1.設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航天、氣象、環(huán)保等諸多領(lǐng)域，對(duì)環(huán)境濕度的監(jiān)測(cè)與控制都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一，但是在環(huán)境參數(shù)的測(cè)量中，因?yàn)槭墉h(huán)境影響大，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的參數(shù)。基于此背景本課題的目的是設(shè)計(jì)制作一個(gè)濕度測(cè)量?jī)x，其基本功能是能夠檢測(cè)出某一環(huán)境的濕度并顯示，設(shè)計(jì)濕度的上下限閾值實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。
1.2性能指標(biāo)
- 相對(duì)濕度測(cè)量精度：±5%
- 檢測(cè)范圍：0-100%
- 濕度設(shè)限范圍：10%-95%
- 電源：DC5V±10%
- 工作環(huán)境濕度：≦90%
- 四位數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示濕度檢測(cè)值
2.設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析考慮到濕度檢測(cè)是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)化為電量，選用的HM1500傳感器輸出的是0-5V電壓，且電壓值穩(wěn)定，受外部干擾小，因此可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)進(jìn)行分析與處理，此外還要進(jìn)行數(shù)碼管顯示，按鍵，報(bào)警電路等設(shè)計(jì)。
總體方案框圖應(yīng)該如圖1所示
圖1 總體方框圖
2.2 方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)，溫濕度采樣電路，數(shù)碼管顯示電路和報(bào)警電路三部分組成。系統(tǒng)示意圖如圖2所示
圖2 系統(tǒng)示意圖
采用傳統(tǒng)的傳感器將濕度轉(zhuǎn)換成模擬的電壓信號(hào)，然后通過(guò)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。HM1500濕度傳感器是一種標(biāo)準(zhǔn)的模擬量濕度采集的傳感器，其內(nèi)部通過(guò)采集的電壓信號(hào)放大為標(biāo)準(zhǔn)的輸出電壓，進(jìn)入ADC0809芯片轉(zhuǎn)換，通過(guò)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量以后，數(shù)字量輸入單片機(jī)進(jìn)入顯示電路顯示，期間可以按下按鍵定點(diǎn)顯示此時(shí)刻濕度值，若此環(huán)境的濕度值低于或者超過(guò)設(shè)限范圍并進(jìn)入報(bào)警電路，蜂鳴器能響起。具體方案設(shè)計(jì)框圖如圖3所示
圖3 具體方案設(shè)計(jì)框圖
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的原理是一個(gè)基于單片機(jī)AT89C52與濕度傳感器HM1500等技術(shù)相結(jié)合主體，利用模擬濕度傳感器HM1500對(duì)某一環(huán)境的濕度進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)此環(huán)境濕度的測(cè)控，并將它的輸出由單片機(jī)的軟件對(duì)其進(jìn)行校正處理所得到的結(jié)果最終送給四位數(shù)碼管顯示，切帶有濕度上下限的報(bào)警。系統(tǒng)原理圖如下
圖4 設(shè)計(jì)原理圖
3.1檢測(cè)電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用的是集成濕度傳感器。傳感器的敏感元件采用的屬水分子親和力型和高分子材料濕敏元件。它的原理是采用具有感濕功能的高分子聚合物涂敷在帶有導(dǎo)電電極的陶瓷襯底上，導(dǎo)電機(jī)理為水分子的存在影響高分子膜內(nèi)部導(dǎo)電離子的遷移率，形成阻抗隨相對(duì)濕度變化成對(duì)數(shù)變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的線性電壓信號(hào)輸出以制成濕度傳感器模塊形式。當(dāng)傳感器的工作電源為+5V±5％時(shí),濕度傳感器的輸出電壓為0.9V至2.7V，濕度為30％至90％RH。因?yàn)榭紤]到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以選擇HM1500濕度傳感器，其具有很高的靈敏度、良好的選擇性、長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。如下圖5是HM1500結(jié)構(gòu)和外形，圖6是HM1500原理圖，圖7是HM1500傳感器的電壓量和百分值的關(guān)系以及算法。
圖5 HM1500結(jié)構(gòu)和外形 圖6 HM1500原理圖
圖7 HM1500傳感器的電壓量和百分值的關(guān)系以及算法
3.2顯示電路和報(bào)警電路設(shè)計(jì)3.2.1顯示電路本設(shè)計(jì)使用并行輸入硬件譯碼靜態(tài)顯示電路，靜態(tài)顯示電路中，各位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段碼線上保持段碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。電路中采用了鎖存譯碼器MC14495將P1口低4位輸出的BCD碼譯成七段字型碼，利用P1口高四位做為各鎖存譯碼器的所存信號(hào)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定顯示。LED使用的是共陰極7段數(shù)碼管。原理圖如下
圖8 數(shù)碼管顯示原理圖
3.2.2報(bào)警電路原理如圖9所示
圖9 報(bào)警電路原理圖
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)主程序原理流程圖如下
圖10 主程序流程圖
4.2 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖如下所示
圖11 A/D轉(zhuǎn)換流程圖
4.3監(jiān)控程序設(shè)計(jì)圖12 監(jiān)測(cè)程序流程圖
5.調(diào)試及性能分析5.1調(diào)試分析5.11軟件調(diào)試1、ADC0809需要外接時(shí)鐘，時(shí)鐘頻率為500KHz，用89C51單片機(jī)定時(shí)器溢出中斷產(chǎn)生500KHz的方波作為ADC0809的脈沖。
2、濕度檢測(cè)器軟件調(diào)試主要利用Proteus仿真，AD6電路板設(shè)計(jì)軟件和Keil編程軟件。首先在Keil編程環(huán)境下調(diào)試程序，編譯無(wú)誤后進(jìn)行Proteus仿真，仿真通過(guò)之后，采用AD6進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)。
3、經(jīng)最后的調(diào)試，軟件部分成功完成，并且把一開(kāi)始的顯示做到了無(wú)陰影延時(shí)顯示的效果。
5.12硬件調(diào)試繼軟件調(diào)試成功之后，本次課程設(shè)計(jì)的濕度檢測(cè)器硬件電路主要是在AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行設(shè)計(jì)，外加HM1500濕度傳感器和數(shù)碼管顯示器。首先用萬(wàn)用板和杜邦線進(jìn)行簡(jiǎn)單搭建電路，調(diào)試成功之后進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)。
5.13系統(tǒng)功能調(diào)試在系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)軟硬件的結(jié)合調(diào)試，濕度檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方案得到了肯定，通過(guò)實(shí)物連接檢測(cè)得知，能夠檢測(cè)到環(huán)境中的濕度，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示，且具有溫濕度上下限報(bào)警功能。系統(tǒng)軟硬件結(jié)合調(diào)試如下圖
圖 系統(tǒng)整體調(diào)試圖
5.2性能分析HM1500濕度傳感器是一種靈敏度高，集成性強(qiáng)的傳感器，經(jīng)過(guò)調(diào)試很多次后發(fā)現(xiàn)，其測(cè)量需要用一層干燥的紙包住其感應(yīng)端，這樣使其在挪移過(guò)程中不會(huì)造成濕度值大幅度的變化，并且在很短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定轉(zhuǎn)換環(huán)境的濕度值。
設(shè)計(jì)的濕度檢測(cè)測(cè)試儀應(yīng)具有如下特點(diǎn)：
- 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，外圍電路鍵盤響應(yīng)電路，無(wú)需要其他計(jì)算機(jī)，用戶就可以與之進(jìn)行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、分析等過(guò)程。
（2）系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價(jià)比等特點(diǎn)。
（3）從便攜式的角度出發(fā)，系統(tǒng)成功使用了數(shù)碼管顯示器以及小鍵盤。由單片機(jī)系統(tǒng)控制鍵盤和LED顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作，界面友好。
（4）軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂。
6.總結(jié)經(jīng)過(guò)了短暫的時(shí)間，我們終于完成了本次課設(shè)，這段時(shí)間的努力讓我們看到了小小的滿足與成就，雖然過(guò)程很波折，但結(jié)果很美麗。時(shí)間雖短，卻讓我們有了很多感觸。在大三的最后階段，讓我們能夠清楚的認(rèn)識(shí)自己，了解自己的能力，在接下來(lái)的大四一年努力充實(shí)自己，彌補(bǔ)不足，為畢業(yè)提前做準(zhǔn)備。在程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試中我們重復(fù)了很多次也找到了平時(shí)學(xué)習(xí)中的很多漏洞，對(duì)于編程、設(shè)計(jì)還有很大的空間等待著我們?nèi)ヌ剿鳌?/font>
這次檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)雖然并不是很難，但確實(shí)是對(duì)我們這三年所學(xué)的知識(shí)以及自學(xué)能力的充分檢驗(yàn)，在這段時(shí)間確實(shí)遇到了很多問(wèn)題，技術(shù)的不過(guò)關(guān)，知識(shí)的不扎實(shí)，耐心、毅力的不充足，每一個(gè)問(wèn)題都會(huì)是我們今后邁入職場(chǎng)的致命問(wèn)題，所以這是一個(gè)重新檢測(cè)自我的好機(jī)會(huì)，這段時(shí)間我們看到了彼此的缺點(diǎn)與不足。雖然只是一次小小的課設(shè)，但是這種自主學(xué)習(xí)的能力卻是一種莫大的感染，所以感謝這次機(jī)會(huì)，感謝老師的指導(dǎo)，感謝這一次的成長(zhǎng)！這一次我們知道了，不論什么時(shí)候，一定要向前，自主學(xué)習(xí)才是王道。
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附錄1 元器件清單
附錄2 系統(tǒng)仿真圖與原理圖附錄3 程序清單主程序
延時(shí)子程序
數(shù)碼管顯示子程序
整體程序
