自制 单片机控制室内湿度恒定电路毕业设计Word下载.docx

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⑦存在问题；

⑧是否同意答辩等）：

该生能认真完成毕业论文，对单片机的基础理论知识掌握较全面，具备一定的单片机产品设计思想，能够掌握单片机的基本技能，运用C语言编写程序，论文中提出的问题具有实际意义，并能独立解决实际问题。

研究的内容是用单片机控制室内湿度恒定电路，采用的是单片机自动控制技术，设计具有现实意义。

该生态度较认真，能及时上交论文，工作量基本符合要求，论文格式基本规范，内容具有可实现性。

存在问题：

硬件原理图未附PCB图。

同意答辩。

成绩：

80指导教师签字：

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师签字：

年月日

答辩及综合成绩

答辩情况

提出问题

回答问题

正确

基本

正确

有一般性错误

有原则性错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩

答辩委员会主任签字：

系部领导小组综合评定成绩

系部领导小组负责人：

摘要

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统

控制检测技术日益更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。

利用单片机实现的高精度实用性室内湿度自动控制系统，它由AT89S51单片机进行控制，体积小，因此具有成本较低、使用简单、工作可靠等特点。

另外，采用了集成温湿度传感器RT23作为检测元件，检测室内的湿度，通过硬件线路将数据传送给单片机去处理，通过SM420501的4位数码管显示室内湿度数据，可手动调节湿度报警点，同时单片机对室内异常湿度作出相应操作，例如湿度过大（大于800），这时单片机就要通过控制系统，启动通风设备，本次设计中，通风设备是一个小风扇B1。

湿度过低（低于300），这时单片机就要通过控制系统，启用加湿设备，本次设计中，加湿设备是一个是小风扇B2。

本系统可以方便地实现室内湿度的控制。

本系统由单片机系统、电源、数码管显示、除湿电路、加湿电路、串行通信接口电路和报警系统组成。

系统能完成自动调节室内湿度调节，管理员还可以自己调节室内湿度数值的功能。

关键词：

89C51；

湿敏电阻；

NE555；

4位数码管

1引言

当今社会人们越来越重视生活质量，追求健康、舒适的生活环境。

人的一生有90％的时间在室内度过，室内空气质量与人们的身体健康密切相关。

世界卫生组织详细的规定了健康住宅的标准，其中室内温度湿度都给出了具体的数值范围。

今年来，随着人们对生活舒适度要求的日益提高，湿度高低对人居生活环境的影响越来越重视。

空气湿度是一个与人们生活和生产有密切关系的重要环境参数，湿度对人体的舒适度、室内空气质量、家具的养护都有重要意义。

世界卫生组织规定“室内温度要全年保持在40％-70％之间”，人生活在相对湿度45％～65％的环境中最感舒适，有调查结果显示〔2，3〕：

当相对湿度为20％-30％时，80％以上的居民感到空气干燥；

而相对湿度为30％-55％时，约40％的居民感到空气干燥。

在干燥的环境中，人呼吸系统的抵抗里降低，容易引发或者加重呼吸系统的疾病。

干燥的空气使人体表皮细胞脱水、皮脂腺分泌减少，导致皮肤粗糙起皱甚至开裂。

因此过敏性皮炎、皮肤瘙痒不适等过敏性疾病也都和空气干燥有关。

空气干燥对人体免疫力也有不利影响。

过高的湿度同样也会影响人居环境与人体健康。

湿度太搞影响人的体温调节功能，因散热不良而引起体温升高、血管舒张、脉搏加快甚至出现头晕等症状。

室内湿度影响着人类生活的方方面面，适当的室内环境使人感觉舒适，抑制了室内的有害物的繁殖生长以及扩散。

其对生活质量所造成的影响已经越来越受到人们的重视，越来越多的调湿产品投放到市场上，营造舒适、健康的室内湿度氛围成为健康住宅的重要标准。

2单片机概述

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。

单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

它是将CPU,存储器,定时中断系统,以及I/O系统统统集成到一个芯片上。

它其实是一个芯片,同样它也可以被认为是一个小型的计算机。

但是它终究是不能和微机相比的,因为

它的处理速度,存储空间是有限的。

单片机也被称作微控制器（MCU）,这是因为单片机主要被用于控制场合,并且控制作用突出。

它的另一个名称是嵌入式微控制器（EMCU）,原因是大部分的单片机都被嵌入到一个系统中去完成相应的功能。

使用单片机一定要知道里面的硬件资源,单片机与微机的不同还在于微机是冯诺依曼式的程序存储式的,而单片机是采用程序和数据分开存储的。

由于它的资源有限,因此要十分的清楚它的存储结构。

因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗单片机就是单片微型计算机。

我们所常用的就是51系列的单片机。

3单片机恒定电路功能说明

单片机控制室内湿度恒定电路由电路电源部分、单片机最小系统、数码显示部分、湿度检测部分、加湿部分、除湿部分、按键控制部分、状态显示部分和超湿报警部分组成。

3.1功能说明

单片机控制室内湿度恒定电路可以实现湿度控制，湿度报警，频率测量，串行通信等功能。

3.2电路功能简介

电路具有设置和工作两种工作状态。

初始时工作于设置状态，这时LED1亮、LED2、LED3和LED4灭，数码管显示初始设置值1000，继电器JK断开。

键盘和显示部分：

K1键为工作状态切换键，按下K1可在设置和工作两种状态下切换。

LED1亮时，表示工作于设置状态，可以设置湿度的上限值，数码管显示设置值。

LED2亮时表示处于工作状态，进行湿度检测和控制，数码管实时显示表示湿度大小的数值。

K2键为湿度的上限值设置方式选择键，按下K2键可在键盘设置和串行通信设置两种方式间转换。

使用键盘设置时LED3亮、LED4灭，使用串行通信时LED4亮、LED3灭。

K3键为+1键、K4键为-1键。

当使用键盘设置时，每按一次K3键设置值加1，每按一次K4键设置值减1，按住键盘不放可连续加或连续减。

串行通信接口电路接口电路：

当选择串行通信设置方式时，可以采用串行通信调试助手进行上限值设置，在串口输出“Inputanumber：

”后输入设置值。

湿度检测、控制和报警部分:

接通电源，设置好湿度上限值后，按一下K1键，进入工作状态。

此时湿度检测电路将湿度实时值转换为相应的频率值送入单片机，单片机实时检测并显示所测频率值，若湿度达到设置值，则启动风扇进行除湿，并使用蜂鸣器进行报警。

当湿度降到设定值以下时停止除湿和报警。

当湿度低于最低标准是，启动加湿并使用进行报警。

当湿度大于最低值时，停止加湿和报警。

电源部分:

电源是使用220V交流通过变压器转换经过整流桥整流和电容滤波得到12V直流，在经过LM7805稳压成5V直流，12V和5V为电路供电。

3.3单片机控制室内湿度电路方框图

图3.1为单片机控制室内湿度恒定电路方框图

89S51

单片机

数码

显示

键

盘

控

制

湿度检测电路

报警电路

串口通信电路

状态显示电路

加湿电路

电路电源

除湿电路

图3.1单片机控制室内湿度恒定电路方框图

4芯片简介

4.1MSC-51芯片简介

MCS-51单片机内部结构如（图4.1）所示：

8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。

8051单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，

现在我们分别加以说明：

·

中央处理器：

中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

图4.18051内部结构

数据存储器（RAM）

8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

程序存储器（ROM）：

8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。

定时/计数器（ROM）：

8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

并行输入输出（I/O）口：

8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。

全双工串行口：

8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

中断系统：

8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

时钟电路：

8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。

单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛

（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。

INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。

下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意如（图4.2）所示：

图4.2MCS-51结构框图

MCS-51的引脚说明：

MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。

现在我们对这些引脚的功能加以说明：

图4.3MCS-51的引脚

Pin9:

RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。

初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。

RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。

然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。

8051内部结构示意图8051引脚图

8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，如（图4.4）所示。

此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。

时钟电路如（图4.5）所示：

图4.4复位电路图4.58051时钟电路

Pin30:

ALE/当访问外部程序器时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。

而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。

更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。

如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。

·

Pin29:

当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数

据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。

Pin31:

EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。

如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。

显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。

在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。

4.2．集成电路555介绍

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

如（图4.6）所示：

图4.6NE555

简介

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图1所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。

图4.7NE555内部结构图

它的各个引脚功能如下：

如（图4.7）所示：

1脚：

GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：

VCC（或VDD）外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。

一般用5V。

3脚：

OUT（或Vo）输出端。

2脚：

TR低触发端。

6脚：

TH高触发端。

4脚：

R是直接清零端。

当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：

CO（或VC）为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：

D放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。

电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。

比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。

高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；

低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。

基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

555定时器功能如（表1）所示：

输 

入

出

复位

u11

u12

输出u0

晶体管T

×

导通

1

>

<

截止

保持

表1555定时器功能表

　　词名：

555timer

　　中文解释：

555定时器

　　缩写：

　　来历：

发展

概述　是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。

此电路后来竟风靡世界。

目前，流行的产品主要有4个：

BJT两个：

555，556（含有两个555）；

CMOS两个：

7555，7556（含有两个7555）。

　　555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。

　　两个比较器C1和C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。

此外还有输出级和放电管。

输出级的驱动电流可达200mA。

　　比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。

当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。

若无需复位操作，复位端应接高电平。

4.3．集成电路74LS245介绍

简要说明

74LS245是一种三态输出的8总线收发驱动器，无锁存功能。

（图4.8）是74LS245的引脚图和功能表。

它的G端和DIR端是控制端，当它的G端为低电平时，如果DIR为高电平，则74LS245将A端数245据传送至B端；

如果DIR为低电平，则74LS245将B端数据传送至A端。

在其他情况下不传送数据，并输出高阻态。

引出端符号

AA总线段

BB总线段

/G三态允许端（低电平有效）

DIR方向控制端

逻辑图

图4.874LS245管教示意图

极限值

电源电压…………………………….7V

输入电压……………………………..7V

输出高阻态时高电平电压………………………………5.5V

工作环境温度

74LS245………………………………0~70℃

存储温度.………………………………-65~150℃

下面74LS245功能表。

表274LS245功能表

4.4集成电路ULN2803介绍

ULN2803是由8个NPN达林晶体管，连接在阵列非常适合逻辑接口电平数字电路和较高的电流/电压，如电灯、电磁阀、继电器、打印锤、或其他类似的负载。

主要特性

ULN2803是每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要的标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2803工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关抬时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并进行运行。

图4.9ULN2803封装图

ULN2803采用DIP-18或SOP-18塑料封装。

如（图4.9）所示：

ULN2803是一种高输入低输出的驱动器，内部电路如图（4.10）所示：

图4.10ULN2803内部电路图

4.5HR湿敏电阻介绍

湿敏电阻器是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，具有感湿范围宽，响应迅速，抗污染能力强，无需加热清洗及长期使用性能稳定可靠等诸多特点。

湿敏电阻随湿度增加，阻值变小，实物如图4.11所示：

图4.11湿敏电阻实物图

电气特性

（1）定额电压：

1.5VAC（Max，正弦波）

（2）定额功率：

0.2mW（Max，正弦波）

（3）工作频率：

500HZ~2kHZ

（4）使用温度：

0~60℃

（5）使用湿度：

95%RH以下

（6）湿度特性：

≤1%RH/℃

（7）湿滞回差：

≤2%RH

（8）响应时间：

吸湿，≤202S；

脱湿≤40S

（9）稳定性：

≤1%RH/年，抗结露

（10）湿度检测精度：

≤±

5%RH

（11）相对湿度：

阻抗特性—湿度检出精度如（图4.12）所示：

图4.12RH23精度表

图4.13相对湿度-阻抗特性

4.6LM7805介绍

LM7805系列三端正电源稳压电路，它的封装形式为TO-220。

它有一系列固定的电源输出，应用非常的广泛。

每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏。

如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A的输出电流。

虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流，实物（如图4.14）所示。

图4.14LM7805实物图

LM7805特点

*最大输出电流为1.5A；

*输出电压为5V；

*热过载保护；

*短路保护；

*输出晶体管安全工作区保护；

LM7805的极限参数如（表3）所示

表3LM7805极限参数（Ta=25℃）

LM7805内部框图如（图4.15）所示：

图4.15LM7805内部框图

LM7805电参数如（表4）所示

（除特别说明，0＜Tj＜125℃，Io=500mA，Vi=10V，Ci=0.33uF，Co=0.1uF）

表4LM7805电参数

5元件简介

在本次设计中用的的元件在这做一个笼统的介绍。

在此次设计中用的主要电子元件有电阻、电解电容、独石电容、按钮、LED发光管（5mm）、蜂鸣器、三极管8550、4位7段共阴数码管SM420501、晶振、继电器和负载。

电阻的作用：

电阻，因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。

电解电容的作用：

隔直流：

作用是阻止直流通过而让交流通过。

旁路（去耦）：

为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

耦合：

作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。

滤波：

将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。

储能：

储存电能，用于必须要的时候释