基于89c51单片机控制的智能湿度控制系统设计

基于89c51单片机控制的智能湿度控制系统设计内容摘要：

8V。 用示波器观察对称方波发生器的震荡波形如图所示，震荡频率为100Hz。 图中的Uc1代表C1上的电压。 由图可见，随着震荡电容C1不断进行充、放电，在Uo1端便形成了以零伏为对称轴的方波信号，其直流分量为零。 RR3组成分压器，用于设定IC1的阈值电压（亦称门限电压），进而控制IC1a的翻转状态。 利用LM334的正温度系数（+%/℃）去补偿热敏电阻的负温度系数（%/℃），%/℃，它与传感器的177。 1%精度指标相比可以完全忽略不计。 LM334的安装位置应尽可能靠近湿敏电阻。 需要指出的的是，LM334既可以够成恒流源，还可作为电压灵敏度为227μV/K的温度传感器使用，在这里只用其恒流特性，从而大大提高方波幅度的稳定性。 对称方波发生器输出的Uo1信号通过缓冲器（IC1b）驱动湿敏电阻，再接至对数放大器IC1c的反相输入端A。 A点亦称为求和点或虚地点，该点的电位可视为0V。 设湿敏电阻R上的电流IRH,很容易求出 （） 对数放大器及相对湿度校正电路对数放大器由晶体管VT1和运放IC1c构成。 将VT1的基极接地，集电极接A点（虚地）时，相当于把集电极与基极短接，VT1就等效于硅二极管。 VT1的发射极电压（UBE）与集电极电流（IC）呈对数关系，其表达式为 　　 （）式中K为波尔兹曼常数，K=*105qV/K，q为电子电量（q=1019C）,T为热力学温度（K），IS为晶体管反向饱和电流。 根据这一特性可设计成对数放大器，用来补偿湿敏电阻的的指数曲线，使之近似于线性关系。 利用电路实现线性化的原理如下：湿敏电阻的电阻值于相对湿度的关系式可近似表示为 R=AeRH （）式中的A为一变量，RH代表相对湿度（单位是%），令VT1发射极输出电压为UO2，显然，UO2=UBE。 考虑IC=IRH，然后将式（）和式（）一并代入式（）中，化简后得到 （）不难看出，UO2与相对湿度成正比，这就实现了对湿敏电阻的线性化。 在方波信号的正半周，UO1=+8V，使VD5截止，UO1途径湿敏电阻、求和点A，接VT1的集电极，再利用电路中的VT1对IRH求对数。 因IC1C作为反向放大器使用，故UO2输出的是负向方波信号。 在负半周时，UO1=—8V，使VD5导通，对数放大器不工作，因此，对数放大器兼有半波整流作用。 UO2送至IC1d的反相输入端。 由IC1d和电位器RPRP2组成的相对湿度校正电路。 其中，RP1用以校正40%RH的刻度，RP2则用来校正100%RH的刻度。 校正后的信号通过滤波电容（C3）得到直流信号，再经过输出放大器IC3a(1/2lf352)放大，获得0～+10V的输出电压。 断点放大器所谓“断点”（break point）就是指40%RH这一点。 ，PCRC—55型湿敏电阻在RH≦40%时的非线性失真最为显著，针对这种情况可通过断点放大器再做一次局部线性化处理。 断点放大器（IC3b）就并联在输出放大器（IC3a）的两端。 当RH≦40%时，利用IC3b可以改变IC3a的增益，使相对湿度曲线在0～40%的范围内更接近于线性。 设IC3Ad 同相输入端电压为U1（这也是IC3b的反相输入端电压），IC3b的同相输入端电压为U2。 =+，该电压即为IC3b的参考电压。 当RH﹥40%时，因U1﹥U2，IC3b输出为低电平，故VT4和VD6均截止，断点放大器不工作，对（40%～100%）相对湿度的线性化任务全部由对数放大器来完成。 仅当RH=40%时，U1≈﹤U2，IC3b输出变成高电平，使VTVD6导通，断点放大器才开始工作，可使0～40%相对湿度范围内的输出电压与相对湿度仍然保持线性关系。 电路中R13和VD6的作用的防止在断点附近产生抖动现象。 温度补偿电路当环境温度发生变化时，VT1的直流工作点也会改变，这必将影响对数放大器的输出特性。 因此，必须对VT1采取一定的温度补偿措施。 温度补偿电路实际上是由IC4～IC6和VTVT3等组成的小型恒温槽式控制器，并且需将VTVT3与VT1紧贴在一起。 将VT2的集电极短接，利用其发射极作为温度传感器使用。 IC5是温控电路。 VT3作为加热器，给VT1提供一个+50℃（典型值）的工作温度，使之不受外界环境温度变化的影响。 IC6（7812）给IC5提供+12V的稳压电源。 IC5的参考电压U3=+，该电压所对应的VT1管壳温度恰好为+50℃。 一旦VT1温度偏离+50℃，VT2就通过放大器来改变VT3的基极电流，调节VT3的发热量，使VT1始终工作在+50℃恒温状态，从而消除环境温度变化对VT1工作点的影响。 VDZ为3伏稳压管。 相对湿度检测电路的调试及校正（1） 将VT3置于+50℃的环境中并将VT3的基极接地。 （2） 给电路通电后，用数字万用表测量VT2的基极电压U3，适当调节R19的电阻值使IC3的反相输入端电压也接近于U3[17]。 （3） 将VT3的基极与地脱开后，该电路即具有+50℃的恒温特性。 相对湿度的校正方法（1） 在输出端U0与地之间接一块满量程电压为20V的4（1/2）为DVM。 （2） 用一只35KΩ的电阻代替湿敏电阻，调节电位器RP1使仪表读数为100%RH。 （3） 用一只8MΩ的电阻代替湿敏电阻，调节电位器RP2使仪表读数为40%RH。 （4） 重复第（2）（3）两步，直到调节RP1和RP2时互步影响读数。 （5） 用一只60MΩ的电阻来代替湿敏电阻，适当调节断点放大器R12的电阻（其标称值为40KΩ），使仪表读数为24%RH。 该仪表经过测试及校正后，即壳测量相对湿度。 旦需要说明两点：第一，在更换湿敏电阻时，应重新校正仪表；第二，（TA=+25℃）下测相互来的，当湿敏电阻的实际工作温度为T时，还应根据厂家给出的PCRC—55的温度特性对RH读数值进行修正，计算出实际相对湿度值[18]。 转换模块的设计 模数转换器接受能够完成将模拟量转换成数字量的器件叫模/数转换器，简称A/D转换器。 A/D转换器的种类很多，按位数来分，有8位、10位、12位、16位。 位数越高，其分辨率也越高，但价格也越高。 A/D转换器就其结构来分，有单独的A/D转换器；有的A/D转换器带多路开关；有的带多数开关、数据放大器、采样/保持及A/D转换器，其本身就是一个完整的数据采集系统。 A/D转换器按转换原理分：计算器式A/D转换、逐次逼近型A/D转换、双积分式A/D、并行A/D转换、串并行A/D转换等。 在这些转换方式中，计数器式A/D线路比较简单，但转换速度比较慢，所以现在应用很少。 双积分式A/D转换精度高，多用于数据采集系统及精度比较高的场合。 并行及串并A/D转换速度比较快，多用于雷达及图象处理等要求比较高的场合。 逐次逼近型A/D转换既照顾了转换速度，有具有一定的精度，是目前工业过程控制系统中应用最多的一种。 目前，绝大多数A/D转换器都采用这种转换方法。 A/D转换器ICL7135ICL7135是目前市场上广泛流行的单片集成4位半双积分A/D转换器。 由于ICL7135具有4位半的精度（相当于14位二进制数）、自动校零、自动极性输出、单一参考电压、动态字位扫描BCD码输出、自动量程控制信号输出、价格低等特点，所以广泛应用于微控制器的应用系统和各种精度较高的数字仪器等领域[19]。 （1） 主要参数CMOS集成电路；双积分转换技术；单一参考电压；采用BCD码扫描输出；能用闪烁显示的方式表示超量程状态；具有六路输入/输出（I/O）辅助信号，可以和微处理器相连，进行复杂的控制；具有自动转换量程的过和欠量程信号；允许差分输入；具有自动极性辨别功能和自动校零电路；双电源供电；%177。 1个字；输入漏电流低 1pA；分辨率高 14位；零读数漂移 ℃；输入阻抗高 109Ω；转换速度慢 3次/秒；噪声低 15μV。 （2）引脚排列合引脚说明　V：负电源输入端，典型值为5V。 VREF：参考电源输入端，典型值为1V，参考电压的精度合稳定度将直接影响转换精度。 DDDDD1：BCD码数据的位选通信号输出端，分别分位万、千、百、十、个位。 BBBB8：BCD码数据输出线。 BUSY：转换状态标志输出端。 积分器在积分过程中（对信号积分和反向积分）BUSY输出高电平，积分器反向积分过零后输出低电平。 CLK：时钟输入端。 双极性模式：最高时钟频率为125Hz,转换速度为3次/秒；单极性模式：最高频率为1MHz，这时转换速度为25次/秒。 AGND：模拟地，INTOUT：积分器输出。 AZIN：自调零输入端。 BUFOUT：缓冲放大器输出端。 REFCAP：外接参考电容引脚。 REFCAP+：外接参考电容引脚。 INLO：信号输入低端。 INHI：信号输入高端。 V+：正电源输出端，典型值为+5V。 DGND：数字接地。 ICL7135引脚排列图POL：极性输出端。 当信号为正时，POL极性输出为高电平；输入信号为负时，POL极性输出为低电平。 R/：启动转换/保持控制端。 该端接高电平时，ICL7135为自动连续转换状态， 1/2。 一次A/D转换结束后，该端输出5个负脉冲，分别选通高位到低位的BCD码数据输出，可利用该信号把数据打入到并行接口中供CPU读取，这在和微处理接口时显得非常重要。 OVERRANG：过量标志输入端。 当输入信号读数超过转换记数范围时，该引脚输出高电平。 UNDER：欠量程标志输入端。 当输入信号读数小于9%或者更小时，该端输出高电平。 处理器模块的设计 单片机AT89C51简介及应用 （1） AT89C51性能及特点[20] AT89C51是一种与MCS—51单片机相兼容的、高性能的8位CMOS微控制芯片，采用40引脚DIP封装，片内带有4KB的快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM）。 是当前较先进的一种电擦除8位单片机，它与MCS51指令系统完全兼容，片内FPEROM允许对程序存储器在线重新编程。 也可用常规的EPROM编程器编程。 具有超强的加密功能。 ATMEL公司生产的这种89C51微控制器，将具有多种功能的8位CPU与FPEROM结合在同一芯片上，可完全替代87C51和8751/8752，为很多嵌入式控制应用提供了设计灵活且价格适宜的方案，深受用户欢迎。 此外,AT89C51还增加了在零频下工作的静态逻辑方式及空闲和掉电两种可选的省电模式,在空闲模式下,CPU停止工作,但RAM,定时/计数器,只保存RAM的内容,振荡器停振,关闭芯片的所有其它功能,与MCSC51相同.AT89C51主要特性如下： AT89C51引脚图与MCS51产品兼容；4K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：0Hz24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32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；片内振荡器和时钟电路；可编程全双工串行；4KB的在线可重复编程快闪存储器，写/檫可达1000次以上。 （2）AT89C51内部结构说明AT89C51的FLASH存储器有4KB，RAM只有128字节，加密位有三位，加密位为LB1，LB2。 AT89C51是一带有2KB字节的闪速可编程可擦除的只读存储器（PEOM），低电压，高性能的8位CMOS微型计算机，有如下特性；和MCS—51系列产品完全兼容，2KB的FLASH的程序存储器，可擦写1000次，—6电压范围，静态工作方式，可外接0—24MHZ的晶体振荡器，；两级程序存储器，；128字节SRAM；32根可编程I/O引线；三个16位定时/计数器，六个中断源，可编程UART串行口，直接LED驱动输出，片内模拟比较器，低功耗空闲方式和掉电工作方式。 AT89C51是ATMEL微控器家族中廉价的成员，它含有2KB字节的快闪存储器和MCS—51结构兼容并可用MCS—51指令集进行编程，89C51程序存储器大小的物理范围为000H7FFH，且89C2051中已保留了标准中断服务的子程序的地址，AT89C51包含128字节内部数据存储器，这样8951中堆栈的深度局限于内部RAM的128字节范围内，它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的访问的执行，因此，程序中不应该包含MOV[]指令。 （3） 端口介绍:ALE端口：地址锁存使能在访问外部存储器时输出脉冲锁存地址的低字节在正常情况下ALE 输出信号恒定为1/6 振荡频率并可用作外部时钟或定时注意每次访问外部数据时一个ALE 脉冲将被忽略ALE 可以通过置位SFR 禁止置位后ALE 只能在执行MOVX 指令时被激活。 PSEN端口：程序存储使能当执行外部程序存储器代码时PSEN 每个机器周期被激活两次在访问外部数据存储器时PSEN无效访问内部程序存储器时PSEN 无效。 EA/Vpp：外部寻址使能/编程电压在访问整个外部程序存储器时EA 必须外部置低如果EA 为高时将执行内部程序除非程序计数器包含大于片内FLASH 的地址该引脚在对FLASH 编程。