基于51单片机的湿度控制器(含原理图与c代码)毕业设计(编辑修改稿)

基于51单片机的湿度控制器(含原理图与c代码)毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。 AT89C51是属于 CMOS8位微处理器，它的时钟 电路在结构上有别于 NMOS型的单片机。 CMOS型单片机内部（如 AT89C51）有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶成都理工大学本科毕业设计（论文） 10 振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器，图 4－ 2为 CMOS型单片机时钟电路框图。 振荡器工作受 /PD端控制，由软件置“ 1” PD（即特殊功能寄存器 ）使 /PD＝ 0，振荡器停止工作，整个单片机也就停止工作，以达到节电目的。 清“ 0” PD，使振荡器工作产生时钟，单片机便正常运行。 图中 SYS为晶振或陶瓷谐振器，振荡器产生的时钟频率主要由 SYS参数确定（晶振上标明的频率）。 电容 C1和 C2的作用有两个： 其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率 f起微调作用（ C C2大， f变小），其典型值为 30pF。 复位电路 计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器 CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 MCS51单片机有一个复位引脚 RST，它是史密特触发输入 (对于 CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个拉低电阻 )，当振荡器起振后该引脚上出现 2个机器周期 (即24个时钟周期 )以上的高电平，使器件复位，只要 RST保持高电平， MCS51保持复位状态。 此时 ALE、 PSEN、 P0、 P P P3口都 输出高电平。 RST变为低电平后，退出复位， CPU从初始状态开始工作。 单片机采用的复位方式是自动复位方式。 对于 MOS(AT89C51)单片机只要接一个电容至 VCC即可。 在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在 RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使 MCS51有效的复位。 RST端在加电时应保持的高电平时间包括 VCC的上升时间和振荡器起振的时间， Vss上升时间若为10ms，振荡器起振的时间和频率有关。 10MHZ时约为 1ms， 1MHZ时约为 10ms，所以一般为了可靠的复位 ， RST在上电应保持 20ms以上的高电平。 RC时间常数越大，上电 RST端保持高电平的时间越长。 若复位电路失效，加电后 CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。 AD 转换电路 A/D 转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。 成都理工大学本科毕业设计（论文） 11 模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。 但在 A/D转换前，输入到 A/D 转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。 A/D 转换后，输出的数字信号可以有 8 位、 10 位、 12 位和 16位等。 A/D 转换器的工作原理主要介绍以下三种方法： 逐次逼近法 双积分法 电压频率转换法 AD转换四步奏：采样、保持、量化、编码。 AD转换技术指标： 1）分辩率 (Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与 2^n 的比值。 分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。 2） 转换速率 (Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的 AD转换所需的时间的倒数。 积分型 AD的转换时间是毫秒级属低速 AD，逐次比 较型 AD是微秒级属中速 AD，全并行 /串并行型 AD可达到纳秒级。 采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。 为了保证转换的正确完成，采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率。 因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。 常用单位是 ksps 和 Msps，表 示每秒采样千 /百万次（ kilo / Million Samples per Second）。 3）量化误差 (Quantizing Error) 由于 AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率 AD 的阶梯状转移 特性曲线 与无限分辩率 AD（理想 AD）的转移特 性曲线（ 直线）之间的最大偏差。 通常是 1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为 1LSB、 1/2LSB。 4）偏移误差 (Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。 5）满刻度误差 (Full Scale Error) 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。 成都理工大学本科毕业设计（论文） 12 6）线性度 (Linearity) 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。 湿度传感器 湿敏元件的特性 湿敏元件是最简单的湿度传感器。 湿敏元件主要电 阻式、电容式两大类。 湿敏电阻 湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。 湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。 湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。 湿敏电容 湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。 当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发 生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。 国外生产湿敏电容的主厂家有 Humirel 公司、 Philips 公司、 Siemens 公司等。 以 Humirel 公司生产的 SH1100 型湿敏电容为例，其测量范围是（ 1%～ 99%） RH，在 55%RH 时的电容量为 180pF（典型值）。 当相对湿度从 0 变化到 100%时，电容量的变化范围是163pF～ 202pF。 温度系数为 ℃ ，湿度滞后量为 177。 %，响应时间为 5s。 除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。 湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。 湿度测量的名词术语 湿度：湿度是表示空气中水蒸气的含量。 湿度又分为绝对湿度和相对湿度两成都理工大学本科毕业设计（论文） 13 种。 绝对湿度：绝对湿度亦称水蒸气密度，它表示水蒸气的质量与总容积的比值， dv 代表绝对湿 度 ,它表示每立方米干燥空气与水蒸气的混合物中所含水分的克数； p为水蒸气的压强 (单位是 Pa)；Ｔ ab为干燥空气的温度值（单位是℃）．需要指出，国内也有人将空气中所含水蒸气的压强理解为绝对湿度，这与国外关于绝对湿度的定义不相符。 相对湿度：相对湿度表示在相同湿度下大气中水蒸气的实际压强与饱和水蒸气的压强之比，通常用百分数来表示。 相对湿度的英文缩写为ＲＨ (Relative Humidity)， 露点：在水蒸气冷却过程中最初发生结露的温度。 若气温低于露点，水蒸气开始凝结。 湿度比：它表示水蒸气的质量与干燥空气的质量比。 大气压强：在单位面积上大气的压力。 通常将海平面高度的大气压强称为１个标准大气压， p0=。 大气压强随高度的增加而降低。 设Ａ、Ｂ两点的高度差 h2h1=h,这两点的大气压强分别为 p1,p2。 当距海面高度为 1000M、2020M、 4000M、 8000M 时，大气压强就依次降成 ﹑ 、 16p0﹑。 水蒸气压强：当空气和水蒸气的混合物与 水（或冰）保持平衡时，就处于饱和状态，相对湿度达到 100%，此时水蒸气对水（或冰）的饱和压强就称做水蒸气压强。 其计算公式比较复杂，并且计算水和冰的饱和压强的公式也不同。 LCD 液晶显示器 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型 液晶模块它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。 每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形 1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以 显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 成都理工大学本科毕业设计（论文） 14 图 21 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。 液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。 在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、 LED 数码管、液晶 显示器。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高、数字式接口 、体积小、重量轻 、功耗低 、 1602LCD 主要技术参数： 显示容量 :16 2 个字符 芯片工作电压 :— 工作电流 :() 模块最佳工作电压 : 字符尺寸 : (W H)mm 引脚功能说明： 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口， 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 成都理工大学本科毕业设计（论文） 15 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E端为使 能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 成都理工大学本科毕业设计（论文） 16 第三章 硬件电路的设计 湿度传感器与 ADC0804 连接电路 图 31 如图 31把模拟湿度传感器同 ADC0804 相连由 VIN 端输入，经转换后 DB0DB7输出给单片机，因为是 P0 口输入，需加上上拉电 阻， ADC0804 中 WR、 RD、 CS 端口分别 AT89C51 单片机的 、 、 相连，第九脚要 电压，就用两个 1K 电阻串联，两头分别接地与接 5V 电源，两电阻之间电压即为。 ADC0804 的时序如图 32所示 : 图 32 成都理工大学本科毕业设计（论文） 17 LCD 电路图 图 33 LCD1602 与 MAC51 的 P1 口相连，如图 33显示为学生姓名拼音和学号，其时序如图 34。 图 34 成都理工大学本科毕业设计（论文） 18 独立键盘与驱动电路 图 35 电路中当湿度到达门限值后会报警，同时驱动电路驱动电机工作，当环境湿度低于低门限值时系统报警，同时驱动电路打开加湿器工作，为环境增加湿度，当环境湿度增加到高于低门限值时系统自动停止报警同时驱动加湿器停止工作。 总体电路设计 本系统采用 AT89C51 作为控制系统，通过模拟传感器把湿度信号采集后送给ADC0804，转换成数字信号后送 入单片。