基于单片机的多点湿度检测系统设计

-.z应用研究ＡＰＰＬＩＣＡＴｌＱＮ８ＥＳ量曼ＲＣＨ-.z基于单片机的多点湿度检测系统设计-.zＤｅｓｉｇｎｏｆＭｕｌｔｉ・－ｓｉｔｅＨｕｍｉｄｉｔｙＤｅｔｅｃｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＳＣＭ-.z*敏**理工学院〔****４１４０００〕摘要：湿度的测量与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。湿度检测系统利用单片机ＡＴ８９Ｃ５１的控制与处理技术，采用测量湿度在０‰ｌｏｏ％ＲＨ之间的集成型恒流测湿元件ＨＳｌｌ０１，实现多地点的湿度实时检测和显示功能。关键词：单片’机湿度多通道检潮Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｕｍｉｄｉｔｙｍｅａｓｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｈａｓｗｉｄｅｓｐｒｅａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅａｎｄ-.zｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｈｕｍｉｄｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｕｓｉｎｇＳＣＭ〔ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ〕ｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈ－-.zｎｏｌｏｇｙａｎｄｕｓｉｎｇＨＳｌｌ０１ｗｈｉｃｈｍｅａｓｕｒｅｈｕｍｉｄｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｉｎ０％～１００％ＲＨ．Ｔｈｉｓｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｒｅａｌｉｚｅｓｍｕｌｔｉ－-.zｓｉｔｅａｎｄｒｅａｌ—ｔｉｍｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｐｌａｙｏｆｈｕｍｉｄｉｔｙ．-.zＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＣＭＨｕｍｉｄｉｔｙＭｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌＤｅｔｅｃｔ-.z１引言ＨＳｌｌ０１〔１〕日历时钟-.z在日常生活中，空气湿度直接影响人的身体**，空气过湿，将使人们感到沉闷和窒息，空气过燥，又会使人的口腔感到不适，甚至可能发生咽喉炎等疾病。因此湿度检测是十分必要的，本文对多地点湿度检识４的系统进展了硬件和软件的设计。２系统功能设计本文设计的湿度检测系统是单片机实时检测和自动控制的应用系统。系统的原理框图如图１所示，由多个传感器ＨＳｌ１０１通过ＴＬＣ２５４３模数转换芯片与单片机连接组成多通道湿度检测电路。单片机通过ＭＡＸ２３２芯片，ＲＳ２３２接口与打印机连接，组成打印输出系统。由ＳＤ２０００日历时钟芯片与ＦＭ２４Ｃ２５６存储芯片共同给ＡＴ８９Ｃ５１提供时钟日历信号，而经单片机ＡＴ８９Ｃ５１处理过的湿度信号通过串行中文图文显示模块输出到液晶显示屏。７４ｗｗｗ．ｃｎｉｍ．ｃｎ万方数据ｌ参考电压卜＿—叫Ｈ：Ｈ中文ｌ２００８年第６期中周设嚣俄表匝拖疆’ｌ鬻崖匝拖疆’ｌ鬻崖-.zＡＰＰＬＩＣＡＴｌ０ＮＲＥＳ至望竖！！瑚应用研究-.zＶＣＣ、亿Ｃ３．２系统接口与扩展电路系统设计中通过ＭＡＸ２３２连接单片机-.z船ｕ，ｆＨＲＥＳＥＣ２ｍ酬ｌＣ３白ｃｌＴ叫２０ｐＦ．卜牛－一１。．。｝１．１嵴．惜一ＥｏＣＩＬＡＴＸ２．恃ｕ：ＶＣＣ／ｃｓＤｏＧＮＤＡＩＮｌＯＡＩＮ３ＡＩＮｌＡⅡＮＯ６Ｒ３狂匕ｌｏｋ１０ｋ．艄１０ｋ〔—一Ｊ和打印机，直观地实现数据实时或分时的打印输出。ＡＴ８９Ｃ５１具有串行通讯接口ＳＣＩ。ＳＣＩ为能与ＣＲＴ终端及计算机等外设通讯的全双工异步系统。系统采用ＲＳ２３２Ｃ接口方式。由于ＲＳ２３２Ｃ信号电平与ＭＣＳ５１型单片机信号电平〔ＴＴＬ电平〕不一致，因此在采用ＲＳ２３２Ｃ标准时必须进展信号电平转换。在串行通信的接口电-.z路中选用ＭＡＸ２３２芯片作为信号电平转换-.z图２湿度检测电路并送入到单片机中。单片机对采集到的信号进展滤波处理并通过查表得到实际测量的湿度值，之后通过单片机的外部接口电路显示该湿度值，或通过其与上位机的接口把此值送入到上位机进展保存及打印等操作。系统Ａ／Ｄ转换电路采用美国ＴＩ公司１１路模拟量输入，１２位串行Ａ／Ｄ转换器ＴＬＣ２５４３，使用开关电容逐次逼近技术完成Ａ／Ｄ转换过程。由于是串行输入结构，能够节省单片机ｉ／ｏ资源，且价格适中。它通过一个３态输出端〔ＤＡＴＡＯＵＴ〕和２个输入端〔包括Ｉ／ＯＣＬＯＣＫ〔Ｉ／Ｏ时钟〕和ｃｓ〔片选〕〕与ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ１．４－Ｐ１．７接口相连。该转换器具有零值设定端ＲＥＦ一和满度值设定端ＲＥＦ＋，可满足本系统需要对输入模拟量上下限进展设定的要求，同时该器件具有最多１１路的模拟量输入功能，因而可使本系统实现最多１１路的湿度测量功能。ＨＳｌ１０１的输出可直接与ＴＬＣ２５４３的模拟输入端相连。本设计要求采用多通道的测量技术，实现多地点湿度的测量，利用单片机快速处理的能力，采用分时处理技术，实现多通道的功能。多通道技术的实现有两种方式，一种为对各个传感器单独逐个进展数据的采集，当采集到不为当前所选通道的数据时，置该电路数据为１，而所选通道的数据则能被单片机所读出；另一种方法即为对所有的传感器进展统一的单独编址，对通道数据采集时只是输入相应的地址码即可实现。在本系统设计中采用这种准确、简单的方法来实现多通道检测功能。芯片。这种芯片可以实现ＴＴＬ电平和ＲＳ２３２Ｃ接口电平之间的转换。实时时钟芯片ＳＤ２０００与单片机的连接图如图３所示，提供应ＡＴ８９Ｃ５１准确的时钟日历信号，实现对湿度测量的时间和日历信号提供基准。图３ＳＤ２０００与单片机的连接图在检测系统设计中，数据的平安存贮非常重要，且要求数据保存平安期长。ＦＭ２４Ｃ２５６是一种铁电存贮器〔ＦＲＡＭ〕，其存贮时间短，能够在极短的时间内保存大量数据，解决了系统在突然断电时数据及时、平安的存贮，通过Ｐｏ口的Ｐ０．２、Ｐ０．３、Ｐｏ．４与计算机进展通信。它存储单片机处理完成的数据，用来弥补ＡＴ８９Ｃ５１存储空间的缺乏。系统设计选用中国**南亚公司的液晶显示模块ＬＭＢＧＡ．－０３２ｊ９ｃＫｊ羞行显示，通过与８１５５的ｉ／ｏ口连接到显示屏，能够将单片机处理的送到显示器的数据信号直观形象地显示出来。-.z中周便嚣饭：丧２００８年第６期万方数据ｗｗｗ．ｃｎｉｍ．∞７５匕〕ｏｖｃｃ。。Ｌ三．：！臣２Ｌ，１峄．蘩Ｐ．卜，一．‘’．■●—：．愫…Ｐ３．４ｒＲＥＦ－圳９上儿’ｆＡ矾５—｝Ｉ【Ｐ１号—芯啦ＴＰ６匕〕ｏｖｃｃ。。Ｌ三．：！臣２Ｌ，１峄．蘩Ｐ．卜，一．‘’．■●—：．愫…Ｐ３．４ｒＲＥＦ－圳９上儿’ｆＡ矾５—｝Ｉ【Ｐ１号—芯啦ＴＰ６-.z应用研究ＡＰＰＬＩＣＡＴｌ０ＮＲＥＳＥＡＲＣＨ-.z４系统软件设计Ｌ华多点湿度检测系统是一个智能化的系统，系统软件设计采用模块化设计，全部软件包括主程序、湿度检测子程序、数据存储、读取子程序、ＬＣＤ显示子程序、日历时钟子程序组成。所完成的功能主要包括：单片机ＡＴ８９Ｃ５１能够控制ＴＬＣｌ５４９正常工作的采样；把采样来的数据进展实时十进制４位精度显示；单片机ＡＴ８９Ｃ５１能够把显示的数据通过串行通信口传送到管理级的上位机进展处理等。系统主程序流程图如图４所示。５完毕语本系统采用高精度的电容式相对湿度传感器，在系统运行稳定时，湿度测量*围为０％～１００％ＲＩ－－Ｉ。系统充分利用ＡＴ８９Ｃ５１单片机自身的软件资源，具有智能化、可编程、小型便携从８１５５读取数据并发给计算机－ｄ数据发送＼＼完毕.／‘Ｙ复位８１５５的地址指针调滤波、线性化ｌ塑三：±Ｉ垄型壁塑*竺司进展下一次检测〔堡旦〕图４系统主程序流程图存储读数据.ｉ兰读取数据———王—一从ＳＤ２０００读时间二［读８１５５的地址指针将读取的数据和时间数据存储到Ｆ＇Ｍ２４Ｃ２５６中-.z等优点，只要选用不同的湿度传感器，并修改相应的软件控制程序，就可应用在环境保护、工业控制、农业生产以及军事等方面。并且系统移植性强，只需改变前端测量用的传感器类型，可在此根底上修改为其他非电量参数的狈０量系统。系统在硬件设计上充分考虑到可扩展性，经过一定的添加或改造，很容易增加〔上接第７３页〕模拟禽输入如图１６所示。图１６７６咖ａ．ｃｎｉｍ．ｃｎ万方数据功能，如从单片机主芯片串行口连接ＲＳ２３２转换芯片ＭＡＸ２３２与ＰＣ机相连，通过键盘可以实现对湿度值的设定，如果湿度值越界就发出信号报警，要求系统处理。参考文献１甘露，陈三宝．基于ＡＴ８９Ｃ５１的湿度检测系统设计与研究．微计算机信息，２００６，２２〔２３〕．最后是模拟量输出的画面，如图１７所示。图１７这样就完毕了所有典型模块的浏览。２００８年第６期中阈便嚣俄表一ｉ面高蔺ｌ■‘一ｉ面高蔺ｌ■‘-.z基于单片机的多点湿度检测系统设计-.z作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：*敏**理工学院,****,414000中国仪器仪表CHINAINSTRUMENTATION2008，(6)0次-.z1.甘露.陈三宝.薛志华基于AT89C51的湿度检测系统设计与研究[期刊论文]-微计算机信息2006(23)1.期刊论文夏晓南.*IA*iaonan基于单片机的温箱温度和湿度的控制-现代电子技术2005,28(24)介绍了基于单片机MCS-51的温箱控制系统的软硬件设计.该系统控制对象是温箱,控制指标为温度变化*围34～42℃,控制精度为±1℃;湿度变化*围60%～75%,控制精度为±1%.该系统具有同时控制温箱温度和湿度的功能,能够到达既定的控制指标,并具有稳定、准确、操作方便的特点.文中分别给出了温度、湿度信号检测与控制的方案及电路;详细论述了控制方案及原理,并给出了主程序和主要中断程序的框图.2.期刊论文*翔.ZHANG*iangPIC16C74单片机在湿度检测系统中的应用-**师*学院学报〔自然科学版〕2008,25(4)为了准确获取现场的湿度值,提出了基于PIC单片机的湿度检测系统的设计.现场的湿度采集使用湿度传感器.从测试现场采集到的湿度经A/D转换送单片机进展处理,然后通过接口芯片与上位机相连,进展串行通信,从而以较低的本钱、较高的精度实现了现场湿度的检测,具有广泛的应用前景.3.期刊论文*振全.王朝玉基于单片机的冬枣保鲜库温、湿度监控系统-**轻工业学院学报2003,18(3)将8032单片机作为温湿度测控系统的控制中心,利用AN6701型集成温度传感器和HS1101型电容式湿度传感器对温度和湿度进展检测,采取变速积分PID控制算法,实现了对温度和湿度的自动控制.用户可通过键盘设置需要的温、湿度值以及报警的上下限值,并通过数码管即时显示.根据需要调整参数,系统还可应用于其他类型的温湿度控制.4.期刊论文罗琳一种高性能便携式PIC单片机湿度检测仪的研制-电子技术应用2000,26(1)介绍了一种高性能便携式PIC单片机湿度检测仪的研制,详细说明了有关的工作原理和关键技术.本测试仪充分应用PIC单片机自身的软硬件资源,具有智能化,小型便携、可编程等优点,在农业、水文系统、环境监测、气象等许多领域具有广泛的应用.5.期刊论文马善农.王怀平基于P87LPC76*系列单片机的温、湿度测控系统-电子产品世界2002(4)本文研究以P87LPC76*单片机为核心的大棚室内温、湿度测量控制系统,采用PID控制方式,由软件设定所要控制的温、湿度,用数码管即时显示,用热敏电阻和湿敏电阻构成检测电路,通过单片机控制驱动电路进展加热和加水.6.期刊论文李志攀.谭文.王耀南基于单片机的煤湿度模糊控制系统设计-**师*学院学报〔自然科学版〕2009,31(1)介绍了煤湿度控制系统的硬件构造、软件流程及相应的控制策略.选用AT89S52作为CPU对水阀流量进展自动控制,基于模糊控制理论实现模糊检测与控制系统设计.给出了控制量的构造图和控制规则表,为验证所提控制方法的有效性,以*钢铁集团**的煤中水分含量调节作为实例,对模糊控制器硬、软件进展设计.实验结果说明模糊控制有控制方法简单、控制性能较好等特点.7.期刊论文王汉芝.*振全.WANGHan-Zhi.LIUZhen-quan基于单片机的资料库温、湿度监控系统-微计算机信息2009,25(20)针对温、湿度对纸*耐折度的影响,设计了适应中小型文献资料库应用的温、湿度监控装置.不仅能实现温、湿度检测、温湿度实时调节和显示,而且能实现温、湿度参数上下限值的设定.使该系统既可以应用在文献资料库中,也可以应用在温室大棚、畜牧业等与温、湿度调节相关的控制领域,该控制系统具有检测精度高、使用简单、本钱较低和工作稳定可靠等特点,具有一定的推广价值.8.期刊论文*昌振.熊昌鹏.伍云霞氧化铝膜状湿度传感式在线湿度仪的研制-中国仪器仪表2001(2)基于电容式传感湿度仪的根本工作原理,采用AT89c52单片机及其外围接口芯片,构成一个典型的单片机应用系统,并将其引入在线湿度仪中,实现了在线自动检测露点湿度,对检测数据进展实时采集,历史数据分析处理,LCD屏显示以及与上位机通信等功能,完成了氧化铝膜状湿度传感式