毕业设计仓库温湿度监测系统设计_精品文档.doc
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西京学院
毕业设计（论文）
成绩
题目:
仓库温湿度监测系统设计
姓名:
李飞
系（院）:
机电工程系
专业:
机电一体化技术
班级:
机电一体化0903班
学号:
0911080302
指导老师:
段金英
日期:
2011年11月5日
教务处制
仓库温湿度监测系统的设计
摘要
文章讨论了一种基于AT89C2051单片机实现的仓储用多通道温湿度巡回检测系统。
该测量系统对四路温度和四路湿度同时进行监测，经八选一多路模拟开关74HC4051选通一路进行A/D转换，然后将转换后的数字量输送到微处理器AT89C2051中，再通过由多位LED键盘/显示驱动器构成的显示AT24C02电路显示温度和湿度，如果仓库的温湿度超限，微处理器将使P1.4口输出低电平,使报警电路发声报警。
这就是为物资仓库内温度和湿度进行有效的巡回检测而设计的测量仪。
该测量仪具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点，所以具有一定的应用前景。
关键词温度/湿度测量/多路巡回检测/单片机
目录
摘要 2
第一章绪论 5
1．1设计的目的和意义 5
1．2国内外相关技术发展概况 5
1．2．1温度传惑器的发展概况 5
1．2．2湿度传感器的发展概况 6
1．3温湿度智能控制系统的应用前景 7
第二章方案的对比和论证 8
2.1温度传感器的选择 8
2.2湿度传感器的选择 9
2.3信号采集通道的选择 9
第三章系统硬件的设计 11
3.1主控模块 12
3.2显示模块 13
3.3语音播报模块 14
3.4A／D转换模块 14
3.5温度检测电路 15
3.6湿度检测电路 16
3.7键盘及控制电路模块 16
第四章系统软件的设计 18
4.1通讯控制总站软件的设计 18
4．1．1通讯控制总站主CPU程序框图 18
4．1．2通讯控制总站从CPU程序框图 19
4.2下位机软件的设计 21
4．2．1主程序的设计 21
4．2．2初始化子程序的设计 23
4．2．3控制程序的设计 24
4．2．4管理程序的设计 23
4．3本章小结 25
结束语 30
致谢 31
参考文献 32
第一章绪论
1．1设计的目的和意义
为了保证仓库储备物资的使用寿命和工作可靠性要对仓库内的温度、湿度进行检测从而做通风、去湿和降温等工作。
传统的方法是用湿度表、毛发表、双金属式测量计、湿度试纸等测试器材通过人工检测从而对不符合湿温要求的库房进行通风、去湿和降温。
但这种方法费时费力、效率低，且误差大。
因此我们要设计一种廉价、使用方便且测量准确的湿温度检测仪器。
1．2国内外相关技术发展概况
温湿度测控系统主要应用于控制环境空间的温度和相对湿度，从系统控制的角度来看，属于纯滞后控制。
技术已经非常成熟。
从提高可靠性、灵活性和降低成本的要求来看，国内外的温湿度测控系统仍然不断地在改进，系统结构已经普遍采用网络连接的现场总线技术（FCS）有些需要的场合，则连接到INTERNET上，实现远程控制、远程诊断。
另一方面，构成系统整体的测控技术和管理，无论是硬件和软件，国内外已普遍采用相应的标准模块集成，并且早已实现组态。
传统的机械式温度检测仪表已经有上百年的历史了，一般均具有指示温度的功能，由于测温原理不同，不同的仪表在报警、记录、控制信息远传等方面有较大的差别。
今年来由于微电子的进步以及计算机应用的日益广泛，智能化测量仪表已经取得巨大的进步，以单片机为主体的温度控制器取代了传统的仪器仪表。
常规电子线路，可以容易地将计算机技术与测量技术结合起来。
智能仪表在测量过程自动化，测量结果的数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进展。
目前，在研制高精度，高性能，多功能的测量仪表时，几乎没有不考虑使用单片机使之成为智能仪表。
对于湿度测量，初期限于满足气象工作的需要，出现了诸如毛发温度计，干湿球温度计等测量仪表，随着高空探测技术的发展以及生产和科研对温度测量要求的提高，特别是微型电子计算机在各种自动控制系统中的广泛应用，湿度的测量也逐渐实现了自动化和智能化。
温湿度测量主要的测量工具就是温湿度传感器，下面介绍一下温湿度传感器的发展概况。
1．2．1温度传惑器的发展概况
最早的温度计是近代科学之父伽利略于1597年提出的，它是利用空气热膨胀原理的温度计。
然而这种温度计使用不便，因此开发了利用酒精和水银热膨胀的热体温度计，这就是最初机械温度计。
随着测量技术的发展，出现了温度传感器，例如热电偶，它是基于塞贝克发现热电势效应而制成的。
还有热敏电阻，它是根据金属和半导体的电阻随温度的变化而变化的原理而制成的传感器。
这些都属于基于物理原理的传感器。
而后，又出现了基于模拟电子技术的PN结传感器，晶体温度传感器等等嘲。
当今，由于用于感温的敏感材料越来越多，温度传感器的种类也越来越多。
特别是随着计算机技术和电子技术的发展，各种集成式、电子式的温度传感器相继出现，使温度传感技术已经相当成熟。
1．2．2湿度传感器的发展概况
湿敏传感技术的研究分为两个方面。
最主要的是传感机制、材料和产品工艺的研究。
其次，从工程应用的角度，研究器件特性的校准、补偿以及可靠性和失效性问题，而智能化技术的引入，是解决这类问题最佳方法。
包括湿敏传感技术在内的湿度测量技术研究，国内外都投入了相当的人力和财力。
国际上有以VAISALA（芬兰）、PHILIPS（比利时）为代表的几家著名专业公司，美国霍尼韦尔也设有专业分公司。
研究水平较高的有芬兰、日本、英国、爱尔兰和美国等。
国际湿度与水分学术会议每四年召开一次，国际化学传感器会议（IMCS）也包括湿敏传感技术内容。
国内湿度测量研究的规模相当大，不仅研究人员多，有自己的标准、鉴定系统和专业学会，而且研究工作也有相当水平，某些技术在国际上还处于领先地位。
我国八五、九五规划发展期间分别列有湿敏传感技术专项攻关计划，并且有武汉仪器仪表研究所、江苏无线电研究所等专业研究所，国家标准物质研究中心、国家计量研究院、建筑科学研究院等机构也都有高水平的研究室，全国各大专院校的仪器、陶瓷和固体电子材料等专业都有相当一部分研究人员从事湿度测量研究工作，其中以北京、武汉、哈尔滨、上海、西安和南京等地的研究员会，湿度与水分、气体全国会议每两年一次。
虽然我国的湿度测量研究和国际先进水平相差不大，但在实际应用和工业化生产方面的差距却很大。
国家投入了
大量的人力物力，但所产生的效益并不高。
究其原因，除了科研和市场之间的衔接机制薄弱外，材料和工艺技术的滞后也是制约我国高科技经济发展的因素，而湿敏传感技术稳定性较差，对工艺技术的依赖更大。
国内温湿度测控系统的高端市场基本上选用昂贵的进口系统，而国内研制系统所处的中低端市场规模小得多，而且发展缓慢。
随着多孔陶瓷、厚膜等湿敏传感技术的发展，近几年来，国内外湿敏传感技术的研究重点和工程应用都集中在聚酞亚胺API）薄膜高分子电容湿敏元件，而低精度测量系统则仍然以陶瓷、厚膜类湿敏器件为主。
目前国内还没有完全符合上述指标要求的产品，哈尔滨半导体器件厂生产的陶瓷器件带有加热清洗装置，具有较好的综合性能，但不适合本项目应用。
国外的（美国霍尼韦尔）集成式传感器尽管问世不久，受到一致好评。
性能完全符合上述要求，并且可靠性较高㈣。
发达国家有先进的制造工艺支持，因此，其稳定性、互换性等系统应用的关键性指标将越来越好。
国内湿敏传感技术的发展将密切跟踪传感器小型化、集成化、多功能化和系统化的发展趋势，重点将开展纳米级功能材料的研究，并与微电子机械工艺、成膜工艺技术相结合，固态电子技术的应用，如改性的声表面波器件的高频振荡检测相对湿度和各种气体功能聚合物材料做为基体材料或选择性包覆材料的应用。
由于大量的市场需求、国家对高新技术经济的强力支持以及国内工艺水平的不断提高，准确的温湿度测控系统具有很大的发展潜力。
1．3温湿度智能控制系统的应用前景
在纺织、气象和仓储等部门中，湿度是最主要的检测控制参数：
在电力、高分子薄膜、生物制品、药品、电子器件等行业，准确的湿度控制也同样重要。
湿度自动测控系统的需求量很大。
因此，温湿度智能控制系统的应用范围非常广泛。
但由于各类湿敏传感器的性能稳定性、适应性，经济性仍然存在不少技术问题，阻碍了自动测控系统的应用发展。
这些领域大都以较为准确但效率非常之低的检测手段为主，如目前国内80％的纺织企业对工作环境湿度的检测仍采用千湿表，每隔1．2个小时人工抄表，手动控制除湿。
尽管湿敏传感技术的发展近期难以突破，但如能充分利用智能化技术，实现温湿度控制系统的自动调校或简化调校维护技术，系统的稳定工作期可延伸4．6倍，达到2．3年，由此推广应用将可能出现一定的市场规模：
如能提高湿敏器件的抗污染能力，应用前景将更加看好。
第二章方案的对比和论证
当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。
对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。
传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。
工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。
2.1温度传感器的选择
方案一：
采用热电阻温度传感器。
热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。
现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。
其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。
铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。
缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。
按IEC标准测温范围-200～650℃，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100Ω和10Ω，其允许的测量误差A级为±（0.15℃+0.002|t|），B级为±（0.3℃+0.005|t|）。
铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。
在工业中用于-50～180℃测温。
方案二：
采用AD590.AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。
它的主要特性如下：
流过器件的电流等于器件所处环境的热力学温度的度数，即
Ir=T*K
其中Ir为流过AD590的电流。
单位：
uA
T为热力学温度，单位K
K为计算系数，单位uA/K
AD590的测温范围为一55℃一150℃
AD590的电源电压范围为4v一30V。
电源电压4V——6V范围变化，电流Ir变化为luA，相当于温度变化lK。
AD590可以承受44V的正向电压和20V的反向电压，器件反接也不会损坏。
输出电阻为710MΩ,非线性误差在正负O．3℃。
它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也很简单。
作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。
AD590的测量信号可远传百余米。
综合比较方案一与方案二，方案二
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