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

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計方案</b></p><p>　　題 目 養(yǎng)護試塊監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)方法 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學(xué) 生

2、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　設(shè)計題目 養(yǎng)護試塊監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)方法 </p><p

3、><b>　　一、選題背景與意義</b></p><p>　　1.水泥試塊在強度檢驗前，需要在水泥養(yǎng)護室內(nèi)及水池中進行一定時間的養(yǎng)護，在此過程中，水泥試塊的養(yǎng)護條件至關(guān)重要。為此，利用MCS—51單片機軟硬件技術(shù)以及溫度、濕度檢測與控制原理，設(shè)計一個水泥養(yǎng)護室監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)水泥養(yǎng)護室溫度、濕度的適時檢測、顯示、超限報警，打印并對水泥養(yǎng)護室的溫度進行自動控制，提高水泥養(yǎng)護室的養(yǎng)護

4、條件。掌握單片機進行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。</p><p>　　2. 最近幾年，國內(nèi)外溫濕度傳感器測量系統(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、實用

5、性方面都有所改進。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量系統(tǒng)在實際應(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，以保障其在整個銷售市場的競爭力。在九十年代，先后出現(xiàn)了集成溫度濕度測量套件和應(yīng)用于濕度傳感器的測試系統(tǒng)，這個新技術(shù)的產(chǎn)生都大大刺激了傳感器的進一步發(fā)展。

6、</p><p>　　與此同時，國內(nèi)許多機構(gòu)也在傳感器測試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)。例如通過采用傳統(tǒng)電子儀器進行設(shè)計研發(fā)而成的多種動態(tài)測試系統(tǒng)、動進樣裝置的氣體傳感器智能測試系統(tǒng)等等，這些成績都體現(xiàn)了我國在傳感器領(lǐng)域取得的成就。</p><p>　　當(dāng)然，隨著科技的進步，傳統(tǒng)的溫濕度測試技術(shù)在穩(wěn)定性、精度等方面已經(jīng)無法滿足市場的需求，因此，針對新一代傳感器的探究顯得尤為重要。</p

7、><p><b>　　二、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計內(nèi)容：要求利用MCS—51單片機軟硬件技術(shù)以及溫度、濕度檢測與控制原理，設(shè)計一個水泥養(yǎng)護室監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)水泥養(yǎng)護室溫度、濕度的適時檢測、顯示、超限報警，打印并利用雙向可控硅來對水泥養(yǎng)護室的溫度（鍵盤設(shè)定）進行自動控制。設(shè)計并繪制能實現(xiàn)上述功能的單片機系統(tǒng)原理圖，溫、濕度信號的檢測變換電路。要求

8、設(shè)計該裝置的單片機最小系統(tǒng)、輸入輸出接口電路、參數(shù)檢測與變換電路、顯示、報警與可控硅溫度控制電路及電源電路、鍵盤電路等，構(gòu)成一個實際可用的水泥養(yǎng)護室監(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，編制信號采集、數(shù)據(jù)變換處理、顯示、報警和輸出控制等應(yīng)用程序；繪制符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計圖紙，編寫設(shè)計資料。</p><p>　　2．設(shè)計目標(biāo)：1）完成硬件電路設(shè)計，畫出各組成部分的電路原理圖</p><

9、p>　　2）進行硬件部分整合仿真實驗</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)計與調(diào)試</p><p><b>　　三、設(shè)計方案</b></p><p>　　以MCS-51單片機為核心的控制系統(tǒng)，采用溫、濕度傳感器進行數(shù)據(jù)采集，并可以通過

10、鍵盤實現(xiàn)對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，以及進行越限報警。</p><p><b>　　設(shè)計思路：</b></p><p><b>　　一、系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　單片機測控系統(tǒng)原理框圖如下，主要由電源電路、MCS-51單片機基本系統(tǒng)、溫濕度采集模塊（溫濕度傳感器、信號放大電路、

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警模塊組成</p><p>　　首先根據(jù)養(yǎng)護室保持正常狀態(tài)所需的溫度和濕度，設(shè)計出溫濕度參考值由鍵盤設(shè)定預(yù)先存儲于單片機中。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中，然后LED顯示出溫濕度測量值。單片機將預(yù)設(shè)的參考值與測量值進行比較，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>　　為單片機系統(tǒng)，溫、濕度測量及變換電路，顯示、報警電路，控制電路提供±5v，±15v電源。</p><p><b>　　2.單片機的選擇</b></p><p>　　MCS-51系列單片機是功能極強的8位高檔單片機，他既適用于簡單的測控系統(tǒng)，又適用于復(fù)雜的測控

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

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

15、;p><b>　　3溫度傳感器的選擇</b></p><p>　　AD590是美國模擬器件公司生產(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,在輸出端串聯(lián)一個電阻則轉(zhuǎn)換為電壓信號。除此之外,AD590 還具有測溫不需要參考點、抗干擾能力強、互換性好等優(yōu)點。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)部完成對信號的調(diào)整。具有精度高、線性好、互換性強等諸多

18、優(yōu)點。IH3605 內(nèi)部的兩個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, 從而可完成對濕度信號的采集。</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)時間：15s（25℃及空氣緩慢流動環(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，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能。</p><p>　　?12位分辨率；?轉(zhuǎn)換時間：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：單極性：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）； ?不需外部時鐘，內(nèi)部含有時鐘發(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；?可以進行零點和滿量程調(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</p><p>　　減少了電路對電路板空間的需求。</p><p>　

23、　X5045中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設(shè)置時間時，電路中的看門狗</p><p>　　將通過53A3: 信號向B49 作出反應(yīng)。X5045 提供了三個時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，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是美國國家半導(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。與單片機連接簡單方便，只須三個I/O口即可。而且通過芯片的Q7引腳和SER引腳，可以級聯(lián)。而且價格低廉，每片單價為1.5元左右. </p><p>　　在多位LED顯示時，為了簡化電路，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．聲光報警電路的選擇</p><p>　　本設(shè)計的報警電路中聲音報警部分是由一個三極管、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，蜂鳴器就會鳴叫。報警電路中光報警部分是由一個2kΩ 電阻與發(fā)光二極管外加5V 電壓與單片機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，蜂鳴器會發(fā)出響聲，同時LED 指示燈會亮起來，進行聲光

26、報警。</p><p>　　9.按鍵輸入電路的選擇</p><p>　　我們在系統(tǒng)中用S1 至S4分別與單片機的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)護箱(室)的溫度高于或低于一定值時，通過雙向可控硅將自動啟動壓縮制冷機</p><p>　　制冷或暖風(fēng)機加熱。，MOC3041是適于220V交流使用的光耦雙向可控硅驅(qū)動器，本身帶有過零觸發(fā)檢測器，可保證

28、在電壓接近為零時觸發(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)?？紤]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)場實踐，測知當(dāng)水泥試塊所處養(yǎng)護箱(室)的溫度低于18℃時，通過軟件判斷，可置位P1．4，經(jīng)7401及304l后．使雙向可控硅動作，暖風(fēng)機工作，進行養(yǎng)護箱(室)的加熱。當(dāng)溫度高于22℃時，空調(diào)即開始工作，進行制冷。</p><p><b>　　二、系統(tǒng)

29、軟件設(shè)計</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件主要是采用C語言，對單片機進行變成實現(xiàn)各項功能。主程序?qū)δK進行初始化，而后調(diào)用讀溫濕度、處理溫濕度、顯示、鍵盤、報警等模塊。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責(zé)溫濕度的實時顯示、讀出并處理溫、濕度傳感器的測量的當(dāng)前溫、濕度值并負責(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</b></p><p>　　[1] 孫育才.《MCS-51系列單片微型機及其應(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.《基于單片機的溫濕度檢測與控制系統(tǒng)研究》，微計算機信息，2008 第1

31、7期 </p><p>　　[4] 王新江，趙建王《基于8031單片機的水泥試塊養(yǎng)護測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)》，濟南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2002年12月第16卷第4期</p><p>　　[5]張洪潤，張亞凡，鄧洪敏《傳感器原理及應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[6] 丁蘭，曹延磊《環(huán)境溫濕度實時監(jiān)測系統(tǒng)的研制》，安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報

32、，2011 年第5 期第10 卷</p><p>　　[7] 游冠軍，胡益華，陸申龍，趙天相《集成溫度傳感器AD590 的電路原理及其在測溫和溫控中的應(yīng)用》，大學(xué)物理實驗，2000年9月第13卷第三期</p><p>　　[8]薛明軍《集成濕度傳感器IH 3605 及其應(yīng)用》，《國外電子元器件》2000 年第1 期</p><p>　　[9] 姜偉光，郝磊《X504

33、5電路及其應(yīng)用》《國外電子元器件》,2002年第5 期</p><p>　　[10] Peng Wang，《Design of Temperature and Humidity Intelligent Control System Based on C8051F》2011 International Coriference on Electronics and Optoelectronics (ICEOE 201