dan加濕器設計,dan,加濕器,設計 遼 寧 工 學 院 單片機與接口技術 課程設計（論文） 題目： 智能加濕器 院（系）：信息科學與工程學院 專業(yè)班級： 電氣工程034班 學 號： 030303098 學生姓名： 夏成業(yè) 指導教師： 巴金祥 教師職稱： 副教授 起止時間：06-06-05至06-06-18 課程設計（論文）任務及評語 院（系）：信息科學與工程學院 教研室：電氣 學 號 030303098 學生姓名 夏成業(yè) 專業(yè)班級 電氣034班 課程設計（論文）題目 智能加濕器 課程設計（論文）任務 該智能加濕器可實現(xiàn)環(huán)境濕度的自動調節(jié)，設計者完成相應的硬件和軟件設計。設計任務包括： 1選擇濕度傳感器 2設計濕度測量通道 3CPU選擇及最小系統(tǒng)設計 4濕度調整電路設計 5軟件流程圖及程序設計 指導教師評語及成績 成績： 指導教師簽字： 年 月 日 遼 寧 工 學 院 課 程 設 計 說 明 書（論 文） 目 錄 第1章 課程設計目的與要求 1 1.1 課程設計目的 1 1.2 課程設計的實驗環(huán)境 1 1.3 課程設計的預備知識 1 1.4 課程設計要求 1 第2章 課程設計內容 2 第3章 課程設計的考核 2 3.1 課程設計的考核要求 2 3.2 課程性質與學分 2 第4章 設計 3 4.1 課程設計的考核要求 3 4.2系統(tǒng)濕度傳感器模塊的選擇 4 4.3濕度測量通道的設計 7 4.4 CPU最小系統(tǒng)設計 10 4.5濕度調整電路 12 設計總結 14 參考文獻 14 第1章 課程設計目的與要求 1.1 課程設計目的 “單片機與接口技術”課程設計是在教學及實驗基礎上，對課程所學理論知識的深化和提高。因此，要求學生能綜合應用所學知識，設計與制造出具有較復雜功能的小型單片機系統(tǒng)，并在實踐的基本技能方面進行一次系統(tǒng)的訓練。 能夠較全面地鞏固和應用“單片機”課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握小型單片機系統(tǒng)設計的基本方法。 培養(yǎng)獨立思考、獨立收集資料、獨立設計規(guī)定功能的單片機系統(tǒng)的能力；培養(yǎng)分析、總結及撰寫技術報告的能力。 1.2 課程設計的實驗環(huán)境 利用windows操作系統(tǒng)及應用軟件進行繪圖和編程。 1.3 課程設計的預備知識 熟悉單片機與接口技術課程的相關知識及電子線路CAD工具軟件。 1.4 課程設計要求 按課程設計指導書提供的課題，根據第二章給出的基本要求及參數獨立完成設計，課程設計說明書應包括以下內容： 1、對設計課題進行簡要闡述，并說明設計任務及具體要求。 2、論述系統(tǒng)設計方案，并畫出總體電路結構圖及功能分割圖。 3、能夠較熟練地應用電子線路CAD工具完成單片機系統(tǒng)的硬件設計任務。 4、各功能模塊設計說明、設計實現(xiàn)過程及源程序。 5、能夠較熟練地應用一種編輯軟件編寫程序，掌握單片機系統(tǒng)軟件設計的基本方法 6、課程設計報告應內容完整、字跡工整、圖表整齊規(guī)范、數據詳實。 7、課程設計總結 8、字數4000左右，有系統(tǒng)電氣原理圖。 第2章 課程設計內容 設 計 技 術 參 數 1．濕度傳感器1只 2．設計濕度測量通道 3．CPU選擇51兼容型，電源采用12V直流 4．濕度調整采用超聲波振蕩電路 5．軟件流程圖及程序設計 工 作 量 1選擇濕度傳感器 2設計濕度測量通道 3CPU選擇及最小系統(tǒng)設計 4濕度調整電路設計 5軟件流程圖及程序設計 工 作 計 劃 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第二周 1選擇濕度傳感器 2設計濕度測量通道 3CPU最小系統(tǒng)及電源設計 4濕度調整電路設計 5軟件流程圖及程序設計 畫原理圖、打印 第3章 課程設計的考核 3.1 課程設計的考核要求 課程設計采用五級(優(yōu)、良、中、及格、不及格)評分制。 最后成績依據課程設計論文及平時成績決定，其中平時考核成績占20%。 3.2 課程性質與學分 單片機與接口技術課程設計的課程性質：考查 學分：2 第4章 設計 4.1系統(tǒng)框圖的設計 本次設計的智能加濕器是能夠自動調節(jié)濕度的設備，它由檢測端的傳感器將濕度信號轉換成電信號，經放大輸送給控制單元，由控制單元來控制執(zhí)行部件，是能對環(huán)境濕度進行自動調節(jié)控制的簡單濕度控制器。 濕度采集與控制處理是一個綜合性強、涉及面廣的系統(tǒng)，可以對不同對象的濕度進行監(jiān)測及控制濕度的大小，具有較強的應用性。依據濕度的變化原理，用單片機對不同的濕度采集并用微機進行處理設計，確定了濕度在所需的范圍內。 本文主要論述了濕度多點采集控制處理系統(tǒng)的工作原理和編程方法。通過采集控制處理系統(tǒng)，可以對不同的對象（如倉庫、車庫、廠房等）的環(huán)境濕度進行控制處理，當某個對象的濕度值低于下限值時，則通過控制輸出加濕環(huán)節(jié)模塊進行加濕；當是濕度高于上限值時，則停止加濕，這樣，就能使對象的環(huán)境保持在一定的濕度條件下。如圖1所示的系統(tǒng)主流程圖及總體方框圖： 圖1 系統(tǒng)程序主流程圖 及 總體方框圖 每個對象有兩個濕度測量點，濕度模塊采用CHM-01模塊,其輸出0~99%PH值。濕度模塊的輸出值通過輸入到模/數（A/D）轉換模塊；A/D轉換采用ADC0809的集成芯片，其采用8位輸出，電壓精度可以達到1V/28=1/256=0.004V<5mV，ADC0809芯片通過8位輸出到AT89C51單片機的P0口，使AT89C51獲得所需的數據信息，用以進行控制。 系統(tǒng)由濕度數據采集模塊、濕度測量通道、最小系統(tǒng)、超聲波振蕩控制輸出電路、加濕環(huán)節(jié)等幾部分組成。實現(xiàn)環(huán)境的濕度值采樣并通過A/D轉換由CPU處理，當采樣得到的濕度值不在預置值內，就輸出一個電平去控制超聲波振蕩控制輸出電路輸出一個高或低電平去啟動或關閉加濕設備，直到濕度值在預置值內。 4.2系統(tǒng)濕度傳感器模塊的選擇 濕度模塊采用CHM-01模塊,其輸出0~99%PH值，CHM-01的濕度模塊性能介紹： 電氣特性 1）敏感元件（濕度）：高分子濕敏電容“HU1011” 2）供電：5V±5% 3）耗電電流：5mA max.(2mA avg) 4）工作范圍：溫度 0-60℃ 濕度95RH以下 5）儲存條件：溫度 -20～70℃ 6）濕度變送范圍：0-100%RH 7）精度（濕度）：±5%RH （在25℃ ，輸入電壓=5V） 8）輸出信號： 型號：CHM-01A 在25℃，輸入電壓=5V 下 濕度（%） 10 20 30 40 50 60 70 80 90 輸出信號 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 型號：CHM-01B 在25℃，輸入電壓=5V下 濕度（%） 10 20 30 40 50 60 70 80 90 輸出信號 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 9）溫度系數：±5%RH （輸入電壓=5V，40-80%RH） 溫度范圍10-40℃（基準點25℃） 10）電源電壓系數：±5%RH （輸入電壓=5V，40-80%RH） 電壓范圍：4.75-5.25V（基準點5V） 4、標準測試條件 1）測試條件：室溫25℃，電壓5V將溫濕度模塊放置于0%RH以下的濕度環(huán)境30分鐘，然后在60%RH的濕度 環(huán)境以下15分鐘，測試模塊電壓。 2）測試儀器 1、濕度發(fā)生器：高精度恒溫恒濕度試驗箱 2、標準：GE公司光電露點儀 3、電壓表 5、可靠性測試 序號 項目 方法 要求 1 沖擊試驗 將模塊從1米高度，自由落體，扔向硬木地板3次。 沒有摔裂，沒有破壞，電性能正常。 2 振動試驗 振動試驗在X-Y-Z軸振動30秒，頻率在10-50HZ，幅度1.5mm。 沒有摔裂，沒有破壞，電性能正常。 3 加熱試驗 在恒定的55℃、30%RH下面放置1000小時 精度±5%RH 4 冰凍試驗 在恒定的-10℃、30%RH下面放置1000小時 精度±5%RH 5 高溫試驗 將模塊放置要40℃、95%RH下放置1000小時 精度±5%RH 6 溫度循環(huán)試驗 300個循環(huán)，每個循環(huán)是-10℃下放置1小時，后升溫至55℃，放置1小時，再進行另一循環(huán)。 精度±5%RH 備注：1）所有的數據都基于濕度變化范圍在80%RH以內。 　　　2）每項試驗之后，模塊必須放在普通環(huán)境和濕度下放置24小時后進行另一測量。 6、注意事項 1）避免將直流電直接加在敏感元件上。 2）避免將元件長期放在結露和干燥的環(huán)境中以及以下環(huán)境。 　 A、鹽霧 　B、酸性或氧化氣體，例如二氧化硫，鹽酸等。 3）推薦的存儲環(huán)境 ??　 溫度：10-40℃ 　?濕度：60%RH以下 4）接線前務必仔細閱讀說明書，如接線不對，模塊將不能正常工作。 7、外型尺寸 ( 單位：mm )： 主要部件 序號 部件 參數 1 PCB CHM-01 1.00mm 2 濕敏元件 HU1011 HUMO 3 連接端子 S4B-ZR-SN3A JST 8、接線示意圖： 接線端子號 ? 1 地 2 濕度輸出 （電壓0-3V） 3 供電 4.3濕度測量通道的設計 單片機的P0口與ADC0809的D0-D7相連，同時接74LS373鎖存地址連到ADC0809的ABC端。單片機的/WR和P2.7通過或非門控制ADC0809的START和ALE。?51的/RD和P2.7通過或非門控制ADC0809的OE端。ADC0809的EOC接51的P2.3口。 程序如下：MAIN：????MOV??R7，#0FFH ADDR：????MOV??DPTR，#7FF8H ;由于用P2.7口控制又是選通0809的INO START：??MOVX?@DPTR，A ;啟動ADC0809 DELAY：??MOV??R6，#10H ;稍微延時個20us DJNZ?R6，DELAY CHK：?????JNB??P2.3,CHK ;查詢EOC信號 FINISH:???MOVX?A,@DPTR ;讀轉換結果 MOV??P1,A ACALL?WAIT ;控制ADC0809轉換頻率大致1HZ DJNZ?R7,ADDR WAIT：???MOV??R1，#0FFH LOOP1：??MOV??R2，#0FFH ?LOOP2：??DJNZ?R2，LOOP2 DJNZ?R1，LOOP1 RET?????? 基于對濕度范圍的考慮，對于濕度控制器, 假設一個加濕器接CPU的p2.0 。 ;設定下限濕度30(設4BH)存31H上限濕度60(設96H)存30H ;//定義ADC的連接端口 ad_cs EQU P3.6 ad_wr EQU P3.2 ad_rd EQU P3.7 ad_input EQU P1 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN: LCALL adc_demo AJMP MAIN ;........啟動AD轉換................. Adc_Start: CLR ad_cs NOP CLR ad_wr NOP SETB ad_wr NOP DETB ad_cs NOP RET ;.........讀AD轉換................... Adc_Read: MOV ad_input,#0ffH CLR ad_cs NOP CLR ad_rd NOP NOP MOV A,AD_INPUT NOP SETB ad_rd NOP SETB ad_cs RET ;............. AD轉換程序............. ADC_Demo: LCALL ADC_Start LCALL Delay1ms LCALL Adc_read MOV 34H,A ;現(xiàn)在的濕度存34H MOV 31H,#4BH;下限濕度30度存31h MOV 30H,#96H ;上限濕度60度存30h CLR C SUBB A,32H;現(xiàn)在的濕度和以前的濕度相減 JC Sdown ;c=0取入值較大,表示上升否則下降 Sup:MOV A,34H ;取出現(xiàn)有濕度 CLR C ;C=0 SUBB A,30H ;與上限濕度比較,c=1則需要不加濕否則c=0則需要加濕 JNC Pof JMP Loop Poff: DETB P2.0 ;開始加濕 JMP Loop Sdown:MOV A,34H ;取出現(xiàn)有濕度 CLR C SUBB A,31H;與下限濕度比較,c=1則需要不加濕否則c=0則需要加濕 JC Pon JMP Loop Loop:MOV 32H,34H ;把現(xiàn)有濕度存32H CLR A ;清除A MOV R4,#0ffH ;延長時間 DJNZ R4,$ JMP Adc_Demo ;繼續(xù)監(jiān)測濕度 Delay1ms: ;延時1ms的子程序 MOV R7,#10 MM:MOV R6,#50 DJNZ R6,$? DJNZ R7,MM RET END 4.4 CPU最小系統(tǒng)設計 本課設選擇以80C51為內核且與80C51單片機引腳和指令完全兼容的ATMEL公司的AT89C51單片機芯片作為該電路設計的主控制芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 由AT89C51的P1口進行濕度的上、下限值進行預置、修改， AT89C51通過P2口進行濕度控制，即對加濕器的開、停進行控制。 CPU最小系統(tǒng) AT89C51的基本性能如下： （1） 與MCS-51單片機兼容，含80C51核。 （2） 片內有4KB在系統(tǒng)中可重新編程的Flash程序存儲器，可擦/寫1000次以上。 （3） 全靜態(tài)邏輯，工作頻率范圍：0～24MHz。三級程序存儲器加密。 （4） 128字節(jié)片內RAM。32個可編程I/O端子。 （5） 提供待機和掉電兩種省電方式。 （6） 兩個16位定時/計數器。有5個中斷矢量，允許6個中斷源。 （7） 一個全雙工串行口。具有與工業(yè)標準80C51一致的指令集和引腳布置。 （8） 最大驅動電流71mA。 （9） 無片內EPROM。無SPI接口?？稍谙到y(tǒng)中編程。 （10） 1個數據指針。 （11） 無監(jiān)控定時器。無片上模擬比較器。有外部地址數據總線。 （12） 電源電壓4.0～6.0V。引腳數40/44。每個I/O引腳輸出電流10mA。 AT89C51是一種低功耗高性能CMOS 8位單片微機，它除了具有與MCS-51完全兼容的若干特性外，最為突出的優(yōu)點就是片內集成了4KB字節(jié)Flash PEROM （Programmable Erasable Read Only Memory），可用來存放應用程序，這個Flash程序存儲器除允許用一般的編程器離線編程外，還允許在應用系統(tǒng)中實現(xiàn)在線編程，并且還提供了對程序進行三級加密保護的功能。AT89C51的另一個特點是工作速度更高，晶振頻率可高達24MHz，一個機器周期僅500ns，比MCS-51快了一倍。 4.5濕度調整電路 主要由超聲波發(fā)生器、水位控制器（加濕水源水位過低時，停止加濕。）、電源電路、D/A轉換器等幾部分組成。超聲波發(fā)生器主要由三極管VT1構成，VT1及其外圍元件組成電容三點式LC振蕩器，B是超聲波換能器，其固有頻率fc=1.65MHz，電容C1、C2決定振蕩幅度，其固有頻率略低于fc，L1、C2為正反饋元件，其固有頻率略高于fc，VD5為VT1的保護二極管。由于霧化時B浸在水中，水位控制器由VT2、VT3等元器件構成，作用是： （1）為振蕩電路提供基極偏置電流； （2）當加濕水源水位低于設定值時，使振蕩器停振，起保護作用。VT2、VT3接成復合管，通過L3、R3向VT1提供基極偏置電流，L3為高頻扼流線圈，阻止超聲波信號進入水位控制電路。調整R1的阻值，可改變VT1的基極電流，從而控制整機的工作電流。a、b為振蕩電路的檢通端，分別與D/A轉換器相連。當單片機輸出一個電平控制超聲波振蕩控制輸出電路輸出一個高或低電平來啟動或關閉（兼做水位控制線，平時浸沒在水中）。霧化器正常工作時，若水位下降到一定限度，a、b脫離水面，VT2、VT3便截止，水位控制器停止向VT1提供基極電流，整機停止工作。 振蕩電路 元器件選擇：VT1的質量是制作成功的關鍵，最好采用意大利SGS產的BU406、BU407或BU408等大功率高頻三極管，要求fT≥100MHz；VT2、VT3可用9014型等NPN型硅管，要求β≥100；VD1～VD4可用1N4002硅整流二極管。 所有電阻采用RJ-0.25W金屬膜電阻；電容采用CBB-100V聚苯電容；電感L1可用φ0.51mm漆包線在φ10×10mm磁芯上繞27匝，電感量約24μH；L2用φ0.69mm漆包線在φ6mm鉆頭繞2.5匝，然后脫胎取下，電感量約0.22μH；L3可用270μH色碼電感器；換能器B是關鍵元件，應采用φ20×1.25mm/1.65MHz或φ20×1.2mm/1.7MHz高強度壓電陶瓷片；變壓器T要求次級電壓為50V，功率40W；S用小型船形開關；VT1最好安裝散熱器；換能器B不能離水通電，否則將燒壞。加濕水源中水應清潔。裝好后調整電阻R1，使總電流為0.6A左右。 D/A轉換器：首先建立D／A轉換器的仿真模型，根據D／A轉換器的組成結構以及EWB的特點，采用模塊化設計方法。如下圖所示： 模擬電子開關D/A轉換仿真模型 用理想開關元件建立的單個模擬開關仿真，如圖2所示。數字位模擬開關每一位數碼對應一個電子開關，若單片機輸出一個電平控制超聲波振蕩控制輸出電路輸出一個高或低電平來啟動或關閉。當ai＝1，則對應的開關Si接基準電壓源VREF；若ai＝0，則Si接地。 所有元件可裝于自制印制板上，也可用薄膠木板鉆孔鉚上空心鉚釘，裝上元器件再用導線連好，各元器件位置配置適當即可。 設計總結 通過本次設計使我對單片機及其外部接口部分有了進一不的認識，學到了許多在課本上學不到的實際應用知識，加深了對單片機學習的興趣。智能加濕控制系統(tǒng)采用單片機及數字量進行控制，不僅消除了元器件參數誤差的影響，而且實現(xiàn)了濕度梯度及光照度的自動改變系統(tǒng)結構簡單、可靠、易于實現(xiàn)。 參考文獻： [1]康華光．電子技術基礎［M］．北京：高等教育出版社，1999． [2] 李廣弟. 單片機基礎[M]， 北京，北京航空航天大學出版社 [3]趙世強．電子電路EDA技術［M］．西安：西安電子科技大學出版社，2000． [4] 余永權. 89系列Flash 單片機原理及應用[M]， 北京，電子工業(yè)出版社 [5]路而紅．虛擬電子實驗室Electronics Workbench［M］．北京：人民郵電出版社，2001． 14