湿度采集系统设计.doc
《湿度采集系统设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《湿度采集系统设计.doc(64页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、目 录第一章 自动化工程训练设计的目的意义11.1 设计目的11.2 课程在教学计划中的地位和作用1第二章 空气湿度测量与报警系统软硬件设计任务32.1 设计内容及规定32.2 课程设计的规定3第三章 总体设计方案53.1 总体设计思想5 3.2 总体设计流程图6第四章 硬件设计7 4.1 硬件设计概要7 4.1.1湿度采样电路7 4.1.2 驱动器接线84.2 所用到的芯片及其各自功能说明8 4.2.1 芯片列表84.2.2 8032的功能简介9 4.2.3 ADC0809的功能简介94.2.4 8279的功能简介114.2.5 LCD的功能简介124.2.6 湿度传感器12第五章 软件设计
2、145.1 系统模块145.2 各模块介绍14第六章 系统调试及使用说明18 6.1 系统调试18 6.2 使用说明18第七章 收获、体会19参考文献20附录21第一章 课程设计的目的、意义1.1 设计目的通过微控制器的硬件和软件的学习,使学生对单片机系统有一个全面、深刻的了解,可以纯熟掌握芯片的工作原理和使用方法,从硬件和软件两方面的基础上对所学知识进行应用,对在课程设计过程中碰到的问题进行相关解决并分析结果,使学生可以在实际应用的过程中掌握软、硬件应用的精华部分,可以进行相对独立的程序设计和硬件设计,本质上实现了微控制器技术课程的教学目的。本次设计重要可以完毕对空气湿度的测量监控和数据解决
3、以及显示报警功能的实现,可以通过键盘输入参数来设立系统得目的值和报警值,通过LCD来显示当前相对湿度值和键盘输入的目的值、报警值。当当前相对湿度值达成某种限度时,作出相应得驱动和报警。1.2 课程在教学计划中的地位和作用 计算机是当今发展最快的领域,随着计算机技术的发展,与其遥相呼应的微控制器的发展也是惊天地泣鬼神,正是这种软、硬件的更新换代,对学生学习微控制器技术这门课程和掌握相关的硬件知识变得更加重要,做到学以致用,使所学习的知识有助于此后的工作和学习,有必要将课堂上学习的理论和实践的结合,使学生可以真正的独立完毕一项有一定知识架构的课程设计,如何自己思考相关的问题,如何去查资料并通过资料
4、汇总得出相关结论,如何去学习新的东西,如何去了解我们生活中智能仪器的相关知识,以及在应用的过程中制定相应的问题的解决方案并通过不断实践来提高学生分析问题和解决问题的能力。 由于单片机在平常生活中的可见性和普遍性,使得这次课程设计重要是以生活中常见的电子电器为参考作出设计,例如:空调系统,洗衣机系统,温度监控系统,湿度监控系统。这些在平常生活中使用十分普遍的电器,在课程设计中我们可以从原理上,从内在的运算结识到理论对实践的重要性以及实践来源于理论的意义。对一个系统成功的设计出来后的喜悦感让我们对微控制器的积极性充足的调动起来了。 所以说在这个经世致用的中南大学和创新型社会下,课程设计是必不可少,
5、更是重中之重,意义重大性是不可忽视的。第二章 空气湿度测量与报警系统软 硬件设计任务2.1 设计内容及规定设计出具有A/D采样、键盘输入参数设立的空气湿度检测、解决、显示和报警,并且可在线键盘参数设立、定期检测、显示和喇叭与灯光报警的空气湿度测量与报警系统。2.2 课程设计的规定2.2.1 课程设计的基本规定如下:1)掌握单片微控制器硬件结构和工作原理、中断与定期系统等基本概念和原理;2)熟悉8/16位单片微控制器(8X51/196系列)的重要功能单元和指令系统;3)运用微控制器的接口技术进行简朴的测控及自动化应用系统设计;2.2.2 课程设计的具体规定如下1) 湿度采样 由于湿度传感器的湿度
6、检测转换并提供0-5V的信号输入,因此课程设计规定A/D多路采样电位器的输入电压,0-5V转换为00-0FFH数字信号,并存储计算显示.同时通过双通道采样同一个电位器的输入求平均值来保证采样的精度和显示值的稳定性.在此同时,增长第三通道独立采集,比较两种情况。2) 报警解决 键盘输入湿度的目的值和报警值,对采样进来的当前信号转换成数字信号后,与目的值和报警值做比较:(1)若当前值低与目的值,则属于干燥状态,亮绿灯灯;此时,应启动加湿器。(2)若当前值高于目的值同时低于报警值,则属于正常状态,亮黄灯;(3)若当前值高于报警值,则属于高湿度危险状态,两红灯,同时喇叭报警,并启动干燥器。(3) 键盘
7、输入和显示 通过键盘输入的参数(目的值和报警值)同时进行显示,对当前采样值进行动态显示,并可在线修改参数。第三章 总体设计方案3.1 总体设计思想总体设计思想分为以下六点: 1) 定义53H,63H,73H分别为目的值,报警值,当前值的存储区.一方面调用一次显示程序,静态显示”请同时输入目的值和报警值,按功能键拟定”,将输入的十进制值分别送到53H和63H,在P3.2有一个脉冲输入时,重新进入键盘扫描程序,否则完毕键盘输入功能,并可在线修改参数;2) 通过AD转换将输入的电压信号转换为数字信号并调用数制转换程序,将16进制的当前值转换为十进制的三位数,同时存储在73H,完毕信号检测和数制转换功
8、能; 3) 对转换后的当前值和输入的目的值,报警值做比较,运算后,根据不同的比较结果,改变,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5的状态,完毕比较功能; 4) 将当前采样值,键盘输入的目的值和报警值分别显示在LCD相应的位置上,完毕显示功能; 5) 根据3)中的改变情况,分别驱动红黄绿灯以及喇叭,P1.4,P1.5分别接干燥器和加湿的驱动器,完毕报警功能. 6) 作适当延时,在返回到AD转换阶段 之前,判断P3.2的电位,若收到一脉冲,则此时开始重新初始化,进入键盘扫描程序,若没检测到,则继续采样重新扫描完毕定期检测功能.总体设计思想就为这样的不断循环,其中由于P1.4,P1.5的存
9、在有一定的反馈控制,但是由于实验规定中并没作规定,因此,软件程序中对P1.4,P1.5的改变,以及硬件电路中对P1.4,P1.5的驱动接线并没有在实验室实现。 3.2 总体设计流程图程序流程图如图3.1开始初始化及初始显示扫描键盘,键盘输入程序启动AD双通道采样采样值转换采样值与设定值比较输出显示程序报警驱动解决程序需要修改参数?是否图3.1 程序流程图第四章 硬件设计4.1 硬件设计概要4.1.1:湿度采样电路:湿度采样电路用高分子湿度传感器CHR01为复合型电阻型湿度敏感部件,其复阻抗与空气相对湿度成指数关系,直流阻抗(普通数字万用表测量)几乎为无穷大,与传统意义上的电阻有空气中水分子参与
10、膜感湿中的离子导电,由于水分子为极性分子,在直流电存在的情况下,会电离,分解,从而影响导电与元件的寿命,所以规定采用交流电路对传感器进行供电。湿度传感器由于其必须的激励通过交流电来实现,及不同温度特性下阻抗不同的特性,决定了其在AD采样电路中必须采用动态采样的方法,并同时采样温度信号。具体电路示意图4.1如下: 图4.1湿度采样电路参数设计: R0采样电阻的阻值通常建议在3050K,侧重高湿测量,采样电阻阻值可减少到20K,低湿阻值可提高到100K。 在信号的正周期内的中间段进行采样,直接通过度压法采集,注意采样时间,通过电压采样后得到V0,计算如下:RX=R0*(V-V0)/V0同时检测当前
11、温度T,通过查阅湿度传感器Z/RH/T数据表,在不同温度下RX的值推算出当前的相对湿度RH%。不同单片机也许得到的数据会有所不同,可通过软件进行矫正。4.1.2 报警驱动接线P1.1接红灯P1.2接黄灯P1.3接绿灯P1.4可同时接喇叭和干燥驱动器P1.5接加湿驱动器4.2 所用到的芯片及其各自功能说明4.2.1 芯片列表(如表4.1)表4.1芯片列表芯片名称规格数量备注8032 1片八位单片机ADC08091片八位模数转换芯片74LS1641片74LS022片四2输入或非门82791片可编程键盘/显示接口LCD1片液晶显示器湿度传感器CHR011片4.2.2 8032的功能简介8031单片机
12、采用40脚双列直插式封装结构,引脚配置如图4.3所示。图4.3 80C32引脚图4.2.3 ADC0809的功能简介 图4.4 AD0809芯片图ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。1重要特性1)8路8位AD转换器,即分辨率8位。 2)具有转换起停控制端。 3)转换时间为100s4)单个5V电源供电 5)模拟输入电压范围05V,不需零点和满刻度校准。 6)工作温度范围为-4085摄氏度 7)低功耗,约15mW。 2内部结构 ADC0809是CMOS单片
13、型逐次逼近式AD转换器,内部结构如图1322所示,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近 3外部特性(引脚功能) ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图1323所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7:8路模拟量输入端。2-12-8:8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路ALE:地址锁存允许信号,输入,高电平有效。 START: AD转换启动信号,输入,高电平有效。EOC: AD转换结束信号,输出,当AD转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。 OE:数据输出允许信号,
14、输入,高电平有效。当AD转换结束时,此端输入一个高电平,才干打开输出三态门,输出数字量。CLK:时钟脉冲输入端。规定期钟频率不高于640KHZ。 REF(+)、REF(-):基准电压。 Vcc:电源,单一5V。GND:地。ADC0809的工作过程是:一方面输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到AD转换完毕,EOC变为高电平,指示AD转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时,输出三态门打开,转换结果
15、的数字量输出到数据总线上。4.2.4 8279的功能简介8279可按其功能分为:键盘功能块;显示功能块;控制功能块;与CPU接口功能块控制功能块涉及 控制和定期寄存器,定期和控制,扫描计数器三部分,它重要用来控制键盘和显示功能块工作.控制和定期寄存器:用于存贮来自CPU的编程命令,CPU对8279编程以拟定键盘与显示器工作方式和其它工作条件时,先把命令控制数据放到数据总线上,然后使A0=1,WR=0CS=0,并在WR上升沿把命令键存在控制和定期寄存器中,并经译码,建立适当的功能.定期和控制:它含基本的定期计数器,第一个计数器是一个分频系数为2-31的前置定期器,分频系数可由程序预置,使内部频率
16、为100KHz,从而能给出5.1ms键盘扫描时间和10.3ms反跳时间,其它计数器将此基本频率分频后,提供适当的按键扫描.行扫描.键盘阵列扫描.以及显示器扫描次数. 扫描计数器:扫描计数器有两种工作方式,在编码工作方式时,计数器提供一种二进制计数,通过管脚SL0-SL3输出后经外部译码才干提供应键盘和显示器的扫描作用,在译码工作方式时,扫描计数器对最低二位进行译码,SL0-SL3输出4选1的译码信号,作为显示器和键盘的译码扫描. 键盘功能块涉及:返回缓冲器,键盘反跳及控制,8x8 FIFO传感器RAM,FIFO/传感器RAM状态.4.2.5 LCD的功能简介 图4.5 LCD连线图4.2.6
17、湿度传感器高分子湿度传感器CHR01、02系列为新一代复合型电阻型湿度敏感部件,其复阻抗与空气相对湿度成指数关系,直流阻抗(普通数字万用表测量)几乎为无穷大,与传统意义上的电阻有空气中水分子参与膜感湿中的离子导电,由于水分子为极性分子,在直流电存在的情况下,会电离,分解,从而影响导电与元件的寿命,所以规定采用交流电路对传感器进行供电。对湿度传感器而言,频率与阻抗之间存在一定的关系,对于测量30%-80%RH范围,频率的变化对传感器影响并不明显,在单片机软件编程的实际应用时,需要通过将传感器置于湿度发生装置中(例如恒温恒湿箱)进行实测,通过软件对最终的误差进行修正,此项修正基本上可以填补频率变化
18、所产生的误差以及其他误差。湿度传感器阻抗变化与温度的关系见规格书中的数据表,先检测温度,然后按查表法对进行湿度检测。假如湿度精度规定不是特别严格的情况,(从数据解决简易的法则来说),可以推算湿度传感器温度系数为-0.4%RH/,公式为: H(t)=H (25) - 0.4*(t 25)例如,以实测阻抗按25的数据表读数,例如在35时读到的阻抗为30K,按25表格,相对湿度为60%RH,此时按公式计算的实际湿度应为56%RH。最后的问题是在生产过程中,由于湿度传感器的因素或其他因素,总会碰到实际值与测量值之间存在误差的情况,在单片机功能允许的情况下,建议通过软件做最后的修正,重要采用跳线(JUM
19、P)的方法对示值进行修正,安排一个IO,做加/减运算符号定义,其余2-4个IO,用于定义加/减的值,例如1,2,3,可以修正正负6%RH的示值偏差。第五章 软件设计5.1 系统模块5.1.1模块初始显示OUTPUT2键盘扫描及键盘输入INPUTAD采集 ADSTART进制转换 CONVER输入数据比较 COMPARE采样输出 OUTPUT报警以及相应控制 CONTROL延时 DELAY5.2 模块介绍 5.2.1 初始静态显示 每个字的大小设立为1616,因次可显示四行,每行显示8个字。第一行为“ 欢迎使用 ”;第二行为“请连续输入目的湿”;第三行为“度值和报警湿度值”;第四行不显示,为空白。
- 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:
- 湿度 采集 系统 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【天****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【天****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。