毕业论文-加湿器毕业论文

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【精品】毕业论文-加湿器毕业论文北化大学毕业设计（论文）纸┊┊┊改进型加湿器控制系统┊┊【摘要】我的设计是加湿器的设计，之所以选择加湿器是因为随着人们生活水平的提高，人们┊越来越重视生活的质量和工作环境的质量，因湿度不足造成的空气干燥，不仅有损于人的健康和 ┊舒适性，而且还会降低生产效率和造成产品不合格，造成各种各样的不良影响，加湿器的作用正┊被人们逐渐重视起来。┊加湿器在未来将会有一个非常广阔的市场前景。该系统主要能够完成以下功能：采集空气中的┊湿度状态,并送入主控模块,主控模块根据现有的湿度判断是保持原来状态还是进行加湿以及加┊湿量的大小和加湿速度等;能够通过水位传感器测试水位的状态,从而通过主控模块控制进水、排┊水、预报警、报警等;具有良好的人机交互性,能够通过控制面板比较方便地进行温度设定、加湿┊量设定。装利用单片机制技术对加湿器功能进行改进，使其既有自动控制功能，又能够根据用户需要进行 ┊自动调节。通过本研究，使目前加湿器的智能控制程度都得到增强，而且该研究还直接针对家庭┊温湿度控制，具有非常重要的实际意义和应用价值。┊【关键词】加湿器控制系统单片机温度检测湿度检测┊┊订┊┊┊ ┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊北化大学毕业设计（论文）纸┊目录┊┊┊第1章引言.......................................................................1 ┊1.1选题背景..................................................................1┊1.1.1改进型加湿器的作用：................................................2┊1.2本课题研究的主要内容......................................................2┊1.3系统研究的应用前景........................................................3┊第2章方案论证...................................................................3┊2.1显示部分..................................................................3 ┊2.2温湿度检测部分............................................................4┊2.3控制部分..................................................................4┊第3章温湿度控制系统的硬件设计...................................................5装3.1系统的组成及工作原理......................................................5┊3.2温度传感器的选择..........................................................6┊3.2.1温度传感器AD590.....................................................6┊3.2.2温度测量电路设计...................................................10 ┊3.3湿度传感器的选择.........................................................10┊3.3.1湿度传感器HM1500...................................................11订3.3.2湿度测量电路设计...................................................12┊3.4信号分析与处理A/D转换...................................................13┊3．4.1ADC0809介绍......................................................13┊3.5显示接口电路.............................................................15┊3.6键盘电路.................................................................16 ┊3.7执行机构接口电路.........................................................17线3.8加湿装置的原理...........................................................19┊3.9数字电路设计的抗干扰.....................................................20┊3.10单片机的选择及介绍......................................................21┊3.10.1概述..............................................................21┊3.10．2引脚功能说明.....................................................21┊3.11时钟振荡器..............................................................23┊ 第四章控制系统的软件结构和程序框图...............................................24┊4.1主程序...................................................................24┊4.2系统各程序模块...........................................................25┊4.2.1数据采集子程序模块.................................................25┊4.2.2显示子程序模块.....................................................26┊4.2.3键盘子程序模块.....................................................27┊致谢........................................................错误！未定义书签。 ┊参考文献........................................................................30北化大学毕业设计（论文）纸┊第1章引言┊┊我的设计是加湿器的设计，之所以选择加湿器是因为随着人们生活水平的提高，人们越来越重视┊生活的质量和工作环境的质量，因湿度不足造成的空气干燥，不仅有损于人的健康和舒适性，而┊且还会降低生产效率和造成产品不合格，造成各种各样的不良影响，加湿器的作用正被人们逐渐┊重视起来，加湿器在未来将会有一个非常广阔的市场前景。该系统主要能够完成以下功能：采集 ┊空气中的湿度状态,并送入主控模块,主控模块根据现有的湿度判断是保持原来状态还是进行加┊湿以及加湿量的大小和加湿速度等;能够通过水位传感器测试水位的状态,从而通过主控模块控┊制进水、排水、预报警、报警等;具有良好的人机交互性,能够通过控制面板比较方便地进行温度┊设定、加湿量设定、进水阀的控制、导风的控制等;能够和上位机进行通信,从而实现网络监控.┊随着人们生活水平的提高，人们对生活环境的要求越来越高，在气候干燥的冬季室内由于暖┊气的原因空气十分干燥，人体感觉不适。┊研究表明：湿润的空气才能保持生机盎然。为防止家具、木质装修、书籍或乐器老化、变形甚装 至干裂的情况出现，储存以上物品时室内湿度应保持在45%一55%RH之间，而冬季北方家庭室内湿┊度仅为10%-15%RH，干燥使我们可能带上2000-7000伏的高压静电，由于家用和办公电器的普及，┊静电更是无处不在。严重的静电会使人心情烦躁、头晕胸闷、喉鼻不适。空气湿度调节控制系统┊可以释放湿润的空气，负氧离子可均匀遍布整个房间，有效消除静电，创造森林、海滨般的清新┊空气。由此可见空气湿度的控制对于我们的身心健康和工作学习的重要性。┊室内湿度调节可以通过多种方式进行，例如：洒水、放置鱼缸，但是这种方式效果比较慢，订而且不易控制。由于过渡潮湿对人体同样具有副作用，现在家庭采用的加湿方式主要是超声波加┊湿器方式，该方式效率高、速度快、可控性好。 ┊目前市场上的加湿器一般只能提供简单的雾量调节，功能单一，且多为手动控制类型。少数┊加湿器有自动调节和恒湿功能，但是其湿度检测方法单一、可信度不高，难以达到真正均匀加湿┊的目的。┊本课题的研究就是针对目前市场上加湿器产品功能单一的缺点，利用单片机制技术对加湿器线功能进行改进，使其既有自动控制功能，又能够根据用户需要进行自动调节。通过本研究，使目┊前加湿器的智能控制程度都得到增强，而且该研究还直接针对家庭温湿度控制，具有非常重要的┊实际意义和应用价值。┊┊ ┊┊┊┊1.1选题背景┊┊在超声作用下，液体在气相中分散并在液体表面形成细雾飞逸的过程叫做超声雾┊化。其空化作用是超声成雾的主要原因，然后通过风动装置，将水雾扩散到空气中，达到均匀加┊湿空气的目的。雾化速度和功率密切相关，功率大则产生的雾量多。雾化速度还与液体表面张力、┊密度、粘度、蒸气压、温度等因素有关。雾滴的直径与超声频率成反比关系。下表列出了超声频 率与采用的换能器形状和物粒直径以及这种频率下雾化器的用途的关系。见表1-1表1-1超声频率与物粒直径的关系频率超声辐射器形状雾粒直径用途10-1000KHZ夹心压电换能器120-30um促进燃烧磁致伸缩换能器金属粉末制取100-300KHZ圆形或方形金属共振30-15um小型吸入器板300-800KHZ圆形压电片厚度振动15-7um医用吸入器 共40页第1页北化大学毕业设计（论文）纸800-3MHZ圆形压电片厚度振动7-2um火焰光谱分析┊家用加湿器┊┊超声雾化以其独特的雾化效果己广泛地应用于轻工、医疗、冶金、保健、环境等行业。医用┊吸入超声雾化器和家用超声雾化加湿器工作原理基本相同，例如在雾化杯中加入一些治疗药物，┊在超声雾化作用下，药物在1.7M Hz超声波的强烈作用下，药物粉末分散到水形成的水雾中，其┊所形成的雾滴直径在1-2微米之间，然后经鼻或口吸入，使雾化了的药物直接进入支气管末梢和┊肺泡，从而大大增强对疾病的治疗效果。┊从对家电的控制手段来看。在上世纪70年代到80年代，家用电器基本上属于机电控制功能型。┊进入90年代，家用电器出现了智能化，转向电脑控制的智能型家电。这种智能型家电一般通过单┊片机实现对家电的控制操作。未来家电将实现网络化,而且Bluetooth，HomeRF以及IEEE802.15┊等标准的制定表明了这个趋势。┊单片机作为微型计算机的一个很重要的分支，自70年代问世以来，以极其高的性能价格比，┊ 受到人们的重视和关注，应用很广，发展也很广。单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境装要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易，并可获得较高的经济效益。正因为┊如此，在我国，单片机己广泛地应用在智能仪器仪表。机电设备过程控制、自动检测、家用电器┊和数据处理等各个方面。┊1.1.1改进型加湿器的作用：┊随着人们生活水平提高，空调广泛使用，导致皮肤紧绷、口舌干燥、咳嗽感冒等空调病的滋┊生。本产品在雾化过程中，释放大量负氧离子，能有效增加室内湿度，滋润干燥空气，并与空气 订中漂浮的烟雾、粉尘结合使其沉淀，能有效除去油漆味、霉味、烟味及臭味，使空气更加清新，┊保障您和家人的健康。调节和增室内湿度，效果好预防疾病，消除静电，养颜护肤，养生保健，┊调节室内温度。加湿器不仅能加湿，智慧的人们还能使加湿器的功能得到更广泛的也更具魅力┊的发挥，水箱中加入专用消毒液，阻挡流感、肺言等病毒的侵扰；兑入专用香水，幻染出现代家┊ 庭的浪漫和温馨；兑入专用药水，给呼吸道患者一个良好的疗养空间；加温器产生的负离子使┊人们仿佛进入森林、海洋，感受新鲜空气的滋润加温过滤作用，在加温的同时达到滤净气。线┊┊1.2本课题研究的主要内容┊研究改进型加湿器控制系统，该系统主要任务通过检测来自温度变送器和湿度变送器的信┊号，使用单片机对加湿器和加热器进行调节和控制。 ┊┊1.温度检测┊┊2.湿度检测┊┊3.制冷和加热装置┊┊4.加湿器┊5.驱动电路。本课题研究的目标和要求：温度调节范围为0℃～30℃ 。相对湿度调节范围为45％～60％在上述温度和湿度的调节范围内，通过键盘给定参数，由PLC对空调机执行控制以实现对温度和湿度的调节和控制。采用可编程序控制器设计，画出原理图，编制程序绘制系统原理图，编写程序。本课题的特色：本系统具有电气控制，并且采用可编程序控制器实现智能控制等，系统具有实用价值，能锻炼我们的实际设计能力。课题研究的技术关键：提供了温湿度测量结构，相比其它方式的温度测量方案，这种检测方案具有低成本、宽工作电压、低功耗、高可靠性、易于实现和维护等诸多优点。用软件实现了湿 度检测的温度补偿。测控系统是随着计算机技术、自动控制等的发展而提出和发展起来的。“智能”可理解成为其科技含量，其科技含量高低反映了其技术水平。总之，“湿度智能控制系统研共40页第2页北化大学毕业设计（论文）纸究”课题的完成，一方面，为多种参数的测控智能化的可行性提供了依据；另一方面，也为制定┊智能化规范提供了参考。┊┊1.3系统研究的应用前景┊ ┊湿度智能控制系统是一种用于家庭、实验室、仓库厂房、花棚和塑料薄膜大棚内环境温湿┊度监测及湿度控制的全自动智能调节系统。它通过超声雾化加湿装置对湿度进行自动调节，使环┊境的湿度达到适宜的范围。┊系统的设计可靠，操作简单方便，全自动化，优选分析软件，智能控制，而且安装简便，维┊护简单，不仅适用于国防工程、人防工程等，而且也可广泛适用于大型建筑、工厂车间、仓库房、┊温室花棚、蔬菜塑料大棚等对湿度要求较高的场所。┊另外，相关于智能化以及相关产品的研发，既有利于推动工控技术的发展，又能带来可观的┊经济效益和社会效益。┊（1）市场预测 装随着计算机技术、现代检测技术和自动控制技术等高新技术的延伸，以计算机为中心的自动┊化是当今世界范围内心的工业技术革命的核心之一。计算机测控技术是人们提高劳动生产率确保┊产品质量，减轻劳动强度，实现综合自动化和生产过程最有控制以及为家庭提供舒适生活条件的┊有效手段。┊（2）课题的实用性及前瞻性┊“温湿度智能控制系统”具有很强的灵活性，根据用户需要，可以进行灵活设置。例如：如订果用户需要不同的相对湿度，我们在设计系统时提供了用户湿度设定功能，这样用户也可根据实┊际情况进行灵活设置。总之，即能适合现在的测控要求，也会在一定程度上满足将来发展的需要。 ┊（3）本课题的社会效益┊本课题是以测控智能化为宗旨，旨在为工业及家庭提供有效、实用的湿度测控方法。这一方┊面是对当前湿度测控技术的更新，另一方面也为人们的家庭生活更加舒适提供了条件。此外，对┊于生产智能控制器的厂商来说，他们在推广应用这项成果中，将会获得可观的经济效益。线┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊┊┊第2章方案论证┊┊2.1显示部分方案一：动态显示 动态显示，此种显示的优点是使用硬件少，价格低，线路简单。但占用单片机时间长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。方案二：静态显示静态显示，虽然使用元件多且线路比较复杂，但是显示占用机时少，显示可靠，用起来比较方便，适合于单片机长时间做其它工作不管理显示的情况。鉴于上述原因，选择方案一共40页第3页北化大学毕业设计（论文）纸2.2温湿度检测部分 ┊┊方案一：┊温度的检测方法，一般采用热敏元件，如热电阻、热敏电阻、温敏二极管、温敏三极管等测┊温元件。热敏电阻的工作原理：热敏电阻的阻值随温度的升高而成非线性急剧变化，一般具有负┊的温度系数，其阻值随温度升高而急剧减小，只有少数具有正的温度系数。热电阻的工作原理：┊热电阻的阻值随温度的升高而增大并且阻值随温度按照近似的线性关系缓慢变化。┊湿度的检测方法，一般采用湿敏元件检测湿度，分为湿敏电阻和湿敏电容两种情况。常用的┊有高分子电阻式湿度传感器、高分子电容式湿度传感器等。高分子电阻式湿度传感器的工作原理： ┊由于水附在有极性基的高分子膜上，在低湿度下，因吸附量少，不能产生荷电离子，电阻值较高。┊当相对湿度增加时，吸附量也增加，集团化的吸附水就成为导电通道，高分子电解质的正负离子┊主要起到载流子作用，另外，由吸附水自身离解出的质子、水和氢离子也起电荷载流子作用，使┊高分子湿度传感器的电阻值下降。高分子电容式湿度传感器的工作原理：高分子材料吸水后，元┊件的介电常数随环境的相对湿度的改变而改变，元件的介电常数是水与高分子材料两种介电常数装的总和。当被测的气态水分子通过多孔的上电极扩散至感湿膜表面，被极性官能团所吸收，引起┊湿敏电容器介电常数的改变，从而改变了湿敏电容器的容量值。┊但湿、热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测要求精度高的温湿度是不适用的。 ┊方案二：采用集成温湿度传感器。集成温湿度传感器测量精度高，能把温度转化成数字，测┊得的温湿度值的存储在自带RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。┊基于温湿度传感器的以上优点，决定选择方案二订┊2.3控制部分┊┊方案一：基于DSP设计的温湿度控制系统，因为DSP有强大的高速运算能力，┊以及其片内集成的丰富控制外围部件和电路，所以简化了电路的硬件设计，可以实现各种控制算┊法和控制策略，但是成本较高。 线方案二：基于单片机的温湿度控制系统，因为软件完成众多的数据处理和存储的任务，简┊化了传统常规仪表的电子线路，增加了功能，提高了准确性和可靠性。┊基于本次论文不需要如此高的精度，决定选择方案二。┊总体方案┊利用单片机AT89C51作为本系统的总体模块，配以温度传感器AD590和和湿度┊传感器HM1500组成的数据采集模块，A/D转换模块（ADC0809），7219构成的的数码管显示模┊块，键盘控制模块等组成。┊┊ ┊┊┊┊┊共40页第4页北化大学毕业设计（论文）纸┊┊第3章温湿度控制系统的硬件设计┊ ┊┊本系统的硬件由AT89C51,湿度传感器、温度传感器、温湿度显示、执行机构等组成。数据采┊集主要完成数据的采集、A/D（ADC0809）转换、线性处理；AT89C51单片机是系统的核心部分，┊主要完成系统参数和控制参数的设定，传感器标定曲线的确定以及数据的输入、处理、存储、输┊出、显示、等功能。系统硬件配置如图3-1所示。┊┊┊┊ ┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊加热器 ┊89┊温度传感器A/D转换C显示电路线AD5905┊2┊单┊湿度传感器片┊HM1500A/D转换机报警电路┊┊ 加湿器┊┊┊┊键盘┊┊┊图3-1系统框图3.1系统的组成及工作原理 本系统原理结构框图如图3-1所示，它是主要包括数据采集与单片机处理、输出等，由数据采集和单片机组成的控制系统。其中数据采集由相应的传感器如温度传感器、湿度传感器、89C51单片机、模拟量输入输出通道、开关量输出通道所组成。系统既可以独立完成各种信息的采集、预处理及存储任务，又可接受人对控制参数设置，启动加湿装置，从而按不同要求调控湿度环境。本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。（一）信号采集由AD590、HM1500组成共40页第5页 北化大学毕业设计（论文）纸（二）信号分析由A/D转换器ADC0809、单片机89C51基本系统组成；┊（三）信号处理由显示器和报警系统等组成┊┊┊3.2温度传感器的选择┊┊方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元┊件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测 ┊量。┊铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质┊中使用稳定性差。在工业中用于-50～180℃测温。┊方案二：采用AD590，AD590是美国AD公司生产的二端式集成温度一电流传感器，该器件体┊积小、重量轻、性能稳定，它的测温范围在-55℃～+150℃之间，而且精度高。M档在测温范围内┊非线形误差为±0.3℃。电源电压范围为4～30V。当电源电压在5～10V之间，电压稳定度为1％装时，其误差只有±0.1℃。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。┊使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也 ┊很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。┊AD590的测量信号可远传百余米。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于┊温度传感器的选择。┊订3.2.1温度传感器AD590┊┊集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。┊一．主要特性┊AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡， ┊AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路线外形如图3-2所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V＋；2脚为电流输出端I；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图3-2所示。┊0┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊┊（a）封装共40页第6页北化大学毕业设计（论文）纸┊ ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ ┊装┊┊┊（b）基本应用电路┊图3-2AD590外形（图1）及电路符号（图2）┊订1、流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：I/T1μA/K┊T 式中：I――流过器件（AD590）的电流，单位μA。┊T┊T――热力学温度，单位K。┊2、AD590的测温范围-55℃-+150℃。3、AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化，电流I变化1μA，┊T线相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。┊2AD590的工作原理┊在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和5～30V的直流电源相连，并在输出端 ┊串接一个1kΩ的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将┊会有1mV／K的电压信号。其基本电路如图3-3所示。┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 共40页第7页北化大学毕业设计（论文）纸┊┊┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊ 订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊ ┊┊图3-3AD590内部核心电路┊图3-3是利用ΔU特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，BE┊可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工┊艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发┊射结电压U和U经反极性串联后加在电阻 BE3BE4┊对于AD590，n＝8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻┊R上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线L┊电阻的影响。图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1μA／K的I值。共40页第8页北化大学毕业设计（论文）纸┊ ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ ┊装┊┊┊┊┊订┊┊图3-4AD590内部电路┊图3-4所示是AD590的内部电路，图中的T1～T4相当于图 3-3中的T1、T2，而T9，T11相┊当于图3-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、┊T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏线置二极管。┊T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为发射极反馈电┊阻，可用于进一步提高阻抗。T1～T4是为热效应而设计的连接防式。而C1和R4则可用来防止寄┊生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的1 ┊／3。T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。┊根据上式不难看出，要想改变ΔU，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和BE┊减小R6是一样的，其结果都会使ΔU减小，不过，改变R5对ΔU的影响更为显著，因为它前BEBE┊面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在250℃ ┊之下使总电流I达到1μA／K。┊二．基本应用电路┊图3-5是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度┊成正比，当电阻R和电位器R的电阻之和为1kΩ时，输出电压V随温度的变化为1mV/K。但由120┊于AD590的增益有偏差，电阻也有偏差，因此应对电路进行调整，调整的方法为：把AD590放于┊冰水混合物中，调整电位器R，使V273.2+25298.2（mV）。但这样调整只保证在0℃或25℃附20近有较高的精度。 共40页第9页北化大学毕业设计（论文）纸┊┊图3-5AD590应用电路┊┊三．摄氏温度测量电路：┊如图3-5所示，电位器R用于调整零点，R用于调整运放LF355的增益。调整方法如下：在24┊0℃时调整R，使输出V0，然后在100℃时调整R使V 100mV。如此反复调整多次，直至0℃时，2040┊V0mV，100℃时V100mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25℃，那么V应为25mV。000┊冰水混合物是0℃环境，沸水为100℃环境。┊3.2.2温度测量电路设计┊考虑到AD590温度传感器的输出电流源特性，设计的温度信号测量电路如图3-5所示。该电┊路的温度测量范围为-10～+500℃。AD590采用15V电压供电；电阻R1用于调整零点；电阻R3为┊ 精密电阻，用来调整增益。运放的同向端输入2.50V精密参考电压，该电压由TL431提供。IN端输┊入AD590的电流，OUT端输出为相应转换所得到的电压。根据AD590的特性，在-10℃时，流过电流装为262.2μA，设计使这部分电流全部流过R1、R2，而其后增加的电流均流过R3，OUT端的输出电┊压为：┊┊┊当温度在-10～+50℃之间变化时，该电压就在2.5～0V之间反向线性变化，调节R1的阻值大小┊可以消除不同传感器的零点误差。订 ┊Q39K┊IN4007VCC┊INU3VCCVCCAD59018┊R36R382O1VCC7OUT1IN-O2┊1.0K91K3IN+IN- 6R40IN400745线VEEIN+VCC┊R37+2.5V39KNetLabel151LM358┊500Ω┊KT┊LVREF4 +C343┊101┊A┊┊图3-6温度测量电路┊┊3.3湿度传感器的选择┊ ┊测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或┊化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。方案一：采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ～1KHZ，测量湿度范围为0～100%RH，工作温度范围为0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）时为1MΩ。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内 使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度-30～50℃的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。共40页第10页北化大学毕业设计（论文）纸3.3.1湿度传感器HM1500┊由HM1500／1520型湿度传感器和单片机构成的智能湿度测量仪电路如图所示。该仪表采用 ┊+5V电源，配4只共阴极LED数码管。电路中共使用了3片IC：IC1为HM1500／1520型湿度传感┊器，IC2是由美国微芯片Microchip公司生产的带10位ADC的单片机PIC16F874，IC3为7达林┊顿反相驱动器阵列MC1413。PIC16F874是一种高性价比的8位单片机，内含8路逐次逼近式10┊位A／D转换器，最多可对8路湿度信号进行模数转换，现仅用其中一路。JT为4MHz石英晶体，┊配上振荡器电容C1、C2之后可为单片机提供4MHz时钟频率。PIC16F874的电源电压范围较宽┊+2．5～+5V，适合低压供电，静态电流小于2mA。RA口RA0～RA7为I／O接口，现利用PA0亦┊称AIN0口线来接收湿度传感器所产生的电压信号。PA1～PA4输出位扫描信号，经过MC1413获 ┊得反相后的位驱动信号。RB口中的RB0～RB6输出7段码信号，接LED显示器相应的笔段电极a～┊g。PIC16F874还具有掉电保护功能，MCLR为掉电复位锁存端。当UDD从+5V降至+4V以下时，芯┊片就进入复位状态。一旦电源电压又恢复正常，必须经过72ms的延迟时间才脱离复位状态，转┊入正常运行状态。在掉电期间RAM中的数据保持不变，绝不会丢失。┊装一、特点┊不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结┊构，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程┊等。 ┊┊图3-7a为湿敏电容工作的温、湿度范围。图3-7b为湿度-电容响应曲线。订┊┊┊┊┊线┊ ┊┊┊图3-7a、湿敏电容工作的温、湿度范围图3-7b、湿度-电容响应曲线。┊┊相对湿度在0%---100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于±2%RH；响应时┊间小于5S；温度系数为0.04pF/℃。可见精度是较高的。┊二、湿度测量电路┊HM1500电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大┊而增大。如何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 ┊敏电容置于运方与租蓉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3-7所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、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2、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。共40页第11页 北化大学毕业设计（论文）纸┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊装┊其中，充放电时间为：┊t充电C（R4+R2）Ln2┊t放电CR2Ln2┊因而，输出的方波频率为┊f1/t放电+t充电1/[C（R4+R2）Ln2]订可见，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3-1给出了其中的一组典 ┊型测试值。┊┊┊┊线┊┊┊┊┊ ┊┊┊表3-1、空气湿度与电压频率的典型值┊┊湿度频率湿度频率┊%RHHZ%RHHZ┊┊07351606600 10722470646820710080633030697690616840685310060335067283.3.2湿度测量电路设计集成湿度传感器HM1500的输出电压在1～4V间随湿度线性变化，考虑到本系共40页第12页 北化大学毕业设计（论文）纸统的单电源特点，设计的湿度信号采集电路如图3-6所示，该电路的测湿范围为0～100％┊┊┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊ 订┊图3-9湿度测量电路┊┊由于该电路中没有负压，电路的主体采用差分式减法电路，精密电阻┊R8R112.4kΩ，R9R122kΩ，用这四个电阻可调节增益。通过HM1500传感器测量所得到的湿度┊电压信号从IN端输入。差分的另一侧输入Vs。由TL431提供2.5V的精密电压分压后可得到1.0V线左右的电压。并由此可以得到输出电压的计算公式为：┊┊┊ ┊┊当温度在-10～+50℃之间变化时，该电压就在2.5～0V之间反向线性变化，调节R1的阻值大┊小可以消除不同传感器的零点误差。┊┊3.4信号分析与处理A/D转换┊┊温湿度检测有两个输入信号，一个来自温度传感器，另一个来自湿度传感器。在单片机8051┊的控制下，两路输入分时进入到A/D转换芯片ADC0809的输入端上。ADC0809转换结果是以字动┊态扫描BCD码形式输出的。 ┊3．4.1ADC0809介绍ADC0809是一种典型的8路模拟输入的8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺。（1）ADC0809的内部逻辑结构ADC0809内部逻辑结构，八路模拟量开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用1个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对ADDA、ADDB、ADDC三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于8路模拟通道的选择。8位A/D转换器是逐次逼近式，而三态输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量。（2）信号引脚ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装的芯片， 各引脚功能如下：①IN7～IN0――模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围0～5V，若信号过小，还需进行放大。另外，模拟量输入在A/D共40页第13页北化大学毕业设计（论文）纸转换的过程中，其值应保持不变，因此，对变化速度快的模拟输入量，在输入前应增加采样保持┊电路。┊②A、B、C――地址线。A为低位地址，C为高位地址，用于对8路模拟通道 ┊进行选择，引脚图中相应为ADDA、ADDB和ADDC。其地址状态与通道的对应关系见表3-2。┊┊┊┊┊┊表3-20809通道选择┊┊CBA选择的通道┊ 000IN0┊装001IN1┊010IN2┊┊01IN3┊100IN4┊101IN5订 ┊110IN6┊┊┊┊线┊┊┊③ALE――地址锁存允许信号。由低至高电平的正跳变将通道地址锁存至地址锁存器中。┊④START――启动转换信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进 ┊行A/D转换。在A/D转换期间，START应保持低电平。┊⑤D7～D0――数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。┊⑥OE――输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机上输出转换得到的数据。OE0，输┊出数据线呈高电阻态；OE1，输出转换得到的数据。┊⑦CLOCK――时钟信号。ADC0809内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界┊提供，要求频率范围10kHz～1.2MHz。通常使用频率为500kHz的时钟信号。┊⑧EOC――转换结束状态信号。EOC＝0，正在进行转换；EOC1，转换结束。┊该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。 ┊⑨VCC――+5V电源。⑩REF+、REF-――参考电压。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为REF++5V，REF-0V。ADC0809与89C51单片机的接口如图3-10所示共40页第14页北化大学毕业设计（论文）纸┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊ ┊┊┊┊订┊┊图3-1089C51与ADC0809的连接采用查询方式┊┊┊3.5显示接口电路 线┊74LS164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型TTLLSTTL器件的引脚兼容。74LS164┊是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。┊主要参数及特点┊串行输入带锁存┊时钟输入,串行输入带缓冲┊异步清除┊最高时钟频率可高达36Mhz┊功耗：10mW/bit┊74系列工作温度：0°Cto70°C┊Vcc最高电压：7V ┊输入最高电压：7V┊最大输出驱动能力：┊高电平：－0.4mA低电平：8mA在单片机系统中，如果并行口的IO资源不够，而串行口又没有其他的作用，那么我们可以用74LS164来扩展并行IO口，节约单片机资源，74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器，并带有清洁端。其中：Q0一Q7并行输出端。A,B串行输出端。MR清楚端，为0时，输出清零。CP时钟输入端。图3-11为74LS164构成得显示电路图。 共40页第15页北化大学毕业设计（论文）纸┊┊┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊ 订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊ ┊┊┊┊图3-1174LS164构成的显示电路图┊┊┊3.6键盘电路┊┊在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端 口（如P1口）就可以构成4*416个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。行扫描法行扫描法又称 为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。（1）判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状共40页第16页北化大学毕业设计（论文）纸态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线┊相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。┊（2）判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的 ┊过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确┊定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电┊平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。┊┊3.7执行机构接口电路┊┊将继电器接到89C52的P1.3口,开关量输出控制加湿装置电路，单片机将采集到的湿度数字┊量与预先设置的基准湿度上下限值进行运算比较处理后，从P1.3口输出驱动电磁继电器，对加┊湿装置进行功率调节，以及电源通断等控制。 ┊“看门狗”电路┊X25045是美国xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将eeprom、看门狗定时器、电装压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印┊制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。X25045引脚如图┊3-12所示。┊┊┊订┊ ┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊┊┊图3-12X25045引脚图1其引脚功能如下：cs：片选择输入；so：串行输出，数据由此引脚逐位输出；si：串行输入，数据或命令由 此引脚逐位写入x25045；sck：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出；共40页第17页北化大学毕业设计（论文）纸wp：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止；vss：地；vcc：电源电压；reset：复位输┊出。x25045在读写操作之前，需要先向它发出指令，指令名及指令格式如表3-5所示：┊┊表3-5X25045指令及其含义┊ ┊指令名指令格式操作┊WREN00000110设置写使能锁存器允许写操┊作┊WRDI00000100复位写使能锁存器禁止写操┊作┊RDSR00000101读状态寄存器┊WRSR00000001写状态寄存器┊READ0000A8011 把开始于所选地址的存储器中┊的数据读出装WRITE0000A8010把数据写入开始于所选地址的┊存储器┊┊2X25045看门狗电路设计┊X25045硬件连接图如图3-10所示。X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件┊预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从reset输订出一个高电平信号，经过微分电路c2、r3 输出一个正脉冲，使CPU复位。电路图中，CPU的复┊位信号共有3个：上电复位c1、r2，人工复位s、r1、r2和watchdog复位c2、r3，通过或┊门综合后加到reset端。c2、r3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器┊已经在工作,看门狗定时器的预置时间是通过X25045的状态寄存器的相应位来设定的。如表3-6所┊示，X25045状态寄存器共有6位有含义，其中wd1、wd0和看门狗电路有关，其余位和eeprom的工┊作设置有关。线┊表3-6X25045状态寄存器┊ ┊D7D6D5D4D3D2D1D0┊XYWD1WD0BL1BL0WELWIP┊┊┊wd1＝0，wd00，预置时间为1.4s。wd1＝0，wd01，预置时间为0.6s。┊wd1＝1，wd00，预置时间为0.2s。wd1＝1，wd01，禁止看门狗工作。┊┊┊ ┊┊共40页第18页北化大学毕业设计（论文）纸┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊ ┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊ 图3-13X25045看门狗电路硬件连接图┊┊看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正┊常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门┊狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别┊ 的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。┊┊3.8加湿装置的原理┊┊在超声作用下，液体在气相中分散并在液体表面形成细雾飞逸的过程叫做超声雾化。其空化┊作用是超声成雾的主要原因，然后通过风动装置，将水雾扩散到空气中，达到加湿空气的目的。 ┊超声雾化加湿装置的设计主要包括电源电路、超声波功率源超声震荡电路、放大电路等设计。超声雾化加湿器广泛用于家庭，特别适合我国北方冬季室内干燥时的加湿。如在加湿器的流体中再加入一些香水，则可使室内气味芳香。此外，它还可用于家庭或病房的氧加湿和药物治疗。用于药物治疗时，在超声波作用下，药物流体形成直径为0.5～10μm的雾状颗粒，患者通过深呼吸，即可将药物吸到呼吸道患处，用药物的高浓度进行治疗。这对治疗慢性支气管炎，哮喘肺炎等呼吸道疾病有一定疗共40页第19页