基于單片機的溫濕度實驗箱設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（含外文翻譯）

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫濕度實驗箱在現(xiàn)實生活中有著廣泛的應(yīng)用，溫濕度實驗箱能夠提供一個恒濕或恒溫的環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度和濕度的連續(xù)可調(diào)，汽車摩托、航天航空、船舶兵器等都需要進(jìn)行溫度和適度的實驗，以檢驗其各項性能指標(biāo)的穩(wěn)定性。</p><p>　　本文設(shè)計系統(tǒng)分為現(xiàn)場設(shè)備和監(jiān)控室設(shè)備兩部分，對每一個部分都進(jìn)行了軟件和硬件的設(shè)計，

2、本系統(tǒng)帶有RS232通訊接口電路，CPU部分選用AT89S52單片機,溫度傳感器采用AD590溫度傳感器，濕度傳感器采用霍尼韋爾的相對濕度傳感器HIH-3610-1，通信模塊采用CAN總線進(jìn)行通信遠(yuǎn)傳。監(jiān)控室采用PC機進(jìn)行顯示并控制，在軟件部分設(shè)計了下位機主程序、下位機信息采集子程序、下位機A/D轉(zhuǎn)化子程序、CAN總線通信子程序等程序，對被控對象的控制設(shè)計了PID算法子程序進(jìn)行控制，通過軟件和硬件的設(shè)計，實現(xiàn)了一臺實驗箱對溫度的調(diào)控功能

3、并實現(xiàn)了實驗箱內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和遠(yuǎn)程控制，使得監(jiān)控室內(nèi)的一臺PC機能同時監(jiān)控15臺現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況。</p><p>　　本設(shè)計實現(xiàn)了基于單片機溫濕度試驗箱的設(shè)計，采用該方案設(shè)計的溫濕度試驗箱具有低功耗、高效能等特點，具有很高的安全性、經(jīng)濟性和可靠性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫濕度；試驗箱；單片機； CAN總線</p><p><b>　　Abs

4、tract</b></p><p>　　Temperature and humidity test box is widely used in real life, the temperature and humidity test box can provide a constant humidity or temperature environment, continuously adjustab

5、le to achieve temperature and humidity, automobile motor, aerospace, weapons, ships need experimental temperature and moderate, to test their stabilities of various performance indicators.</p><p>　　In this p

6、aper, the design system is divided into equipment and control room equipment two parts, to every part of the design of software and hardware, the system with RS232 communication interface circuit, CPU part uses AT89S52 m

7、icrocontroller, temperature sensor using AD590 temperature sensor, humidity sensor using the relative humidity sensor HIH-3610-1 of Honeywell, a communication module based on CAN bus communication transmission. The contr

8、ol room by PC for display and control, in the part </p><p>　　Design and implementation of the design of MCU temperature and humidity test chamber based on the temperature and humidity test chamber, the schem

9、e has low power consumption, high efficiency and other characteristics, and has the advantages of safety, economy and high reliability.</p><p>　　Keywords: temperature and humidity; test chamber; MCU; CAN bus

10、</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 題目的來源與意義1</p><p>　　1.2 國外發(fā)展及現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 論文主要結(jié)構(gòu)及工作安排5</p>

11、<p>　　第2章 系統(tǒng)的方案論證6</p><p><b>　　2.1 概述6</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)的方案論證6</p><p>　　2.2.1 遠(yuǎn)傳方式的選擇6</p><p>　　2.2.2 CPU字長的選擇7</p><p>　　2.3 系統(tǒng)方案組成

12、7</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計10</p><p>　　3.1 器件的選型10</p><p>　　3.1.1 單片機的選型10</p><p>　　3.1.2 溫度傳感器的選擇11</p><p>　　3.1.3 濕度傳感器的選擇12</p><p>　　3.1.4

13、 液位傳感器的選擇12</p><p>　　3.1.5 A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇14</p><p>　　3.1.6 顯示器件的選擇14</p><p>　　3.1.7 加熱器件的選擇14</p><p>　　3.1.8 壓縮機的選型15</p><p>　　3.1.9 加濕器的選型16</p>

14、<p>　　3.2 總線結(jié)構(gòu)的選擇16</p><p>　　3.3 濕度信息采集電路設(shè)計17</p><p>　　3.4 溫度信息采集電路設(shè)計18</p><p>　　3.5 液位信息采集電路設(shè)計19</p><p>　　3.6 A/D轉(zhuǎn)換電路20</p><p>　　3.7 顯示電路21<

15、/p><p>　　3.8 鍵盤輸入電路22</p><p>　　3.9 現(xiàn)場總線22</p><p>　　3.9.1 CAN總線特點22</p><p>　　3.9.2 CAN總線協(xié)議23</p><p>　　3.10 電源電路25</p><p>　　3.11 單片機外圍電路設(shè)計26&

16、lt;/p><p>　　3.12 通信接口電路設(shè)計27</p><p>　　3.13 驅(qū)動電路設(shè)計28</p><p>　　3.14 報警電路設(shè)計29</p><p>　　3.15 監(jiān)控室通信接口電路設(shè)計30</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計31</p><p>　　4.1 主程序設(shè)計

17、31</p><p>　　4.2 信息采集子程序設(shè)計32</p><p>　　4.3 鍵盤信息采集子程序設(shè)計34</p><p>　　4.4 CAN總線通信子程序設(shè)計35</p><p>　　4.5 顯示子程序設(shè)計38</p><p>　　4.6 控制子程序設(shè)計40</p><p>

18、　　4.7 串行通信子程序設(shè)計42</p><p>　　第5章 總 結(jié)45</p><p>　　5.1 設(shè)計中出現(xiàn)的問題及解決方案45</p><p>　　5.2 關(guān)于設(shè)計的總結(jié)45</p><p><b>　　致謝47</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)48<

19、;/b></p><p><b>　　附錄Ⅰ49</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ52</b></p><p><b>　　附錄Ⅲ63</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><

20、b>　　題目的來源與意義</b></p><p>　　溫濕度試驗箱能夠提供一個高溫環(huán)境或低溫環(huán)境，主要用于考核產(chǎn)品在高低溫環(huán)境中的性能。許多電子元器件在正式投入使用或批量生產(chǎn)前都需要進(jìn)行耐高低溫的例行實驗，以檢驗其性能指標(biāo)的穩(wěn)定性。產(chǎn)品的電子零部件和整機，他們都需要進(jìn)行高低溫的環(huán)境試驗，各種領(lǐng)域包括汽車、摩托、航空航天、工業(yè)、火箭、國防、高等院校、科研單位等等，這些領(lǐng)域中的產(chǎn)品控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)

21、、顯示系統(tǒng)等中的電子元器件性能都需要通過高低溫的檢測。因此，溫濕度試驗箱在科學(xué)試驗以及產(chǎn)品測試中發(fā)揮著極其重要且不可替代的作用，溫濕度試驗箱的正常運行時保證試驗正常進(jìn)行的一個基本條件，由于溫濕度試驗箱一般持續(xù)時間長，工作時有噪音、擾動，環(huán)境較為惡劣，可能出現(xiàn)執(zhí)行元件（如加熱器件、制冷器件等）、控制器、調(diào)節(jié)器、接觸器、電接點溫度計燒壞或損壞造成溫濕度試驗箱在運行過程中突然無加熱或加熱不受控制，也有可能會出現(xiàn)由于制冷執(zhí)行元件接觸不良、電磁閥

22、控制、壓縮機、水冷系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)等工作不正常一起的制冷工作異常，當(dāng)溫濕度試驗箱出現(xiàn)故障時如果不能及時發(fā)現(xiàn)，輕則可能由于其溫度不在指定的范圍內(nèi)造成測試結(jié)果不正確，重則會造成檢測系統(tǒng)或電子元件由于過冷或過熱損壞甚至發(fā)生火</p><p>　　由于溫濕度試驗箱在科學(xué)試驗及產(chǎn)品測試中的重要性，我們需要實時的監(jiān)視設(shè)備的運行，傳統(tǒng)的監(jiān)控方式需要很多的人力來完成，效率很低，造成了人力資源的浪費。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)等的迅速

23、發(fā)展，為了適應(yīng)新的環(huán)境形勢，擁有較多數(shù)量溫濕度試驗箱的單位對安全可靠地運行高低溫試驗、提升試驗效率、挖掘試驗效能、減輕工作人員強度提出了更高的要求，溫濕度試驗箱監(jiān)控系統(tǒng)的存在，能夠?qū)崿F(xiàn)在試驗前預(yù)先設(shè)定任務(wù)模式，通過監(jiān)視系統(tǒng)全面監(jiān)視所有工作設(shè)備，實現(xiàn)在無人看守的情況下，通過溫濕度試驗箱網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，完成實時監(jiān)控、故障隔離、電話語音報警，試驗結(jié)束后可以打印報表，可以查詢記錄等功能。通過溫濕度試驗箱監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了溫濕度試驗箱設(shè)備的無人

24、值守，大大提高了溫濕度試驗箱的安全性、可靠性、高效性。</p><p><b>　　國外發(fā)展及現(xiàn)狀</b></p><p>　　溫濕度試驗箱作為環(huán)境試驗設(shè)備，在很多汽車制造行業(yè)及各種電子、電工、儀器、零部件、材料、涂層等行業(yè)的溫度濕度測試中發(fā)揮著重要的作用。近年來隨著應(yīng)用的日益廣泛，技術(shù)的不斷改進(jìn)，溫濕度試驗箱制造廠家和維修行業(yè)對溫濕度試驗箱的技術(shù)要求也越來越高，致使

25、為數(shù)不多的溫濕度試驗箱生產(chǎn)廠家也紛紛向世界先進(jìn)技術(shù)靠攏。</p><p>　　溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學(xué)過程都緊密地與溫度相聯(lián)系。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)相聯(lián)系。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)過程離不開溫度控制。溫度控制廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域，如家電、汽車、材料、電力電子等

26、。溫度控制的精度以及不同控制對象的控制方法選擇都起著至關(guān)重要的作用，溫度是鍋爐生產(chǎn)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，也是保證鍋爐設(shè)備安全的重要參數(shù)。同時，溫度是影響鍋爐傳熱過程和設(shè)備效率的主要因素。基于此，運用反饋控制理論對鍋爐進(jìn)行溫度控制，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的需求，提高了生產(chǎn)力。</p><p>　　溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類：動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動態(tài)溫度跟蹤實現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的

27、曲線進(jìn)行變化。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場合需要實現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如在發(fā)酵過程控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等。恒值溫度控制的目的是使被控對象的溫度恒定在某一數(shù)值上，且要求其波動幅度（即穩(wěn)態(tài)誤差）不能超過某一給定值。從工業(yè)溫度控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種：</p><p>　　1定值開關(guān)溫度控制法</p><p>　　所謂定值開關(guān)控溫法，就是通

28、過硬件電路或軟件計算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對系統(tǒng)加熱源（或冷卻裝置）進(jìn)行通斷控制。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動制冷裝置；若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時關(guān)斷制冷器。這種開關(guān)控溫方法比較簡單，在沒有計算機參與的情況下，用很簡單的模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。目前，采用這種控制方法的溫度控制器在我國許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用。由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點時關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫

29、度下降至設(shè)定點時開通電源，因而無法克服溫度變化過程的滯后性，致使系統(tǒng)溫度波動較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。</p><p>　　2 PID線性溫度控制法</p><p>　　1922年美國的Minorsky在對船舶自動導(dǎo)航的研究中，提出了基于輸出反饋的比例積分微分（PID，Proportional Integral Differential）控制器的設(shè)計方法[1]，標(biāo)志了

30、PID控制的誕生。隨后，PID控制器就以其結(jié)構(gòu)簡單、對模型誤差具有魯棒性以及易于操作等特點，在大多數(shù)控制過程中能夠獲得滿意的控制性能，到了20世紀(jì)40年代就已在過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　20世紀(jì)30～40年代，經(jīng)典的頻域設(shè)計法得到了很快的發(fā)展。較為重要的是Nyquist和Bode在穩(wěn)定性理論上所取得的重要成就。這種經(jīng)典設(shè)計方法是設(shè)計一種反饋補償器，以獲得一定量的穩(wěn)定裕度，重點考慮了模型的不

31、確定性，并利用反饋來減少系統(tǒng)對干擾和模型誤差的靈敏度。補償器的設(shè)計主要是采用由Nyquist穩(wěn)定準(zhǔn)則引申出來的圖解法。</p><p>　　從20世紀(jì)80年代開始，在單回路PID控制器中引入了參數(shù)整定和自適應(yīng)控制理論，PID控制理論從此進(jìn)入了高速發(fā)展階段。</p><p>　　由于PID控制算法簡單、可靠性高等特點，在控制技術(shù)高速發(fā)展的今天，它在工業(yè)過程控制中仍然占有主導(dǎo)地位。由于PID調(diào)

32、節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差，誤差變化及誤差積累三個因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關(guān)控溫法。其具體電路可以采用模擬電路或計算機軟件方法來實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能。前者稱為模擬PID調(diào)節(jié)器，后者稱為數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。其中數(shù)字PID節(jié)器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個PID參數(shù)（即比例值、積分值、微分值）。只要PID參數(shù)選取的正確，對于

33、一個確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。</p><p>　　它對大多數(shù)工業(yè)控制對象都能達(dá)到較好的控制效果，但它有明顯的缺點，比如依賴于對象模型，對于非線性、大滯后、時變系統(tǒng)控制效果不理想等。而且隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對控制的實時性與精度要求越來越高，被控對象也越來越復(fù)雜，單純采用常規(guī)PID控制器己不能滿足系統(tǒng)的要求，因此出現(xiàn)了許多新的控制方法。比如自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、智能控制、魯棒控制、滿意控制等，這些

34、控制策略引入到PID控制系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中極大地提高了系統(tǒng)的控制性能。其中，智能PID控制近幾年引起了人們極大的研究興趣。將智能控制方法和常規(guī)PID控制方法融合在一起，形成了許多形式的智能PID控制器。它吸收了智能控制與常規(guī)PID控制兩者的優(yōu)點。首先，它具備自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織的能力，能夠自動辨識被控過程參數(shù)、自動整定控制參數(shù)、能夠適應(yīng)被控過程參數(shù)的變化;其次，它又具有常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強、可靠性高、為現(xiàn)場工程設(shè)計人員所熟悉

35、等特點。</p><p>　　目前國內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別.主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度低，自適應(yīng)性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對不同的溫控對象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定等。</p><p>　　縱觀近十年中國環(huán)境試驗行業(yè)迅速發(fā)展，主要源于兩個動力：一是國際局勢的動蕩，

36、特別是美國挑起的幾場局部戰(zhàn)爭迫使中國加大國防工業(yè)技改經(jīng)費投入；二是中國外向型企業(yè)，特別是外資企業(yè)數(shù)量、規(guī)模的增大及中國加入世界貿(mào)易組織后國內(nèi)企業(yè)出于加強競爭力的需要。前者影響分散在內(nèi)陸各省，甚至山區(qū)，如陜西、四川、貴州等；后者則集中在華東、華南、環(huán)渤海等沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)，近三年的需求量增長率在150%以上（僅國內(nèi)生產(chǎn)廠家）。</p><p>　　溫濕度試驗箱近幾年基本技術(shù)趨于成熟、穩(wěn)定，只有溫濕度控制器的發(fā)展突飛

37、猛進(jìn)：從最初的溫度、濕度單獨控制的分散儀表到雙回路的可編程序控制器，再到PLC+觸摸屏及專用觸摸屏溫濕度控制器。</p><p>　　隨著環(huán)境試驗要求的不斷深入，用戶對試驗箱的性能、交貨期要求越來越嚴(yán)格。為了滿足這種狀況，生產(chǎn)廠家應(yīng)該加大技術(shù)和管理投入，針對用戶需求迅速開發(fā)、生產(chǎn)出不同檔次、不同規(guī)格的試驗箱。</p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)，國內(nèi)面臨生產(chǎn)濕度測控系統(tǒng)的巨大壓力，各傳統(tǒng)行業(yè)

38、對濕度的檢測要求精度方面要求迅速提升，對其性能要求更加嚴(yán)格，但國內(nèi)的濕度測控系統(tǒng)相對落后，遠(yuǎn)不能滿足傳統(tǒng)行業(yè)對濕度測量的要求，大多數(shù)濕度測量儀器還停留在干濕球濕度計，不能實現(xiàn)自動化測量控制，耗費大量人力、物力及財力；通常濕度傳感器主要分為以下幾種：</p><p>　　1、高分子電容式濕度傳感器，這種傳感器通常是在玻璃、陶瓷、硅等材料基礎(chǔ)上，電極采用真空鍍膜或絲網(wǎng)漏印等方式做成，電容元件采用浸漬或其他辦法將感濕膠

39、涂在電極上做成的，這種傳感器測濕的主要原理為感濕膜在吸收水分子后其電容值會發(fā)生明顯變化。在實際使用中這種傳感器的溫度系數(shù)不是常數(shù)，會根據(jù)溫度的變化而變化，國內(nèi)的廠家一般可以做到在-10℃~60℃內(nèi)較小溫度帶來的線性誤差。</p><p>　　2、聚酰胺樹脂濕度傳感器，國外的優(yōu)秀廠家一般都采用聚酰胺樹脂這種材料制作感濕材料，在硼硅玻璃或藍(lán)寶石襯底上真空蒸發(fā)制作電極，再將前述感濕材料噴涂在電極上形成感濕膜，最后將感濕

40、膜上采用蒸發(fā)方式涂上金電極，采用這種方式制成的傳感器性能優(yōu)良，但其抗腐蝕等性能卻遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)元件。</p><p>　　3、陶瓷濕敏傳感器，這種傳感器是今年來各大力發(fā)展研究的一種新型傳感器，耐高溫、相應(yīng)速度快、體積輕便是其顯著優(yōu)點，很適合進(jìn)行批量生產(chǎn)，但塵埃對該種傳感器的影響較大，需要經(jīng)常維護，在極端環(huán)境下如高溫或低溫會大大降低這種傳感器的壽命，還會影響這種傳感器的線性度，目前這一狀況還沒有得到有效解決。</

41、p><p>　　4、2005年8月，國內(nèi)JUCSAN公司依托于國家計量科學(xué)研究院、中科院自動化研究所、化工研究院等大型科研單位的有力技術(shù)，對濕度傳感器進(jìn)行大力研發(fā)，選用氯化鋰感濕材料作為主攻方向，生產(chǎn)氯化鋰濕敏傳感器及相關(guān)變送器，自動化儀表等產(chǎn)品，在吸取了國內(nèi)外此項技術(shù)的成功經(jīng)驗的同時，努力克服傳統(tǒng)產(chǎn)品存在的各項弱點，取得實質(zhì)性進(jìn)展。</p><p>　　論文主要結(jié)構(gòu)及工作安排</p&g

42、t;<p>　　本文設(shè)計系統(tǒng)分為現(xiàn)場設(shè)備和監(jiān)控室設(shè)備兩部分，對每一個部分都進(jìn)行了軟件和硬件的設(shè)計，本系統(tǒng)帶有RS232通訊接口電路，CPU部分選用AT89S52單片機,溫度傳感器采用AD590溫度傳感器，濕度傳感器采用霍尼韋爾的相對濕度傳感器HIH-3610-1，通信模塊采用CAN總線進(jìn)行通信遠(yuǎn)傳。監(jiān)控室采用PC機進(jìn)行顯示并控制，在軟件部分設(shè)計了下位機主程序、下位機信息采集子程序、下位機A/D轉(zhuǎn)化子程序、CAN總線通信子程

43、序等程序，對被控對象的控制設(shè)計了PID算法子程序進(jìn)行控制，通過軟件和硬件的設(shè)計，實現(xiàn)了一臺實驗箱對溫度的調(diào)控功能并實現(xiàn)了實驗箱內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和遠(yuǎn)程控制，使得監(jiān)控室內(nèi)的一臺PC機能同時監(jiān)控15臺現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況。</p><p>　　在設(shè)計的第一章主要闡述了當(dāng)前國內(nèi)外溫濕度控制狀況及今后的發(fā)展趨勢，明確了設(shè)計要求，第一章分兩個部分介紹，第一部分介紹了國內(nèi)外溫度控制所采用的方式和方法；第二部分著重介紹了當(dāng)前國內(nèi)

44、外濕度控制的方式和方法。在第二章中主要介紹了如何選取系統(tǒng)的方案，通過幾點比較了幾種不同的方案優(yōu)缺點，最終確定了一種方案，即確定了采用CAN總線作為系統(tǒng)總線以AT89S52單片機為核心的系統(tǒng)控制方案；在第三章中介紹了各種器件的選型及其電路，在比較同類器件的優(yōu)缺點以及綜合其性價比后確定了本設(shè)計所用的各種芯片，主電路分兩大塊幾個部分分別介紹，第一板塊為下位機部分，該部分安裝在現(xiàn)場，下位機第一部分是信息采集部分電路，包括溫度信息采集電路、濕度信

45、息采集電路、液位信息采集電路；第二部分是A/D轉(zhuǎn)化電路；第三部分即為本設(shè)計的核心部分，單片機外圍電路設(shè)計，包括單片機的電源電路設(shè)計、單片機的復(fù)位電路設(shè)計和單片機的晶振電路設(shè)計，第四部分即為CAN總線設(shè)計，第五部分為驅(qū)動電路設(shè)計。第二塊為上位機電路設(shè)計，該部分安裝在監(jiān)控室。</p><p><b>　　系統(tǒng)的方案論證</b></p><p><b>　　概述&

46、lt;/b></p><p>　　本論文設(shè)計了一個溫度濕度可調(diào)的試驗箱，實現(xiàn)50組、20段可編程調(diào)節(jié)，由恒速升溫段、保溫段和恒速降溫段三種控溫線段。操作者只需設(shè)定轉(zhuǎn)折點的溫度Ti和時間ti，即可獲得所需程控曲線；每段時間設(shè)定最大值為99小時59分。本設(shè)計采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律，且具有輸出限幅和防止積分飽和功能，以改善系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)。試驗線帶有聲光報警功能，當(dāng)溫濕度超偏時進(jìn)行聲光報警，試驗箱的顯示部分采用液晶顯

47、示，試驗箱帶RS232計算機接口實行人機對話、聯(lián)機數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程監(jiān)控，補水箱能自動為加濕器加水。</p><p><b>　　系統(tǒng)的方案論證</b></p><p><b>　　遠(yuǎn)傳方式的選擇</b></p><p>　　采用CAN總線作為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳方式：</p><p>　　CAN總線對于傳輸介質(zhì)要

48、求不高，能夠適應(yīng)多種傳輸介質(zhì)，常見的有雙絞線、光纖等，傳送信號使用差分電壓，通常被稱為CAN_H和CAN_L，靜態(tài)時電壓CAN_H和CAN_L均為2.5V左右，此時表示邏輯狀態(tài)“1”；用CAN_H比CAN_L電壓高表示邏輯“0”，此時CAN_H電壓通常為3.5V,CAN_L電壓通常為1.5V。</p><p>　　CAN總線具有以下特點：CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的任意節(jié)點都可在任意時刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從

49、，可靈活方便的構(gòu)成多機備份系統(tǒng)和分布式測控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)上的接點可分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同實時要求；采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個接點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級高的先發(fā)送數(shù)據(jù)，優(yōu)先級低的等優(yōu)先級高的發(fā)送完成后再繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)；具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送接收數(shù)據(jù)的功能；在通信速率為5Kb/s時，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)10Km；通信距離為40Km時，最高通信速率為1Mb/s；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)最高可達(dá)110個；每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，傳輸

50、時間短受干擾概率低；通信介質(zhì)采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求；在傳輸信息嚴(yán)重出錯時節(jié)點自動切斷與總線的聯(lián)系，這樣使總線上的其他節(jié)點上的操作不受影響。</p><p>　　采用工業(yè)以太網(wǎng)為總線的系統(tǒng)</p><p>　　工業(yè)以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低功耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢；其用于網(wǎng)絡(luò)控制具有以下優(yōu)點：具有相當(dāng)高的傳輸速率，能提供足夠的帶寬；由于具有相同的通信協(xié)議，Ethernet

51、和TCP/IP很容易集成到企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)；能在同一總線上運行不同傳輸協(xié)議，從而能建立企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò)平臺或基礎(chǔ)構(gòu)架；在整個網(wǎng)絡(luò)中運用了交互式和開放式的數(shù)據(jù)存取技術(shù)；沿用多年，已成為眾多技術(shù)人員所熟悉，市場上能夠提供廣泛軟件資源、維護和診斷工具，成為事實上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。</p><p>　　綜合以上數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳方案，在實時性要求較高的場合，重要數(shù)據(jù)的傳輸過程工業(yè)以太網(wǎng)會產(chǎn)生傳輸延遲

52、，因而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不確定性。但該項缺點可通過智能集線器的使用、主動功能的實現(xiàn)、優(yōu)先權(quán)的引入以及雙工的布線來解決。對于本設(shè)計要求而言，使用工業(yè)以太網(wǎng)較為繁瑣且會提高生產(chǎn)成本，因此本設(shè)計采用CAN總線作為系統(tǒng)的總線方式。</p><p><b>　　CPU字長的選擇</b></p><p>　　單片機是一種集成電路芯片，它的位數(shù)表示它一次可以處理的數(shù)據(jù)的長度，通常有4位、

53、8位、32位等幾種，通常位數(shù)越高的單片機其內(nèi)部資源越豐富，以51單片機為例，它是八位COU,其內(nèi)部有兩個定時器、128BRAM、4KBROM、64KB可編程擴展、一對串行I/O口、三組并行I/O口，高位CPU內(nèi)部資源更加豐富但成本較高，本設(shè)計要求較為簡單，有8位單片機即可滿足要求。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案組成</b></p><p>　　系統(tǒng)總體組成如圖

54、2.2所示</p><p>　　圖2.1系統(tǒng)總體組成框圖</p><p>　　如圖2.1所示，PC機可同時監(jiān)控15臺試驗箱的運行狀況，通過PC機對現(xiàn)場參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主機通過總線形式進(jìn)行遠(yuǎn)傳，實現(xiàn)現(xiàn)場主機與監(jiān)控室PC機通信的功能。</p><p>　　試驗箱的系統(tǒng)組成如圖2.2所示。</p><p>　　如圖2.2所示，信息采集部分功能需要溫度

55、、濕度和液位傳感器來完成，通常傳感器輸出信號為較為微弱的模擬信號，不能直接被單片機使用，需要進(jìn)行放大并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，因此本系統(tǒng)設(shè)計了信號放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。微小信號經(jīng)放大后變?yōu)?-5V的連讀模擬信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)閿?shù)字信號被送入主機內(nèi)，經(jīng)主機的運算產(chǎn)生相應(yīng)輸出信號，分別控制系統(tǒng)的加熱、降溫、加濕、除濕、水箱補水等功能，同時將試驗箱內(nèi)的溫度、濕度等情況送入顯示電路進(jìn)行顯示，顯示的同時還要將試驗箱內(nèi)的溫度、濕度情況進(jìn)行遠(yuǎn)傳送給P

56、C機進(jìn)行顯示并控制，因此本設(shè)計設(shè)計了通信接口電路，鍵盤接口電路主完成對溫度和濕度的現(xiàn)場設(shè)置。</p><p>　　圖2.2 試驗箱的系統(tǒng)組成</p><p>　　如圖2.2所示，信息采集部分功能需要溫度、濕度和液位傳感器來完成，通常傳感器輸出信號為較為微弱的模擬信號，不能直接被單片機使用，需要進(jìn)行放大并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，因此本系統(tǒng)設(shè)計了信號放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。微小信號經(jīng)放大后變?yōu)?-5

57、V的連讀模擬信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)閿?shù)字信號被送入主機內(nèi)，經(jīng)主機的運算產(chǎn)生相應(yīng)輸出信號，分別控制系統(tǒng)的加熱、降溫、加濕、除濕、水箱補水等功能，同時將試驗箱內(nèi)的溫度、濕度等情況送入顯示電路進(jìn)行顯示，顯示的同時還要將試驗箱內(nèi)的溫度、濕度情況進(jìn)行遠(yuǎn)傳送給PC機進(jìn)行顯示并控制，因此本設(shè)計設(shè)計了通信接口電路，鍵盤接口電路主完成對溫度和濕度的現(xiàn)場設(shè)置。</p><p><b>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計</b>

58、</p><p><b>　　器件的選型</b></p><p><b>　　單片機的選型</b></p><p>　　目前市場上主流的單片機主要有：</p><p>　　intel公司推出的8051/31類單片機。也是世界上用量最大的機種單片機之一，客觀事實證明80C51已成為8位單片機的主流，成

59、了事實上的標(biāo)注MCU芯片。</p><p>　　MOTOROLA單片機是MOTOROLA公司生產(chǎn)的單片機，MOTOROLA是世界上最大的單片機廠商，在8位單片機方面有68HC08和升級產(chǎn)品68HC08，16位單片機68HC16也有十多個品種，其32位單片機683XXX系列也有幾十種。MOTOTOLA單片機特點之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較intel類單片機低得多，因而使得高頻噪聲低、抗干擾能力強；</

60、p><p>　　Microchip單片機是市場上份額增長最快的單片機它的主要產(chǎn)品是16C系列的8位單片機，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，僅33條指令，功耗低、高速度、低電壓是此類單片機的顯著特點，但Microchip單片機沒有掩膜產(chǎn)品，全都是OTP器件（近年已推出FLASH型單片機）。</p><p>　　Atmel公司生產(chǎn)的90系列單片機是增強RISC內(nèi)載Flash的單片機，通常成為AVR單片機，

61、90系列單片機是基于新的精簡指令RISC結(jié)構(gòu)的。這種結(jié)構(gòu)使得在8位微處理器市場上AVR單片機具有最高的MIPS mw能力。</p><p>　　NEC單片機以8位單片機78K系列產(chǎn)量最高，也有16位、32位單片機。16位以上單片機采用內(nèi)部倍頻技術(shù)，以降低外時鐘頻率，有的單片機采用內(nèi)置操作系統(tǒng)。</p><p>　　東芝單片機從4位到64位單片機，門類齊全。4位單片機在家電領(lǐng)域有較大的市場。

62、8位單片機主要有870系列、90系列等，該類單片機允許使用慢模式，采用32K時鐘時功耗降低至10uA數(shù)量級。CPU內(nèi)部多組寄存器的使用，使得中斷響應(yīng)與處理更加快捷。東芝的32位單片機采用MIPS3000A RISC的CPU結(jié)構(gòu)，面向VCD、數(shù)字相機、圖像處理等市場。</p><p>　　富士通有8位、16位和32位單片機，其中8位單片機主要有3V產(chǎn)品和5V產(chǎn)品，3V產(chǎn)品應(yīng)用于消費類及便攜設(shè)備，5V產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)及

63、汽車電子。8位單片機有8L和8FX兩個系列，是市場上常見的兩個系列。16位主流單片機有MB90F387，MB90F462，MB90F548等，這些單片機采用64腳或100腳QFP封裝，1路或多路CAN總線，并可向外擴展總線；32位單片機采用RISC結(jié)構(gòu)，主要有MB91101等。</p><p>　　基于成本和設(shè)計要求，本設(shè)計采用Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8

64、位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適用于常規(guī)編程器，在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52成為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，有8K在

65、系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適用于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　溫度傳感器的選擇</b></p><p>　　

66、溫度傳感器采用AD590，如圖3.1，AD590是美國ANALOG DECICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電壓范圍內(nèi)，該期間可充當(dāng)一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1Ua/K。片內(nèi)薄膜經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，在298.2K(25℃)時輸出298.2uA電流。</p><p>　　AD590適用于150℃以下，應(yīng)用AD590時無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻

67、測量電路和冷結(jié)補償。其主要特性如下：</p><p>　　流過器件的電流(μA) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文) 度數(shù)；</p><p><b>　　(3-1) </b></p><p>　　(3-1)式中，Ir—流過器件(AD590) 的電流，單位為μA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K；</p><p>　　(2)

68、AD590的測溫范圍為- 55℃~+150℃； </p><p>　　AD590的電源電壓范圍為4～30 V，可以承受44 V正向電壓和20 V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；</p><p>　　輸出電阻為710 mΩ； 精度高，AD590在- 55℃~+-150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3℃</p><p>　　圖3.1為AD590溫度傳感

69、器。該傳感器有三個引腳，引腳1為正電源接入端，引腳2為負(fù)電源接入端，引腳3可以不用，該引腳是用外殼做成的接地端。測溫的時候把整個傳感器放于需要測溫的環(huán)境中。</p><p>　　圖3.1 AD590溫度傳感器</p><p><b>　　濕度傳感器的選擇</b></p><p>　　濕度傳感器采用霍尼韋爾的相對濕度傳感器HIH-360-1，如圖

70、3.2所示。</p><p>　　圖3.2 霍尼韋爾相對濕度傳感器</p><p>　　線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨特的多層結(jié)構(gòu)能非常好的抵抗環(huán)境的侵蝕，諸如濕氣、塵埃、贓物、油、及一些化學(xué)品?；裟犴f爾HIH-3610系列的相對濕度傳感器具有低成本，精度高霍尼韋爾的相對濕度傳感器是熱固聚酯電容式具有信號處理功能的傳感器，、低功耗、反應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好、低漂移、抗化學(xué)腐蝕性強等一系列優(yōu)點。<

71、;/p><p><b>　　液位傳感器的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計采用壓力傳感器MPX2050，其輸出電壓隨壓力變化。其主要工作參數(shù)見表3.1.</p><p>　　表3.1 MPX2050主要參數(shù)</p><p>　　圖3.4為MPX2050</p><p>　　圖3.4 MPX205

72、0</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器件的選擇</p><p>　　如圖A/D轉(zhuǎn)換采用TLV2548，它是一種采用逐次逼近式12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，它有8個模擬通道，可以通過編程實現(xiàn)對模擬通道選擇采樣，它的采樣頻率可以達(dá)到200KHz，線性誤差很小一般小于0.05%，它的工作電壓在2.7V-5.5V之間。TLV2548功耗很小。</p><p>　　如圖3.5所示為T

73、LV2548A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　圖3.5 TLV2548A/D轉(zhuǎn)換器</p><p><b>　　顯示器件的選擇</b></p><p>　　一般顯示器件可用LED和LCD顯示，考慮到本設(shè)計要顯示試驗箱內(nèi)的溫度、試驗箱內(nèi)的濕度、設(shè)定濕度、設(shè)定溫度、溫濕度上下限值，本設(shè)計要顯示的內(nèi)容較多，因此選用LCD進(jìn)行顯示，且大部分LCD顯示器

74、內(nèi)部自帶字庫。如圖3.6所示為LCD1602</p><p>　　3.6LCD1602</p><p><b>　　加熱器件的選擇</b></p><p>　　試驗箱所選用的加熱器要求能過全面加熱，所以選用鎳鉻合金電加熱式加熱器，安裝時要求均勻分布在試驗箱的內(nèi)部以保證試驗箱內(nèi)部均勻受熱。防止因受熱不均造成測量誤差，進(jìn)而影響后期對試驗箱的溫度控制

75、，其加熱功率可以通過控制加熱絲通入電路的時間來控制，通過接通和斷開的時間比例控制其對試驗箱的加熱效果，如圖3.7所示為北京達(dá)意電熱器廠生產(chǎn)的鎳鉻合金電加熱絲，鎳洛合金電阻絲具有極高的電阻率，</p><p>　　圖3.7 鎳鉻合金電加熱絲</p><p><b>　　壓縮機的選型</b></p><p>　　圖3.8 法國泰康原裝進(jìn)口全密式壓縮

76、機</p><p>　　如圖3.8所示為法國泰康原裝進(jìn)口全密式壓縮機，壓縮材料為環(huán)保材料R404A。</p><p>　　法國泰康原裝進(jìn)口全密式壓縮機有如下特點</p><p>　　1、泰康全封閉壓縮機高效率、低轉(zhuǎn)差率的大體積F級絕緣電機，保證了泰康全封閉壓縮機高制冷量、低功率消耗及運行安全性。 2、泰康壓縮機系列1/12-12匹，十大系列，數(shù)百種型號。

77、 3、泰康壓縮機在中國不同地區(qū)不同氣候條件下長期適用，久經(jīng)考驗，性能穩(wěn)定可靠。 4、泰康壓縮機最佳平衡設(shè)計，使壓縮機振動小、噪音低，運轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)。 5、泰康壓縮機電壓設(shè)計寬，單相機工作電壓180-240V，三相機340-440V，適合中國電壓要求。</p><p><b>　　加濕器的選型</b></p><p>　　如圖3.9所示為百力拓

78、強AFC-1.0小電極加濕器，該加濕器采用電極式加濕原理，安裝在風(fēng)機盤管的側(cè)面，或安裝在空調(diào)風(fēng)管或換氣機的風(fēng)道的側(cè)面，把蒸汽噴嘴安裝在風(fēng)道的壁上，可以實現(xiàn)對風(fēng)道或風(fēng)機盤管直接加濕。</p><p>　　圖3.9 百力拓強AFC-1.0小電極加濕器</p><p>　　AFC-1.0的加濕量在1Kg/h,額定供電電壓為220V交流電，功率為0.75KW，尺寸為330mm×230mm

79、×190mm。</p><p><b>　　總線結(jié)構(gòu)的選擇</b></p><p>　　控制器局域網(wǎng)CAN( Controller Area Network)屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。是由德國博世公司在20世紀(jì)80年代專門為汽車行業(yè)開發(fā)的一種穿行通信總線。由于其高性能、高可靠性以及獨特的設(shè)計而越來越受到人們的重視，被廣泛

80、應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10km時，CAN仍可提供高達(dá)50kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線具有很高的實時性能和應(yīng)用范圍，從位速率最高可達(dá)1Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)到低成本多線路的50Kbps網(wǎng)絡(luò)都可以任意搭配。因此，CAN己經(jīng)在汽車業(yè)、航空業(yè)、工業(yè)控制、安全防護等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　CAN總線采用多主機方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點均可以在任意時刻主動

81、地向其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從；網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級；總線上采用非破壞性位仲裁結(jié)構(gòu)機制，當(dāng)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)的發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)；CAN總線可以點對點、一點對多點及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)；直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)6Km；通信速率最高可達(dá)1MB/S；CAN總線上的節(jié)點數(shù)可達(dá)110個；采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀有效字節(jié)數(shù)位8個；每幀信息都有CRC校驗以及其他檢錯

82、措施，數(shù)據(jù)出錯率極低；通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光纖，一般對傳輸介質(zhì)無特殊要求；節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他的操作不受影響。因此本設(shè)計采用CAN總線結(jié)構(gòu)</p><p>　　濕度信息采集電路設(shè)計</p><p>　　如圖3.10 為相對濕度信息采集電路，因為傳感器輸出的信號較為微弱不能被單片機識別，因此本設(shè)計采集電路采用兩級放大線

83、路，對傳感器輸出的信號進(jìn)行放大。</p><p>　　圖3.10相對濕度信息采集電路</p><p>　　濕度傳感器為霍尼韋爾的相對濕度傳感器，HIH3610濕度傳感器是為大批量OEM設(shè)計，具有儀表級測量性能，低成本，SIP封裝。線形放大電壓輸出，驅(qū)動電流200微安，適合電池供電，器件一致性好。 驅(qū)動電流為200uA，是一種熱固性電容濕度傳感器，具有較寬的工作量程和工作溫度范圍，其高精度&

84、#177;2%RH，線性度為±0.5%RH，具有極好的線性度輸出，重復(fù)性±0.5%RH。電容與濕度變化為0.34pf/%RH ，典型值為 180pf在相對濕度55%RH情況下</p><p>　　HIH-3610-1的供電電源電壓為Vin，HIH-3610-1的輸出電壓為Vout，在25℃時，其輸出電壓與輸入電壓及相對濕度存在關(guān)系（3-2）。</p><p>　　（3-

85、2） </p><p>　　在環(huán)境溫度為25℃直流5V電壓供電的情況下，其輸出電壓的變化范圍為0.8V~3.9V。 </p><p>　　（3-3） </p><p>　　

86、由（3-3）知濕敏系數(shù)k=0.031，偏零電壓為V0=0.8，因此可得在25℃，5V供電電壓情況下的相對濕度RH的值（3-4）。</p><p>　?。?-4） </p><p>　　溫度和濕度存在耦合關(guān)系，溫度對濕度傳感器也存在影響，為此需要對濕度傳感器進(jìn)行補償，HIH

87、-3610-1傳感器溫度和濕度的測量存在如下關(guān)系(3-5)。</p><p>　?。?-5） </p><p>　　在軟件設(shè)計計算真實的相對濕度時方面需要考慮（3-5）式進(jìn)行補償。</p><p>　　傳感器輸出端加入了一級信號處理環(huán)節(jié)，通過電阻和

88、電容能夠有效去除外部干擾信號。設(shè)傳感器輸出電壓為Vout1，第一級放大輸出電壓為V1,A0輸出電壓為V2。</p><p>　?。?-6） </p><p>　　當(dāng)傳感器輸出電壓單獨作用時構(gòu)成反相放大電路；（3-6）。帶入數(shù)據(jù)得V1=-Vout1。</p><p><b>　

89、?。?-7）</b></p><p>　　第二級放大電路電壓輸出與第一級放大電路輸出存在關(guān)系（3-7）。帶入數(shù)據(jù)得V2=-1.613V1，即V2=1.613V1。A0經(jīng)放大后輸出電壓范圍為0 V~5V。</p><p>　　溫度信息采集電路設(shè)計</p><p>　　如圖3.11為溫度信息采集電路，AD590的輸出電流是以絕對溫度零度為基準(zhǔn)，每增加1℃，它

90、的輸出電流會增加1uA，見式（3-11），因此在25℃時，其輸出電流Iout=(273+25)=298uA。</p><p>　　如圖3.11所示，最上一級放大電路構(gòu)成跟隨器，其主要作用是在零攝氏度時調(diào)節(jié)滑動變阻器，時其輸出為0.第一級下面的放大器也構(gòu)成電壓跟隨器，設(shè)計這兩個電壓跟隨器的目的相同，都是利用了放大器件的高輸入阻抗減小干擾給測量帶來的影響。第二級放大電路起放大作用，對輸入的差動信號進(jìn)行放大，采用差動放

91、大的目的是減少共模電壓帶來的干擾，通過兩級放大器可以有效減小在放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差，使測量結(jié)果更加精確，對本設(shè)計的要求能夠很好的滿足，抱證測量精度。</p><p>　　圖3.11 溫度信息采集電路</p><p>　　設(shè)R53的兩個分阻值分別為R531和R532，設(shè)AD590在T℃時的輸出電流為Iout,電壓跟隨器的輸出電壓分別為Vout1和Vout2，第二級放大電路的電壓輸出為Vout3

92、，第二級放大電路為差動輸入放大電路，其電壓輸出與放大器同相端和反相端都有關(guān)系：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　（3-9） </p><p>　?。?-10）

93、 </p><p>　?。?-11） </p><p>　　液位信息采集電路設(shè)計</p><p>　　液位信息采集電路如圖3.12所示</p><p>　

94、　如圖3.12所示為液位信息采集電路，傳感器采用壓力傳感器MPX2050，它本身帶有溫度補償和校正功能，它的測壓范圍最大可達(dá)50KPa，電壓最大輸出值為40mV，壓力傳感器會根據(jù)水位的高低輸出0-40mV電壓，經(jīng)三級放大后送入TLV2548，圖3.13中第一級運放構(gòu)成電壓跟隨器，用來提高電路的輸入阻抗，第二級放大的倍數(shù)為25倍，第三級放大的倍數(shù)為5倍，MPX2050經(jīng)三級放大后共放大125倍，輸出0-5V電壓信號。</p>

95、<p>　　如圖3.13所示。設(shè)A4輸出電壓為Vout，MPX2050的輸出電壓為Vin。</p><p>　?。?-12） </p><p>　　圖3.12 液位信息采集電路</p><p>　　由于測量需要，往往一個檢測點檢測到的數(shù)據(jù)是

96、不精確的，因此本設(shè)計對溫度和濕度的測量各設(shè)計了兩個監(jiān)測點，測量時通過取兩個測量點的平均值作為最終測量數(shù)據(jù)。在測量點安裝時，要求兩個測量點間隔相對遠(yuǎn)一些。</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　圖3.13 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　如圖 3.13所示，A/D轉(zhuǎn)化采用TLV2050逐次逼近12位8通道串行

97、A/D轉(zhuǎn)換器，SDO引腳是串行數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端，SDI是串行命令輸入端，SCLK是串行工作時鐘輸入端，可由DSP芯片或其他主芯片提供，同時它可做A/D轉(zhuǎn)換采樣的時鐘源；EOC為中段觸發(fā)引腳，REFP是高級準(zhǔn)電壓引腳，REFM是低基準(zhǔn)電壓引腳，，參考電壓為VREFP-VREFM,同時也可以通過編程選擇內(nèi)置參考電壓4V/2V，F(xiàn)S是串行輸入、輸出同步信號引腳；PWDN’是省電觸發(fā)引腳，當(dāng)PWDN’為低電平時，A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入省電狀態(tài)，當(dāng)P

98、WDN變?yōu)楦唠娖胶?，CS’或CSTART’引腳有效時，A/D轉(zhuǎn)換器又進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)CS’為低電平時，表示TLV2548被選中，同時同步信號FS為低電平時，SDI引腳開始輸入命令，在每個SCLK的每個下降沿讀取輸入命令的一個位，當(dāng)4個SCLK周期后，確定模擬通道，開始采樣，根據(jù)配置命令的不同，采樣需要12或24個SCLK周期，當(dāng)CS’為高電平時，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后觸發(fā)中斷重新選擇模擬通道，輸入選擇模擬通道命令的同時，SDO引腳輸出上次

99、轉(zhuǎn)換結(jié)果，如此完成了一系列的A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　設(shè)傳感器的量程為X,設(shè)計要求精度為D,選用的A/D轉(zhuǎn)化器件的位數(shù)為N,因此A/D轉(zhuǎn)換器的選擇遵循以下關(guān)系：</p><p>　?。?-13） </p><p>　　本設(shè)計中測溫范圍為-60

100、℃~130℃，要求分辨精度為±0.19℃，本設(shè)計選用12位A/D轉(zhuǎn)換器，溫度測量能夠滿足（3-13）式；本設(shè)計要求測濕范圍為30-98% RH，要求測量精度為±0.1RH,選用12位A/D轉(zhuǎn)換器能夠滿足測量要求。</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　圖3.14 液晶顯示電路</p><p>　　

101、如圖3.14所示為顯示電路，VL引腳為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比對最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個電位器調(diào)整對比度）；RS為寄存器選擇引腳，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；RW為讀寫信號線，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作；E為使能端，高電平時讀取信息，由高電平變?yōu)榈碗娖阶儠r執(zhí)行指令；BLK和BLA引腳為空腳或背燈電源，BLA為背光正極，BLK為背光負(fù)極。其他引腳為雙向

102、8位數(shù)據(jù)端。</p><p><b>　　鍵盤輸入電路</b></p><p>　　圖3.15 鍵盤輸入電路</p><p>　　如圖3.15所示，當(dāng)按鍵沒有按下時P1.6、P1.4和P1.5輸出高電平，當(dāng)有按鍵按下時，端口電平被拉低，同時二極管發(fā)光，表示有按鍵按下。單片機通過檢查端口的電平的變化來識別按鍵是否按下。</p>&l

103、t;p>　　鍵盤輸入電路的主要功能是通過鍵盤給入控制命令，鍵盤模塊共設(shè)計了3個按鍵，3個按鍵安裝在現(xiàn)場主機上。第一個鍵盤選擇需要選擇的功能比如溫度設(shè)定值、濕度設(shè)定值、溫度上限值、溫度下限值、濕度上限值、濕度下限值；第二個鍵的功能是增加設(shè)定值，當(dāng)?shù)谝粋€按鍵選擇溫度功能時該按鍵每次按下溫度值增加0.01℃；當(dāng)?shù)谝粋€按鍵選擇濕度時每次按下該按鍵按下時濕度設(shè)定值增加0.1%RH。第三個按鍵用于減小溫度或濕度設(shè)定，第一個按鍵選擇溫度時每次按

104、下溫度減小0.01℃；第一個按鍵選擇濕度時，每次按下濕度下降0%0.1RH。</p><p><b>　　現(xiàn)場總線</b></p><p><b>　　CAN總線特點</b></p><p>　　報文Message)總線上的數(shù)據(jù)以不同報文格式發(fā)送，但長度受到限制。當(dāng)總線空閑時，任何一個網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點都可以發(fā)送報文；信息路由(

105、Information Routing)在CAN中，節(jié)點不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的報文，比如站地址，由接收節(jié)點根據(jù)報文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統(tǒng)擴展時，不用對應(yīng)用層以及任何節(jié)點的軟件和硬件作改變，可以直接在CAN中增加節(jié)點；標(biāo)識符 (Identifier) 要傳送的報文有特征標(biāo)識符(是數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的一個域)，它給出的不是目標(biāo)節(jié)點地址，而是這個報文本身的特征。信息以廣播方式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，所有節(jié)點都可以接收到。節(jié)點通過標(biāo)識符判定

106、是否接收這幀信息；數(shù)據(jù)一致性應(yīng)確保報文在CAN里同時被所有節(jié)點接收或同時不接收，這是配合錯誤處理和再同步功能實現(xiàn)的；位傳輸速率不同的CAN系統(tǒng)速度不同，但在一個給定的系統(tǒng)里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的；優(yōu)先權(quán) 由發(fā)送數(shù)據(jù)的報文中的標(biāo)識符決定報文占用總線的優(yōu)先權(quán)。標(biāo)識符越小，優(yōu)先權(quán)越高；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求(Remote Data Request) 通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點請求另一節(jié)點發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)?；貞?yīng)節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)幀與請求<

107、/p><p><b>　　CAN總線協(xié)議</b></p><p>　　CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的驅(qū)動電路。ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)荷。物理層定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點間的傳輸過程，主要是連接介質(zhì)、線路電氣特性、數(shù)據(jù)的編碼/解碼、位定時和同步的實施標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　BOSCH CAN基本上沒有對物理層進(jìn)行定義，但基