1、 n答辩人：王骥田n指导教师：李岩2010年12月292010.06第三章 硬件设计3第一章 选题背景1第二章 方案论证2第四章 软件设计4目录 1.1 选题背景经过调查研究，人们很容易因为室内的温度、湿度的不正常导致脾气的暴躁、工作效率的低下，而且还很容易患有疾病。所以对室内进行温、湿度控制是很必要的，经过室内环境智能控制系统的调节为人们创造出最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响，而本系统就是针对这一情况而研制开发的，本系统以STC89C52为核心处理器，有温度传感器、湿度传感器、键盘作为输入，A/D进行模拟采集，数码管显示输出，附加过限报警，降温等功能第一章2010.12系统硬件结
2、构框图 第二章2.1 温度传感器的选择方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。方案二：采用AD590，它的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，接口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。AD590的测量信号可远传百余米。综合比较方
3、案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。第二章2.2 湿度传感器的选择方案一：采用HOS-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。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。2010.12 第二章2.2 湿度传感器的选择u 方案二：采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS
4、1100/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。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，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 综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度-3050的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。2010.12 第二章2.3 信号采
5、集通道的选择 在本设计系统中，温度输入信号为8路的模拟信号，这就需要多通道结构。u 方案一、采用多路并行模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：可以根据各输入量测量的饿要求选择不同性能档次的器件。总体成本可以作得较低，硬件复杂，故障率高，软件简单，各通道可以独立编程u 方案二、采用多路分时的模拟量输入通道，如图2-1所示。这种结构的模拟量通道特点为：对ADC、S/H要求高，处理速度慢，硬件简单，成本低。软件比较复杂。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。2010.12系统硬件结构
6、框图 第三章3.1 硬件结构框图室内环境智能控制系统的硬件选用STC89C52作为主控中心。为实现对系统的处理，将温度传感器、湿度传感器采集得到的值，与上限及下限值进行比较，系统根据比较结果进行相应的控制操作。将结果送到LED显示。2010.12系统硬件结构框图 第三章3.2 温度传感器AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图3-4所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。2010.12 第三章
7、3.3 湿度传感器不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，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。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。如何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运方与租蓉组成的桥式振荡电路中，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
8、为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集2010.12 第三章3.4 A/D转换模块u MC14433是三位半双积分型的A/D转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点，其缺点是转换速率低，约110次/秒。在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据采集系统中，被广泛采用。MC14433A/D转换器与国内产品5G14433完全相同，可以互换。u MC14433A/D转换器的被转换电压量程为199.9mV或1.999V。转换完的数据以BCD码的形式分四次送出。2010.121.报警电路显示电路显示电路 第三章3.5 报警电路 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
9、蜂鸣器，然后通过MCS-51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。第三章3.6 显示电路 显示部分是传感器最后的部分，常用的显示器主要有发光二极管和液晶显示器，发光二极管由于其亮度高、价格低、寿命长，对电流、电压的要求较低等优点，因而得到广泛应用。发光二极管由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使
10、用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿等色。只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号。本系统采用4位LED显示器。采用动态显示方式。第三章3.7 RS232串口电路 51单片机的串行数据输出端口TXD连接到MAX232第一组收发器的输入端口T1 IN，用于向PC发送数据。串行数据输入端口RXD连接到MAX232第一组收发器的输出端口R1 OUT，用于接收PC串行输入的数据。PC的串行数据输入端口RXIN连接到MAX232第一组收发
11、器的输出端口T1 OUT,用于接收单片机发送的串行数据，PC的串行数据输出端口R1IN连接到MAX232第一组收发器的输入端口R1 IN,用于向单片机发送串行数据。第三章3.8 继电器输出 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。为改变温度湿度控制外接风扇。本电路设计了继电器模块。第四章4.1 主程序设计思想 系统监控程序是系统的主程序，它是系统程序的框架，控制着单片机系统按预定操作方式运转。监控程序的主要作用是能及时的响应来自系统内部的各种服务请求，有效地管理系统自身软硬件及人机对话设备与系统中其它设备交换信息，并在系统一旦出现故障时，及时作出相应处理。该系统控制核心是对单片机8051，其工作过程是：系统通电后，单片机8051进入监控状态，同时完成对各扩展端口的初始化工作。在没有外部控制信息输入的情况下，系统自动采集温湿度传感器数据，最后产生的数据在LED显示器上显示和蜂鸣器报警。第四章4.1 温度采样流程图 谢 谢 ！2010.06
