1、基于单片机的湿度控制系统设计【摘要】生活上，合适的空气湿度有益于人们的身体健康；工业上，芯片的封装，设备的维护以及工厂的装配等，都需要在合适的湿度下进行。该课题对空气的湿度进行研究，采用单片机和湿度模块组成的湿度控制系统，对环境的湿度进行数据采集、处理。系统通过测量当前环境的绝对湿度，及时、精确地了解空气湿度的变化，并将当时绝对湿度值与预设的上下限值进行比较，如果不在合适的空气湿度范围内，系统会自动发出报警。本设计具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点。【关键词】单片机；湿度传感器；ADC0832 数模转换Based on SCM humidity control system designA
2、bstractIn daily life， suitable air humidity beneficial to peoples health. In industry， chip encapsulation， equipment maintenance and factory assembly， etc， all need in appropriate humidity to work. This essay analyzes the humidity of the air， the humidity control system constituted by single-chip mi
3、crocomputer and humidity sensor collect the data of the environmental humidity and deal with it. This system can be aware of the change of the environmental humidity timely and accurately by measure absolute humidity， absolute humidity measured by system will be compare with the presupposed upper li
4、mit and lower limit.if the environmental humidity beyond upper limit or under lower limit，this system will give an alarm.this designs advantage is control convenient，configuration simple and flexibly.Keywords SCM；Humidity sensors；ADC0832 analog-to-digital conversion1目录序 言 .1第一章 系统的整体设计方案 .21.1 设计内容
5、.21.2 系统框图 .21.3 系统设计方案 .21.4 系统完成的技术指标 .4第二章 系统的硬件设计方案 .52.1 控制模块设计方案 .52.1.1 控制芯片选择思路 .52.1.2 AT89C51 芯片简介 .62.2 湿度检测模块介绍及选择方案 .92.2.1 湿度检测模块选择思路 .92.2.2 湿度传感器选择 .102.3 模数转换介绍 .112.3.1 模数转换器选择方案 .112.4 报警模块简介 .122.4.1 蜂鸣器驱动方式 .13第三章 硬件模块功能实现 .133.1 显示电路 .133.2 复位开关电路 .1723.3 振荡电路 .193.4 ADC0832 实现
6、模数转换 .203.5 电路的排版连线设计 .22第四章 系统的软件与调试 .234.1C 语言简介 .234.2 总程序流程图 .234.2.湿度检测显示电路 .244.2.2 按键显示部分 .254.2.3 报警电路部分 .264.3 程序设计 .26第五章 系统调试 .275.1 硬件调试 .275.2 软件调试 .27结束语 .29参考文献 .30附 录 .31附录一：程序清单 .31附录二：元器件清单 .39附录三：硬件原理图 .40附录四：PCB 图 .40附录五：实物图 .41附录六：英文资料 .411序 言目前我国已经进入全面建设小康社会的阶段，无论经济还是文化都已经发展到了一
7、个另世人瞩目的时期。但是，我们常常会听到有人无奈的说：天有不测风云啊！我们都在抱怨气候的变化无常，而我们却无法控制。过去，面对突如其来的变化，如温度、湿度的变化，我们束手无策。人们试图研制一种可以预测气候的系统，因此有了天气预报。但是天气预报只能告诉我们一些大概的信息，不能准确的获知我们身边的信息。于是，本课题设计一种能准确获知我们身边气候的系统湿度控制系统。测试其中最难测量的物理量湿度，并对其进行处理、控制 13。本检测系统也可应用于环境保护、工业控制、农业生产等方面 45。设计电路以单片机为核心，配以湿度检测模块、报警电路、键盘电路和 LED 数码管显示电路。本设计能控制我们的生存空间，使
8、人们的生活更舒适。所以说，这是一个实用而且具有发展前途的设计。2第一章 系统的整体设计方案1.1 设计内容本次设计分为两个内容：硬件、软件。硬件以单片机为核心，配以湿度模块电路、键盘电路、数模转换电路、显示电路和报警电路。主要实现以下功能：1通过湿度模块电路对环境的湿度进行数据采集；2通过单片机对采集的数据进行处理；3当环境湿度低于或者高于设置湿度时启动报警。湿度检测系统是一个智能化的系统，它的软件主要实现功能：1单片机能够控制湿度模块对空气的湿度进行采样；2把采集的数据通过单片机处理，再以十进制的形式显示出来；3按键和显示电路可对设置的报警上下限值进行更改，并通过显示电路显示出来。1.2 系
9、统框图本次设计的系统框图见图 1-1。解析：单片机控制湿度模块 AM1001 对环境的湿度进行检测并通过单片机处理用数码管显示出来，键盘电路可设置报警的上下限值，当环境湿度高于上限或者低于下限报警值时，启动报警电路，即蜂鸣器响。1.3 系统设计方案本设计大体分为 6 步：1设计之前，查找资料。先对湿度的概念进行了解，并了解一些湿度传感器的工作原理。3图 1-1 硬件电路组成框图湿度，表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度” 。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物
10、理量来表示；若表示在湿蒸汽中液态水分的重量占蒸汽总重量的百分比，则称之为蒸汽的湿度。 空气湿度是指空气潮湿的程度，可用相对湿度(RH)表示。相对湿度是指空气实际所含水蒸气密度和同温下饱和水蒸气密度的百分比值。人体在室内感觉舒适的最佳相对湿度是，495l，相对湿度过低或过高，对人体都不适甚至有害。 绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米。绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度。绝对湿度只有与温度一起才有意义，因为空气中能够含有的湿度的量随温度而变化，在不同的温度中绝对湿度也不同，因为随着温度的变化空气的体积也要发生变化。但绝对湿度越靠近最高湿度，它随温度的变化就越
11、小。 2分析系统的主要性能；3对整个电路的流程进行分析；44硬件的准备以及焊接；5用 c 语言进行软件的编写并仿真；6将硬件和软件进行系统仿真直至完成设计。1.4 系统完成的技术指标1实时显示绝对湿度，系统的精度为 10mg/L；2采用 3 位数码管进行湿度显示；3显示报警上限值为 180mg/L，下限值为 90mg/L；4湿度超过上下限湿度时进行报警；5数码管采用动态显示方式。5第二章 系统的硬件设计方案2.1 控制模块设计方案2.1.1 控制芯片选择思路该课题的设计意义在于可以自动检测环境的湿度，并根据环境湿度的变化来自动执行相应的除湿、加湿工作，以提醒人们在合适的湿度下进行工作、生活。目
12、前，面向控制性领域且使用最为广泛的控制芯片是单片机。单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理等等都离不开单片机。2.1.2 单片机选择方案方案一：选用 STC 单片机 STC 公司的单片机主要是基于 8051 内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统 8051，速度快 812 倍，带 ADC，4 路 PWM，双串口，有全球唯一 ID 号，加密性好，抗干扰强 6。方案二：选用 PIC 单片机 PIC 单片机是 MICROCHIP 公司的产品，其突出的特点是体积
13、小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的 FLASH 程序存储器的芯片7 。方案三：选用 ATMEL 单片机ATMEl 公司的 8 位单片机有 AT89、AT90 两个系列， AT89 系列是 8 位Flash 单片机，与 8051 系列单片机相兼容，静态时钟模式 8。ATMEL 公司把 EERROM 及 Flash 技术巧妙的用于形成特殊的集成电路，在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响到信息的保存。本设计要求可以随时改变湿
14、度报警的上下限值，ATMEL 单片机的 EERROM 及 Flash 技术对本设计比较实用（控制方便） ，所以控制芯片选择 ATMEL51 系列单片机。62.1.2 AT89C51 芯片简介图 2-1 AT89C51 芯片实物图AT89C51 提供以下的功能标准：4K 字节闪烁存储器， 128 字节随机存取数据存储器，32 个 I/O 口，2 个 16 位定时/计数器， 1 个 5 向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51 还可以进行 0HZ 的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串
15、行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位 911。主要特性：与 MCS-51 兼容 74K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定1288 位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 图 2-2 单片机管脚图片内振荡器和时钟电路管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当P
16、1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器
