湿度显示器设计方案2文档格式.docx

1、在元器件的选择上，选取HS1101湿敏电容作为湿度信号的采集传感器。选取1602液晶显示屏显示湿度值。HS1101湿敏电容是将空气的湿度值转化为该湿敏电容的电容值，电容值随湿度值的增大而增大，将该湿敏电容置于555振荡电路中，电容值的变化可转为与之成反比的电压频率信号的变化，并可以直接送入单片机。系统结构框图如图1-1所示。图1-1 系统结构框图本方案的优势突出，首先就测量而言，测量值已经相当准确。其次，本方案的操作是采用按键，操作方便简单。并且，本方案大胆采用报警设计，只需预先设定上下限值，一旦湿度超过上下限，系统就能自动启动报警装置。二、 硬件电路设计2.1 湿度传感器的选择方案1：采用H

2、OS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。方案2：采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。具有完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间快速，精度较高。综合比较方案一，方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其

3、只限于一定范围内使用时具有良好的线性，其工作电压为交流1V以下，实现叫困难，而且还不能在系统要求的温度条件下工作，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。2.2 湿度检测电路设计HS1100/HS1101电容传感器具有完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间快速的特点，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。其测量的范围相对湿度在1%-100%RH内，电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH，响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。HS1100/HS1101电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量

4、随着所测空气湿度的增大而增大。将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。频率输出的555测量振荡电路如图2所示。集成定时器555芯片外接电阻、与湿敏电容C，构成了对湿敏电容C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对湿敏电容C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，是防止输出短路的保护电阻，用于平衡温

5、度系数。图2-1 频率输出的555振荡电路该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：首先电源Vcc通过向湿敏电容C充电，经充电时间后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平，此时输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过放电，经放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，此时输出引脚3端又由低电平突降为高电平，如此翻来覆去，形成方波输出。其中，充放电时间为=C（+）ln2 （2-1）=Cln2 （2-2）因而，输出的方波频率为f=1/（）=1/C（+2）ln2 （2-3）可见，空气湿度通过555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表2-1给出了其中的一组典型测试值。2.3 CPU单元的设计单片机是整个系统

6、的核心，在此装置中选择8位微处理器AT89C52，该微处理器是一种CMOS工艺的低功耗、高性能8位嵌入式微控制器。该器件与MCS-51系列的同类产品（如80C52等）在指令系统及引脚上完全兼容。微处理器具有8K可写/擦1000次的Flash内部程序存储器，对系统开发过程中的程序编写和调试可以提供极大的方便。另外，微处理器内部还有256字节的RAM、3个16位定时器/计数器、8个中断源和可编程串行口。在该系统的单片机模块中，还有一路由11.0592MHz晶振和电容组成的振荡电路用于构成系统时钟。如图2-2所示：图2-2 CPU单元电路图2.4 时钟信号设计时钟引脚为XTAL1、XTAL2。时钟引

7、脚外接晶体与片内的反向放大器构成了一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。XTAL1（19脚）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端。这个放大器构成了片内振荡器。当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至内部反向放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。本系统采用晶振时钟电路。外部晶振以及电容C2和C3构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格要求，但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低，振荡器的稳定性

8、，起振的快速性和稳定性。外接晶振时，C1和C2通常选择30pf,晶振采用12MHz。时钟电路如下图2-3所示。图2-3 时钟电路图2.5 复位电路设计本系统采用的复位电路如图3.5所示。图2-4 复位电路图本复位电路必须确保系统上电时能够自动复位。上电自动复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为了可靠起见电源稳定后，还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。为了实现这种功能，本设计采用了一种RC定时电路。其时间常数=RC，系统上电时，C两端的电压为零，单片机的复位端的电平为高电平，单片机复位，经过45个后，C

9、两端的电压约等于电源电压，单片机的复位端的电平为低电平，单片机退出复位状态。2.6 按键单元的设计本设计采用6个独立按键完成对温、湿度上下限的设定。6个按键的功能分别是：按键1：进入湿度上下限设定；按键2：进入上限设定；按键3：进入下限设定；按键4：湿度的上限或下限值加1；按键5：湿度的上限或下限值减1；按键6：退出湿度上下限设定。2.7 报警单元的设计在监测系统中，对于重要的参数一般都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，与该参数上下限设定值进行比较，如果高于上限值（或低于下限值）则进行报警，

10、否则就作为采样的正常值，进行显示。本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过单片机的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。在图中，P3.2接晶体管基极输入端。当P3.2输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P3.2输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。 图2-5是运用三极管驱动的峰鸣音报警电路。图2-5 三极管驱动的峰鸣音报警电路三、软件系统设计思想为了方便于编写、调试，将整个系统程序分为主程序、DS18B20温度子程序、键盘子程序几个主要部分。主程序流程图如图3-1所示。 图3-1 主程序流程图四、材料清单及报价表4-1 材料清单及报价表器件名称器件型号器件个数市场报价（单价：元）单片机STC89C521个1三极管S85500.1发光二极管微型4个电阻2003个0.011K2个4.7K极性电容10uF电容30pF液晶显示器LCD160211湿度传感器DS18B2010蜂鸣器开关启停式按键开关接触式晶振11.0592MHz0.3