仓库温湿度检测系统的设计毕业论文

仓库温湿度检测系统的设计毕业论文内容摘要：

电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测郑州大学本科毕业（设计）论文 10 空气湿度的增大而增大。 将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运方与阻容组成的桥式振荡电路中，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。 图 频率输出的 555振荡电路 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。 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。 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 给出了其中的一组典型测试值。 仓库温湿度检测系统的设计 11 表 空气湿度与电压频率的典型值 温度 频率 温度 频率 %RH HZ %RH HZ 0 7351 60 6600 10 7224 70 6468 20 7100 80 6330 30 6976 90 6168 40 6853 100 6033 50 6728 多路开关 本系统设计的温度信号采集和湿度信号采集为八路，而 A/D转换仅为一路输入，因此需要采用由 CD4051 组成的多路分时的模拟信号采集电路。 CD4051 多路开关，它是一种单片、 COMS8 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。 一、 温度多路检测信号的实现电路 其电路结构如图。 图 郑州大学本科毕业（设计）论文 12 每路温度检测电路的输出接入模拟开关 CD4051 的 S0~S7，而 模拟开关 CD4051 的选通地址 A、 B、 C由 单片机 8031 的 P3 口的低位地址 ～ 控制，而 CD4051 的片选信号 INH 由 单片机 8031 P2 口 来控制。 二、 湿度多路检测信号的实现电路 其电路结构如图。 图 每路温度检测电路的输出接入模拟开关 CD4051 的 S0~S7，而模拟开关 CD4051 的选通地址 A、 B、 C由单片机 8031 的 P3 口的低位地址 ～ 控制，而 CD4051 的片选信 号INH 由 8031 的 P2口 来控制。 信号分析电路 信号分析电路由 A/D转换器和单片机的基本系统组成 A/D 转换电路 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。 一、 MC14433 A/D 转换器特点 仓库温湿度检测系统的设计 13 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 转换器的被转换电压量程为 或。 转换完的数据以 BCD 码的形式分四次送出。 MC14433 的内部电路如图 所示。 其管脚如图 所示，各引脚的功能见表。 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 图 引脚图 郑州大学本科毕业（设计）论文 14 表 MC14433 各引脚的功能 管脚号 名称 功能 24 VDD 主工作电源 +5V 12 VEE 模拟部分的负电源端，接 5V 1 VAG 模拟地端 13 VSS 数字地端 2 VR 基准电压 4 R1 积分电阻输入端 6 C1 积分电容输入端 8 C0 C02 外界补偿电容端，电容取值约 5 R1/C1 R1 与 C1 的公共端 11 CLKI、 CLKO 外界振荡器时钟 14 EOC 转换结束信号输出端，正脉冲有效 9 DU 启动新的转换 15 /OR 过量程信号输出端 1619 DS1DS4 选择个 、 十 、 百 、 千位， 正脉冲有效 2023 Q0Q3 BCD 码输出线 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。 见图 所示。 ～～～～～～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 MC14433 选通脉冲时序图 Q0Q3 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 32 仓库温湿度检测系统的设计 15 表 DS1 选通时 Q3～ Q0表示的结果 Q3 Q2 Q1 Q0 表示结果 1 0 千位数为 0 0 0 千位数为 1 1 0 结果为正 0 0 结果为负 0 1 输入过量程 1 1 输入欠 由表 ：  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。 二、 MC14433 与 8031 单片机 的接口电路 由于 MC14433 的 A/D转换的结果是动态分时输出的 BCD 码， Q0~Q3 和 DS1~DS4 不是总线式的，因此 MCS51 系列的单片机只能通过并行 I/O 接口或者扩展 I/O 接口与其相连。 对 8031单片机应用系统来说， MC14433 可以直接和其 P1口或者扩展 I/O 口 8155/8255 相连。 经分析，本系统中 MC14433 与单片机 8031 的 P1口直接相连，其电路结构如图 示。 图 MC14433 与 8031 单片机的接口电路 郑州大学本科毕业（设计）论文 16 单片机 8031 基本电路 本系统采用了 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。 一、 8031 的概述 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，其基本组成见图。 8031 就是 MCS51 系列单片机中的一种。 图 8031 基本组成 8031 的引脚图见图 所示 图 8031 引脚图 仓库温湿度检测系统的设计 17 各引脚说明如下：  VCC（ 40 引脚）：正常运行时提供电源。  VSS（ 20 引脚）：接地。  XTAL1（ 19引脚）：在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的震荡器，可以提供单片机的时钟信号，该引脚也是可以接 外部的晶振的一个引脚，如采用外部振荡器时，对于 8031而言此引脚应该接地。  XTAL2（ 18引脚）：在内部，接至上述振荡器的反向输入端，当采用外部振荡器时，对 MCS51 系列该引脚接收外部震荡信号，即把该信号直接接到内部时钟的输入端。  RST/VPD（ 9引脚）：在振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的电平将单片机复位，复位后应使此引脚电平保持不高于 的低电平以保证 8031 正常工作。 在掉电时，此引脚接备用电源 VDD，以保持 RAM 数据不丢失，当 BVCC低于规定的值时，而 VPD 在其规定的电压范围内时， VPD 就向内部数据存储器提供备用电源。  ALE/PROG（ 30 引脚）：当 8031 访问外部存储器时，包括数据存储器和程序存储器，ALE9 地址锁存允许 0输入的脉冲的下沿用于锁存 16 位地址的低 8位，在不访问外部存储器的时候， ALE仍有两个周期的正脉冲输出，其频率为振荡器的频率的1/6，在访问外存储器的是候，在两个周期中， ALE只出现一次， ALE断可驱动 8个 LS TTL 负载，对于有片内 EPROM 的而言，在 EPROM 编程期间，此脚用于输入编程脉冲 PROG。  PSEN（ 29引脚）：此脚输出为单片机内访问外部程序存储器的读选通信号，在读取外部指令期间， PSEN非有两次在每个周期有效，在此期间，每当访问外部存储器时，两个有效的 PSEN 非将不再出现，同样这个引脚可驱动 8 个 LSTTL 负载。  /EAVPP （ 31 引脚）：当 EA 保持高电平时，单片机访问内部存储器，当 PC值超过 0FFFH 时，将自动转向片外存储器。 当 EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器，对 8031 而言，此脚必须接地。  P0， P1， P2， P3： 8031 有四个并行口，在这四个并行口中，可以在任何一个输出数据，又可以从它们那得到数据，故它们都是双向的，每一个 I/O 口内部都有一个 8位数郑州大学本科毕业（设计）论文 18 据输出锁存器和一个 8位数据输入缓冲器，各成为 SFR 中的一个。 P0口通常用做通用 I/O口为 CPU 传送数据， P2 口除了可以用做通用口以外，还具有第一功能，除 P0口以外其余三个都是准双向口。 二、 单片机复位电路 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。 上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。 常用的上电复位电路如图 （ a)中左图所示。 图中电容 C1 和电阻 R1 对电源十 5V 来说构成微分电路。 上电后，保持 RST一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻 R1，也能达到上电复位的操作功能，如图 （ a） 中 所示。 上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。 常用的上电或开关复位电路如图 （ b)所示。 上电后，由于电容 C3 的充电和反相门的作用，使 RST 持续一段时间的高电平。 当单片机已在运行当中时，按下复位键 K后松开，也能使 RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。 图 单片机的复位电路 三、 系统时钟的设计 时钟电路是用来产生 8031 单片机工作时所必须的时钟信号， 8031 本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现， 8031 在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作 ，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。 通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟。 我 们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。 8031 内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为 XTAL1 和 XTAL2，它们跨接在晶体振仓库温湿度检测系统的设计 19 荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。 电路如图。 图 时钟电路 电路中的 C C2 的选择在 30PF 左右，晶振频率为在 12MHZ。 单片机外围的设计 在 8031 芯片的外围电路中必须对其进行程序存储器的扩展，和根据系统的需要对其进行数据存储器的扩展。 8031 对程序存储器和数据存储器均可进行 0000H～ FFFFH 的 64K字节 地址内容的有效寻址。 由 1片 2764EPROM、 1片 6264RAM。 1 片 74LS138 译码器及一些必要的逻辑器件构成。 其框图如图 所示。 由于检测系。