基于单片机环境温湿度测量系统设计毕业论文.docx
《基于单片机环境温湿度测量系统设计毕业论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机环境温湿度测量系统设计毕业论文.docx(29页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、基于单片机环境温湿度测量系统设计毕业论文一、绪论1.1温度、湿度简介由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系,所以温湿度一体的传感器就会相应产生。 温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。 市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。温度:度量物体冷热的物理量,是国际单位制中7个基本物理量之一。在生产和科学研究中,许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行的,人们的生活也和他密切相关。 湿度:湿度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值(重
2、量或体积)等等。日常生活中最常用的表示湿度的物理量是空气的相对湿度。用%RH表示。在物理量的导出上相对湿度与温度有着密切的关系。一定体积的密闭气体,其温度越高相对湿度越低,温度越低,其相对湿度越高。其中涉与到复杂的热力工程学知识。1.2温度与湿度与人们日常生活的关系冬天温度为18至25,湿度为30%至80%;夏天温度 为23至28,湿度为30%至60%。在此围感到舒适的人占95%以上。在装有空调的室,室温为19至24,湿度为40%至50%时,人会感到最舒适。如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响,最适宜的室温度应是工作效率高。18,湿度应是40%至60%,此时,人的精神状态好,思维最敏捷。1.3
3、温湿度的行业应用食品行业:温湿度对于食品储存来说至关重要,温湿度的变化会带来食物变质,引发食品安全问题温湿度的监控有利于相关人员进行与时的控制。 档案管理:纸制品对于温湿度极为敏感,不当的保存会严重降低档案保存年限利用如LTM8901系列+LTM8662+LTM8520即可组成环境监控系统,配上排风机,除湿器,加热器,即可保持稳定的温度,避免虫害,潮湿等问题。 温室大棚:植物的生长对于温湿度要求极为严格,不当的温湿度下,植物会停止生长、甚至死亡利用LTM8901C+LTM85202,配合气体传感器,光照传感器等可组成一个数字化大棚温湿度监控系统,控制农业大棚的相关参数,从而使大棚的效率达到极致
4、。 动物养殖:各种动物在不同的温度下会表现出不同的生长状态,高质高产的目标要依靠适宜的环境来保障。 药品储存:根据国家相关要求,药品保存必须按照相应的温湿度进行控制。根据最新的GMP认证,对于一般的药品的温度存储围为0-30。 烟草行业:烟草原料在发酵过程中需要控制好温湿度,在现场环境方便的情况下可利用LTM8590等无线温湿度传感器监控温湿度,在环境复杂的现场,可利用RS-485等数字量传输的LTM8901C进行检测控制烟包的温湿度,避免发生虫害,如果操作不当,则会造成原料的大量损失。 工控行业:主要用于暖通空调、机房监控等。楼宇中的环境控制通常是温度控制,对于用控制湿度达到最正确舒适环境的
5、关注日益增多。1.4温湿度传感器使用须知湿度传感器是非密封性的,为保护测量的准确度和稳定性,应尽量避免在酸性、碱性与含有机溶剂的气氛中使用。也避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度,还应避免将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。如果被测的房间太大,就应放置多个传感器。有的湿度传感器对供电电源要求比较高,否则将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰,甚至无法工作。使用时应按照技术要求提供适宜的、符合精度要求的供电电源。传感器需要进行远距离信号传输时,要注意信号的衰减问题。当传输距离超过200m以上时,建议选用频率输出信号的湿度传感器。在实际使用中,由于尘土、油污与有害气体的影
6、响,使用时间一长,电子式湿度传器会产生老化,精度下降,电子式湿度传器年漂移量一般都在2%左右,甚至更高。一般情况下,生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年,到期需重新标定。二、系统总体方案2.1 系统总体方案原理框图数码管显示DHT11按键输入报警单片机89S52DS1302电源图2-1 系统原理框图2.2系统方案简介该系统要以为89S52单片机为控制核心,读取温湿度传感器DHT11的值和DS1302的值再对其进行处理,并显示。按键输入温湿度的围,如果温湿度传感器检测得的值超过了按键输入设定的围,就启动报警。以保持环境的温度在一定的围。其中系统电源为正5V供电。三、硬件电路设计3.1
7、电源电路设计图3-1电源电路设计图供电电路采用的是直流线性稳压器组成。一般直流稳压电源的组成如以下图:电子设备的直流稳压一般是由交流电网供电,经变压、整流、滤波、稳压等环节变成稳定的直流电,如图2-1所示就是直流稳压电源的组成框图。图3-2 直流稳压电源框图直流稳压电源由变压、整流、滤波和稳压电路4部分组成。各部分作用如下:变压:将电网供电的220V交流电压通过变压器或其它电路变换成所需要的交流电压。整流:将正弦交流电变成单方向脉动直流电,电路一般由二极管构成。滤波:将脉动的直流电变成脉动很小的平直的直流电,电路一般由电容、电感与电阻元件构成。稳压:一般由稳压管、三极管或稳压器构成电路,进一步
8、减少直流电源的脉动,并保证输出的直流电压在交流电压或负载变动时能基本保持稳定。三端集成稳压器稳压直流稳压电源电路。图中CW7812为输出+12V的三端集成稳压器,该电路具有结构简单、输出电压稳定的特点。集成稳压器是将取样电路、基准电路、比较放大电路、调整电路、启动电路和保护电路集成在一个硅片上的稳压电路。它体积小、重量轻、价格低廉,具有使用方便、功能体系完整、保护功能健全、工作安全可靠的特点,因此得到了广泛的应用。集成稳压器的种类很多,其中以三端集成稳压器应用最为普遍,三端集成稳压器又分为固定式和三端可调式两种。图3-3 三端稳压器应用电路图中C1的作用是旁路高频干扰信号,在输入线路较长时抵消
9、线路产生的电感效应,防止电路形成自激振荡;C2的作用是消除负载电流跃变时引起输出电压的较大波动。接线时,应使C1和C2尽量靠近稳压器,引脚不能接错,公共端不能悬空,以免损坏变压器。二极管的选用: 在半波整流电路中,二极管的电流与负载的电流相等,即 ID=I0 (3-1) 所以在选用二极管时,二极管的最大整流电流 IF 应大于负载电流I0。二极管在电路中承受的最高反向电压URmax为交流电压的最大值,即URmax =U2m=U2 (3-2) 所以,二极管的最高反向工作电压URM应大于URmax。所以我们选用1A/100V的整流桥。 3.2 单片机最小系统设计本系统主要采用AT89C51单片机,A
10、T89C51 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于 常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash,使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、有效的解决方案。 AT89C51具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口, 片晶振与时
11、钟电路。另外,AT89C51 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下,RAM容被保存,振荡器被冻结, 单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。图3-4 单片机最小系统最小系统构成的基本条件是1.电源89S52单片机的电压为4.0V-5.5V。我们采用电脑的USB进行供电,电脑以与手机充电器一般输出电压为5V,可以为单片机正常供电。2.晶振 晶振结合单片机部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运
12、行速度也就越快。本系统主要采用的是12M晶振,配合2个30pF的电容构成晶体振荡电路。3复位为确保微机系统中电路稳定可靠工作,复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位,复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号,此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落,即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。另外,在复位期间,端口引脚处于随机状态,复位后,系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位,则程序计数器PC将得不到一个适宜的初值,因此,CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。3.3显示电路设计显示电路主要采用4位共阳8段数码管,采用动态扫描方
13、式显示。其原理图如下所示。数码管主要有共阳、和共阴两种类型。在这里我们先用的是共阳数码管,主要是由于单片机I/0的驱动能力有限,无法直接驱动4位8段数码管,所以必须采用共阳的数码管,并接上四个三极极管8550。此处三极管主要起开关作用。控制数码管的哪一位导通。在实际的单片机系统中,往往需要多位显示。动态显示是一种最常见的多位显示方法,应用非常广泛。图3-5 显示电路用数码管显示信息时,由于每个数码管至少需要8 个I/O 口,如果需要多个数码管,则需要太多I/O 口,而单片机的I/O 口是有限的。在实际应用中,一般采用动态显示的方式解决此问题。所有数码管的段选全部连接在一起,如何能显示不同的容呢
14、?动态显示是多个数码管,交替显示,利用人的视觉暂留作用使人看到多个数码管同时显示。在编程时,需要输出段选和位选信号,位选信号选中其中一个数码管,然后输出段码,使该数码管显示所需要的容,延时一段时间后,再选中另一个数码管,再输出对应的段码,高速交替。在动态显示程序中,各个位的延时时间长短是非常重要的,如果延时时间长,则会出现闪烁现象;如果延时时间太短,则会出现显示暗且有重影。以前在学习单片机时,写程序由于没有控制好延时的时间,导致数码管显示有重影,后面经过反复的调试,发现当延时的时间取到1-3ms时,数码管重影与闪烁现象消失。所以在处理数码管的程序时,应该把各个位的延时设置成2ms。这样才能让数
15、码管显示清楚。图3-6 数码管部接法8个发光二极管的阳极共同接到正电源上,阴极接到单片机。单片机正常工作时,给接单片机的I/O口置低电平,发光二极管亮,显示管上面显示出数字。假如数码管全亮时,即8个LED全亮,这时的电流可达Imax=48ILED =32ILED (公式一)一般LED正常工作时的电流为3mA.所以最大驱动电流为Imax=48ILED =32ILED=32 3=96mA (公式二)而我们所选用的单片机无法提供96mA的驱动电流,所以此处不能用共阻数码管。必须用共阳的数码管。数码管限流电阻计算静态驱动就是给单独每4位数码管中的每一位供电。这样每个LED都有足够的电流,亮度也相应的比
16、较高。动态扫描驱动就是把本来供给一个LED灯的电流,同时分给了N个灯,所以它的亮度会有所降低。当然在同时供给两个led灯电流时不是平均的分配电流,而是电流不断地在两led间扫描,其扫描频率达到了每秒钟100次,也就是说电流在1/100秒是供个其中一个led,在下一1/100秒是供给了另一个led。其实这两个led是在不断的亮灭,只是人眼的视觉暂留效果让我们察觉不到它们在不断的亮灭,只要扫描频率达到了每秒64次以上,人眼就分辨不出来了。由上面的分析可以得到限流电阻R的值(公式三)若我们想让这个4位数码管的每位工作时的电流ILED为8mA.Uled为正常工作时的电压取1.7V。则我们可以得出限流电
17、阻的取值为(公式四) 所以我们选取100欧的限流电阻。这样4位中的每一位工作时的电流约为8mA.在保证LED能亮的同时不会被烧坏。3.4 温湿度传感器电路设计温湿度传感器DHT11简介:图3-7 DHT11引脚图DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,它应用专用数字模块采集技术和温度传感器技术。产品特性1. 湿温度传感器的一体化结构能相对的同时对相对湿度和温度进行测量 。2. 数字信号输出,从而减少用户信号的预处理负担。3. 单总线结构输出有效的节省用户控制器的I/O口资源。并且,不需要额外电器元件。4. 独特的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 环境 温湿度 测量 系统 设计 毕业论文
限制150内