温度加湿器_课程设计论文.doc

本科生课程设计（论文）摘要本设计为家庭加湿器的控制装置的设计，是一个以单片机为核心，控制电路和执行电路为辅助的智能系统。选用at89c52单片机作控制器，利用单片机技术，传感器技术，分别设计了时钟电路，复位电路，电源电路，湿度检测器电路，放大电路，a/d转换电路，选择湿度传感器、加湿控制电路和信号指示电路一起构成湿度检测与控制系统，通过软件设计，当环境湿度值低于湿度下限时，开加湿器进行加湿处理；反之当湿度高于湿度上限时，关闭加湿器。此设计对于人们的生活有着实际意义。关键词：加湿器；单片机；检测； 目录 第一章 绪论1第二章 课程设计的方案22.1 概述22.2 系统组成总体结构2第三章 硬件电路的设计43.1单片机43.2时钟电路的设计53.3复位电路的设计63.4电源电路的设计73.5 湿度检测电路73.6 放大电路83.7 a/d转换芯片的选择93.8 控制电路10第四章 软件设计124.1软件流程图124.2软件源程序13第五章 课设总结17参考文献18第一章 绪论干燥是健康的大敌，它不但会使人体内水分大量流失，造成皮肤紧绷、口干舌燥、唇裂、上火等，还能引起流感、咽喉炎等呼吸道疾病。室内空气干燥，还会对家具、地板、家电等器物造成危害，缩短使用寿命。即便在南方，不下雨的天气或使用空调后秋冬季室内空气湿度仅为40%rh以下，明显低于居室正常的湿度范围40%70%rh，而添置一台加湿器，让家人和家里的种种物品都从干燥中解脱出来，从此享受暖暖湿意的秋冬。自从单片机出现后，世界上就许多发明家从事于各种加湿器的研究与制造。加湿器发展及普及应用也与其它行业一样，遵循着这样一个规律：从先进电加湿器的国家逐步推广到世界各国；从城市逐步发展到农村；由集体使用发展到家庭、再到个人；产品由低档发展到高档。加湿器有超声波型、电热型、超净型3种。超声波型是通过超声波振荡将水雾化，超声波震动，把水分解为水气 起到均匀加湿的效果。其特点是加湿直观见效快，价格较经济，符合广大普通家庭使用。电热型和超净型产品适合水质不佳的地区使用。 目前市场上的加湿器多种多样，其中，超声波加湿器采用超声波高频振荡，将水雾化为1至5微米的超微粒子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中，从而达到均匀加湿空气的目的。也就是利用换能器（也叫震荡片）将电能转化成机械能，产生 170 万次 / 秒的高频震荡，将水雾化成 5 m 的超微粒子，在通过风动装置扩散到空气当中以增加环境湿度 随着科学技术的不断发展和进步，工业生产也逐步走向自动化、智能化。尤其是以单片机控制的工业机逐步走向完善，使工业生产过程越来越集成化、快速化。湿度作为工业生产和科研工作中的重要生产参数，在大多数的生产过程中都要求精确、可控。传统的工业生产领域，往往需要生产工人靠长期的生产经验来估计实时的系统湿度。到了21世纪，单片机和plc等控制器的迅速发展，推动了电加湿器等一系列电器设备的智能化。单片机已渗透到生活的各个领域，几乎很难找到没有单片机足迹的领域。更不用说全自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械。这些设备由原来的单一人工控制转变为智能的可进行加法和逻辑运算，使得工作起来更加人性化和智能化。这不但节省了人们的时间，还给人们的生活带来了极大的便利。使得人们生活在一个科技高度发达的数字化时代。 第二章 课程设计的方案 2.1 概述此设计主要用来改变室内湿度，使得环境的湿度能够满足居住或办公的条件。以at89c52单片机作控制器，利用单片机技术，传感器技术，时钟电路，复位电路，电源电路，湿度检测器电路，放大电路，a/d转换电路，选择湿度传感器、加湿控制电路和信号指示电路一起构成湿度检测与控制系统，通过软件设计，当环境湿度值低于湿度下限时，开加湿器进行加湿处理；反之当湿度高于湿度上限时，关闭加湿器。2.2 系统组成总体结构为了实现当环境湿度值低于湿度下限时，开加湿器进行加湿处理，同时指示灯亮；反之当湿度高于湿度上限时，关闭加湿器，指示灯熄灭，设计的总体结构框图如下 图2.11.复位电路复位操作可以使单片机初始化，也可以是死机状态下的单片机重新启动，因此非常重要。单片机的复位都是靠外部复位电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机reset引脚上出现24个震荡脉冲（两个机器周期）以上的高电平，单片机就能实现复位。时钟电路：2.时钟电路：用于产生单片机工作所需的时钟信号，它可以有两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式。3.湿度采集：用来检测环境湿度，而模数转换器用来将检测到的模拟信号转化为数字信号，然后传送给单片机处理。4.单片机：此系统的工作核心，拥有控制和运算功能。可用汇编语言或c语言进行编程。当接收的检测装置的数字信号时，能够迅速响应，输出响应的控制信号，让驱动电路投入工作，工作到一定程度时，使系统自动关闭。5.驱动电路：单片机对其进行数据处理即与设定值上限与下限进行比较，当湿度低于下限时将启动控制电路使加湿器工作，湿度高于上限上加湿器停止工作从而实现湿度的控制。第三章 硬件电路的设计3.1单片机(1) 选取单片机at89c52 at89c52是51系列单片机的一个型号，它是atmel公司生产的。at89c52是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，功能强大的at89c52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。(2)at89c52的主要性能参数有： 与mcs-51产品指令和引脚完全兼容。 8k可重擦写的闪速存储器。 1000次擦写周期。 全静态操作：0hz-24mhz。 三级加密程序存储器。 2568字节内部ram。 32个可编程i/o口线。 3个16位的定时/计数器。 8个中断源。 可编程串行uart通道。 (3)at89c52的引脚图如下 图3.1 at89c52引脚图（4）at89c52的引脚功能 p0口：p0 口是一组8 位漏极开路型双向i/o 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个ttl逻辑门电路，对端口p0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。p1口：p1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向i/o 口， p1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个ttl 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。与at89c51 不同之处是，p1.0 和p1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex）。p2口：p2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个ttl 逻辑门电路。对端口p2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行movx dptr 指令）时，p2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行movx ri 指令）时，p2 口输出p2 锁存器的内容。flash 编程或校验时，p2亦接收高位地址和一些控制信号。p3口:p3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口。p3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个ttl 逻辑门电路。对p3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3 口将用上拉电阻输出电流（iil）。p3 口除了作为一般的i/o 口线外，更重要的用途是它的第二功能p3 口还接收一些用于flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。rst：复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ale/prog：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ale 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale 脉冲。对flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（prog）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的8eh 单元的d0 位置位，可禁止ale 操作。该位置位后，只有一条movx 和movc指令才能将ale 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale 禁止位无效。psen：程序储存允许（psen）输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89c52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次psen 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次psen信号。ea/vpp：外部访问允许。欲使cpu 仅访问外部程序存储器（地址为0000hffffh），ea 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1 被编程，复位时内部会锁存ea端状态。如ea端为高电平（接vcc端），cpu 则执行内部程序存储器中的指令。flash 存储器编程时，该引脚加上+12v 的编程允许电源vpp，当然这必须是该器件是使用12v 编程电压vpp。xtal1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。xtal2：振荡器反相放大器的输出端。3.2时钟电路的设计时钟电路用于产生单片机的工作所需的时钟信号。时钟信号可以由两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式，本次论文采用的是内部时钟方式。at89c52有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，引脚xtal1 和xtal2分别是此放大器的输入端和输出端。在xtal1和xtal2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器，见图2.2 。外接晶振时，电容值通常选用30pf左右；外接陶瓷谐振器时，电容值通常选用47pf左右。电容对频率有微调作用，振荡频率范围为1.212mhz。为了减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定可靠的工作，谐振器和电容应尽量可能安装的与单片机芯片靠近。内部时钟发生器实质是一个二分频的触发器，其输出信号是单片机工作所需的时钟信号。 图3.2时钟电路3.3复位电路的设计常用的复位方式有上电复位,电平式复位和手动式复位。本论文采用上电复位电路。上电复位在reset引脚上外接一个电容c至供电电源vcc端，下接一个电阻r到地即可。对于cmos型单片机，由于在rst端内部有一个下拉电阻，故可将外部的电阻r去掉，而将外接电容c减至1f。当系统上电时，复位电路通过电容c加给rst端一个短的高电平信号，此高电平随着vcc对电容的充电过程而逐渐回落，既rst端上的高电平必须维持足够长的时间。图3.3 上电复位电路3.4电源电路的设计本系统选用的直流稳压电源共有二种+12v、+5v。并且选用7812、7805二个集成稳压芯片，在电源电路中，首先应将220v的交流电经变压器变为12v的交流电，将12v交流电送到整流桥的两端，经整流桥和电解电容滤波，再分别送到集成稳压芯片7812输入端，7812输出端输出的就是+12v的直流电了。并联的电解电容使直流电压更稳定。再将+12v送入7805的输入端，7805的输出端便能产生+5v直流电了。7812、7805的输出端提供的就是系统所需二种电源。具体的连接方法见图2.4所示。图3.4电源电路图3.5 湿度检测电路本系统利用ksc6v湿度传感器检测湿度， ksc6v湿度传感器用于每隔5分钟，循环采集环境湿度，对1路湿度进行检测，检测范围是30%+100%；检测精度为-5%+5%，并将检测到的湿度变化量转换为电压值变化量。其中，ksc6v湿度传感器的原理为：将湿敏电容置于rc振荡电路中，直接将湿敏元件的电容信号转换成电压信号。由双稳态触发器及rc振荡器，其中，一支路由固定电阻和湿敏电容组成，另一支路由多圈电位器和固定电容组成。设定在0%rh时，湿敏支路产生一脉冲宽度的方波，调整多圈电位器，使其方波与湿敏支路脉宽相同，则两信号差为0，湿度变化引起脉宽变化，两信号差，通过rc滤波后，经标准化处理，得到电压输出，输出电压随相对湿度几乎成线性增加。其中，ksc6v湿度传感器的相对湿度为0%100%rh，对应的输出为0100mv。传感器输出电压信号，传感器的输出接二阶有源低通滤波器。因传感器的输出信号大多是缓慢变化的，因而对传感器的输出信号用滤波器滤波，低通滤波器允许低频信号通过而不能使高频通过，这种滤波器有二阶rc滤波电路，完成滤波功能。电路图如下： 图3.5湿度检测电路3.6 放大电路由传感器输出的信号较弱，只有100左右mv，而a/d转换器需0-5伏的输入电压，所以要把信号放大。图示为基本的反相放大器电路，输入电压uin通过r1加到反相输入端，其同相端接地，而输出电压uout通过电阻rf反馈到反相输入端。反相放大器的输出电压可由下式确定，u=-rf*uin/r1，式中负号表示输出电压反相，其放大倍数只取决于rf与r1的比值，a/d0809需0-5伏的输入电压而传感器输出为100左右mv，需放大50倍，rf选择50k，r1选择10k。电路图如下：图3.6放大电路图 3.7 a/d转换芯片的选择本系统选择8位a/d转换器adc0809，它是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式a/d转换器，转换时间100us左右，线形误差为（-0.5+0.5）lsb，采用28引脚双立直插式封装，它由8路模拟开关、通道选择逻辑（地址锁存与译码）、8位a/d转换器及三态输出锁存缓冲器组成，本系统需一路输入满足要求。8位a/d转换器对选送至输入端的信号vi 进行转换，转换结果d（d=028-1）送入at89c52中，at89c52对数据进行处理。它在start收到一个启动转换命令（正脉冲）后开始转换，100us左右（64个时钟周期）后转换结束（相应的时钟频率为60khz）。其间单片机对其查询，当0809转换结束后，变为高电平，通知cpu读结果。启动后，cpu可用查寻方式（将转换结果信号接至一条i/o线上）了解a/d转换过程是否结束，从而对数据进行处理。电路图如下：图3.7 a/d转换芯片电路图3.8 控制电路本系统采用电压继电器控制电路，当cpu向p1.4送低电平时，继电器线圈得电，常开触点k闭合，加湿器工作，这时指示灯亮，反之k断开，加湿器不工作，指示灯不亮。加湿器部分电路接220v交流电源指示灯用发光二极管串保护电阻与继电器线圈并联，实现指示功能。 图3.8 控制电路第四章 软件设计4.1软件流程图湿度控制及工作指示子程序清进位标志实际值与设定上限值比较c=1p1.4=0retp1.4=1n(c=0)实际值下限值实际值与下限值比较c=1 y(c=1)实际值下限值4.2软件源程序main：movr7，#0ffhaddr：movdptr，#7ff8h ;由于用p2.7口控制又是选通0809的inostart：movxdptr，a ;启动adc0809delay：movr6，#10;稍微延时个1sdjnzr6，delaychk：jnbp2.3,chk ;查询eoc信号finish:movxa,dptr ;读转换结果movp1,aacallwait ;控制adc0809转换频率大致1hzdjnzr7,addrwait：movr1，#0ffhloop1：movr2，#0ffhloop2：djnzr2，loop2djnzr1，loop1ret基于对湿度范围的考虑，对于湿度控制器, 假设一个加湿器接cpu的p2.0 。;设定下限湿度30(设4bh)存31h上限湿度60(设96h)存30h;/定义adc的连接端口ad_cs equ p3.6ad_wr equ p3.2ad_rd equ p3.7ad_input equ p1org 0000hajmp mainorg 0030hmain:lcall adc_demoajmp main;.启动ad转换.adc_start:clr ad_csnopclr ad_wrnopsetb ad_wrnopdetb ad_csnopret;.读ad转换.adc_read:mov ad_input,#0ffhclr ad_csnopclr ad_rdnopnopmov a,ad_inputnopsetb ad_rdnopsetb ad_csret;. ad转换程序.adc_demo:lcall adc_startlcall delay1mslcall adc_readmov 34h,a ;现在的湿度存34hmov 31h,#4bh;下限湿度30度存31hmov 30h,#96h ;上限湿度60度存30hclr csubb a,32h;现在的湿度和以前的湿度相减jc sdown ;c=0取入值较大,表示上升否则下降sup:mov a,34h ;取出现有湿度clr c ;c=0subb a,30h ;与上限湿度比较,c=1则需要不加湿否则c=0则需要加湿jnc pofjmp looppoff: detb p2.0 ;开始加湿jmp loopsdown:mov a,34h ;取出现有湿度clr csubb a,31h;与下限湿度比较,c=1则需要不加湿否则c=0则需要加湿jc ponjmp looploop:mov 32h,34h ;把现有湿度存32hclr a ;清除amov r4,#0ffh ;延长时间djnz r4,$jmp adc_demo ;继续监测湿度delay1ms: ;延时1ms的子程序mov r7,#10mm:mov r6,#50djnz r6,$dj