此文檔收集于網絡，如有侵權，請聯系網站刪除中文摘要傳感器是一類用途十分廣泛的器件，無論在國民經濟建設中還是國防建設中，傳感器都扮演著非常重要的角色。傳感器是能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。傳感器不僅充當著計算機、機器人、自動化設備的感覺器官及機電結合的接口，而且已滲透到人類生命、生活的各個領域。從太空到海洋，從各種復雜的工程系統到人們日常生活的衣食住行，都離不開各種各樣的傳感器。當今時代是一個自動化時代，生產、養殖等好多行業的設備都與計算機密切相關。目前在中國，絕大部分的養殖場的溫濕度的檢測還停留在人工測量和記錄的水平上，沒有一個科學的高技術的測試系統。因此，一個好的養殖場的溫濕度的控制系統，將給養殖場帶來該方面的技術革新。隨著電子技術的迅速發展，單片機在儀表中的應用日益廣泛。單片機將中央處理器、程序儲存器、定時器/計數器、并行串行輸入輸出口和中斷部件等單元集成在一個芯片上，使系統的體積縮小，價格便宜，性能可靠。本次設計中，我課程設計的內容孵化室溫濕度控制，可以實現的功能有：孵化室溫控制在3642，溫度低時啟動加熱器加熱，溫度高時，啟動制冷器冷卻。報警指示，當溫度大于42或低于36時，用聲光報警；控制濕度保持在一定范圍內，濕度低則加濕，高則加濕器停止工作；同時將溫度傳感器來采集溫度的變化，經過放大電路放大后，進行A/D轉換，將輸入電壓信號轉換成數字量輸出；顯示模塊直接連接數碼管構成，顯示實際測量值。關鍵詞：溫控器，濕度傳感器，單片機，數碼管，顯示1 設計主要內容及要求1 設計主要內容及要求1.1 設計目的：（1）了解溫濕度檢測和控制技術的基本知識以及電工電子學、單片機、傳感器等相關技術。 （2）初步掌握常用測溫、測濕方法的特點和應用場合，并選擇恰當方法應用于本設計。 （3）通過學習，具體掌握所選擇測溫、測濕方法和相關傳感器的使用特點和方法。1.2 基本要求（1）孵化室對溫度有一定要求，溫度是否合適直接影響孵化效果，為此需要對溫度進行嚴格控制，主要指標如下：孵化室溫控制在3642，溫度低時啟動電熱器加熱，溫度高時，啟動風扇冷卻。報警指示，當溫度大于42或低于36時，用聲光報警。孵化室濕度要求保持在相對濕度55 60范圍內，超出該范圍要求聲光報警。 （2）要求設計相關的硬件電路，選擇合適的傳感器、控制系統和顯示系統。 （3）要有相應的控制算法（軟件流程圖）。1.3 發揮部分 自由發揮2設計思路該系統溫度的測量是通過雙輸出低功耗的溫控器LM56來實現的，它是一個高精度、低功耗的溫控器，其溫度門限是由三個外部電阻對內部的1.25V帶隙基準電壓的方法產生的。同時將引腳6、7腳的輸出通過控制光耦來控制加熱器和制冷器的啟動與關閉，將5腳的模擬溫度值通過單片機AD轉換譯碼器轉換通過數碼管顯示出來；濕度的測量是通過硅濕敏傳感器MSOI-B來實現的，硅濕敏電阻器是由硅粉摻人少量金屬氧化物燒結而成的，具有電阻值隨大氣相對溫度變化而變化的特性。檢測電路由比較器LM339、雙D觸發器CD4013中一只、繼電器等組成，再通過繼電器來控制加濕器的工作。單片機工作需要給它一個5V的直流電源，這就需要一個穩壓的過程，把220V交流電壓通過變壓器、整流橋、二極管、穩壓器、濾波電容轉換成5V直流電壓。把傳感器采集的數據經過譯碼器顯示在液晶屏上，同時控制聲光報警電路，當溫度大于42或低于36時，用聲光報警，同時制冷器或加熱器工作，是孵化室溫度控制在要求范圍內；當孵化室濕度在相對濕度55 60范圍外時，加濕器會相應的工作，從而使孵化室濕度在一定范圍內變動。3設計方框圖溫度采集溫度控制電路42364236單片機制冷器加熱器穩壓電路顯示電路濕度采集繼電器濕度控制電路加濕器啟停4各部分電路設計和過程分析4.1.穩壓源部分電路的設計電源穩壓及過零檢測電路由變壓器TF、整流橋RB、二極管D、三端穩壓器7805、整形電路和濾波電容C1、C2組成。電路如下圖4-1所示圖4-1穩壓源電路變壓器TF將220V的交流電壓轉換為5V低壓，并利用整流橋RB轉變為脈動直流電壓。然后通過二極管D經濾波電容C1和C2濾波后，生成無紋波的直流電壓。直流電壓經三端穩壓器7805穩壓后，形成5V直流電壓。二極管D在脈動直流電壓和濾波后的直流電壓之間起隔離的作用。4.2溫度采集部分 圖4-2 LM56內部電路 LM56是一個高精度、低功耗的溫控器，其溫度門限(VT2和VT1)是由三個外部電阻對內部的1.25V帶隙基準電壓的方法產生的。LM有兩個數字輸出OUT1和OUT2，當溫度超過T1時，OUT1變低；而當溫度低于T1-THYST時，OUT1又變高；同樣的，當溫度超過T2，OUT2變低；而當溫度低于T2-THYST，OUT2又變高。THYST內部設置為5度。內置溫度傳感器輸出電壓表達式為VTEMP=(6.20mV/。C*T)+395Mv。4.3溫度控制部分的設計 圖4-3 溫度控制電路 圖4-4 LM56輸出電平電路本設計要求溫度可以設定，并要求溫度被控制在設定的值附近，由上兩圖可知，當測量的溫度低于設定的溫度值T1時，溫度傳感器的阻值發生改變，OUT2輸出為高電平，光電耦合器1導通，加熱器開始工作，OUT1輸出為低電平，光電耦合器2截止，制冷器停止工作，使溫度上升；當測量的溫度高于設定的溫度值T2時，溫度傳感器的阻值發生改變，OUT2輸出為低電平，光電耦合器1截止，加熱器停止工作，OUT1輸出為高電平，光電耦合器2導通，制冷器開始工作，使溫度降低；通過上述方法溫度將被控制在設定值附近。同時因為需控制溫度在36-42，所以根據Vt1=1.25V*(R1)/(R1+R2+R3) Vt2=1.25*(R1+R2)/(R1+R2+R3),假設設定R1+R2+R3=10，則由Vt1或Vt2=6.2Mv/ *T+395Mv，所以得R1=Vt1/（1.25V）*27k=13.353kR2=Vt2/（1.25V）*27k-R1=0.804k R3=27k-R1-R2=22.843k4.4聲光報警系統報警模塊的電路圖如圖4-4所示。電路由電阻、NPN三極管和蜂鳴器構成。當溫度超過報警溫度時，由單片機的腳發出一個4 kHz的方波來驅動蜂鳴器發出報警聲。聲光報警部分流程圖如下圖4-5。圖4-5 聲光報警電路4.5顯示電路根據技術要求需將濕度測量結果顯示出來，考慮到顯示電路如不用譯碼器則電路會較復雜，為簡化電路便于安裝、調試，我采用了譯碼驅動電路。如圖4-4所示。圖4-6數碼管顯示電路4.6光電隔離電路圖4-7光電隔離電路在設計光耦反饋式開關電源時必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數，選取原則如下：（1）光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%200%。這是因為當CTR50%時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF5.0mA)，才能正常控制單片開關電源IC的占空比，這會增大光耦的功耗。若CTR200%，在啟動電路或者當負載發生突變時，有可能將單片開關電源誤觸發，影響正常輸出。（2）推薦采用線性光耦合器，其特點是CTR值能夠在一定范圍內做線性調整。4.7濕度采集 硅濕敏電阻器是由硅粉摻人少量金屬氧化物燒結而成的，具有電阻值隨大氣相對濕度變化而變化的特性。濕度發生變化時，濕敏電阻器MSOI-B的電阻發生變化，從而為后面的控制電路提供電壓變化。4.8濕度控制電路 MOSI-B硅濕敏傳感器檢測的交流信號，經VD5-VD8全橋整流，C5濾波，得到的直流電壓，經濕度調節器RP1取樣，與比較器LM339相連。當濕度低時，上面的比較器輸出變為高電平，該信號直接加到D觸發器，使觸發器也輸出高電平，從而使VT1管導通，繼電器KA線圈得以吸合，其常開觸電閉合，使加濕設備停止工作。 隨著濕度的降下，MSOI-B傳感器電阻隨之增大，整流濾波以后電壓隨之下降，從而使比較器輸出使D觸發器復位，VT1管截止，繼電器KA線圈斷電釋放，常開觸電閉合，加濕設備重新開始工作，從而實現了濕度自動控制的目的。5 系統軟件分析5.1 軟件流程圖開始關看門狗各功能模塊初始化設置工作參數采集電壓值計數器所計值與設置值比較聲光報警電路結束由P口輸入至譯碼器AD轉換不在范圍內在 圖5-1單片機系統軟件流程圖6 元器件清單名稱型號數量備注濕敏傳感器MSOI-B1碳膜電阻若干電橋IN40042電感2比較器LM3392D觸發器CD40131電容若干溫控器LM561二極管2三端器IM78051LED數碼管4七段數碼管繼電器1光電耦合器2三極管4NPN/PNP發光二極管1蜂鳴器1單片機C80511電源若干譯碼器74LS471加濕器1加熱器1制冷器17主要元器件介紹7.1 溫控器LM56簡介7.2 硅濕敏傳感器簡介硅濕敏電阻器是由硅粉摻人少量金屬氧化物燒結而成的，具有電阻值隨大氣相對溫度變化而變化的特性。 硅濕敏電阻器具有以下特點: 體積小，重量輕，壽命長，成本低，且具有優良的機械強度。 抗水性好。可在相對濕度很大或很小(10O%RH-O%RH)的環境中重復使用，在，l0O%RH的水蒸氣里可照常工作，甚至短時司內浸大水中也不致完全失效。 響應時間短。比如在2O時，把濕敏電阻從30%RH環境移入90%RH環境中，當電阻值改變全程的63%，響應時間不大于55。 抗污染能力強。抗污染能力的好壞直接影響濕敏元件工作可靠性及使用壽命。硅濕敏電阻器的抗污染能力極強，在微量的堿、酸、鹽及灰塵空氣中可證常工作，不會失效。阻值變化范圍大。在溫度為2OC的條件下相對濕度在30%RH-90%RH范圍變化時，元件的阻值在數量級范圍內變化，常用阻值位于一個容易測量的范圍內 (70%RH時為4Ok)。7.3比較器LM339簡介LM339的特點和一些參數1）電壓失調小，一般是2mV；2）共模范圍非常大，為0v到電源電壓減1.5v；3）他對比較信號源的內阻限制很寬；4）LM339 vcc電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為1V-18V；5）輸出端電位可靈活方便地選用。6）差動輸入電壓范圍很大，甚至能等于vcc； LM339集成塊采用C-14型封裝，外型及管腳排列如圖。由于LM339使用靈活，應用廣泛，所以世界上各大IC生產廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR2339、ANI339、SF339等，它們的參數基本一致，可互換使用。LM339類似于增益不可調的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態可靠地轉換到另一種狀態，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。7.4譯碼器74LS47簡介74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，該電路的輸出為低電平時有效，即輸出為0時，對應字段點亮；輸出為1時對應字段熄滅。該譯碼器能夠驅動七段顯示器顯示015共16個數字的字形。輸入A3、A2，A1和A0接受4位二進制碼，輸出Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf和Qg分別驅動七段顯示器的a、b、c、d、e、f和g段。7 個與非門和一個驅動器成對連接，以產生可用的BCD 數據及其補碼至7 個與或非譯碼門。剩下的與非門和3 個輸入緩沖器作為試燈輸入（LT）端、滅燈輸入/動態滅燈輸出(BI/RBO)端及動態滅燈輸入(RBI )端。它在這里與數碼管配合使用，它與數碼管之間的關系如下： (1)LT()：試燈輸入，是為了檢查數碼管各段是否能正常發光而設置的。當LT()=0時，無論輸入A3 ，A2 ，A1 ，A0為何種狀態，譯碼器輸出均為低電平，若驅動的數碼管正常，是顯示8。 (2)BI()：滅燈輸入，是為控制多位數碼顯示的滅燈所設置的。BI()=0時。不論LT()和輸入A3 ，A2 ，A1，A0為何種狀態，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極7段數碼管熄滅。(3)RBI(-)：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設定的。當對每一位A3= A2 =A1 =A0=0時，本應顯示0，但是在RBI(-)=0作用下，使譯碼器輸出全1。其結果和加入滅燈信號的結果一樣，將0熄滅。(4)RBO()：滅零輸出，它和滅燈輸入BI()共用一端，兩者配合使用，可以實現多位數碼顯示的滅零控制。圖7-1 74LS47引腳圖7.5 單片機C8051簡介C8051F020單片機是Cygnal公司生產的，它是完全集成的混合信號系統級芯片(SOC)。采用全速、非侵入式在系統調試接口，提供C編譯調試環境，可以大大提高產品開發速度和效率。我們使用的C8051單片機是目前各大高校及市場上應用最廣泛的單片機型.其內部包含: 一個8位的CPU;4K的程序存儲空間ROM;128字節的RAM數據存儲器;兩個16位的定時/計數器;可尋址64KB外部數據存儲器和64KB外部程序存儲器空間的控制電路;32條可編程的I/O線;具有兩個優先級嵌套的中斷結構的5個中斷源。其引腳圖如下圖7-3。圖7-2 C8051引腳圖7.6 LED顯示器簡介LED數碼管分共陽極與共陰極兩種，其工作特點是，當筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時，相應筆段可以發光。共陰極LED數碼管則與之相反，它是將發光二極管的陰極(負極)短接后作為公共陰極。當驅動信號為高電平、端接低電平時，才能發光。LED數碼管等效于多只具有發光性能的PN結。當PN結導通時，依靠少數載流子的注人及隨后的復合而輻射發光，其伏安特性與普通二極管相似。在正向導通之前，正向電流近似于零，筆段不發光。當電壓超過開啟電壓時，電流就急劇上升，筆段發光。因此，LED數碼管屬于電流控制型器件，其發光亮度L與正向電流IF有關，用公式表示：L=KIF即亮度與正向電流成正比。LED的正向電壓U，則與正向電流以及管芯材料有關。使用LED數碼管時，工作電流一般選10mA左右段，既保證亮度適中，又不會損壞器件。圖7-3 LED顯示器引腳圖小 結兩周的傳感器課設結束了，雖然也許自己掌握的知識并不是很精，但是我仍了解了很多有關專業課的知識，讓我覺得這兩周過的非常充實，當然也挺累。在這次傳感器課程設計我設計的題目是孵化室溫濕度監控電路，按照要求，在這次設計中要實現的功能有：孵化室溫度控制在3642，溫度低時啟動加熱器加熱，溫度高時，啟動制冷器冷卻。報警指示，當溫度大于42或低于36時，用聲光報警 ，所以我用溫控器LM56進行溫度控制，LM56內部的溫度傳感器檢測溫度，在內部比較器進行比較，控制6.7腳輸出，從而通過6.7腳的輸出來控制加熱器和制冷器的工作；濕度要求保持在相對濕度55 60范圍內，所以我用硅濕度傳感器進行濕度測量，濕度變化時傳感器的電阻發生變化，從而導致比較器電勢高低的變化，從而控制加濕器的工作，濕度低時則加濕器工作，高時則加濕器停止工作。 本次課程設計雖然是傳感器的課程設計，但是在設計過程中應用到了單片機、模擬電子、數字電子等等方面的知識。因此，這次課程設計是一次綜合性的設計。這次的課程設計讓我學會了如何去培養我的創新精神，從而不斷地戰勝自己，超越自己。更重要的是，我在這一設計過程中，學會了堅持不懈，不輕言放棄。傳感器課程設計雖然結束了，但通過設計所學到的東西將長久存在。相信這次設計帶給我的嚴謹學習態度和一絲不茍的科學作風將會給我未來的工作和學習打下一個更堅實的基礎。致 謝兩周的傳感器課程設計已經結束，能夠在這短短的時間里很的完成任務，得益于各位老師的指導和幫助，也有同學的互助和自己的辛苦努力。團隊的力量是必須的，領頭的更是作用更大，同組之間