经放电时间
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- 家居 温湿度 监测 系统 设计 31
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