单片机控制室内湿度恒定电路 毕业设计.doc

高等职业学校 毕 业 设 计 姓 名： 学 号： 系 部： 专 业： 机电一体化 设计题目： 室内湿度控制电路 指导教师： 职 称： 助理讲师 2012 年 05 月 高等职业学校毕业设计 任 务 书 系部 系 专业年级 班 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ： 2011 年 12 月 19 日 毕业设计日期： 2011 年 12 月 19 日至 2012 年 5 月 19 日 毕业设计题目：单片机控制室内湿度恒定电路 毕业设计主要内容和要求： 单片机控制室内湿度恒定电路可以实现湿度控制，湿度报警，频率测量，串行通信等 功能。此湿度控制电路由电源、键盘、显示、串行通信接口电路、湿度检测、湿度控制、 湿度报警，除湿电路，加湿电路和单片机控制部分等电路组成。可以时时检测室内湿度 系主任签字： 指导教师签字： 高等职业学校毕业设计 指导教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识 解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度； 总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 该生能认真完成毕业论文，对单片机的基础理论知识掌握较全面，具备一 定的单片机产品设计思想，能够掌握单片机的基本技能，运用 c 语言编写程序， 论文中提出的问题具有实际意义，并能独立解决实际问题。研究的内容是用单 片机控制室内湿度恒定电路，采用的是单片机自动控制技术，设计具有现实意 义。 该生态度较认真，能及时上交论文，工作量基本符合要求，论文格式基本 规范，内容具有可实现性。存在问题：硬件原理图未附 pcb 图。 同意答辩。 成 绩：80 指导教师签字： 年 月 日 高等职业学校毕业设计 评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识 解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度； 总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 高等职业学校毕业设计 答 辩 及 综 合 成 绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基 本正 确 有 一 般 性错 误 有 原 则性 错 误 没 有回 答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字： 年 月 日 系部领导小组综合评定成绩 系部领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统 控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机 往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬 件结构软硬件结合，加以完善。利用单片机实现的高精度实用性室内湿度自动 控制系统，它由 at89s51 单片机进行控制，体积小，因此具有成本较低、使用 简单、工作可靠等特点。另外，采用了集成温湿度传感器 rt23 作为检测元件， 检测室内的湿度，通过硬件线路将数据传送给单片机去处理，通过 sm420501 的 4 位数码管显示室内湿度数据，可手动调节湿度报警点，同时单片机对室内 异常湿度作出相应操作，例如湿度过大（大于 800） ，这时单片机就要通过控制 系统，启动通风设备，本次设计中，通风设备是一个小风扇 b1。湿度过低（低 于 300） ，这时单片机就要通过控制系统，启用加湿设备，本次设计中，加湿设 备是一个是小风扇 b2。本系统可以方便地实现室内湿度的控制。 本系统由单片机系统、电源、数码管显示、除湿电路、加湿电路、串行通信 接口电路和报警系统组成。系统能完成自动调节室内湿度调节，管理员还可以 自己调节室内湿度数值的功能。 关键词 ：89c51；湿敏电阻 ；ne555 ；4 位数码管 高等职业学校 07 级高职毕业设计（论文） 目 录 1 引 言 1 2 单片机概述 2 3 单片机恒定电路功能说明 3 3.1 功能说明 3 3.2 电路功能简介 3 3.3 单片机控制室内湿度电路方框图 4 4 芯片简介 5 4.1 msc-51芯片简介 5 4.2集成电路 555介绍 8 4.3集成电路 74ls245介绍 10 4.4 集成电路 uln2803介绍 12 4.5 hr湿敏电阻介绍 13 4.6 lm7805介绍 15 5元件简介 17 6 单片机控制室内湿度恒定电路设计 18 6.1 电路电源设计 18 6.2 单片机最小系统设计 19 6.2.1 单片机外围电路设计 19 6.2.2 串口通信设计 20 6.3 数码显示部分设计 22 6.4 加湿除湿控制电路设计 23 6.5湿度检测电路设计 24 6.6 按键控制电路设计 25 6.7状态显示电路设计 26 6.8 报警电路设计 27 6.9 c语言程序流程图 28 总 结 29 参考文献 30 附录 1 单片机控制室内湿度恒定电路电路图 31 附录 2 单片机控制室内湿度恒定电路 c语言编程 32 致 谢 38 1 引 言 当今社会人们越来越重视生活质量，追求健康、舒适的生活环境。人的一生有 90 的时间在室内度过，室内空气质量与人们的身体健康密切相关。世界卫生组织详细的规 定了健康住宅的标准，其中室内温度 湿度都给出了具体的数值范围。今年来，随着人们 对生活舒适度要求的日益提高，湿度高低对人居生活环境的影响越来越重视。空气湿度 是一个与人们生活和生产有密切关系的重要环境参数，湿度对人体的舒适度、室内空气 质量、家具的养护都有重要意义。世界卫生组织规定“室内温度要全年保持在 40-70 之间”，人生活在相对湿度 4565的环境中最感舒适，有调查结果显示2，3： 当相对湿度为 20-30时，80以上的居民感到空气干燥；而相对湿度为 30-55时， 约 40的居民感到空气干燥。在干燥的环境中，人呼吸系统的抵抗里降低，容易引发或 者加重呼吸系统的疾病。干燥的空气使人体表皮细胞脱水、皮脂腺分泌减少，导致皮肤 粗糙起皱甚至开裂。因此过敏性皮炎、皮肤瘙痒不适等过敏性疾病也都和空气干燥有关。 空气干燥对人体免疫力也有不利影响。过高的湿度同样也会影响人居环境与人体健康。 湿度太搞影响人的体温调节功能，因散热不良而引起体温升高、血管舒张、脉搏加快甚 至出现头晕等症状。 室内湿度影响着人类生活的方方面面，适当的室内环境使人感觉舒适，抑制了室内 的有害物的繁殖生长以及扩散。其对生活质量所造成的影响已经越来越受到人们的重视， 越来越多的调湿产品投放到市场上，营造舒适、健康的室内湿度氛围成为健康住宅的重 要标准。 2 单片机概述 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机 微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 它是将 cpu,存储器,定时中断系统,以及 i/o 系统统统集成到一个芯片上。它其实是 一个芯片,同样它也可以被认为是一个小型的计算机。但是它终究是不能和微机相比的, 因为 它的处理速度,存储空间是有限的。单片机也被称作微控制器（mcu）,这是因为单片机主 要被用于控制场合,并且控制作用突出。它的另一个名称是嵌入式微控制器（emcu ）,原 因是大部分的单片机都被嵌入到一个系统中去完成相应的功能。使用单片机一定要知道 里面的硬件资源,单片机与微机的不同还在于微机是冯诺依曼式的程序存储式的,而单片机 是采用程序和数据分开存储的。由于它的资源有限,因此要十分的清楚它的存储结构。因 此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合便可成为一个单片机控制系统。 单片 机经过 1、2、3、3 代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 cpu 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗单片机就是单片微 型计算机。我们所常用的就是 51 系列的单片机。 3 单片机恒定电路功能说明 单片机控制室内湿度恒定电路由电路电源部分、单片机最小系统、数码显示部分、 湿度检测部分、加湿部分、除湿部分、按键控制部分、状态显示部分和超湿报警部分组 成。 3.1 功能说明 单片机控制室内湿度恒定电路可以实现湿度控制，湿度报警，频率测量，串行通信 等功能。此湿度控制电路由电源、键盘、显示、串行通信接口电路、湿度检测、湿度控 制、湿度报警，除湿电路，加湿电路和单片机控制部分等电路组成。 3.2 电路功能简介 电路具有设置和工作两种工作状态。初始时工作于设置状态，这时 led1 亮、 led2、led3 和 led4 灭，数码管显示初始设置值 1000，继电器 jk 断开。 键盘和显示部分： k1 键为工作状态切换键，按下 k1 可在设置和工作两种状态下切换。led1 亮时，表 示工作于设置状态，可以设置湿度的上限值，数码管显示设置值。led2 亮时表示处于工 作状态，进行湿度检测和控制，数码管实时显示表示湿度大小的数值。 k2 键为湿度的上限值设置方式选择键，按下 k2 键可在键盘设置和串行通信设置两 种方式间转换。使用键盘设置时 led3 亮、led4 灭，使用串行通信时 led4 亮、led3 灭。 k3 键为+1 键、k4 键为-1 键。当使用键盘设置时，每按一次 k3 键设置值加 1，每按 一次 k4 键设置值减 1，按住键盘不放可连续加或连续减。 串行通信接口电路接口电路： 当选择串行通信设置方式时，可以采用串行通信调试助手进行上限值设置，在串口输 出“input a number：”后输入设置值。 湿度检测、控制和报警部分: 接通电源，设置好湿度上限值后，按一下 k1 键，进入工作状态。此时湿度检测电路 将湿度实时值转换为相应的频率值送入单片机，单片机实时检测并显示所测频率值，若 湿度达到设置值，则启动风扇进行除湿，并使用蜂鸣器进行报警。当湿度降到设定值以 下时停止除湿和报警。当湿度低于最低标准是，启动加湿并使用进行报警。当湿度大于 最低值时，停止加湿和报警。 电源部分: 电源是使用 220v 交流通过变压器转换经过整流桥整流和电容滤波得到 12v 直流，在 经过 lm7805 稳压成 5v 直流，12v 和 5v 为电路供电。 3.3 单片机控制室内湿度电路方框图 图 3.1 为单片机控制室内湿度恒定电路方框图 图 3.1 单片机控制室内湿度恒定电路方框图 89s51 单片机 键 盘 控 制 数码 显示 报警电路 加湿电路 除湿电路 串口通信电路 湿度检测电路 状态显示电路 电路电源 4 芯片简介 4.1 msc-51芯片简介 mcs-51 单片机内部结构 如（图 4.1）所示： 8051 是 mcs-51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(rom)、数据存储器(ram)、定时/计数器、并行 接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线， 现在我们分别加以说明： 中央处理器： 中央处理器(cpu)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位 二进制数据或代码，cpu 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控 制输入输出功能等操作。 图 4.1 8051 内部结构 数据存储器(ram) 8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编 址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数 据，所以，用户能使用的 ram 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户 定义的字型表。 程序存储器(rom)： 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 rom，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时/计数器(rom)： 8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序 转向。 并行输入输出(i/o)口： 8051 共有 4 组 8 位 i/o 口(p0、 p1、p2 或 p3)，用于对外部数据的传输。 全双工串行口： 8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既 可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统： 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断， 可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 时钟电路： 8051 内置最高频率达 12mhz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二 为一的结构，即普林斯顿(princeton)结构。intel 的 mcs-51 系列单片机采用的是哈佛结 构的形式，而后续产品 16 位的 mcs-96 系列单片机则采用普林斯顿结构。 下图是 mcs-51 系列单片机的内部结构示意如（图 4.2）所示： 图 4.2 mcs-51 结构框图 mcs-51 的引脚说明： mcs-51 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均采用 40pin 封装的双列直接 dip 结构， 下图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两 根，4 组 8 位共 32 个 i/o 口，中断口线与 p3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以 说明： p1.0/t2ex345678rs9xdinwalvc 图 4. 3 mcs-51 的引脚 pin9:reset/vpd 复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在 reset 引脚 上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 pc 指向 0000h，p0-p3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07h，其它专用寄存器被清“0” 。 reset 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000h 地址开始执行程序。然而，初始复位不 改变 ram（包括工作寄存器 r0-r7）的状态，8051 的初始态。 8051 内部结构示意图 8051 引脚图 8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，如（图 4.4）所示。此外， reset/vpd 还是一复用脚，vcc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 ram 的数据不丢失。 时钟电路如（图 4.5）所示： 图 4.4 复位电路 图 4.5 8051 时钟电路 pin30:ale/当访问外部程序器时，ale(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。 而访问内部程序存储器时，ale 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用 于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程 序存储器，ale 会跳过一个脉冲。 如果单片机是 eprom，在编程其间，将用于输入编程脉冲。 pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，pc 的 16 位地址数 据将出现在 p0 和 p2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 p0 口上，由 cpu 读入 并执行。 pin31:ea/vpp 程序存储器的内外部选通线，8051 和 8751 单片机，内置有 4kb 的 程序存储器，当 ea 为高电平并且程序地址小于 4kb 时，读取内部程序存储器指令数据， 而超过 4kb 地址则读取外部指令数据。如 ea 为低电平，则不管地址大小，一律读取外部 程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的 8031,ea 端必须接地。 在编程时， ea/vpp 脚还需加上 21v 的编程电压。 4.2集成电路 555介绍 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模 集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 cmos 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定 时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5v16v 工作，7555 可在 318v 工作，输出驱动电流 约为 200ma，因而其输出可与 ttl、cmos 或者模拟电路 电平兼容。如（图 4.6）所示： 图 4.6 ne555 简介 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、 单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪 器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚 排列图分别如图 1 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 rs 触 发器，一个放电管 t 及功率输出级。它提供两个基准电压 vcc /3 和 2vcc /3 。 图 4.7 ne555 内部结构图 它的各个引脚功能如下：如(图 4.7)所示： 1 脚：gnd(或 vss)外接电源负端 vss 或接地，一般情况下接地。 8 脚：vcc(或 vdd)外接电源 vcc，双极型时基电路 vcc 的范围是 4.516v，cmos 型时基电路 vcc 的范围为 318v。一般用 5v。 3 脚：out（或 vo）输出端。 2 脚：tr 低触发端。 6 脚：th 高触发端。 4 脚：r 是直接清零端。当 r 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 tr、th 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5 脚：co(或 vc)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的 基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只 0.01f 电容接地，以防引入干扰。 7 脚：d 放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分 压器由三个 5k 的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器 c1、c2 提供参考电压，比 较器 c1 的参考电压为 2/3vcc，加在同相输入端，比较器 c2 的参考电压为 1/3vcc，加在 反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放 c1、c2 组成。高电平触发信号加在 c1 的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本 rs 触发器 r 端的输入 信号；低电平触发信号加在 c2 的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果 作为基本 rs 触发器 s 端的输入信号。基本 rs 触发器的输出状态受比较器 c1、c2 的输出 端控制。 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 rs 触发器和放 电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 c1 的同相输入 端的电压为 2vcc /3，c2 的反相输入端的电压为 vcc /3。若触发输入端 tr 的电压小于 vcc /3，则比较器 c2 的输出为 0，可使 rs 触发器置 1，使输出端 out=1。如果阈值 输入端 th 的电压大于 2vcc/3，同时 tr 端的电压大于 vcc /3，则 c1 的输出为 0，c2 的输出为 1，可将 rs 触发器置 0，使输出为 0 电平。 555 定时器功能如（表 1）所示： 输 入 输 出 复位 u11 u12 输出 u0 晶体管 t 0 0 导通 1 0 导通 1 保持 保持 表 1 555 定时器功能表 词名：555 timer 中文解释：555 定时器 缩写： 来历：555 timer 发展 概述 是美国 signetics 公司 1972 年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路， 因输入端设计有三个 5k 的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主 要有 4 个：bjt 两个：555，556（含有两个 555）；cmos 两个：7555，7556（含有两个 7555）。 555 定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。 两个比较器 c1 和 c2 各有一个输入端连接到三个电阻 r 组成的分压器上，比较器的 输出接到 rs 触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达 200ma。 比较器 c1 和 c2 的参考电压分别为 ua 和 ub，根据 c1 和 c2 的另一个输入端触发 输入和阈值输入，可判断出 rs 触发器的输出状态。当复位端为低电平时，rs 触发器被强 制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。 4.3集成电路 74ls245介绍 简要说明 74ls245 是一种三态输出的 8 总线收发驱动器，无锁存功能。 （图 4.8）是 74ls245 的引脚图和功能表。它的 g 端和 dir 端是控制端，当它的 g 端为低电平时，如果 dir 为高电平，则 74ls245 将 a 端数 245 据传送至 b 端；如果 dir 为低电平，则 74ls245 将 b 端数据传送至 a 端。在其他情况下不传送数据，并输出高阻 态。 引出端符号 a a 总线段 b b 总线段 /g 三态允许端（低电平有效） dir 方向控制端 逻辑图 图 4.8 74ls245 管教示意图 极限值 电源电压 . 7v 输入电压 7v 输出高阻态时高电平电压 5.5v 工作环境温度 74ls245 070 存储温度 . -65150 下面 74ls245 功能表。 表 2 74ls245 功能表 4.4 集成电路 uln2803介绍 uln2803 是由 8 个 npn 达林晶体管，连接在阵列非常适合逻辑接口电平数字电路和 较高的电流/电压，如电灯、电磁阀、继电器、打印锤、或其他类似的负载。 主要特性 uln2803 是每一对达林顿都串联一个 2.7k 的基极电阻，在 5v 的工作电压下它能与 ttl 和 cmos 电路直接相连，可以直接处理原先需要的标准逻辑缓冲器来处理的数据。 uln2803 工作电压高，工作电流大，灌电流可达 500ma，并且能够在关抬时承受 50v 的电压，输出还可以在高负载电流并进行运行。 图 4.9 uln2803 封装图 uln2803 采用 dip-18 或 sop-18 塑料封装。如（图 4.9）所示： uln2803 是一种高输入低输出的驱动器，内部电路如图（4.10）所示： 图 4.10 uln2803 内部电路图 4.5 hr湿敏电阻介绍 湿敏电阻器是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，具有感湿范围宽， 响应迅速，抗污染能力强，无需加热清洗及长期使用性能稳定可靠等诸多特点。湿敏电 阻随湿度增加，阻值变小，实物如图 4.11 所示： 图 4.11 湿敏电阻实物图 电气特性 （1）定额电压： 1.5v ac（max，正弦波） （2）定额功率： 0.2mw （max，正弦波） （3）工作频率： 500hz2khz （4）使用温度： 060 （5）使用湿度： 95%rh 以下 （6）湿度特性： 1%rh/ （7）湿滞回差： 2%rh （8）响应时间： 吸湿，202s；脱湿40s （9）稳定性： 1%rh/年，抗结露 （10）湿度检测精度： 5%rh （11）相对湿度： 阻抗特性湿度检出精度如（图 4.12）所示： 图 4.12 rh23 精度表 图 4.13 相对湿度-阻抗特性 4.6 lm7805介绍 lm7805 系列三端正电源稳压电路，它的封装形式为 to-220。它有一系列固定的电源 输出，应用非常的广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的 保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于 1.5a 的 输出电流。虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得 各种不同的电压和电流，实物（如图 4.14）所示。 图 4.14 lm7805 实物图 lm7805 特点 *最大输出电流为 1.5a； *输出电压为 5v； *热过载保护； *短路保护； *输出晶体管安全工作区保护； lm7805 的极限参数如（表 3 ）所示 表 3 lm7805 极限参数（ta=25） lm7805 内部框图如（图 4.15）所示： 图 4.15 lm7805 内部框图 lm7805 电参数如（表 4 ）所示 （除特别说明，0tj125，io=500ma，vi=10v，ci=0.33uf，co=0.1uf） 表 4 lm7805 电参数 5元件简介 在本次设计中用的的元件在这做一个笼统的介绍。 在此次设计中用的主要电子元件有电阻、电解电容、独石电容、按钮、led 发光管 （5mm） 、蜂鸣器、三极管 8550、4 位 7 段共阴数码管 sm420501、晶振、继电器和负载。 电阻的作用： 电阻，因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。 电解电容的作用： 隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。 旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。 耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。 滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。 储能：储存电能，用于必须要的时候释放。 独石电容的作用： 隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。 旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。 耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。 滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。 三极管 8550 的作用： 三极管 8550 是 pnp 型中功率高频三极管，最大耗散功率为 700 毫瓦，主要用于开关 应用、和射频放大。 晶振的作用： 晶 振 的 作 用 是 为 系 统 提 供 基 本 的 时 钟 信 号 。 通 常 一 个 系 统 共 用 一 个 晶 振 ， 便 于 各 部 分 保 持 同 步 。 有 些 通 讯 系 统 的 基 频 和 射 频 使 用 不 同 的 晶 振 ， 而 通 过 电 子 调 整 频 率 的 方 法 保 持 同 步 。 继电器的作用： 继承控制，用很小的电力和电流，驱动一个设备（电动机或电磁铁）带动一个负载部 件（比如电闸或接触片）让这个接触片去承载大电流 6 单片机控制室内湿度恒定电路设计 6.1 电路电源设计 湿度控制采用 220v 交流电，由变压器 t1（变压器 2209v）变压，在经过整流桥 d3 整流和 c14、c2 滤波，而产生稳定的 12v 直流电压，在经过 lm7805 稳压后霍格 5v 电压， 作为电路湿度控制的主电源。电容 c1 为高频旁路电容，将高频信号旁路到地。同样电容 c3 为滤波电容，c4 为高频旁路电容。r23 为限流电阻，led5 为 5v 电源指示灯。 电源电路原理图(如图 6.1)所示。 图 6.1 电源电路 （1）单片机at89s51正常工作所需的+5v电压。该电源电路的输出电流应该不低于 100ma，试验证明，当电流低于100ma时，外围电路不能正常工作，甚至导致单片机中程 序的误动作。 （2）报警驱动电路正常工作时所需要的+12v工作电压。该电压一方面作为pwm输出 电路的工作电压，单片机输出的矩形波进行足够的放大。另一方面为报报警驱动电路提 供正常工作电压。 6.2 单片机最小系统设计 单片机最小系统由单片机外围电路和串口通信部分组成 (如图6.2）所示 6.2.1 单片机外围电路设计 89s51单片机控制电路的外接电路包括单片机的晶振电路、复位电路。89s51单片机 内含有一个高增益的反相放大器，通过 xtal1、xtal2 外接作为反馈元件的晶体后，构 成自激振荡器，所以89s51单片机正常工作时需要外接晶振和微调电容，本设计的单片机 的晶振电路的外围电路由一个12mhz的晶振和两个30pf的电容组成。本设计的复位电路采 用最简单的上电复位电路，上电复位电路的工作原理为：上电瞬间，rc电路充电，rst引 脚端出现正脉冲，只要rst端保持10ms以上高电平，就能使单片机有效地复位 图 6.2 单片机外围电路 6.2.2 串口通信设计 串口通信电路由转接芯片 max232、4 个外接 0.1uf 电解电容和 9 孔串口组成（如图 6.3）所示。 图 c 串口通信电路 6.2.2.1 外接电容作用： 32 周围的 4 个是内部电荷泵电路的一部分，集成电路内部很难做电容，所以都引到 外面来了 电荷泵简述 1、定义:也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵 送”电容(而非电感或变压器)来储能的 dc-dc(变换器).它们能使输入电压升高或降低， 也可以用于产生负电压。其内部的 fet 开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放 电，从而使输入电压以一定因数(0.5,2 或 3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。 这种特别的调制过程可以保证高达 80的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开 关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和 emi(电磁干扰 ) e.g:通过控制内部 三极管的 gate 来控制电容充放电,比如升 1.5 倍,输出为 vin 加上电容两端的 0.5vin 达 到 vout=1.5vin dc-dc:直流直流转换模块 6.2.2.2 串口通信的概念 串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte） 的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很 简单并且能够实现远距离通信。比如 ieee488 定义并行通行状态时，规定设备线总长不 得超过 20 米，并且任意两个设备间的长度不得超过 2 米；而对于串口而言，长度可达 1200 米。典型地，串口用于 ascii 码字符的传输。 通信使用 3 根线完成：（1）地线， （2）发送， （3）接收。由于串口通信是异步的，端口 能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须 的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信 的端口，这些参数必须匹配： a 波特率： 这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的 bit 的个数。例如 300 波特表示 每秒钟发送 300 个 bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要 4800 波特率，那么时钟是 4800hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为 4800hz。 通常电话线的波特率为 14400，28800 和 36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特 率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是 gpib 设备的通信。 b 数据位： 这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是 8 位的，标准的值是 5、7 和 8 位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的 ascii 码是 0127（7 位） 。扩展的 ascii 码是 0255（8 位） 。如果数据使用简单的文本 （标准 ascii 码） ，那么每个数据包使用 7 位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停 止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包” 指任何通 信的情况。 c 停止位： 用于表示单个包的最后一位。典型的值为 1，1.5 和 2 位。由于数据是在传输线上定 时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同 步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用 于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。 d 奇偶校验位： 在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有 校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位） ， 用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是 011，那么对于偶 校验，校验位为 0，保证逻辑高的位数是偶数个。 如果是奇校验，校验位位 1，这样就有 3 个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据， 简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判 断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。 6.3 数码显示部分设计 数码显示由双向总线驱动器 74ls245、多路驱动芯片 uln2803、4 位共阴数码管组 成（如图 6.4）所示。 数码显示原理： 数码显示是由单片机 p0 i/o 口输出电信号，由总线驱动器 74ls245 驱动 4 位数码管， uln28703 控制 4 位共阴极数码管的公共端，通过程序的一次次移位，来控制数码管的闪 亮。 图 6.4 数码显示电路 6.4 加湿除湿控制电路设计 加湿除湿控制电路主要由三极管 8550、1k 电阻 r1、二极管 in4148、继电器、负载组 成(如图 6.5)所示。 加湿控制电路控制原理： 此电路通过单片机控制 i/o 口 p2.5 输出高低电平来控制 q4 开关管 8550 通断，从而 控制继电器的吸合，控制加湿器的运转。二极管作用是却白控制的准确性。 除湿控制电路控制原理: 此电路也是通过单片机控制 i/o 口 p2.6 输出高低电平来控制 q2 开关管 8550 通断， 从而控制继电器的吸合，控制加湿器的运转。 图 6.5 加湿除湿电路设计 6.5湿度检测电路设计 湿度检测电路主要由湿敏 rh23、时基集成电路 ne555、独石电容 103、100k 可调电 阻、光耦、npn 三极管 9013、和若干个电阻组成如(图 6.6）所示。 湿度检测电路原理： 此电路湿敏 rh23 通过感测空气中的水分含量（空气中所含的水分越多湿敏 rh23 频 率越快）来输出频率，ne555 芯片 4 脚接电源表示该芯片使用，6 脚 th 高触发端检测湿 敏 rh23 频率峰值，2 脚 tr 低触发端检测湿敏 rh23 的谷值，通过 7 脚放电端输出湿敏 rh23 的确定频率（因此电路不需要比较基准电压所以 5 脚出入一个 103 独石电容接地， 以防引入干扰） ，在通过光耦耦合，得到信号值是一个稳定的频率同多 npn 三极管 9013 放大，把信号送到单片机端口，可调电阻作用是调节信号的强弱。 图 6.6 湿度检测电路图 6.6 按键控制电路设计 按键控制电阻由电阻和按键组成（如图 6.7）所示。 按键控制电路原理： 此电路非常的简单，只有电阻和按键，电阻的作用是限流，按钮的作用是控制单片 机 i/o 口输入信号从而控制湿度状态