仓库温湿度的监测系统设计本科生毕业论文(编辑修改稿)

仓库温湿度的监测系统设计本科生毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再 A/D 转 换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于 555 振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集 频率输出的 555 测量振荡电路如图 37 所示。 集成定时器 555 芯片外接电阻 R R2 与湿敏电容 C，构成了对 C 的充电回路。 7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对 C的放电回路，并将引脚 6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。 另外， R3 是防止输出短路的保护电阻， R1 用于平衡温度系数。 图 3频率输出的 555振荡电路 该振荡电路两个暂稳态的交替过程 如下：首先电源 Vs 通过 R R2 向C充电，经 t充电时间后， Uc 达到芯片内比较器的高触发电平，约 ，此时输出引脚 3端由高电平突降为低电平，然后通过 R2 放电，经 t放电时间后， Uc 下降到比较器的低触发电平，约 此时输出，此时输出引脚 3端又由低电平突降为高电平，如此翻来覆去，形成方波输出。 其中，充放电时间为 t 充电 =C（ R4+R2） Ln2 t 放电 =CR2 Ln2 因而，输出的方波频率为 f=1/(t放电 +t 充电 )=1/[ C（ R4+R2） Ln2] 可见，空气湿度通过 555 测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表31 给出了其中的一组典型测试值。 表 3空气湿度与电压频率的典型值 8/11/2020 12 12 07 3 5 16 06 6 0 01 07 2 2 47 06 4 6 82 07 1 0 0 8 06 3 3 03 06 9 7 69 06 1 6 84 06 8 5 3 1 0 0 6 0 3 35 0 6 7 2 8频 率湿 度频 率湿 度% R HH Z% R H H Z 三、 多路检测信号的实现 本设计系统为八路的 湿 度信号采集，故采用 CD4051 组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口如图 38所示 图 38八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口 3． 1． 3 多路开关 多路开关，有称‚多路模拟转换器‛。 多路开关通常有 n个模拟量输入通道 和一个公共的模拟输入端，并通过地址线上不同的地址 信号把 n个通道中任一通道输入的模拟信号输出，实现有 n线到一线的接通功能。 反之，当模拟信号有公共输出端输入时 ，作为信号分离器，实现了 1线到 n 线的分离功能。 因此，多路开关通常是一种具有双向能力的器件。 在本设计中，由于采用了温湿度双量控制，所以在信号采集中将有两个模拟量被提取，这时选用多路开关就是很必要的。 我选用的是 CD4051 多路开关，它是一种单片、 COMS、 8 通道开关。 该芯片由 DTL/TTLCOMS电平转换器，带有禁止端的 8选 1译码器输入，分别加上控制的 8个 COMS 模拟开关 TG 组成。 CD4051的内部 原理框图如图 39所示。 8/11/2020 13 13 图 3 CD4051的内部原理框图 图中功能如下： 通道线 IN/OUT（ 1 1 1 13）：该组引脚作为输入时，可实现 8选 1功能，作为输出时，可实现 1分 8功能。 XCOM（ 3）：该引脚作为输出时，则为公共输出端；作为输入时，则为输入端。 A、 B、 C（ 1 9）：地址引脚 INH（ 6）：禁止输入引脚。 若 INH为高电平，则为禁止各通道和输出 端 OUT/IN接至；若 INH 为低电平，则允许各通道按表 32关系和输出段 OUT/IN 接通。 VDD（ 16）和 VSS（ 8）： VDD为正电源输入端，极限值为 17V； VSS为负电源输入端，极限值为 17V。 VGG（ 7）；电平转换器电源，通常接 +5V或 5V。 CD4051 作为 8 选 1功能时，若 A、 B、 C 均为逻辑‚ 0‛（ INH=0），则地址码 00013 经译码后使输出端 OUT/IN和通道 0接通。 其它情况下，输出端 OUT/IN输出端 OUT/IN和各通道的接通关系如下 表 32 输入状态 接通 通道 输入状态 接通 通道 INH C B A INH C B A 0 0 0 0 0 0 1 0 1 5 0 0 0 1 1 0 1 1 0 6 0 0 1 0 2 0 1 1 1 7 0 0 1 1 3 1 x x x 均不显示 8/11/2020 14 14 0 1 0 0 4 3． 2 信号分析 与处理 3． 2． 1 A/D转换 一． A/D转换器的特点 为了把温度、湿度检测电路测出的模拟信号转换成数字量送 CPU 处理，本系统选用了双积分 A/D 转换器 MC14433， 它精度高，分辨率达1/1999。 由于 MC14433 只有一路输入，而本系统检测的多路温度与湿度信号输入，故选用多路选择电子开关，可输入多路模拟量。 MC14433 A/D 转换器 由于双积分方法二次积分时间比较长，所以 A/D 转换速度慢，但精度可以做得比较高；对周期信号变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。 目前，国内外双积分 A/D 转换器集成电路芯片很多，大部分是用于数字测量仪器上。 常用的有 位双积分 A/D 装换器 MC14433 和 位双积分 A/D转换器 ICL7135 二． MC14433A/D转换器件 简介 MC14433是三位半双积分型的 A/D 转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点，其缺点是转换速率低，约 1— 10 次 /秒。 在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据采集系统中，被广泛采用。 MC14433A/D 转换器与国内产品 5G14433完全相同，可以互换。 MC14433A/D转换器的被转换电压量程为。 转换完的数据以 BCD码的形式分四次送出（最高位输出内容特殊，详见表 33）。 8/11/2020 15 15 多 路 选 择 开 关锁 存 器个 位 十 位 百 位 千 位极 性判 别溢 出控 制 电 路 C M O S 线 性 电 路时 钟 / O R 过 量 程V R 基 准 电 压V A G 模 拟 地V X 被 测 电 压D UE O C R 1R 1 / C 1C 1C 0 1C 0 2Q 0 ～ Q 3 D S 1 ～ D S 4实 时 显 示 转 换 周 期 图 310 MC14433A/D转换器 的内部逻辑框图 图 311 MC14433引脚图 MC14433 的框图 （图 310） 和引脚 （图 311） 功能说明 各引脚的功能如下： 电源及共地端 VDD： 主工作电源 +5V。 VEE: 模拟部分的负电源端，接 5V。 VAG： 模拟地端。 VSS： 数字地端。 VR： 基准电压。 外界电阻及电容端 RI： 积分电阻输入端， VX=2V 时， R1=470Ω； VX=200Mv时， R1=27KΩ。 C1： 积分电容输入端。 C1 一般为。 C0 C02： 外界补偿电容端，电容取值约。 R1/C1： R1 与 C1 的公共端。 8/11/2020 16 16 CLKI、 CLKO ： 外界振荡器时钟调节电阻 Rc， Rc 一般取 470 KΩ左右。 转换启动 /结束信号端 EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效。 DU： 启动新的转换，若 DU 与 EOC 相连，每当 A/D 转换结束后，自动启动新的转换。 过量程信号输出端 /OR ： 当 |Vx|› VR，过量程 /OR 输出低电平。 位选通控制线 DS4DS1： 选择个、十、百、千位，正脉冲有效。 DS1 对应千位， DS4 对应个位。 每个选通脉冲宽度为 18 个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为 2个时钟周期。 ～～～～～～1 / 2 C L K 周 期1 6 4 0 0 个 时 钟 脉 冲 周 期1 8 个 时 钟 脉 冲 周 期E O CD S 1D S 2D S 3D S 4( 最 高 位 ) 1 / 2 位 2 个 时 钟 脉 冲 周 期最 低 位 图 312 MC14433选通脉冲时序图 BCD 码输出线 Q0Q3： BCD码输出线。 其中 Q0 为最低位， Q3 为最高位。 当 DS DS3和 DS4 选通期间，输出三位完整的 BCD 码数，但在 DS1 选通期间，输出端 Q0Q3 除了表示个位的 0或 1外，还表示了转化值的正负极性和欠量程还是过量程其含意见表 33 表 3 DS1选通时 Q3～ Q0 表示的结果 Q 2Q 1Q 0 01000011表 示 结 果千 位 数 为 0千 位 数 为 1结 果 为 正结 果 为 负输 入 过 量 程输 入 欠Q 31001 8/11/2020 17 17 由表可知 Q3 表示 1/2位， Q3=‚ 0‛对应 1，反之对应 0。 Q2 表示极性， Q2=‚ 1‛为正极性，反之为负极性。 Q0=‚ 1‛表示超量程：当 Q3=‚ 0‛时，表示过量程；当 Q3=‚ 1‛时，表示欠量程； 一． MC14433与 8031单片机的接口设计 由于 MC14433 的 A/D 转换结果是动态分时输出的 BCD 码， Q0～ Q3HE DS1～ DS4 都不是总线式的。 因此， MCS51 单片机只能通过并行 I/O 接口或扩展 I/O 接口与其相连。 对于 8031 单片机的应用系统来说， MC14433可以直接和其 P1口或扩展 I/O口 8155/8255相连。 下面是 MC14433与 8031单片机 P1 口直接相连的硬件接口，接口电路如图 313所示 图 313 MC14433与 8031单片机 P1口直接相连的硬件接口 3. 2. 2 单片机 8031 为了设计此系统，我们采用了 8031 单片机作为控制芯片，在前向通道中是一个非电信号的电量采集 过程。 它由传感器采集非电信号，从传感器出来经过功率放大过程，使信号放大，再经过模 /数转换成为计算机能识别的数字信号，再送入计算机系统的相应端口。 由于 8031 中无片内 ROM，且数据存储器也不能满足要求，经扩展2762和 6264 来达到存储器的要求，其结果通过显示器来进行显示输出。 8/11/2020 18 18 3. 2. 2. 1 8031的片内结构 8031 是有 8 个部件组成，即 CPU，时钟电路，数据存储器，并行口（ P0～ P3）串行口，定时计数器和中断系统，它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上，即组成了单片微型计算机， 8031 就是 MCS51系列单片机中的一种。 图 314 8031 基本组成 CPU 中央处理器： 中央处理器是 8031 的核心，它的功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入口送到 CPU 或 CPU 数据写入存储器或送到输出端口。 还可以对数据进行逻辑和算术的运算。 时钟电路： 8031内部有一个频率最大为 12MHZ的时钟电路，它为单片机产生时钟序列，需要外接石英晶体做振荡器和微调电容。 内存： 内部存储器可分做程序存储器和数据存储器，但在 8031 中无片内程序存储器。 定时 /计数器： 8031有两个 16 位的定时 /计数器，每个定时器 /计数器都可以设置成定时的方式和计数的方式，但只能用其中的一个功能，以定时或计数结果对计算机进行控制。 并行 I/O口 ： MCS51 有四个 8位的并行 I/O 口， P0， P1， P2， P3，以实现数据的并行输出。 串行口： 它有一个全双工的串行口，它可以实现计算机间或单片机同其它外设之间的通信，该并行口功能较强，可以做为全双工异步通讯的收发器8/11/2020 19 19 也可以作为同步移位器用。 中断控制系统： 8031 有五个中断源，既外部中断两个，定时计数中断两个，串行中断一个，全部的中断分为高和低的两个输出级。 3. 2. 2. 2 8031的引脚 图 315 8031引脚图 8031 的制作工艺为 HMOS，采用 40 管脚双列直插 DIP 封装，引脚说明如下： VCC（ 40 引脚）正常运行时提供电源。 VSS（ 20 引脚）接地。 XTA。