1、 煙草倉庫溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設計學生：陳輝 學院：物理與信息工程學院 專業(yè)：通信工程指導老師：李建民 學院：物理與信息工程學院 摘要煙草在批發(fā)到各個商店超市前一般都是儲存在廠商的囤積倉庫內(nèi)，煙草雖然是包裝好后放入倉庫的，但是其質(zhì)量也會不斷發(fā)生變化的。由于溫度和濕度的影響，煙草會逐漸受潮，從而會使煙草發(fā)霉，如果這些變質(zhì)的煙草發(fā)貨出去，不僅商家的利益與名聲會受損，更嚴重的是如果消費者真的使用了這些煙草，其健康會受到嚴重危害。為了不讓商家的利益和名聲受損，更為了不讓消費者的健康不受到影響。為此，本課題研究了一種能夠精確監(jiān)控煙草倉庫溫濕度的系統(tǒng)，從而能隨時隨刻監(jiān)控煙草的溫濕度，這樣才能確保煙草的質(zhì)量。

2、 本文就詳細介紹了煙草溫濕度監(jiān)控的報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)可完成溫濕度監(jiān)控的顯示并且可以給出相應的報警。本設計由信號產(chǎn)生總體、信號處理總體和顯示報警總體三個部分組成。由溫度傳感器、濕度傳感器和多路開關組成信號產(chǎn)生總體部分；MC14433 A/D 型轉(zhuǎn)換器和單片機8051實現(xiàn)了信號的處理總體。顯示部分由矩陣鍵盤掃描和LED顯示動態(tài)工作方式事組成。在報警部分，則采用峰鳴音報警電路。 關鍵詞：濕度監(jiān)控系統(tǒng)；顯示；報警 Abstract Before sending to every supermarket or shop,the tobacco always stored in the warehouse.

3、Although the tobacco is packaged in the warehouse ,its quality will soon change,because the temperature and humidity damp the tobacco,and then the tobacco will be mouldy.If the mouldy tobacco is sent out,not only the shops interest and reputation will loss,but also the consumers health will be damag

4、ed too.In order to reduce the loss and damage,our subject has researched a new system about how to monitor the temperature and humidity accurately.Only observing them calfully ,we can just ensure the tobaccos quality will be great. This paper introduce the system about monitoring the temperature and

5、 humidity and alarming.This system include three parts,the first one is signal acquisition ,the second one is the analysis of the signal ,the last part is the processing of the signal. Signal acquisition in part by the temperature sensor, humidity sensors and multi-channel switch；Signal analysis and

6、 processing using the MC14433 A / D converter and single-chip 8051. Display used is a static display, the static display brightness, and very easy to show that it do not flicker. Part in the police, the design uses sound alarm circuits Ming-feng. Key Words:Temperature and humidity control system; sh

7、ow;alarm 目錄第1章 緒論.11.1選題背景. 11.2部分檢測參數(shù).2第2章 系統(tǒng)總體方案設計 .32.1溫度傳感器的選擇.32.2濕度傳感器的選擇.42.3輸入通道的選擇.42.4 單片機的選擇.5第3章 系統(tǒng)硬件設計. 63.1傳感器的作用. .63.1.1溫度傳感器. 63.1.2濕度傳感器.93.2 信號的轉(zhuǎn)換與處理.123.2.1多路開關.123.2.2 A/D轉(zhuǎn)換.143.2.3單片機8051. 16 3.3 顯示與報警. 17 3.3.1顯示系統(tǒng).17 3.3.2報警系統(tǒng).18第4章 系統(tǒng)軟件設計.20第5章 系統(tǒng)的測試.26 5.1軟件測試.26 5.2硬件系統(tǒng)測試.

8、26 5.3系統(tǒng)總體調(diào)測.26總結(jié)致謝參考文獻29 第1章 緒論 1 . 1 選題背景 煙草這種特殊產(chǎn)品極易受到環(huán)境的影響。所以煙草的存儲環(huán)境是非常重要的，一個好的煙草倉庫要保證溫濕度在一定的區(qū)間內(nèi)。這樣才能保證煙草的存儲質(zhì)量。如溫濕度異常，可能導致煙草發(fā)霉、變質(zhì)。在煙草倉庫內(nèi)，必須對溫濕度進行嚴格的監(jiān)測，定時將監(jiān)測點的溫濕度數(shù)據(jù)上傳、打印溫濕度曲線進行分析，消除一切的隱患。煙葉必須含有一定的水分，才不會在堆儲過程中發(fā)生破碎，才能避免碎煙損失。如果煙葉的含水率是在安全儲存含水量的范圍之內(nèi)，則可以抑制霉菌的生長。但是，如果含水量較高，超過了安全儲存的水分標準（15%），霉菌就能在煙葉上生長發(fā)育，

9、但霉菌易于繁殖的水分與溫度有一定的關系，溫度愈低，霉菌繁殖需要的水分愈高。此外，煙葉的含水率還與環(huán)境溫濕度有密切的關系。在空氣溫度恒定情況下，空氣相對濕度越大煙葉的平衡含水率越大，反之，則越小；在空氣相對濕度恒定情況下，空氣溫度越低煙葉平衡含水率越大，反之，則越小。若要控制煙葉的含水率，不僅要控制好煙葉的原始含水率，更重要的是控制環(huán)境溫濕度。 相對濕度：霉菌繁殖一般需要較高的空氣相對濕度。在相同溫度下，相對濕度愈高，煙葉的霉變速度愈快，當相對濕度在70%以下時，危害煙葉的霉菌則不易生長繁殖。把煙和片煙相比，把煙更容易霉變。把煙在相同溫度不同濕度下的霉變情況，片煙（云南2003X3F）在相同溫度

10、不同濕度下的霉變情況。溫度不同，適宜霉菌繁殖的相對濕度也不同。在氣溫較低時，霉菌在較高的相對濕度下才可以繁殖，在氣溫較高時，部分霉菌在一般的相對濕度下（如65%）也可以繁殖。在還沒有監(jiān)控系統(tǒng)前，比較傳統(tǒng)的方法是直接用固定器件去檢測濕度和溫度，比如濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙，通過人工檢測去監(jiān)控溫濕度，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。所以，煙草倉庫的溫濕度要嚴格控制，這樣就需要一個準確廉價的監(jiān)控報警系統(tǒng)來監(jiān)控倉庫的溫濕度并給予相應的報警提示。本設計就是基于這些要求而作的。 1 . 2部分

11、檢測參數(shù) a溫度檢測范圍：-10-+80 b濕度檢測范圍：10%-100%RH c溫度測量精度：±0.1 d濕度測量精度：1%RH e溫濕度顯示方式：溫度：四位顯示 濕度：四位顯示 d報警方式：三極管驅(qū)動的蜂鳴音報警 這些參數(shù)對于系統(tǒng)設計是必須的，它們是用來與設計的監(jiān)控數(shù)據(jù)作對比從而決定是否超過或者低于標準，當監(jiān)控的數(shù)據(jù)不在這個范圍內(nèi)時就會經(jīng)過一系列處理最后達到報警的實現(xiàn)。還有一些詳細的數(shù)據(jù)下面的內(nèi)容會詳細介紹。第2章 系統(tǒng)總體方案設計 溫濕度傳感器雖然都是檢測倉庫的系統(tǒng)，但是貯存的物品不同決定了傳感器及相應的電路的不同。如果方案的設計不對或者選擇的硬件不對，就不能實現(xiàn)精確的監(jiān)控報警

12、從而任然會造成損失。本設計是針對煙草倉庫的監(jiān)控，所以這個系統(tǒng)對于相應硬件有自己的選擇。從而保證系統(tǒng)的精確完整性。它包括溫度傳感器的選擇，濕度傳感器的選擇，輸入通道的選擇以及單片機的選擇。 單片機LED溫濕度顯示 蜂鳴器報警 矩陣鍵盤 圖2.1 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)功能原理圖 由系統(tǒng)總體框圖可以看出，本設計涉及到得硬件包括溫度傳感器，濕度傳感器，輸入通道相關器件以及單片和顯示報警器件。下面就幾個關鍵器件進行對應的比對與選擇。 2 . 1 溫度傳感器的選擇 在選擇溫度傳感器之前，我們首先要了解煙草的保存過程中，那些因素會導致煙草的質(zhì)量發(fā)生變化。其實導致煙草在長期放置過程中產(chǎn)生質(zhì)量變化的主要因素就是霉變，

13、煙葉霉變是由于霉菌在煙葉上滋生繁殖，致使煙葉的一些內(nèi)含物質(zhì)被分解和消耗，正常的組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，外觀色澤發(fā)暗，原有香氣消失，發(fā)出難聞的霉腐臭氣，吃味苦澀，刺激性增大，彈性和韌性喪失，失去使用價值。而其中溫度對霉菌的生理作用影響很大。根據(jù)霉菌對溫度的適應性，可分為高溫性、中溫性、低溫性三大類。在50以上和10以下能夠良好生長發(fā)育的霉菌數(shù)量很少，絕大部分霉菌屬于中溫性的，生長繁殖最適溫度為20-37。因此，煙葉在高溫的夏季最容易發(fā)生霉變。所以，應選包含了10到50這個范圍的溫度傳感器。 如果選擇熱電阻溫度傳感器，根據(jù)其材料不同測量范圍在-200到+650不等，范圍過大且作為金屬材質(zhì)在腐蝕性介質(zhì)中使

14、用穩(wěn)定性差。 并且煙草不比其他貨物，它的溫濕度必須精確控制，而AN6701它的靈敏度是其他同類型IC溫度傳感器的10多倍。 所以，這里本系統(tǒng)采用AN6701，他的測量范圍在-10到 +80靈敏度如果Rc=1- 100k為105-13mV/，非線性度為士0·5%;熱時間常數(shù)在靜止空氣中為24S，在有風空氣中為11S。25時傳感器的輸出電壓可由外接電阻將其設定為5·0V，AN6701由溫敏元件、溫度補償和放大器等組成，輸出阻抗低。它采用微型封裝形式，改善了熱響應特性。相對于熱電阻溫度傳感器，AN6701更適合本系統(tǒng)設計。2 . 2濕度傳感器的選擇 本次系統(tǒng)設計選擇的濕度傳感器是

15、HS1100/HS1101濕度傳感器。 HS1100/HS1101濕度傳感器，也可以說是電容傳感器，它是一種常見的濕度傳感器，市面上基本都有賣的。HS1101在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，專利設計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。 相對濕度在1%-100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應時間小于5S；溫度系數(shù)為0.0

16、4 pF/。可見精度是較高的。 之所以選擇HS1100/HS1101濕度傳感器，一是它比較容易得到，而是因為它的線性特性不受所需求的溫度范圍的影響，這樣便可以有效的利用其線性特性了。 2.3輸入通道的選擇 在本設計系統(tǒng)中，溫度輸入信號為8路的模擬信號，這里就需要多輸入通道結(jié)構(gòu)。方案一.運用多路并行模擬量輸入通道。這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道優(yōu)點為：（1） 可以根據(jù)各輸入量測量的餓要求選擇不同性能檔次的器件。總體成本可以作得較低。（2） 硬件復雜，故障率高。（3） 軟件簡單，各通道可以獨立編程。方案二.運用多路分時的模擬量輸入通道。 這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道優(yōu)點為：（1） 對ADC、S/H要求高。（2） 處

17、理速度慢。（3） 硬件簡單，成本低。（4） 軟件比較復雜。將方案一與方案二進行比較，很明顯二方案更為適合于本設計系統(tǒng)對于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡單的突出優(yōu)點，所以選擇方案二作為信號的輸入通道。 1.多路并行模擬量輸入通道圖信號調(diào)整電路采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器 接口 CPU 接口A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器信號調(diào)整電路 接口信號調(diào)整電路 ： ： ： ：A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器 圖2.2 多路并行模擬量輸入通道圖 2.多路分時模擬量輸入通道圖CPU多路切換器信號調(diào)整電路 接口A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器信號調(diào)整電路 :信號調(diào)整電路 : 圖2.3多路分時模擬量輸入通道圖 2.4 單片機的選擇

18、 由于本設計系統(tǒng)對信號的處理要求并不是特別高，并且最好做到材料費盡量不要太高，經(jīng)過深思熟慮，我決定還是選擇比較早期的單片機8051,8051是我們看見最多的，并且也就MCS-51系列學習的也最多，同時也是比較簡單易懂的單片機。有關8051的具體信息下文會逐一介紹。 第3章 系統(tǒng)硬件設計單片機8051串行口LED顯示A/D轉(zhuǎn)換器多路開關CD4051溫度檢測AN6701 多路開關CD4051報警電路濕度檢測HS1101 圖3.1 系統(tǒng)總體框圖 如上3.1圖本設計是基于單片機位系統(tǒng)核心的一個檢測系統(tǒng)，其中包括了溫度檢測，濕度檢測，多路開關，A/D轉(zhuǎn)換，LED顯示，報警電路等部分，這些部分大致上分為了

19、三個總體：第一個是由傳感器AN6701，傳感器HS1101組成的信號產(chǎn)生總體;第二個事由多路開關，A/D轉(zhuǎn)換器和單片機組成的信號處理總體；第三個是有串行口LED顯示器和報警系統(tǒng)組成的顯示報警總體。些總體組合在一起就成為了一個系統(tǒng)，也就是煙草倉庫監(jiān)控報警系統(tǒng)，下面就這些總體進行詳細的介紹。 3. 1傳感器的作用 傳感器是借檢測元件（敏感元件）將被測對象的一種信息按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成另一種信息的器件或裝置。通常所指的信息采集或獲取主要依靠各類傳感器。傳感器所獲取的信息通常有物理量，化學量和生物量等，而經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的信息多數(shù)為電學量，如電阻，電容，電感，電壓，電流及頻率與相位的變化等。轉(zhuǎn)換后的電信號

20、送給測量電路，目的是把電信號轉(zhuǎn)變成便于顯示，記錄，控制和處理的有用的電信號。下面是對本設計所用傳感器的具體介紹。 3. 1.1溫度傳感器本設計選的溫度傳感器為AN6701，是一種比較常見實用的集成溫度傳感器。其內(nèi)部電路圖如下： 圖3.2 AN6701內(nèi)部電路框圖1）AN7601的主要特性集成溫度傳感器AN6701是一種高靈敏度、線性度好、精度高、反應速度比較快的集成溫度傳感器。靈敏度與一般集成溫度傳感器相比約高l0倍，電壓輸出型。AN6701由溫度敏感部分、偏置調(diào)整部分和有運放組成的輸出緩沖部分組成。在一l0 +80范圍內(nèi)非線性誤差為05， Vcc可在+5 V+l5 V范圍內(nèi)選取，若 Vcc=

21、+5 V，只可測量一l0 +20范圍內(nèi)溫度，只有 Vccl2 V時才可測量整個一l0 +80范圍內(nèi)溫度，本設計選擇供電電壓為l5 V。可以通過Rc對偏置溫度進行調(diào)整，可近似認為Vout 與lgRc 呈線性關系。Rc對靈敏度有影響，Rc越大，靈敏度也越高。本設計選Rc=100K，靈敏度約為109mV .AN6701應用實例中，圖3.3是溫度轉(zhuǎn)換電路;圖3.4是溫度控制電路.AN6701除了外接溫度特性校正電阻Rc以外，不必外接其他元件，就能進行高靈敏度的溫度測量。它體積小，容易獲得0·l的分辨率，因此，主要用于溫度控制電路，也可以用做體溫計等。溫度轉(zhuǎn)換電路： 圖3.3 溫度轉(zhuǎn)換電路圖溫

22、度控制電路： 圖3.4 溫度控制電路圖 2）傳感器AN6701工作原理AN6701的原理圖如下： 圖3.5 溫度傳感器AN6701原理圖作為電壓型IC溫度傳感器，將AN6701溫度傳感器基準電壓、緩沖放大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大器；故輸出電壓高、線性輸出為10mV；另外,由于其具有輸出阻抗低的特性；抗干擾能力強。它由溫度檢測電路，溫度補償電路以及緩沖放大器三部分組成。集成電路溫度傳感器檢測電路是利用晶體管對兩個發(fā)射極的電流密度差產(chǎn)生基極-發(fā)射極的電壓差（VbC）的原理而工作。下圖3.6所示為溫度檢測及溫度補償電路圖。圖3.5中，T1-T5為檢測電路，T8-T11及RC組

23、成的電路產(chǎn)生正比其絕對溫度的電流， 圖3.6 溫度補償電路圖該電流通過T12和T13注入T7，即可獲得對應于注入電流的補償溫度。RC為外接電阻，是傳感器的校準比較方便。 3.1.2濕度傳感器HS1101 下圖為HS1100/HS1101濕度傳感器的產(chǎn)品大概圖樣 圖3.7 濕度傳感器對空氣濕度測量的方式很多，相關原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。下面 介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應用。 1)濕

24、度傳感器特性不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，專利設計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。圖3.8為濕敏電容工作的溫濕度范圍。圖3.9為濕度-電容響應曲線。 圖3.8 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖3.9 溫濕度-電容相應曲線。相對濕度在1%-100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應時間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/。可見精度是較高的。 2)濕度傳感器工作電路HS1100/HS1101

25、電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集頻率輸出的555測量振蕩電路如下圖3.10所示。集成定時器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個典型

26、的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3 是防止輸出短路的保護電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。 圖3.10 頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vs通過R4、R2 向C充電，經(jīng)t充電時間后，Uc達到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t放電時間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs此時輸出，此時輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時間為 t充電=C（R4+R2）Ln2 t放電=CR2 Ln2 。因而，輸出的方波頻率為f=1/(t放電+t充電)=1/ C（

27、R4+R2）Ln2可見，空氣濕度通過555測量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號，表3.1給出了其中的一組典型測試值。表3.1 空氣濕度與電壓頻率的典型值 3.2 信號的轉(zhuǎn)換與處理 3.2.1多路開關CD4051 由于從溫度傳感器和濕度傳感器來的兩種不同信號，在信號的采集方面就必須要選擇多路開關，這里之所以選擇CD4051是因為大家比較熟悉它。 這里對CD4051的功能和作用進行詳細說明：表3.2 CD4051功能引腳引腳號符號功能1 2 4 5 12 13 14 15IN/OUT輸入/輸出端9 10 11 A B C地址端3OUT/IN公共輸出/輸入端6INH禁止端7VEE模擬信號接地端8VS

28、S數(shù)字信號接地端16VDD電源 多路檢測信號的實現(xiàn) 1）溫度信號的實現(xiàn)：本設計為八路的溫度信號采集，而MC14433僅為一路輸入，故采用CD4051組成多路分時的模擬量信號采集電路，其硬件接口如下圖3.11所示圖3.11八路分時的模擬量信號采集電路硬件接口 2）濕度信號的實現(xiàn)： 本設計為八路的濕度信號采集，故采用CD4051組成多路分時的模擬量信號采集電路，其硬件接口如下圖所示圖3.12 八路分時的模擬量信號采集電路硬件接口 CD4051工作方式：CD4051 系列模擬開關是用數(shù)字信號控制的多路調(diào)制/選擇模擬開關，具有低導通電阻和很低的關態(tài)漏電流。通過模擬開關的模擬量幅度可高達15V，與CD系

29、列數(shù)字電路的3V15V 工作范圍正好相對應。例如，選VDD5V，VSS0V，VEE-5V，那么幅度-5V+5V 的模擬信號就可用0V5V 的數(shù)字信號來控制傳輸。CD4051 系列模擬開關的靜態(tài)功耗極小。表3.3 CD4051工作方式INHCBA接通通道0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1無無無均不接通 CD4051相當于一個單刀八擲開關，開關接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定。其真值表見上表3.3。“INH”是禁止端，當“INH”=1時，各通道均不接通。此外，CD4051還設有另外一個電源端VEE，以作為電

30、平位移時使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關，并使這種多路開關可傳輸峰峰值達15V的交流信號。例如，若模擬開關的供電電源VDD=5V，VSS=0V，當VEE=5V時，只要對此模擬開關施加05V的數(shù)字控制信號，就可控制幅度范圍為5V5V的模擬信號。這樣就由CD4501得到了從外界環(huán)境轉(zhuǎn)化過來的可處理模擬信號。 3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換因為CPU只能處理數(shù)字信號，而由多路開關來的信號是模擬信號，這樣就需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這樣我們就需要一個A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的轉(zhuǎn)換器是雙積分式和逐次逼近式。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器主要優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高

31、，抗干擾性能好，價格便宜；缺點是轉(zhuǎn)換速度比較慢。本設計系統(tǒng)因為對溫度要求非常嚴格，所以應該選用精度高的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，常用的有ICL7106系列，MC1443以及ICL7135等。這里就選用MC1443。 圖3.13 轉(zhuǎn)換器MC1443MC14433是單片CMOSA/D轉(zhuǎn)換器,它采用雙積分原理實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。因為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量有三位十進制數(shù)，而最高位只能輸出或，故稱為又1/2位A/D轉(zhuǎn)換器該電路需要外接積分電阻和電容，外接失調(diào)補償電容C。該電路具有自動調(diào)零、自動極性轉(zhuǎn)換功能，它精度高、功耗低、使用方便并能與微機或其他數(shù)字電路兼容.轉(zhuǎn)換器與單片機接口設計： 由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)

32、果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，Q0-Q3和DS1-DS4都不是總線式的。因此，MCS-51單片機只能通過并行I/O接口或擴展I/O接口與其相連。對于8051或者8031應用系統(tǒng)來說，MC14433可以直接和其P1口或擴展I/O口8155/8255相連。圖3.14 MC14433與8051單片機P1口直接相連的硬件接口 3.2.3 單片機8051 單片機復位電路包括片內(nèi)、片外兩部分。外部復位電路就是為內(nèi)部復位電路提供兩個機器周期以上的高電平設計的。8051單片機通常采用上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式如下圖。單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復位鍵重新運行。 圖3.15 復位電路 時鐘電路中晶體

33、振蕩器的振蕩頻率決定單片機的時鐘頻率。而時鐘頻率范圍一般在1.2MHz-12MHz之間。上圖中兩電容為微調(diào)電容，可以起頻率穩(wěn)定，微調(diào)作用，一般取值5-30pf之間。電容越大，振蕩頻率越快越穩(wěn)定，所以本實驗選擇NPO電容，晶振頻率為12MHz。 3.3顯示與報警 3.3.1顯示系統(tǒng)在單片機應用系統(tǒng)設計中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設計是利用8051實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口連接。 鍵盤硬件接口如圖3.16所示： 圖3.16矩陣鍵盤與單片機接口 對于矩陣鍵盤的工作過程可分兩步：第一步CPU檢測鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識別哪一個鍵按下，得建位編碼。其工作方式有查詢工作方式，定式掃描工作方

34、式，中斷處理工作方式。用鍵盤可以實現(xiàn)時間的設定和手動復位。 顯示器硬件接口電路如圖3.17所示： 圖3.17 顯示器與8051的硬件接口 這種LED顯示數(shù)碼管是動態(tài)工作方式，從P0口送段代碼，從P1口送位選信號。斷碼雖同時到達6個LED，但是一次僅一個LED被選中。利用“視覺暫留”，每送一個字符并選中相應位線，延時一會兒，再送選下一個.循環(huán)掃描即可。 這種顯示方式最大的優(yōu)點就是精確度高。 3.3.2報警系統(tǒng)在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾

35、波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。本設計采用蜂鳴音報警電路。蜂鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當P3.2輸出高電平“1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當P3.2輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖3.17是一個簡單的使用三極管驅(qū)動的蜂鳴音

36、報警電路： 圖3.17 三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路當倉庫溫濕度中的任意一項或者兩項出現(xiàn)異常，超過或者低于本設計所要求的溫濕度范圍時，報警系統(tǒng)會收到由傳感器傳來的異常數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過處理的信號就會觸發(fā)報警電路，從而產(chǎn)生蜂鳴音發(fā)出來，這樣就會引起監(jiān)測人員的注意，然后對倉庫進行溫度，濕度的處理，最后運用復位電路將系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)便可以繼續(xù)實現(xiàn)監(jiān)控，這樣就實現(xiàn)了監(jiān)控報警。第4章 軟件的設計溫度控制主程序的設計應考慮以下問題：（1）鍵盤掃描、鍵碼識別和溫度顯示；（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（3）越限報警和處理；（4）溫度標度轉(zhuǎn)換。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務程序兩部分組成。下面

37、簡單的介紹一下標度變換：目的是要把實際采樣的二進制值轉(zhuǎn)換成BCD形式的溫度值，然后存放到顯示緩沖區(qū)34H-3BH。對一般線性儀表來說，標度變換公式為： 式中：A0為一次測量儀表的下限；Am為一次測量儀表的上限；AX為實際測量值；N0為儀表下限所對應的數(shù)字量；Nm為儀表上限所對應的數(shù)字量；NX為測量所得數(shù)字量。以下說明所有相關程序的軟件流程圖：其中包含主程序圖，TO中斷流程圖，溫度采樣子程序流程圖，鍵盤掃描程序流程圖，報警子程序流程圖。這這些相關的流程圖概括了所有程序的內(nèi)容和執(zhí)行。具體的流程圖內(nèi)容如下：首先來說一下主程序，當流程開始，先設置所需的堆棧，然后清堆棧，清標志，清顯示，確保程序還原，再

38、然后T0和串行口的初始化以及CPU開中斷，最后把采集的數(shù)據(jù)顯示出來。 主程序圖： 開始 設堆棧 清標志 清暫存 清顯示 TO初始化 串行口初始化 CPU開中斷 掃描鍵盤 溫度采樣 顯示 圖4.1 主程序圖 TO中斷流程圖：TO中斷 保 護 現(xiàn) 場 設定1S時間計數(shù)是否到1S？ N 溫度數(shù)據(jù)采樣 Y 標度變換是否越限？ 報警程序 Y N 顯示 重裝時間常數(shù) 恢復現(xiàn)場 返回 圖4.2 TO中斷流程圖 T0中斷后，在保護現(xiàn)場的前提下，先設定1S的時間計數(shù)，到達1S則繼續(xù)溫度的數(shù)據(jù)采樣，然后進行標度的變換，如果未到達1S則跳過階段直接重裝時間常數(shù)再回復現(xiàn)場然后返回。在進行標度變換的時候檢查是否越限，如

39、果越限，直接觸發(fā)報警程序進行報警，然后回復現(xiàn)場并返回，如果沒有越限則顯示出數(shù)據(jù)并重裝時間常數(shù)，最后恢復現(xiàn)場并返回。 溫度采樣子程序流程圖： 圖 4.3 溫度采樣子程序流程圖 通過采樣程序采集的數(shù)據(jù)，送出通道后進行A/D轉(zhuǎn)換并進行讀取，這里每個通道都采樣一次后返回，如果有通道沒有采樣到，則把未采樣的通道初值送出，直到每個通道都采樣一次，最后返回。 鍵盤掃描程序流程圖： 開始 掃描鍵盤判斷是否有 鍵按下 N Y 延時20mS判斷是否有鍵按下 N Y 啟動系統(tǒng)工作 開始鍵？ N 結(jié)束鍵 圖 4.4 鍵盤掃描程序流程圖 鍵盤掃描程序是主程序的一個子程序，鍵盤的掃描開始后，首先判斷鍵盤是否有鍵按下，有鍵

40、按下就延時20mS，沒有鍵按下則重新掃描，延時20mS后，再判斷是否有鍵按下，有則啟動開始鍵從而啟動系統(tǒng)進行工作，若無鍵按下則重新返回掃描鍵盤，當然，若開始鍵沒有啟動則直接按下結(jié)束鍵。 報警子程序流程圖： 報警 置位報警標志 報警持續(xù)計數(shù)器初值 啟動報警 返回 圖4.5 報警子程序流程圖 報警程序是主程序的一個子程序，如果報警程序啟動，則須置位報警標志，然后報警持續(xù)計數(shù)器初值，這樣就啟動報警裝置也就是蜂鳴音報警電路，最后返回。第5章 系統(tǒng)的測試 5.1軟件測試本設計的軟件調(diào)試比較復雜，程序也比較復雜。系統(tǒng)的程序分為五個部分，分別是：主程序、TO中斷程序、溫度采樣子程序、鍵盤掃描程序、報警子程序

41、。對每個部分的程序進行調(diào)試，然后再通過單片機結(jié)合起來調(diào)試。在軟件調(diào)試過程中，主要是修改語法錯誤和邏輯結(jié)構(gòu)，然后再看調(diào)試結(jié)果。 5.2硬件電路測試 溫濕度傳感器靈敏度的測試，利用8051的串行口實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口的調(diào)試以及報警系統(tǒng)的調(diào)測。因為本設計對溫度要求和濕度要求的比較嚴格，所以溫濕度的掌控必須非常精確，所以必須把相關傳感器的靈敏度調(diào)測到要求范圍內(nèi)。顯示電路中LED顯示數(shù)碼管是動態(tài)工作方式，從P0口送段代碼，從P1口送位選信號。斷碼雖同時到達6個LED，但是一次僅一個LED被選中。利用“視覺暫留”，每送一個字符并選中相應位線，延時一會兒，再送選下一個.循環(huán)掃描即可。這種顯示方式最大的優(yōu)點就是精確度高。鍵盤掃描則采用矩陣鍵盤，矩陣鍵盤的工作過程可分兩步：第一步CPU檢測鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識別哪一個鍵按下，得建位編碼。其工作方式有查詢工作方式，定式掃描工作方式，中斷處理工作方式。用鍵盤可以實現(xiàn)時間的設定和手動復位。報警系統(tǒng)采用采用蜂鳴音報警電