養(yǎng)護(hù)室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　題 目 養(yǎng)護(hù)試塊監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué) 生

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目 養(yǎng)護(hù)試塊監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法 </p><p

3、><b>　　一、選題背景與意義</b></p><p>　　1.水泥試塊在強(qiáng)度檢驗(yàn)前，需要在水泥養(yǎng)護(hù)室內(nèi)及水池中進(jìn)行一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，在此過程中，水泥試塊的養(yǎng)護(hù)條件至關(guān)重要。為此，利用MCS—51單片機(jī)軟硬件技術(shù)以及溫度、濕度檢測(cè)與控制原理，設(shè)計(jì)一個(gè)水泥養(yǎng)護(hù)室監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水泥養(yǎng)護(hù)室溫度、濕度的適時(shí)檢測(cè)、顯示、超限報(bào)警，打印并對(duì)水泥養(yǎng)護(hù)室的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，提高水泥養(yǎng)護(hù)室的養(yǎng)護(hù)

4、條件。掌握單片機(jī)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。</p><p>　　2. 最近幾年，國(guó)內(nèi)外溫濕度傳感器測(cè)量系統(tǒng)正向著集成化、智能化發(fā)展，隨著科研人員的不斷努力，該類型系統(tǒng)取得的巨大的成就。</p><p>　　現(xiàn)代溫濕度傳感器測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)主要以數(shù)據(jù)采集為依據(jù)，主要類型包括：虛擬儀器、智能儀器、數(shù)字式儀器等等。伴隨電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也發(fā)生了日新月異的變化，其整體的性能、實(shí)用

5、性方面都有所改進(jìn)。因此，依托于數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)而發(fā)展的溫濕度傳感器測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)揮這越來越重要的作用。</p><p>　　目前，許多外國(guó)大型企業(yè)都很重視傳感器的研發(fā)工作，例如，日本的Figaro公司、芬蘭的Vaisala公司等，都致力于傳感器的發(fā)展和完善，以保障其在整個(gè)銷售市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。在九十年代，先后出現(xiàn)了集成溫度濕度測(cè)量套件和應(yīng)用于濕度傳感器的測(cè)試系統(tǒng)，這個(gè)新技術(shù)的產(chǎn)生都大大刺激了傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。

6、</p><p>　　與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)許多機(jī)構(gòu)也在傳感器測(cè)試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)。例如通過采用傳統(tǒng)電子儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)而成的多種動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)、動(dòng)進(jìn)樣裝置的氣體傳感器智能測(cè)試系統(tǒng)等等，這些成績(jī)都體現(xiàn)了我國(guó)在傳感器領(lǐng)域取得的成就。</p><p>　　當(dāng)然，隨著科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的溫濕度測(cè)試技術(shù)在穩(wěn)定性、精度等方面已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)的需求，因此，針對(duì)新一代傳感器的探究顯得尤為重要。</p

7、><p><b>　　二、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)內(nèi)容：要求利用MCS—51單片機(jī)軟硬件技術(shù)以及溫度、濕度檢測(cè)與控制原理，設(shè)計(jì)一個(gè)水泥養(yǎng)護(hù)室監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水泥養(yǎng)護(hù)室溫度、濕度的適時(shí)檢測(cè)、顯示、超限報(bào)警，打印并利用雙向可控硅來對(duì)水泥養(yǎng)護(hù)室的溫度（鍵盤設(shè)定）進(jìn)行自動(dòng)控制。設(shè)計(jì)并繪制能實(shí)現(xiàn)上述功能的單片機(jī)系統(tǒng)原理圖，溫、濕度信號(hào)的檢測(cè)變換電路。要求

8、設(shè)計(jì)該裝置的單片機(jī)最小系統(tǒng)、輸入輸出接口電路、參數(shù)檢測(cè)與變換電路、顯示、報(bào)警與可控硅溫度控制電路及電源電路、鍵盤電路等，構(gòu)成一個(gè)實(shí)際可用的水泥養(yǎng)護(hù)室監(jiān)控系統(tǒng)裝置；繪制裝置各部分電路原理圖、印刷電路板圖，編制信號(hào)采集、數(shù)據(jù)變換處理、顯示、報(bào)警和輸出控制等應(yīng)用程序；繪制符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙，編寫設(shè)計(jì)資料。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)目標(biāo)：1）完成硬件電路設(shè)計(jì)，畫出各組成部分的電路原理圖</p><

9、p>　　2）進(jìn)行硬件部分整合仿真實(shí)驗(yàn)</p><p>　　3）學(xué)習(xí)PROTEL軟件，完成裝置各部分印刷電路板圖</p><p>　　4)完成軟件部分程序設(shè)計(jì)與調(diào)試</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　以MCS-51單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，采用溫、濕度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并可以通過

10、鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)所需溫濕度上下限控制，同步顯示當(dāng)前溫濕度，溫濕度上下限，以及進(jìn)行越限報(bào)警。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路：</b></p><p><b>　　一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)原理框圖如下，主要由電源電路、MCS-51單片機(jī)基本系統(tǒng)、溫濕度采集模塊（溫濕度傳感器、信號(hào)放大電路、

11、A/D轉(zhuǎn)換電路）、按鍵處理模塊、抗干擾模塊、LED顯示模塊及越限聲光報(bào)警模塊組成</p><p>　　首先根據(jù)養(yǎng)護(hù)室保持正常狀態(tài)所需的溫度和濕度，設(shè)計(jì)出溫濕度參考值由鍵盤設(shè)定預(yù)先存儲(chǔ)于單片機(jī)中。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分是將溫濕度傳感器置于溫室內(nèi)部，測(cè)出室內(nèi)的溫濕度值，經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量之后送入單片機(jī)中，然后LED顯示出溫濕度測(cè)量值。單片機(jī)將預(yù)設(shè)的參考值與測(cè)量值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果做出判斷</p>

12、<p>　　1. 電源電路的選擇</p><p>　　為單片機(jī)系統(tǒng)，溫、濕度測(cè)量及變換電路，顯示、報(bào)警電路，控制電路提供±5v，±15v電源。</p><p><b>　　2.單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)是功能極強(qiáng)的8位高檔單片機(jī)，他既適用于簡(jiǎn)單的測(cè)控系統(tǒng)，又適用于復(fù)雜的測(cè)控

13、系統(tǒng)，功能/價(jià)格比高，組成應(yīng)用系統(tǒng)靈活、方便。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選擇8051單片機(jī)。一個(gè)8051單片機(jī)包含下列部件</p><p>　?。?）一個(gè)8位微處理器CPU。</p><p>　?。?）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能寄存器SFR。</p><p>　　（3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM。</p><p>　　

14、（4）兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1，可用作定時(shí)器，也可用以對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p>　　（5）四個(gè)8位可編程的并行I/O端口，每個(gè)端口既可作輸入，也可作輸出。</p><p>　?。?）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。</p><p>　?。?）中斷控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）內(nèi)部時(shí)鐘電路。</p><

15、;p><b>　　3溫度傳感器的選擇</b></p><p>　　AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。AD590 可直接輸出與熱力學(xué)溫度成比例的電流信號(hào),在輸出端串聯(lián)一個(gè)電阻則轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。除此之外,AD590 還具有測(cè)溫不需要參考點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、互換性好等優(yōu)點(diǎn)。它的主要特性如下：</p><p>　　1、流過器件的電流（mA）等于器件

16、所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)。 </p><p>　　2、AD590的測(cè)溫范圍為-55℃～+150℃。</p><p>　　3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。</p><p>　　4、輸出電阻為710MW。&

17、lt;/p><p>　　5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。</p><p><b>　　4濕度傳感器的選擇</b></p><p>　　集成濕度傳感器IH3605 采用集成電路技術(shù), 可在集成電路內(nèi)部完成對(duì)信號(hào)的調(diào)整。具有精度高、線性好、互換性強(qiáng)等諸多

18、優(yōu)點(diǎn)。IH3605 內(nèi)部的兩個(gè)熱化聚合體層之間形成的平板電容器電容量的大小可隨濕度的不同發(fā)生變化, 從而可完成對(duì)濕度信號(hào)的采集。</p><p>　　IH3605主要技術(shù)指標(biāo)： 　　●電源電壓：4～5.8V；　　●供電電流： 200μA（5VDC）；　　●濕度范圍：0～100％RH　　●精度：±2％RH（0～100％RH、25℃、V=5VDC）；　　●互換性：±5％RH（0～60％R

19、H）;±8％RH（90％RH）；　　●線性度：±0.5％RH（典型）；　　●重復(fù)性：±0.5％RH；　　●穩(wěn)定度：±1％RH（50％RH 、5年內(nèi)）；　　●響應(yīng)時(shí)間：15s（25℃及空氣緩慢流動(dòng)環(huán)境下）；　　●工作溫度：－40℃～85℃；</p><p>　　5，A/D轉(zhuǎn)換電路的選擇</p><p>　　AD574型快速12位逐次逼近式A/

20、D轉(zhuǎn)換器是美國(guó)AD公司產(chǎn)品，是一種內(nèi)部由雙極型電路組成的28腳雙列直插式標(biāo)準(zhǔn)封裝的集成A/D轉(zhuǎn)換器，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能。</p><p>　　?12位分辨率；?轉(zhuǎn)換時(shí)間：25μs（12位），16μs（8位）；?單通道模擬電壓輸入；無漏碼；采用逐次逼近式原理； ?電壓輸入：?jiǎn)螛O性：0～10V，0～20V，雙極性：±5V，±10V； ?

21、供電電源：VLOGIC邏輯電平：+4.5V～+5.5V（+5V） VCC：+13.5V～+16.5V（+12V，+15V） VEE供電電源：-13.5V～-16.5V（-12V，-15V）； ?不需外部時(shí)鐘，內(nèi)部含有時(shí)鐘發(fā)生電路；?參考電壓不需外部提供，芯片內(nèi)部具有穩(wěn)定為10.00V±0.1V（max）的參考電壓；?可以進(jìn)行零點(diǎn)和滿量程調(diào)整；片內(nèi)有激光校準(zhǔn)的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和比較器；?轉(zhuǎn)換精度：0.05％FS； ?片內(nèi)

22、具有輸出三態(tài)緩沖器，可與通用的8位或16位微處理器直接接口；?低功耗：390mW；存放溫度：-65℃～+150℃。</p><p>　　6．抗干擾電路的選擇</p><p>　　X5045是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM三種功能于一身的可編程電路。這種組合設(shè)計(jì)</p><p>　　減少了電路對(duì)電路板空間的需求。</p><p>　

23、　X5045中的看門狗對(duì)系統(tǒng)提供了保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設(shè)置時(shí)間時(shí)，電路中的看門狗</p><p>　　將通過53A3: 信號(hào)向B49 作出反應(yīng)。X5045 提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統(tǒng)將復(fù)位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止.</p><p><b>　　7.顯示電路的選擇</

24、b></p><p>　　74HC595是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的通用移位寄存器芯片。并行輸出端具有輸出鎖存功能。與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單方便，只須三個(gè)I/O口即可。而且通過芯片的Q7引腳和SER引腳，可以級(jí)聯(lián)。而且價(jià)格低廉，每片單價(jià)為1.5元左右. </p><p>　　在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，節(jié)省系統(tǒng)資源，將所有的N位段選碼并聯(lián)在一起，由一片74HC595控制<

25、/p><p>　　8．聲光報(bào)警電路的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路中聲音報(bào)警部分是由一個(gè)三極管、蜂鳴器以及基極電阻組成，只要pnp 三極管導(dǎo)通，在蜂鳴器兩端加上超過3V 電壓，蜂鳴器就會(huì)鳴叫。報(bào)警電路中光報(bào)警部分是由一個(gè)2kΩ 電阻與發(fā)光二極管外加5V 電壓與單片機(jī)P1.0 相連組成。當(dāng)室內(nèi)的溫度和濕度超過系統(tǒng)所設(shè)置的上下限時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出響聲，同時(shí)LED 指示燈會(huì)亮起來，進(jìn)行聲光

26、報(bào)警。</p><p>　　9.按鍵輸入電路的選擇</p><p>　　我們?cè)谙到y(tǒng)中用S1 至S4分別與單片機(jī)的P2.0 至P2.3 相連。S1 鍵控制開和停，按下開關(guān)電路接通，開始工作LED 顯示屏上顯示溫濕度的初始狀態(tài)；再按S1 鍵，電路斷開。S2 為切換項(xiàng)目鍵，通過按下S2 鍵分別切換到溫度下限、溫度上限、濕度下限、濕度上限。S3、S4 用來設(shè)置溫濕度的上下限值，S3 為數(shù)值加鍵、S

27、4 為數(shù)值減鍵。當(dāng)溫濕度超過上下限，報(bào)警電路接通。</p><p><b>　　10.溫度控制電路</b></p><p>　　當(dāng)水泥試塊所處養(yǎng)護(hù)箱(室)的溫度高于或低于一定值時(shí)，通過雙向可控硅將自動(dòng)啟動(dòng)壓縮制冷機(jī)</p><p>　　制冷或暖風(fēng)機(jī)加熱。，MOC3041是適于220V交流使用的光耦雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，本身帶有過零觸發(fā)檢測(cè)器，可保證

28、在電壓接近為零時(shí)觸發(fā)可控硅。門極電阻R則是為了提高抗干擾能力，以防誤觸發(fā)。考慮到溫度的熱慣性，為使其溫度控制在20±2℃之間，經(jīng)過我們多次摸索及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，測(cè)知當(dāng)水泥試塊所處養(yǎng)護(hù)箱(室)的溫度低于18℃時(shí)，通過軟件判斷，可置位P1．4，經(jīng)7401及304l后．使雙向可控硅動(dòng)作，暖風(fēng)機(jī)工作，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)箱(室)的加熱。當(dāng)溫度高于22℃時(shí)，空調(diào)即開始工作，進(jìn)行制冷。</p><p><b>　　二、系統(tǒng)

29、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件主要是采用C語言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行變成實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，而后調(diào)用讀溫濕度、處理溫濕度、顯示、鍵盤、報(bào)警等模塊。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制溫濕度，主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫濕度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理溫、濕度傳感器的測(cè)量的當(dāng)前溫、濕度值并負(fù)責(zé)調(diào)用各子程序,其程序流程如圖系統(tǒng)程序流程圖。</p><p><b&

30、gt;　　四、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫育才.《MCS-51系列單片微型機(jī)及其應(yīng)用》，東南大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[2] 劉天旺.《Protel 99SE 電路設(shè)計(jì)應(yīng)用教程》，電子工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[3] 李俊，張曉東.《基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究》，微計(jì)算機(jī)信息，2008 第1

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