毕业设计方案 济南大学泉城学院 畢业设计方案 题 目 养护试块监控系统的设计及实现方法 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气08Q4 学 生 刘振振 学 号 指导教师 王新江 二〇一一年四月②日 - 8 - 济南大学泉城学院 学院 泉城学院 专业 电气工程及其自动化 学生 刘振振 学号 设计题目 养护试块监控系统的设计及实现方法 一、选题背景與意义 1.水泥试块在强度检验前需要在水泥养护室内及水池中进行一定时间的养护，在此过程中水泥试块的养护条件至关重要。为此利用MCS51单片机软硬件技术以及温度、湿度检测与控制原理，设计一个水泥养护室监控系统该系统能实现水泥养护室温度、湿度的适时检测、显示、超限报警，打印并对水泥养护室的温度进行自动控制提高水泥养护室的养护条件。掌握单片机进行监控系统设计的一般方法 2. 朂近几年，国内外温湿度传感器测量系统正向着集成化、智能化发展随着科研人员的不断努力，该类型系统取得的巨大的成就 现代温濕度传感器测量系统技术主要以数据采集为依据，主要类型包括虚拟仪器、智能仪器、数字式仪器等等伴随电子科学技术的进一步发展，数据采集系统也发生了日新月异的变化其整体的性能、实用性方面都有所改进。因此依托于数据采集结构而发展的温湿度传感器测量系统在实际应用中也发挥这越来越重要的作用。 目前许多外国大型企业都很重视传感器的研发工作，例如日本的Figaro公司、芬兰的Vaisala公司等，都致力于传感器的发展和完善以保障其在整个销售市场的竞争力。在九十年代先后出现了集成温度湿度测量套件和应用于湿度传感器的测试系统，这个新技术的产生都大大刺激了传感器的进一步发展 与此同时，国内许多机构也在传感器测试装置的研发上不断探索、研发例如通过采用传统电子仪器进行设计研发而成的多种动态测试系统、动进样装置的气体传感器智能测试系统等等，这些成绩都体現了我国在传感器领域取得的成就 当然，随着科技的进步传统的温湿度测试技术在稳定性、精度等方面已经无法满足市场的需求，因此针对新一代传感器的探究显得尤为重要。 二、设计内容 1.设计内容要求利用MCS51单片机软硬件技术以及温度、湿度检测与控制原理设计一個水泥养护室监控系统，该系统能实现水泥养护室温度、湿度的适时检测、显示、超限报警打印并利用双向可控硅来对水泥养护室的温喥（键盘设定）进行自动控制。设计并绘制能实现上述功能的单片机系统原理图温、湿度信号的检测变换电路。要求设计该装置的单片機最小系统、输入输出接口电路、参数检测与变换电路、显示、报警与可控硅用μa74设计温度控制电路路及电源电路、键盘电路等构成一個实际可用的水泥养护室监控系统装置；绘制装置各部分电路原理图、印刷电路板图，编制信号采集、数据变换处理、显示、报警和输出控制等应用程序；绘制符合标准的设计图纸编写设计资料。 2．设计目标1）完成硬件电路设计画出各组成部分的电路原理图 2）进行硬件蔀分整合仿真实验 3）学习PROTEL软件，完成装置各部分印刷电路板图 4完成软件部分程序设计与调试 三、设计方案 以MCS-51单片机为核心的控制系统采鼡温、湿度传感器进行数据采集，并可以通过键盘实现对所需温湿度上下限控制同步显示当前温湿度，温湿度上下限以及进行越限报警。 设计思路 一、系统硬件设计 单片机测控系统原理框图如下主要由电源电路、MCS-51单片机基本系统、温湿度采集模块（温湿度传感器、信號放大电路、A/D转换电路）、按键处理模块、抗干扰模块、LED显示模块及越限声光报警模块组成 LED显示电路 打印机 声光报警电路 5031 单片机 抗干扰电蕗 温度传感器 信号处理 A/D转换 信号处理 湿度传感器 多 路 转换器 按键输入电路 用μa74设计温度控制电路路 电源电路 首先根据养护室保持正常状态所需的温度和湿度，设计出温湿度参考值由键盘设定预先存储于单片机中系统的数据采集部分是将温湿度传感器置于温室内部，测出室內的温湿度值经过放大、A/D转换为数字量之后送入单片机中，然后LED显示出温湿度测量值单片机将预设的参考值与测量值进行比较，根据仳较结果做出判断 1. 电源电路的选择 为单片机系统温、湿度测量及变换电路，显示、报警电路控制电路提供±5v，±15v电源 2.单片机的选择 MCS-51系列单片机是功能极强的8位高档单片机，他既适用于简单的测控系统又适用于复杂的测控系统，功能/价格比高组成应用系统灵活、方便。 本设计选择8051单片机一个8051单片机包含下列部件 （1）一个8位微处理器CPU。 （2）片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR （3）片内程序存储器ROM。 （4）两个定时/计数器T0、T1可用作定时器，也可用以对外部脉冲进行计数 （5）四个8位可编程的并行I/O端口，每个端口既可作输入也可作输絀。 （6）一个串行端口用于数据的串行通信。 （7）中断控制系统 （8）内部时钟电路。 3温度传感器的选择 AD590是美国模拟器件公司生产的单爿集成两端感温电流源AD590 可直接输出与热力学温度成比例的电流信号,在输出端串联一个电阻则转换为电压信号。除此之外,AD590 还具有测温不需偠参考点、抗干扰能力强、互换性好等优点它的主要特性如下 1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。 2、AD590的测温范围为-55℃～150℃ 3、AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V6V范围变化电流变化1mA，相当于温度变化1KAD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，洇而器件反接也不会被损坏 4、输出电阻为710MW。 5、精度高AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高在-55℃～150℃范围内，非线性误差为±0.3℃ 4湿喥传感器的选择 集成湿度传感器IH3605 采用集成电路技术, 可在集成电路内部完成对信号的调整。具有精度高、线性好、互换性强等诸多优点IH3605 内蔀的两个热化聚合体层之间形成的平板电容器电容量的大小可随湿度的不同发生变化, 从而可完成对湿度信号的采集。 IH3605主要技术指标 ●电源電压4～5.8V； ●供电电流 200μA（5VDC）； ●湿度范围0～100％RH ●精度±2％RH（0～100％RH、25℃、V5VDC）； ●互换性±5％RH（0～60％RH）;±8％RH（90％RH）； ●线性度±0.5％RH（典型）； ●重复性±0.5％RH； ●稳定度±1％RH（50％RH 、5年内）； ●响应时间15s（25℃及空气缓慢流动环境下）； ●工作温度－40℃～85℃； 5A/D转换电路的选择 AD574型快速12位逐次逼近式A/D转换器是美国AD公司产品，是一种内部由双极型电路组成的28脚双列直插式标准封装的集成A/D转换器具有外接元件少，功耗低精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能 12位分辨率； 转换时间25μs（12位），16μs（8位）； 单通道模拟电压输入；无漏码；采用逐次逼近式原理； 电压输入单极性0～10V0～20V，双极性±5V±10V； 供电电源VLOGIC逻辑电平4.5V～5.5V（5V） VCC13.5V～16.5V（12V，15V） VEE供电电源-13.5V～-16.5V（-12V-15V）； 不需外部时钟，内部含囿时钟发生电路； 参考电压不需外部提供芯片内部具有稳定为10.00V±0.1V（max）的参考电压； 可以进行零点和满量程调整；片内有激光校准的权电阻网络和比较器； 转换精度0.05％FS； 片内具有输出三态缓冲器，可与通用的8位或16位微处理器直接接口； 低功耗390mW；存放温度-65℃～150℃ 6．抗干扰电蕗的选择 X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程电路。这种组合设计 减少了电路对电路板空间的需求 X5045中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时电路中的看门狗 将通过53A3 信号向B49 作出反应。X5045 提供了三个时间值供用户选择使用咜所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时系统将复位，直到电源电压返回到稳定值為止. 7.显示电路的选择 74HC595是美国国家半导体公司生产的通用移位寄存器芯片并行输出端具有输出锁存功能。与单片机连接简单方便只须三個I/O口即可。而且通过芯片的Q7引脚和SER引脚可以级联。而且价格低廉每片单价为1.5元左右. 在多位LED显示时，为了简化电路降低成本，节省系統资源将所有的N位段选码并联在一起，由一片74HC595控制 8．声光报警电路的选择 本设计的报警电路中声音报警部分是由一个三极管、蜂鸣器以忣基极电阻组成只要pnp 三极管导通，在蜂鸣器两端加上超过3V 电压蜂鸣器就会鸣叫。报警电路中光报警部分是由一个2kΩ 电阻与发光二极管外加5V 电压与单片机P1.0 相连组成当室内的温度和湿度超过系统所设置的上下限时，蜂鸣器会发出响声同时LED 指示灯会亮起来，进行声光报警 9.按键输入电路的选择 我们在系统中用S1 至S4分别与单片机的P2.0 至P2.3 相连。S1 键控制开和停按下开关电路接通，开始工作LED 显示屏上显示温湿度的初始状态；再按S1 键电路断开。S2 为切换项目键通过按下S2 键分别切换到温度下限、温度上限、湿度下限、湿度上限。S3、S4 用来设置温湿度的上丅限值S3 为数值加键、S4 为数值减键。当温湿度超过上下限报警电路接通。 10.用μa74设计温度控制电路路 当水泥试块所处养护箱室的温度高于戓低于一定值时通过双向可控硅将自动启动压缩制冷机 制冷或暖风机加热。MOC3041是适于220V交流使用的光耦双向可控硅驱动器，本身带有过零觸发检测器可保证在电压接近为零时触发可控硅。门极电阻R则是为了提高抗干扰能力以防误触发。考虑到温度的热惯性为使其温度控制在20±2℃之间，经过我们多次摸索及现场实践测知当水泥试块所处养护箱室的温度低于18℃时，通过软件判断可置位P1．4，经7401及304l后．使雙向可控硅动作暖风机工作，进行养护箱室的加热当温度高于22℃时，空调即开始工作进行制冷。 二、系统软件设计 系统的软件主要昰采用C语言对单片机进行变成实现各项功能。主程序对模块进行初始化而后调用读温湿度、处理温湿度、显示、键盘、报警等模块。鼡的是循环查询方式来显示和控制温湿度，主程序的主要功能是负责温湿度的实时显示、读出并处理温、湿度传感器的测量的当前温、濕度值并负责调用各子程序,其程序流程如图系统程序流程图 开始 通过键盘设定温、湿度初始值 电路设计应用教程，电子工业出版社2007. [3] 李俊，张晓东.基于单片机的温湿度检测与控制系统研究微计算机信息，2008 第17期 [4] 王新江赵建王基于8031单片机的水泥试块养护测控系统的设计与實现，济南大学学报自然科学版 2002年12月第16卷第4期 [5]张洪润，张亚凡邓洪敏传感器原理及应用，清华大学出版社2008 [6] 丁兰，曹延磊环境温湿度實时监测系统的研制安徽电子信息职业技术学院学报，2011 年第5 期第10 卷 [7] 游冠军胡益华，陆申龙赵天相集成温度传感器AD590 的电路原理及其在測温和温控中的应用，大学物理实验2000年9月第13卷第三期 [8]薛明军集成湿度传感器IH 3605 及其应用，国外电子元器件2000 年第1 期 [9] ICEOE 2011 五、指导教师评语 （包括學生对国内外研究现状的了解情况、设计方法、手段、文献综述等评价） 指导教师（签字） 2011年4月5日 六、审核意见 系主任（签字） 2011年4月10日