智能加湿系统DOCdoc.docx
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1.课题意义.......................................................................................................................................
1
2.设计方案.......................................................................................................................................
1
2.1
总体设计............................................................................................................................
1
2.2
器件选型及清单................................................................................................................
2
2.3
系统工作原理....................................................................................................................
2
3.硬件电路设计
...............................................................................................................................
3
3.1
传感器................................................................................................................................
3
3.2
A/D
转换器......................................................................................................................
4
3.4
LED显示电路.................................................................................................................
6
3.5
按键电路..........................................................................................................................
7
3.6
报警及加湿除湿电路......................................................................................................
7
3.7
上位机接口......................................................................................................................
8
3.8
抗干扰..............................................................................................................................
9
3.9
总电路原理图及子程序电路图....................................................................................
10
3.9.1
系统电路框图.....................................................................................................
10
3.9.2
总电路原理图.....................................................................................................
10
3.9.3
湿度采集电路部分.............................................................................................
11
3.9.4
A/D转换器与单片机连接部分.........................................................................
11
3.9.5
单片机最小系统部分.........................................................................................
11
4.
软件设计...................................................................................................................................
13
4.1
系统软件流程图..........................................................................................................
13
4.2
系统各子程序..............................................................................................................
14
4.2.1
数据采集部分...................................................................................................
14
4.2.2
键盘部分...........................................................................................................
15
4.2.3
报警及加湿除湿部分.......................................................................................
16
5.
心得体会...................................................................................................................................
17
6.
参考文献...................................................................................................................................
17
1.课题意义
随着科学技术的不断发展，尤其是传感器技术的显著进步，在生产生活的许多领域都需要对环境湿度进行测量及控制。
并且随着人们生活水平的提高，人们对居住环境有了更高的要求，在家居环境中如果湿度过大，极易导致衣物受潮发霉，也会导致电器精密程度受损；
对人来说，人的生存环境的湿度以50%—70%为宜，冬季最好不低于40%，夏季最好不大于
80%。
相反，环境太过干燥人更容易感到不适，所以随着人们越来越注重生活品质，在家居
环境湿度的控制是十分重要的。
然而，在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。
为此，我们需要使用专
门测量湿度的传感器对湿度进行测量。
众所周知，空气是多种气体的混合物，其主要成分是
氧气、氮气、二氧化碳以及总数不到1%的稀有气体。
此外，空气中还有一种重要的、数量
上经常变化的成分——水汽。
通常空气中水汽的含量用湿度来表示。
空气湿度与人类关系密
切，人们的日常生活和生产活动以及动植物的生存都与周围环境的湿度信息息息相关。
本次课程设计我采用的是HIH4000湿度传感器来完成湿度信号的采集，通过A/D转换电路
将模拟信号转为数字信号后，送给AT89C51单片机，通过时钟电路、地址锁存芯片等对信
号进行处理，自动加湿，最后由显示电路显示结果。
2.设计方案
2.1总体设计
LED显示电路
AT89C51
预定按键
HIH4000
A/D转换
加、减
湿度传感
器
ADC0809
时钟电路
单片机
加湿电路
除湿电路
报警电路
图1总体设计框图
1
2.2器件选型及清单
表一
元器件清单
元器件
大小
封装
数量/个
电阻
20KΩ,10KΩ,1KΩAXIAL
4
258Ω
电容
30pF,10pF
RB.2/.4
3
按钮
SW-PB
5
晶振
11.0952MHz
CRYSTAL
1
湿度传感器
HIH4000
1
单片机
DIL40
1
A/D转换器
DIL-28
1
LED显示器
DPY_7-SEG_DP1
报警器
SIL2
1
锁存器
74LS373
1
三极管
NPN
1
与门
AND
1
非门
NOT
1
滑动变阻器
1KΩ
RVAR
1
2.3系统工作原理
本次课程设计的湿度检测部分主要由单片机控制电路，湿度检测电路和外围电路组成。
首先，由湿度检测电路将湿度数据检测出来，然后将模拟信号送至A/D转换电路进行A/D
转换，A/D转换电路将转换后的数字信号送入单片机处理，之后由单片机进行数据比较分析，
把实时湿度数值通过显示电路显示出来。
当湿度高于或低于规定数值时，单片机发出指令，
2
由加湿除湿电路进行加湿除湿。
由键盘电路可以改变预设的湿度范围，从而根据季节或时间
等具体需要对湿度范围进行调节。
3.硬件电路设计
3.1传感器
湿度采集传感器采用HIH4000湿度传感器，是Honeywell公司生产的HIH系列湿度传
感器。
其内部装有相对湿度与温度测量的感测装置，以高聚合物配合多孔性白金属为感测材
料，并以多孔性为带电极，同时在感测器外部利用抗水性的不锈钢多孔性烧结物将其封装。
HIH4000湿度感测器是以侦测当时空气中水蒸气汽度和饱和水蒸气汽度的比例关系。
其工作原理为将金属氧化物粉末烧结成陶瓷物，由烧结的程度可以得到多孔状的物体，而此
多孔状的物体表面会吸收水分子中的离子，使得湿度传感器产生物理变化，即使感测部分的
材料阻抗发生变化。
当湿度高时，在多孔质表面的吸附层变得更厚，阻抗变得更低，而使电
流变得更容易通过，因此可以很容易测量到湿度的大小。
HIH4000系列湿度传感器是专为大量生产的原始设备制造厂（OEM）用户而设计的。
利用
这传感器的线性电压输出可直接输入到控制器或其他装置。
一般仅需取出200uA电流，
HIH-4000系列测湿传感器就能理想地用于低引出、电池供电系统。
传感器良好的互换性减
少或消除了OEM的生产校验成本。
可以提供单个传感器校准数据。
HIH-4000系列测湿传感器作为一个低成本、可软焊的单个直插式组件（SIP）提供仪表测
量质量的相对湿度（RH）传感性能。
RH传感器可用在二引线间有间距的配量中，它是一个热
固塑料型电容传感元件，其芯片内具有信号处理功能。
传感元件的多层结构对应用环境的不
利因素，诸如潮湿、灰尘、污垢、油类和环境中常见的化学品具有最佳的抗力。
HIH4000-003性能规格：
互换性（最佳配合直线）
0-60%
-5~+5%RH
60%-100%
-8~+8%RH
精度（最佳配合直线）
±3.5%RH
滞后性
3%RH
重复精度
±0.5%RH
整定时间
70ms
响应时间（在缓慢流动的空气中）15sec
供电要求
供电电压
5VDC输入，0.8~3.9VDC输出
供电电流
200uA
相对湿度稳定度
±1%（5年内相对湿度
50%）
3
温度感测精度±3℃@25℃
操作温度范围-40~85℃（0-100%RH）
图1HIH4000系列湿度传感器
3.2A/D转换器
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图2所示，它由8路模拟
开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、三态输出
锁存器等其它一些电路组成。
因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，
既可与各种微处理器相连，也可单独工作。
输入输出与TTL兼容。
ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装。
其主要引脚功能如下：
IN0~IN7:
8路模拟信号输入端。
D0~D7：
转换完毕的8位数字输出端。
A、B、C与ALE：
控制8路模拟输入通道的切换。
A、B、C分别与单片机的三条地址线相
连，3位编码对应8个通道地址端口。
C、B、A=000~111分别对应IN0~IN7通道的地址。
各路模拟输入之间的切换由软件改变C、B、A引脚上的编码来实现。
OE、START、CLK:
OE为输出允许端，START为启动信号输入端，CLK为时钟信号输入
端。
VR（+）、VR（-）：
基准电压输入端。
4
图2ADC0809内部结构
3.3单片机
根据设计需要，本次设计选用的是以8051为核心单元Atmel公司的低耗AT89S51单片机。
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4K的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器，既可在线编程也可以用传统方法进行编
程及通用8位微处理器于单片芯片中，可灵活应用于各种控制领域。
AT89S51提供以下标准
功能：
4KBFlash闪存存储器，128B内部RAM，32个I/O口线，看门狗，两个数据指针，两个
16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电
路。
AT89S51芯片有40条引脚，采用双列直插式封装。
下面说明各引脚功能。
VCC：
运行和程序校验时接电源正端。
XTAL1：
输入到单片机内部振荡器的反相放大器。
XTAL2：
反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。
P0口：
8位漏极开路的。
使用片外存储器时，作低八位地址和数据分时复用，能驱动8个LSTTL
上拉电阻。
P1口：
8位、准双向I/O口。
P2口：
8位、准双向I/O口。
当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位地址。
可以驱
动4个LSTTL负载。
P3口：
8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路，提供各种替代功能。
P3.0——RXD串行
5
口输入口，P3.1——TXD串行口输出口，P3.2——INT0外部中断0输入，P3.3——INT1外
部中断1输入，P3.4——T0定时器/计数器0的外部输入，P3.5——T1定时器/计数器1的外
部输入，P3.6——WR低电平有效，输出，片外存储器写选通，P3.7——RD低电平有效，
输出，片外存储器读选通。
RST：
复位输入信号，高电平有效。
在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高
电平，将器件复位。
EA/VCC：
片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。
高电平时选择片内程序存储器，低
电平时程序存储器全部在片外而不管片内是否有程序存储器。
ALE/PROG：
地址锁存允许信号，输出。
ALE以1/6的振荡频率固定速率输出，可作为对外输
出的时钟或用作外部定时脉冲。
图3单片机AT89S51管脚图
3.4LED显示电路
通常的七段LED显示块中有八个发光二极管，故也有人叫做八段显示块。
其中七个发
光二极管构成七笔字形“8”。
一个发光二极管构成小数点。
七段显示块与单片机接口非常
容易。
只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。
8位并行输出口输
出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。
本次设计采用多位7段LED数码管与8051单片机接口电路，它采用了软件译码和动态
扫描显示技术。
实际思路是根据要显示的数字或字符去查表取得相应的码段，具体显示时，
采用逐位扫描的方法控制哪一位数码管被点亮，在本接口中先从最左一位数码管开始，逐个
6
左移，直至最后一个数码管显示完毕，然后重复上述过程。
图4LED显示电路
3.5按键电路
为了完成预定湿度值的设定，系统设置了5个按键，分别为复位键，加一键，减一键，
设定键和开始（确定）键。
通过按键电路可以在不同的季节及不同的天气对室内所需要湿度
检测电路控制湿度的范围进行有效地调节。
在本湿度检测系统中，可以最大限度地减少键盘
电路对I/O端口的占用。
图5按键电路图
3.6报警及加湿除湿电路
7
当所检测室内湿度超过或低于所设定值时，报警电路便发出警报，再通过单片机进行加
湿或者除湿。
图6报警及加湿除湿电路图
3.7上位机接口
目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。
RS-232被定义为
一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。
RS-232采取不平衡传输方式，即
所谓单端通讯。
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平
转换芯片,使用+5v单电源供电。
引脚介绍：
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是
产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、
11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、
7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚GND、16脚VCC（+5v）。
8
图7上位机接口图
3.8抗干扰
看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作,其工作原理是:
看
门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗
的这个引脚上送入高电平（或低电平）,这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语
句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时,
写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送
来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生
复位,即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位。
9
3.9总电路原理图及子程序电路图
3.9.1系统电路框图
HIH4000湿
度传感器
LED
显示电路
AT89C51
按键电路
A/D转换器
加湿除湿
单片机
电路
ADC0809
报警电路
图8系统电路框图
3.9.2总电路原理图
图9总电路原理图
10
3.9.3湿度采集电路部分
图10湿度采集电路图
3.9.4A/D转换器与单片机连接部分
图11单片机与A/D转换器连接图
3.9.5单片机最小系统部分
单片机的最小系统一般由电源部分，晶振部分，复位电路部分三部分组成。
11
对于电源部分，技术资料中性能参数里给出的标准工作电压是
4.0～5.5V。
因此，单片
机的引脚40对应的VCC接到+5V电源的正极，引脚
10对应的GND接到+5V电源的接地端，
为AT89S51单片机提供正常的工作电压。
对于晶振部分，AT89S51单片机中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，
引
脚19对应的XTAL1和18对应的XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作
为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。
如石英晶体及电容
C1和C2
接在放大器的反馈回路中构成并联谐振电路。
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