基于單片機(jī)的溫濕度實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫濕度實(shí)驗(yàn)箱在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛的應(yīng)用，溫濕度實(shí)驗(yàn)箱能夠提供一個(gè)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(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)其各項(xiàng)性能指標(biāo)的穩(wěn)定性。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和監(jiān)控室設(shè)備兩部分，對(duì)每一個(gè)部分都進(jìn)行了軟件和硬件的設(shè)計(jì)，

2、本系統(tǒng)帶有RS232通訊接口電路，CPU部分選用AT89S52單片機(jī),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(duì)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(jī)進(jìn)行顯示并控制，在軟件部分設(shè)計(jì)了下位機(jī)主程序、下位機(jī)信息采集子程序、下位機(jī)A/D轉(zhuǎn)化子程序、CAN總線通信子程序等程序，對(duì)被控對(duì)象的控制設(shè)計(jì)了PID算法子程序進(jìn)行控制，通過(guò)軟件和硬件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱對(duì)溫度的調(diào)控功能

3、并實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)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(tái)PC機(jī)能同時(shí)監(jiān)控15臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況。</p><p>　　本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)溫濕度試驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)，采用該方案設(shè)計(jì)的溫濕度試驗(yàn)箱具有低功耗、高效能等特點(diǎn)，具有很高的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫濕度；試驗(yàn)箱；單片機(jī)； 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(lái)源與意義1</p><p>　　1.2 國(guó)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(zhǎng)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(jì)10</p><p>　　3.1 器件的選型10</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)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(jī)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(jì)17</p><p>　　3.4 溫度信息采集電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.5 液位信息采集電路設(shè)計(jì)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(chǎng)總線22</p><p>　　3.9.1 CAN總線特點(diǎn)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(jī)外圍電路設(shè)計(jì)26&

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

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

18、　　4.7 串行通信子程序設(shè)計(jì)42</p><p>　　第5章 總 結(jié)45</p><p>　　5.1 設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案45</p><p>　　5.2 關(guān)于設(shè)計(jì)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(lái)源與意義</b></p><p>　　溫濕度試驗(yàn)箱能夠提供一個(gè)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(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)其性能指標(biāo)的穩(wěn)定性。產(chǎn)品的電子零部件和整機(jī)，他們都需要進(jìn)行高低溫的環(huán)境試驗(yàn)，各種領(lǐng)域包括汽車、摩托、航空航天、工業(yè)、火箭、國(guó)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(guò)高低溫的檢測(cè)。因此，溫濕度試驗(yàn)箱在科學(xué)試驗(yàn)以及產(chǎn)品測(cè)試中發(fā)揮著極其重要且不可替代的作用，溫濕度試驗(yàn)箱的正常運(yùn)行時(shí)保證試驗(yàn)正常進(jìn)行的一個(gè)基本條件，由于溫濕度試驗(yàn)箱一般持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，工作時(shí)有噪音、擾動(dòng)，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(diǎn)溫度計(jì)燒壞或損壞造成溫濕度試驗(yàn)箱在運(yùn)行過(guò)程中突然無(wú)加熱或加熱不受控制，也有可能會(huì)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(jī)、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(yàn)箱出現(xiàn)故障時(shí)如果不能及時(shí)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(cè)試結(jié)果不正確，重則會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)或電子元件由于過(guò)冷或過(guò)熱損壞甚至發(fā)生火</p><p>　　由于溫濕度試驗(yàn)箱在科學(xué)試驗(yàn)及產(chǎn)品測(cè)試中的重要性，我們需要實(shí)時(shí)的監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行，傳統(tǒng)的監(jiān)控方式需要很多的人力來(lái)完成，效率很低，造成了人力資源的浪費(fèi)。隨著計(jì)算機(jī)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(shì)，擁有較多數(shù)量溫濕度試驗(yàn)箱的單位對(duì)安全可靠地運(yùn)行高低溫試驗(yàn)、提升試驗(yàn)效率、挖掘試驗(yàn)效能、減輕工作人員強(qiáng)度提出了更高的要求，溫濕度試驗(yàn)箱監(jiān)控系統(tǒng)的存在，能夠?qū)崿F(xiàn)在試驗(yàn)前預(yù)先設(shè)定任務(wù)模式，通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)全面監(jiān)視所有工作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在無(wú)人看守的情況下，通過(guò)溫濕度試驗(yàn)箱網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障隔離、電話語(yǔ)音報(bào)警，試驗(yàn)結(jié)束后可以打印報(bào)表，可以查詢記錄等功能。通過(guò)溫濕度試驗(yàn)箱監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了溫濕度試驗(yàn)箱設(shè)備的無(wú)人

24、值守，大大提高了溫濕度試驗(yàn)箱的安全性、可靠性、高效性。</p><p><b>　　國(guó)外發(fā)展及現(xiàn)狀</b></p><p>　　溫濕度試驗(yàn)箱作為環(huán)境試驗(yàn)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(cè)試中發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái)隨著應(yīng)用的日益廣泛，技術(shù)的不斷改進(jìn)，溫濕度試驗(yàn)箱制造廠家和維修行業(yè)對(duì)溫濕度試驗(yàn)箱的技術(shù)要求也越來(lái)越高，致使

25、為數(shù)不多的溫濕度試驗(yàn)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(guò)程都緊密地與溫度相聯(lián)系。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)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(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)過(guò)程離不開(kāi)溫度控制。溫度控制廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)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(duì)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(shí)，溫度是影響鍋爐傳熱過(guò)程和設(shè)備效率的主要因素?；诖?，運(yùn)用反饋控制理論對(duì)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(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對(duì)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(chǎng)合需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如在發(fā)酵過(guò)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(duì)象的溫度恒定在某一數(shù)值上，且要求其波動(dòng)幅度（即穩(wěn)態(tài)誤差）不能超過(guò)某一給定值。從工業(yè)溫度控制器的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種：</p><p>　　1定值開(kāi)關(guān)溫度控制法</p><p>　　所謂定值開(kāi)關(guān)控溫法，就是通

28、過(guò)硬件電路或軟件計(jì)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(duì)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(kāi)動(dòng)制冷裝置；若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開(kāi)啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。這種開(kāi)關(guān)控溫方法比較簡(jiǎn)單，在沒(méi)有計(jì)算機(jī)參與的情況下，用很簡(jiǎn)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(guó)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(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫

29、度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開(kāi)通電源，因而無(wú)法克服溫度變化過(guò)程的滯后性，致使系統(tǒng)溫度波動(dòng)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(guó)的Minorsky在對(duì)船舶自動(dòng)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(jì)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(jiǎn)單、對(duì)模型誤差具有魯棒性以及易于操作等特點(diǎn)，在大多數(shù)控制過(guò)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(guò)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(jì)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(jì)方法是設(shè)計(jì)一種反饋補(bǔ)償器，以獲得一定量的穩(wěn)定裕度，重點(diǎn)考慮了模型的不

31、確定性，并利用反饋來(lái)減少系統(tǒng)對(duì)干擾和模型誤差的靈敏度。補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)主要是采用由Nyquist穩(wěn)定準(zhǔn)則引申出來(lái)的圖解法。</p><p>　　從20世紀(jì)80年代開(kāi)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(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)，在控制技術(shù)高速發(fā)展的今天，它在工業(yè)過(guò)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(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開(kāi)關(guān)控溫法。其具體電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來(lái)實(shí)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(chǎng)實(shí)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(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè)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(duì)于

33、一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制精度是比較令人滿意的。</p><p>　　它對(duì)大多數(shù)工業(yè)控制對(duì)象都能達(dá)到較好的控制效果，但它有明顯的缺點(diǎn)，比如依賴于對(duì)象模型，對(duì)于非線性、大滯后、時(shí)變系統(tǒng)控制效果不理想等。而且隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)控制的實(shí)時(shí)性與精度要求越來(lái)越高，被控對(duì)象也越來(lái)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(jì)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(diǎn)。首先，它具備自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織的能力，能夠自動(dòng)辨識(shí)被控過(guò)程參數(shù)、自動(dòng)整定控制參數(shù)、能夠適應(yīng)被控過(guò)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(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)、可靠性高、為現(xiàn)場(chǎng)工程設(shè)計(jì)人員所熟悉

35、等特點(diǎn)。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對(duì)國(guó)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(guó)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(duì)不同的溫控對(duì)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(guó)環(huán)境試驗(yàn)行業(yè)迅速發(fā)展，主要源于兩個(gè)動(dòng)力：一是國(guó)際局勢(shì)的動(dòng)蕩，

36、特別是美國(guó)挑起的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)迫使中國(guó)加大國(guó)防工業(yè)技改經(jīng)費(fèi)投入；二是中國(guó)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(guó)加入世界貿(mào)易組織后國(guó)內(nèi)企業(yè)出于加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)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(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，近三年的需求量增長(zhǎng)率在150%以上（僅國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家）。</p><p>　　溫濕度試驗(yàn)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(dú)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(yàn)要求的不斷深入，用戶對(duì)試驗(yàn)箱的性能、交貨期要求越來(lái)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(duì)用戶需求迅速開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)出不同檔次、不同規(guī)格的試驗(yàn)箱。</p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)面臨生產(chǎn)濕度測(cè)控系統(tǒng)的巨大壓力，各傳統(tǒng)行業(yè)

38、對(duì)濕度的檢測(cè)要求精度方面要求迅速提升，對(duì)其性能要求更加嚴(yán)格，但國(guó)內(nèi)的濕度測(cè)控系統(tǒng)相對(duì)落后，遠(yuǎn)不能滿足傳統(tǒng)行業(yè)對(duì)濕度測(cè)量的要求，大多數(shù)濕度測(cè)量?jī)x器還停留在干濕球濕度計(jì)，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量控制，耗費(fèi)大量人力、物力及財(cái)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(cè)濕的主要原理為感濕膜在吸收水分子后其電容值會(huì)發(fā)生明顯變化。在實(shí)際使用中這種傳感器的溫度系數(shù)不是常數(shù)，會(huì)根據(jù)溫度的變化而變化，國(guó)內(nèi)的廠家一般可以做到在-10℃~60℃內(nèi)較小溫度帶來(lái)的線性誤差。</p><p>　　2、聚酰胺樹(shù)脂濕度傳感器，國(guó)外的優(yōu)秀廠家一般都采用聚酰胺樹(shù)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(lái)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(diǎn)，很適合進(jìn)行批量生產(chǎn)，但塵埃對(duì)該種傳感器的影響較大，需要經(jīng)常維護(hù)，在極端環(huán)境下如高溫或低溫會(huì)大大降低這種傳感器的壽命，還會(huì)影響這種傳感器的線性度，目前這一狀況還沒(méi)有得到有效解決。</

41、p><p>　　4、2005年8月，國(guó)內(nèi)JUCSAN公司依托于國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究院、中科院自動(dòng)化研究所、化工研究院等大型科研單位的有力技術(shù)，對(duì)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(dòng)化儀表等產(chǎn)品，在吸取了國(guó)內(nèi)外此項(xiàng)技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，努力克服傳統(tǒng)產(chǎn)品存在的各項(xiàng)弱點(diǎn)，取得實(shí)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(jì)系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和監(jiān)控室設(shè)備兩部分，對(duì)每一個(gè)部分都進(jìn)行了軟件和硬件的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)帶有RS232通訊接口電路，CPU部分選用AT89S52單片機(jī),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(duì)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(jī)進(jìn)行顯示并控制，在軟件部分設(shè)計(jì)了下位機(jī)主程序、下位機(jī)信息采集子程序、下位機(jī)A/D轉(zhuǎn)化子程序、CAN總線通信子程

43、序等程序，對(duì)被控對(duì)象的控制設(shè)計(jì)了PID算法子程序進(jìn)行控制，通過(guò)軟件和硬件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱對(duì)溫度的調(diào)控功能并實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)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(tái)PC機(jī)能同時(shí)監(jiān)控15臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的第一章主要闡述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外溫濕度控制狀況及今后的發(fā)展趨勢(shì)，明確了設(shè)計(jì)要求，第一章分兩個(gè)部分介紹，第一部分介紹了國(guó)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(guó)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(guò)幾點(diǎn)比較了幾種不同的方案優(yōu)缺點(diǎn)，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(jī)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(diǎn)以及綜合其性價(jià)比后確定了本設(shè)計(jì)所用的各種芯片，主電路分兩大塊幾個(gè)部分分別介紹，第一板塊為下位機(jī)部分，該部分安裝在現(xiàn)場(chǎng)，下位機(jī)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(jì)的核心部分，單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)的電源電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)的晶振電路設(shè)計(jì)，第四部分即為CAN總線設(shè)計(jì)，第五部分為驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。第二塊為上位機(jī)電路設(shè)計(jì)，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(jì)了一個(gè)溫度濕度可調(diào)的試驗(yàn)箱，實(shí)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(diǎn)的溫度Ti和時(shí)間ti，即可獲得所需程控曲線；每段時(shí)間設(shè)定最大值為99小時(shí)59分。本設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)。試驗(yàn)線帶有聲光報(bào)警功能，當(dāng)溫濕度超偏時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，試驗(yàn)箱的顯示部分采用液晶顯

47、示，試驗(yàn)箱帶RS232計(jì)算機(jī)接口實(shí)行人機(jī)對(duì)話、聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程監(jiān)控，補(bǔ)水箱能自動(dòng)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(duì)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(jiàn)的有雙絞線、光纖等，傳送信號(hào)使用差分電壓，通常被稱為CAN_H和CAN_L，靜態(tài)時(shí)電壓CAN_H和CAN_L均為2.5V左右，此時(shí)表示邏輯狀態(tài)“1”；用CAN_H比CAN_L電壓高表示邏輯“0”，此時(shí)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(diǎn)：CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的任意節(jié)點(diǎn)都可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從

49、，可靈活方便的構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)和分布式測(cè)控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)上的接點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同實(shí)時(shí)要求；采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的先發(fā)送數(shù)據(jù)，優(yōu)先級(jí)低的等優(yōu)先級(jí)高的發(fā)送完成后再繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)；具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(shí)，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)10Km；通信距離為40Km時(shí)，最高通信速率為1Mb/s；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)最高可達(dá)110個(gè)；每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，傳輸

50、時(shí)間短受干擾概率低；通信介質(zhì)采用廉價(jià)的雙絞線即可，無(wú)特殊要求；在傳輸信息嚴(yán)重出錯(cuò)時(shí)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)切斷與總線的聯(lián)系，這樣使總線上的其他節(jié)點(diǎn)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(shì)；其用于網(wǎng)絡(luò)控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：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(yùn)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(tái)或基礎(chǔ)構(gòu)架；在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用了交互式和開(kāi)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(chǎng)上能夠提供廣泛軟件資源、維護(hù)和診斷工具，成為事實(shí)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(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，重要數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程工業(yè)以太網(wǎng)會(huì)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(xiàng)缺點(diǎn)可通過(guò)智能集線器的使用、主動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)、優(yōu)先權(quán)的引入以及雙工的布線來(lái)解決。對(duì)于本設(shè)計(jì)要求而言，使用工業(yè)以太網(wǎng)較為繁瑣且會(huì)提高生產(chǎn)成本，因此本設(shè)計(jì)采用CAN總線作為系統(tǒng)的總線方式。</p><p><b>　　CPU字長(zhǎng)的選擇</b></p><p>　　單片機(jī)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(zhǎng)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(jī)其內(nèi)部資源越豐富，以51單片機(jī)為例，它是八位COU,其內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器、128BRAM、4KBROM、64KB可編程擴(kuò)展、一對(duì)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(jì)要求較為簡(jiǎn)單，有8位單片機(jī)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(jī)可同時(shí)監(jiān)控15臺(tái)試驗(yàn)箱的運(yùn)行狀況，通過(guò)PC機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主機(jī)通過(guò)總線形式進(jìn)行遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)與監(jiān)控室PC機(jī)通信的功能。</p><p>　　試驗(yàn)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(lái)完成，通常傳感器輸出信號(hào)為較為微弱的模擬信號(hào)，不能直接被單片機(jī)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(jì)了信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。微小信號(hào)經(jīng)放大后變?yōu)?-5V的連讀模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)被送入主機(jī)內(nèi)，經(jīng)主機(jī)的運(yùn)算產(chǎn)生相應(yīng)輸出信號(hào)，分別控制系統(tǒng)的加熱、降溫、加濕、除濕、水箱補(bǔ)水等功能，同時(shí)將試驗(yàn)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(shí)還要將試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度、濕度情況進(jìn)行遠(yuǎn)傳送給P

56、C機(jī)進(jìn)行顯示并控制，因此本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了通信接口電路，鍵盤接口電路主完成對(duì)溫度和濕度的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置。</p><p>　　圖2.2 試驗(yàn)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(lái)完成，通常傳感器輸出信號(hào)為較為微弱的模擬信號(hào)，不能直接被單片機(jī)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(jì)了信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。微小信號(hào)經(jīng)放大后變?yōu)?-5

57、V的連讀模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)被送入主機(jī)內(nèi)，經(jīng)主機(jī)的運(yùn)算產(chǎn)生相應(yīng)輸出信號(hào)，分別控制系統(tǒng)的加熱、降溫、加濕、除濕、水箱補(bǔ)水等功能，同時(shí)將試驗(yàn)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(shí)還要將試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度、濕度情況進(jìn)行遠(yuǎn)傳送給PC機(jī)進(jìn)行顯示并控制，因此本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了通信接口電路，鍵盤接口電路主完成對(duì)溫度和濕度的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置。</p><p><b>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b>

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

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

60、p><p>　　Microchip單片機(jī)是市場(chǎng)上份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī)它的主要產(chǎn)品是16C系列的8位單片機(jī)，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(jī)的顯著特點(diǎn)，但Microchip單片機(jī)沒(méi)有掩膜產(chǎn)品，全都是OTP器件（近年已推出FLASH型單片機(jī)）。</p><p>　　Atmel公司生產(chǎn)的90系列單片機(jī)是增強(qiáng)RISC內(nèi)載Flash的單片機(jī)，通常成為AVR單片機(jī)，

61、90系列單片機(jī)是基于新的精簡(jiǎn)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(chǎng)上AVR單片機(jī)具有最高的MIPS mw能力。</p><p>　　NEC單片機(jī)以8位單片機(jī)78K系列產(chǎn)量最高，也有16位、32位單片機(jī)。16位以上單片機(jī)采用內(nèi)部倍頻技術(shù)，以降低外時(shí)鐘頻率，有的單片機(jī)采用內(nèi)置操作系統(tǒng)。</p><p>　　東芝單片機(jī)從4位到64位單片機(jī)，門類齊全。4位單片機(jī)在家電領(lǐng)域有較大的市場(chǎng)。

62、8位單片機(jī)主要有870系列、90系列等，該類單片機(jī)允許使用慢模式，采用32K時(shí)鐘時(shí)功耗降低至10uA數(shù)量級(jí)。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(jī)采用MIPS3000A RISC的CPU結(jié)構(gòu)，面向VCD、數(shù)字相機(jī)、圖像處理等市場(chǎng)。</p><p>　　富士通有8位、16位和32位單片機(jī)，其中8位單片機(jī)主要有3V產(chǎn)品和5V產(chǎn)品，3V產(chǎn)品應(yīng)用于消費(fèi)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(jī)有8L和8FX兩個(gè)系列，是市場(chǎng)上常見(jiàn)的兩個(gè)系列。16位主流單片機(jī)有MB90F387，MB90F462，MB90F548等，這些單片機(jī)采用64腳或100腳QFP封裝，1路或多路CAN總線，并可向外擴(kuò)展總線；32位單片機(jī)采用RISC結(jié)構(gòu)，主要有MB91101等。</p><p>　　基于成本和設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，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(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(guó)ANALOG DECICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對(duì)溫度成比例。在4V至30V電壓范圍內(nèi)，該期間可充當(dāng)一個(gè)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(guò)激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，在298.2K(25℃)時(shí)輸出298.2uA電流。</p><p>　　AD590適用于150℃以下，應(yīng)用AD590時(shí)無(wú)需線性化電路、精密電壓放大器、電阻

67、測(cè)量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。其主要特性如下：</p><p>　　流過(guò)器件的電流(μA) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開(kāi)爾文) 度數(shù)；</p><p><b>　　(3-1) </b></p><p>　　(3-1)式中，Ir—流過(guò)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(cè)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(huì)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(gè)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(cè)溫的時(shí)候把整個(gè)傳感器放于需要測(cè)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(duì)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(duì)濕度傳感器</p><p>　　線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨(dú)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(duì)濕度傳感器具有低成本，精度高霍尼韋爾的相對(duì)濕度傳感器是熱固聚酯電容式具有信號(hào)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(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。<

71、;/p><p><b>　　液位傳感器的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)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(jiàn)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(gè)模擬通道，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)要顯示試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度、試驗(yàn)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(jì)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(kù)。如圖3.6所示為L(zhǎng)CD1602</p><p>　　3.6LCD1602</p><p><b>　　加熱器件的選擇</b></p><p>　　試驗(yàn)箱所選用的加熱器要求能過(guò)全面加熱，所以選用鎳鉻合金電加熱式加熱器，安裝時(shí)要求均勻分布在試驗(yàn)箱的內(nèi)部以保證試驗(yàn)箱內(nèi)部均勻受熱。防止因受熱不均造成測(cè)量誤差，進(jìn)而影響后期對(duì)試驗(yàn)箱的溫度控制

75、，其加熱功率可以通過(guò)控制加熱絲通入電路的時(shí)間來(lái)控制，通過(guò)接通和斷開(kāi)的時(shí)間比例控制其對(duì)試驗(yàn)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(jī)的選型</b></p><p>　　圖3.8 法國(guó)泰康原裝進(jìn)口全密式壓縮

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

77、 3、泰康壓縮機(jī)在中國(guó)不同地區(qū)不同氣候條件下長(zhǎng)期適用，久經(jīng)考驗(yàn)，性能穩(wěn)定可靠。 4、泰康壓縮機(jī)最佳平衡設(shè)計(jì)，使壓縮機(jī)振動(dòng)小、噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)。 5、泰康壓縮機(jī)電壓設(shè)計(jì)寬，單相機(jī)工作電壓180-240V，三相機(jī)340-440V，適合中國(guó)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(qiáng)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(jī)盤管的側(cè)面，或安裝在空調(diào)風(fēng)管或換氣機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)道或風(fēng)機(jī)盤管直接加濕。</p><p>　　圖3.9 百力拓強(qiáng)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(chǎng)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(guó)博世公司在20世紀(jì)80年代專門為汽車行業(yè)開(kāi)發(fā)的一種穿行通信總線。由于其高性能、高可靠性以及獨(dú)特的設(shè)計(jì)而越來(lái)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(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10km時(shí)，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(shí)時(shí)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(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　CAN總線采用多主機(jī)方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)

81、地向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從；網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)；總線上采用非破壞性位仲裁結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)的發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)；CAN總線可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)；采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀有效字節(jié)數(shù)位8個(gè)；每幀信息都有CRC校驗(yàn)以及其他檢錯(cuò)

82、措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光纖，一般對(duì)傳輸介質(zhì)無(wú)特殊要求；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)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(jì)采用CAN總線結(jié)構(gòu)</p><p>　　濕度信息采集電路設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖3.10 為相對(duì)濕度信息采集電路，因?yàn)閭鞲衅鬏敵龅男盘?hào)較為微弱不能被單片機(jī)識(shí)別，因此本設(shè)計(jì)采集電路采用兩級(jí)放大線

83、路，對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。</p><p>　　圖3.10相對(duì)濕度信息采集電路</p><p>　　濕度傳感器為霍尼韋爾的相對(duì)濕度傳感器，HIH3610濕度傳感器是為大批量OEM設(shè)計(jì)，具有儀表級(jí)測(cè)量性能，低成本，SIP封裝。線形放大電壓輸出，驅(qū)動(dòng)電流200微安，適合電池供電，器件一致性好。 驅(qū)動(dòng)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(duì)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(shí)，其輸出電壓與輸入電壓及相對(duì)濕度存在關(guān)系（3-2）。</p><p>　?。?-

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） </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(duì)濕度RH的值（3-4）。</p><p>　　（3-4） </p><p>　　溫度和濕度存在耦合關(guān)系，溫度對(duì)濕度傳感器也存在影響，為此需要對(duì)濕度傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，HIH

87、-3610-1傳感器溫度和濕度的測(cè)量存在如下關(guān)系(3-5)。</p><p>　?。?-5） </p><p>　　在軟件設(shè)計(jì)計(jì)算真實(shí)的相對(duì)濕度時(shí)方面需要考慮（3-5）式進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　　傳感器輸出端加入了一級(jí)信號(hào)處理環(huán)節(jié)，通過(guò)電阻和

88、電容能夠有效去除外部干擾信號(hào)。設(shè)傳感器輸出電壓為Vout1，第一級(jí)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?jiǎn)为?dú)作用時(shí)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(jí)放大電路電壓輸出與第一級(jí)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(jì)</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(duì)溫度零度為基準(zhǔn)，每增加1℃，它

90、的輸出電流會(huì)增加1uA，見(jiàn)式（3-11），因此在25℃時(shí)，其輸出電流Iout=(273+25)=298uA。</p><p>　　如圖3.11所示，最上一級(jí)放大電路構(gòu)成跟隨器，其主要作用是在零攝氏度時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，時(shí)其輸出為0.第一級(jí)下面的放大器也構(gòu)成電壓跟隨器，設(shè)計(jì)這兩個(gè)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(cè)量帶來(lái)的影響。第二級(jí)放大電路起放大作用，對(duì)輸入的差動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大，采用差動(dòng)放

91、大的目的是減少共模電壓帶來(lái)的干擾，通過(guò)兩級(jí)放大器可以有效減小在放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差，使測(cè)量結(jié)果更加精確，對(duì)本設(shè)計(jì)的要求能夠很好的滿足，抱證測(cè)量精度。</p><p>　　圖3.11 溫度信息采集電路</p><p>　　設(shè)R53的兩個(gè)分阻值分別為R531和R532，設(shè)AD590在T℃時(shí)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(jí)放大電路的電壓輸出為Vout3

92、，第二級(jí)放大電路為差動(dòng)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(jì)</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(bǔ)償和校正功能，它的測(cè)壓范圍最大可達(dá)50KPa，電壓最大輸出值為40mV，壓力傳感器會(huì)根據(jù)水位的高低輸出0-40mV電壓，經(jīng)三級(jí)放大后送入TLV2548，圖3.13中第一級(jí)運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器，用來(lái)提高電路的輸入阻抗，第二級(jí)放大的倍數(shù)為25倍，第三級(jí)放大的倍數(shù)為5倍，MPX2050經(jīng)三級(jí)放大后共放大125倍，輸出0-5V電壓信號(hào)。</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>　　（3-12） </p><p>　　圖3.12 液位信息采集電路</p><p>　　由于測(cè)量需要，往往一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)是

96、不精確的，因此本設(shè)計(jì)對(duì)溫度和濕度的測(cè)量各設(shè)計(jì)了兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量時(shí)通過(guò)取兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的平均值作為最終測(cè)量數(shù)據(jù)。在測(cè)量點(diǎn)安裝時(shí)，要求兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)間隔相對(duì)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(shí)鐘輸入端，可由DSP芯片或其他主芯片提供，同時(shí)它可做A/D轉(zhuǎn)換采樣的時(shí)鐘源；EOC為中段觸發(fā)引腳，REFP是高級(jí)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(shí)也可以通過(guò)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(hào)引腳；PWDN’是省電觸發(fā)引腳，當(dāng)PWDN’為低電平時(shí)，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(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器又進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)CS’為低電平時(shí)，表示TLV2548被選中，同時(shí)同步信號(hào)FS為低電平時(shí)，SDI引腳開(kāi)始輸入命令，在每個(gè)SCLK的每個(gè)下降沿讀取輸入命令的一個(gè)位，當(dāng)4個(gè)SCLK周期后，確定模擬通道，開(kāi)始采樣，根據(jù)配置命令的不同，采樣需要12或24個(gè)SCLK周期，當(dāng)CS’為高電平時(shí)，開(kāi)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(shí)，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(jì)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>　　（3-13） </p><p>　　本設(shè)計(jì)中測(cè)溫范圍為-60

100、℃~130℃，要求分辨精度為±0.19℃，本設(shè)計(jì)選用12位A/D轉(zhuǎn)換器，溫度測(cè)量能夠滿足（3-13）式；本設(shè)計(jì)要求測(cè)濕范圍為30-98% RH，要求測(cè)量精度為±0.1RH,選用12位A/D轉(zhuǎn)換器能夠滿足測(cè)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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比對(duì)最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)電位器調(diào)整對(duì)比度）；RS為寄存器選擇引腳，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器；RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫(xiě)操作；E為使能端，高電平時(shí)讀取信息，由高電平變?yōu)榈碗娖阶儠r(shí)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(méi)有按下時(shí)P1.6、P1.4和P1.5輸出高電平，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，端口電平被拉低，同時(shí)二極管發(fā)光，表示有按鍵按下。單片機(jī)通過(guò)檢查端口的電平的變化來(lái)識(shí)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(guò)鍵盤給入控制命令，鍵盤模塊共設(shè)計(jì)了3個(gè)按鍵，3個(gè)按鍵安裝在現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)上。第一個(gè)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(gè)鍵的功能是增加設(shè)定值，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)按鍵選擇溫度功能時(shí)該按鍵每次按下溫度值增加0.01℃；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)按鍵選擇濕度時(shí)每次按下該按鍵按下時(shí)濕度設(shè)定值增加0.1%RH。第三個(gè)按鍵用于減小溫度或濕度設(shè)定，第一個(gè)按鍵選擇溫度時(shí)每次按

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

105、Information Routing)在CAN中，節(jié)點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的報(bào)文，比如站地址，由接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，不用對(duì)應(yīng)用層以及任何節(jié)點(diǎn)的軟件和硬件作改變，可以直接在CAN中增加節(jié)點(diǎn)；標(biāo)識(shí)符 (Identifier) 要傳送的報(bào)文有特征標(biāo)識(shí)符(是數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的一個(gè)域)，它給出的不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址，而是這個(gè)報(bào)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(diǎn)都可以接收到。節(jié)點(diǎn)通過(guò)標(biāo)識(shí)符判定

106、是否接收這幀信息；數(shù)據(jù)一致性應(yīng)確保報(bào)文在CAN里同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)接收或同時(shí)不接收，這是配合錯(cuò)誤處理和再同步功能實(shí)現(xiàn)的；位傳輸速率不同的CAN系統(tǒng)速度不同，但在一個(gè)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(bào)文中的標(biāo)識(shí)符決定報(bào)文占用總線的優(yōu)先權(quán)。標(biāo)識(shí)符越小，優(yōu)先權(quán)越高；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求(Remote Data Request) 通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)?；貞?yīng)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)幀與請(qǐng)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(dòng)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(diǎn)間的傳輸過(guò)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(shí)和同步的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　BOSCH CAN基本上沒(méi)有對(duì)物理層進(jìn)行定義，但基