基于AT89C51单片机湿度检测系统的研究

1、佳木斯大学毕业论文基于at89c51单片机湿度检测系统的研究学 院 信息电子技术专 业 电子信息工程班 级 06级1班学 籍 号 0609054107姓 名 江 卫指导教师 史庆军佳 木 斯 大 学2010年6月8日佳木斯大学本科生毕业设计摘 要湿度检测在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。利用单片机技术的湿度检测系统以其体积小，可靠性高而被广泛采用。本文对湿度检测系统进行了分析设计。首先，对湿度检测技术的应用领域和发展状况做了简单的介绍，同时，列举了目前湿度检测所常用方法以及各自所具有的特点。本文重点在于对该系统的硬件和软件设计。在硬件设计过程中，详细介绍了各部分电路的功能和特点。接下来，

2、对系统中所用的湿度传感器hm1500和a/d转换芯片tlc1549作了简单的介绍。在软件设计过程中，绘制了各个程序模块的流程图，详细介绍了各个模块的作用。经过对程序反复的修改，完善了软件系统。最后，完成了对整个系统的设计。本系统具有灵敏度高、反映时间短等特点，并且具有智能化、可编程、小型便携等优点，相信本系统具有广泛的应用领域。关键词：单片机；湿度检测；硬件系统；软件系统abstractthe humidity examination which is widely used in industry, agriculture, national defense and so on .the h

3、umidity examination which is widely used because that the system which uses microcontroller technology is volume small and reliability. this article has carried on the analysis design to the humidity examination system. first, the application and development condition of the humidity examination tec

4、hnology is made a simple introduction. and then, the humidity examination of commonly used method which has enumerated the characteristic as well as each one .the point of the article is the design of the hardware and software. in the process of hardware designing, the function and the characteristi

5、c of each part of electric circuits which has made a simple introduction in detail. meanwhile, the humidity sensor hm1500 and the chip of the a/d transformation to the system in tlc1549 have been made the simple introduction. in the process of software designing, i have drawn up each program module

6、flow chart, and introduced each module function in detail. then to the procedure repeatedly revision, it has been consummated the software system. finally, i has completed the over all system designing. this system have the characteristic of sensitivity high and the reflection time is short, and so

7、on .it has the intellectualization, and programmable and small, then takes along short, and so on. it believed that this system has the widespread application .keywords：mcu；humidity examination；softwaresystem；hardwaresystem目 录第1章 绪论11.1 湿度的基本概念11.2 湿度检测的应用领域11.3 常见的湿度检测方法及特点21.4 湿度测量技术的发展趋势21.5 本课题研

8、究的主要内容和目标3第2章 湿度检测系统的功能与硬件设计42.1 湿度检测方案的选择42.2 设计方案的确定42.2.1 处理器. .52.2.2 显示电路52.2.3 键盘电路52.3湿度检测仪的主电路设计52.3.1 系统时钟电路设计62.3.2 系统复位电路的设计62.3.3 按键与按钮电路的设计72.3.4 系统的显示电路设计82.3.5 电源设计92.3.6 湿度检测传输及a/d转换电路102.3.7 硬件电路原理图112.4器件的选择及说明122.4.1 at89c51单片机简介122.4.2 湿度传感器hm1500142.4.3 a/d转换芯片tlc154915第3章 软件系统设

9、计173.1 主程序173.2 系统各程序模块183.2.1 湿度测量采集子程序流程图183.2.2 键盘处理子程序流程图193.2.3 超湿报警子程序流程图203.3系统抗干扰技术213.3.1软件陷阱213.3.2“看门狗”技术22结论23参考文献24致谢25附录1 程序26附录2 中英文对照33iv佳木斯大学信息电子技术学院第1章 绪论本章首先介绍了湿度这个物理量的基本知识，接下来介绍了湿度检测技术的应用领域，常见的湿度测量方法以及特点。同时，对湿度传感器的目前的发展状况以及湿度检测技术的发展趋势进行了简单的分析。最后，简单概括了本文所要做的工作内容。1.1湿度的基本概念湿度是表示空气中

10、水蒸气的含量的物理量1，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。所谓绝对湿度就是单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度。绝对湿度一般用一立方米空气中所含水蒸气的克数表示，即为hamv/v，式中，ha表示绝对湿度值，mv 为待测空气中水蒸气质量，v 为待测空气的总体积。单位为g/。相对湿度是表示空气中实际所含水蒸气的分压()和同温度下饱和水蒸气的分压()的百分比，即ht(/)t100rh。通常，用rh表示相对湿度。当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气体中的水蒸气压即使相同，其相对湿度也发生变化。日常生活中所说的空气湿度，实际上就是指相对湿度而言。温度高的气体，含水蒸气越多

11、。若将其气体冷却，即使其中所含水蒸气量不变，相对湿度将逐渐增加，增到某一个温度时，相对湿度达100，呈饱和状态，再冷却时，蒸气的一部分凝聚生成露，把这个温度称为露点温度。1.2 湿度检测的应用领域人工气候室是在环境试验、科学研究（诸如种养殖、植保、组培、生物工程）等领域应用广泛的实验设备1。它能模拟自然界的各种气象条件，按照实验要求精确控制室内的温度、湿度、光照以及co2等指标，复现各种气候环境。为研究不同物种的生长、发育、生理、生化过程创造了环境条件。因此，人工气候室广泛应用在科研、现代农业、医药、冶金、化工、林业、环境科学及生物遗传工程等领域。在人们的日常生活中，人们的居住空间也是一个人工

12、环境。空气污染，直接威胁人们的身体健康；噪音污染，影响人的情绪、工作、休息、饮食，可以导致神经衰弱；温度过热、过冷，导致人的不适，耗费电能；空气过湿，将使人们感到沉闷和窒息；空气过燥，又会使人的口腔感到不适，甚至可能发生咽喉炎等疾病。如果自动控制这个最常见的空间，人的生活将更舒适。所以说，这是一个很有发展前途的课题，国内外学者已经进行了相关的研究2。本文也就其中最难测量的物理量湿度进行研究。1.3 常见的湿度检测方法及特点湿度测量从原理上划分有二、三十种之多。但湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。一个看似简单的量值，深究起来，涉及相当复杂的物理化学理论分析和计算3。常见的湿度测量方法有

13、：动态法（双压法、双温法、分流法），静态法（饱和盐法、硫酸法），露点法，干湿球法和电子式传感器法。（1） 双压法、双温法是基于热力学p、v、t平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精密，主要作为标准计量之用，其测量精度可达到2%rh以上，但是设备复杂，昂贵，运作费时费工。（2） 静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡68小时。（3）露点法是测量

14、湿空气达到饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达0.2甚至更高。但用现代光电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，常和标准湿度发生器配套使用。（4）干湿球法，这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有57%rh,干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。（5）电子式湿度传感器法。电子式湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业,

15、 近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。1.4 湿度测量技术的发展趋势（1） 广泛采用新技术、新工艺 随着科技的进步，许多新技术和新工艺被应用到湿度测量领域中4。例如，瑞士sensiron公司采用cmosens（ce-mo-sens）专利技术为高精度湿度传感器系统设置精度。其特征是将半导体芯片（cmos）与传感器技术融合，为开发高集成度、智能化、高精度、高可靠性的湿度检测系统提供了解决方案。该项技术亦称“sensmitter”，它代表传感器

16、（sensor）与变送器（transmitter）的有机结合。尽管sht11/15属于传感器范畴，但具有创新性的cmosens技术使之兼有变送器的功能，便于实现系统集成。honeywell公司生产的hih3610型湿度传感器，能在高温，有化学液体或气体的环境下正常工作，例如可以测量含有氨、苯、甲醛等有害气体的鸡棚或猪舍中的相对湿度。即使在饱和状态下，传感器也很容易从短期凝结中恢复过来。hih3610芯片上有一层起保护作用的亚硝酸盐钝化层，在安装过程中不易损坏。（2） 提高测量精度和分辨力目前，国内外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能湿度传感器，sht11/15型智能化湿度传感器系统测量相对湿

17、度的范围是0100，分辨力达0.03rh，最高精度为2rh。测量露点的精度1。在测量湿度时a/d转换器的位数分别可达12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高测量速率，减小芯片的功耗。sht11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰能力强，不需要外部元件，适配各种单片机，可广泛用于医疗设备及温度湿度调节系统中。（3） 增加测试功能 新型智能湿度传感器的测试功能也在不断增强5。例如，ds1629型单线智能湿度传感器增加了实时日历时钟（rtc），使其功能更加完善。ds1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的存储器，可存储用户的短信息。另外，智能湿度传感器正从单通道向多通道的方向发展，

18、这就为研制和开发多路湿度测控系统创造了良好条件。1.5 本课题研究的主要内容和目标 研究本系统包括两方面任务：其一是对硬件系统的设计，保证系统的检测精度不小于2rh，响应时间小于5s，检测湿度范围为0100rh等。使其具有很强的实用性。其二是软件系统的设计，使其实现报警显示等功能，保证系统的正常运行。47佳木斯大学信息电子技术学院佳木斯大学本科生毕业设计第2章 湿度检测系统的功能与硬件设计 本章主要介绍了本湿度检测系统的检测方法的选择以及硬件设计两方面内容。首先从整体上初步分析了系统的设计方法。接下来，绘制了湿度检测系统的硬件框架图，根据该图进行各个模块的设计。详细分析了各个模块的功能和作用，

19、根据系统的硬件系统框架对各个部分进行设计，画出了系统硬件原理图。最后介绍所用的芯片资料，简述了芯片的内部结构和工作原理。2.1湿度检测方案的选择现代湿度测量方法最主要的有两种：一是干湿球测湿法，二是电子式湿度传感器测湿法6。下面简单介绍一下干湿球湿度计的特点。早在18世纪人类就发明了干湿球湿度计，干湿球湿度计的准确度取决于干球、湿球两支温度计本身的精度；湿度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才能达到规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只有57rh。而且，干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测

20、湿不会对传感器造成损坏。干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。接下来，简单介绍一下电子式湿度传感器的特点。电子式湿度传感器的准确度可以达到23rh。电子式湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断。湿度传感器是采用半导体技术，因此对使用的环境温度有要求，超过其规定的使用温度将对传感器造成损坏。所以电子式湿度传感器测湿方法更适合于在洁净及常温的场合使用。而电子式湿度传感器是近几十年，特别是近20年才迅速发展起来的。湿度传感器生产厂在产品出厂前都要采用标准湿度发生器来逐支标定，电子式湿度传感器的准确度可以达到23rh。通过上述两种湿度检测方法的分析，不难

21、发现：电子式传感器测湿法和干湿球测湿法相比具有精度高、操作简单、易于控制等特点。另外，前者可外加单片机等控制器来构成一个智能检测系统，而后者不能直观准确的显示出湿度值，造成使用上的不方便。因而本文采用电子式传感器测湿法进行系统设计。2.2 设计方案的确定可以从以下几个方面来确定湿度检测仪的设计方案。2.2.1 处理器 采用atmel的at89c51微处理器，是基于以下几个因素：（1）89c51为51内核，仿真调试软硬件资源丰富；（2）性价比高，货源充足；（3）dip封装，体积小，便于产品小型化；（4）为程序存储介质，1000次以上擦/写周期，便于程序调试；（5）具有两种节能模式：闲置模式和掉电

22、模式，便于进行低功耗设计；（6）工作电压范围宽：2.76v，便于交直流供电。2.2.2 显示电路就显示而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。对于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对比较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行接口，对微处理器的接口要求较高，占用资源多。另外ar89c51本身无专门的液晶驱动接口，因此，本系统采用数码管显示方式。数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、价格便宜等特点，而且市场上也有专门的显示组合数码管。2.2.3 键盘电路键盘是一组开关的集合，是最常用的输入设备之一，智能仪器在面板上均

23、使用键盘输入取代各种传统的开关旋钮，因为键盘控制有简单可靠、经济、易于修改便于远程监控等特点。在设计中为了精简系统，本系统只用了一个键，其作用主要就是用来清屏和刷新数据。2.3 湿度检测仪的主电路设计湿度检测仪的主电路包括：（1）系统时钟电路；（2）系统复位电路；（3）按键电路；（4）显示电路；（5）电源控制电路；（6）湿度检测传输及a/d转换电路六部分组成。其硬件系统框图如图2-1所示。图2-1 系统硬件框图2.3.1 系统时钟电路设计系统时钟电路的设计如图2-2所示。对于时间精度要求不是很高的系统，只要按图2.2进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行，但是由于图中的c11、c12电容起着系统

24、时钟频率调和稳定的作用，因此，在本系统的实际应用一定要注意选择参数为30pf，并保证电路具有良好的对称性。同时，要保证其温度系数要尽可能的低。实验证明，这两个电容元件对系统的检测误差有较大的关系。 图2-2 系统时钟电路2.3.2系统复位电路的设计智能系统一般应有手动和上电复位电路。复位电路的实现通常有两种实现方式：即用rc电路和p监控电路。前者电路实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低；后者成本比较高，但复位可靠性高。对于复位要求高,并对电源电压进行监视的场合，大多采用这种方式。（1）p监控电路专用p监控电路又称电源监视电路，具有上电时可产生复位信号和电源电压跌落到“门槛值”时可产生复位信号

25、等功能。按有效电平分，有高电平输出、低电平输出两种；按功能分，有简单的电源监视复位电路、带“看门狗”定时器（watch dog timer,wat）的监控电路等多种类型。比较常见的生产厂家有 maxim,plilips,imp及dalls等，51系列微处理器中常用的型号有max831l、max809、x25043/5等。（2） rc复位电路本系统采用的是rc复位方式。rc复位电路的实质是一阶充放电电路。该电路提供有效的复位信号rst（高电平）直至系统电源稳定后撤消复位信号（低电平）。从理论上说，51系列单片机复位引脚只要外加两个机器周期的有效信号即可复位，设t为保持高电平的时间，只要保证t=r

26、c2 m(m为机器周期)便可。但是在实际设计中，通常c1取值为10f以上，r1通常取值10k左右。实践发现，r1如果取值太小，例如1k，则会导致 rst信号驱动能力变差而无法使系统可靠复位。另外，实验证明，图2-3中的虚线所接的续流二极管d1对于改善复位性能，起了重要的作用。它的作用是在电源电压瞬间下降时，电容迅速放电，因此一定宽度的电源毛刺也可使系统可靠复位。 图2-3 rc复位电路2.3.3 按键与按钮电路的设计按键与按钮电路的设计见系统原理图中s1。按键与按钮电路设计中关键要考虑的就是按键去抖动问题（简称“去抖”）。一般有硬件去抖和软件去抖两种方式。过去硬件去抖电路通常采用分立元件或触发

27、器实现，目前时常上已有硬件去抖专用接口芯片，例如：maxim公司mas68151818，均为单电源供电，电压为2.75.5v，分别为单输入、双输入等形式，输出端具有欠压锁定功能。这里考虑到系统的硬件简化和成本，没有采用硬件去抖，而采用软件去抖。2.3.4 系统的显示电路设计发光二极管led（light emitting doide）是智能化测量仪器中简单而常用的输出设备，通常用来指示机器的状态或其他信息。它的优点是价格低、寿命长，对电压电流的要求低及容易实现多路显示等，因此在智能测量仪中获得了广泛的应用7。led是近似于恒压的元件，导电时（发光）的正向压降一般约为1.6v或2.4v左右，反向击

28、穿电压一般大于等于5v。工作电流通常在1020ma左右，故电路中需串联适当的限流电阻。发光强度基本上与正向电流成正比。发光频率和颜色取决于制造的材料，一般常用红色，偶尔也用绿色或黄色。多个led可接成共阳极或共阴极形式，通过驱动器接到系统的并行输出口上，由cpu输出适当的代码来点亮或熄灭相应的led。发光二极管显示器驱动（点亮）方法有两种。一种是静态驱动法，即给欲点亮的led通以恒定的电流。这种驱动方法需要有寄存器、译码器、驱动电路等逻辑部件。当需要显示的位数增加时，所需的逻辑部件以及连接线也相应增加，成本也增加。另一种是动态驱动法，这种方法是给欲点亮的led通以脉冲电流，此时led的亮度是通

29、断的平均亮度。为保证亮度，通过led的脉冲电流应数倍于其额定电流值。利用动态驱动法可以减少系统需要的逻辑部件和连线，智能化测量控制仪通常采用动态驱动法。本文正是采用动态驱动法来实现显示电路的设计。本系统显示采用共阳极数码管，其目的是为了简化显示电路的设计和实现亮度可调的要求。四位数码管显示电路如图2.4所示。从图中可知，该显示电路采用了与一般的电阻限流方式不同的实现方式，由此减少了48=32个限流电阻，简化了硬件系统。每笔画段二极管正常发光时的电流一般为10ma左右（当然，电流大小取决于选用数码管是普亮、高亮还是超高亮类型的不同），其两端压降约为2.0v，也就是说只要数码管的公共端加上+2.0

30、v以上的电压，即可满足每笔画段发光二极管的发光要求，而且适当调节此电压值即可改变发光二极管的电流，从而达到可调节亮度的目的。此电压采用三端可调稳压电路lm317来实现。为了节省cpu的端口数，显示电路采用了串行通信口的串行显示接口方式，利用串口0工作方式， 在发送txd端口（p3.1）的时钟信号的作用下，通过接收rxd端口（p3.0）将显示段码串行数据送入8位并行输出移位寄存器74ls164，控制响应的数码管。端口p3.2的作用是通过lm317控制数码管显示的开启与关闭，当p3.2为低电平时，q1关断，lm317的输出电压低于1.5v，不足以发光，避免了在显示数据刷新时显示的抖动现象。2.3.

31、5 电源设计电源电路是给电子设备提供必要的电源能力的电路，就输入和输出而言，在集成电路中的主要采用的是交流220v，50hz的市电转换为直流电。该部分电路由降压、整流、滤波、稳压四部分组成。如图 2-5所示。应当说明的是，尽管有很多型号的7805三端稳压集成芯片，其标称最大输出电流均为1.5a，但是在实际应用中，该最大输出电流值往往取决于两个方面：（1）足够的散热面积；（2）不同的生产厂家。图2-4 位共阳数码管显示电路按照许多开发者的经验，st公司的7805三端稳压块能接近标准称值。在设计中，必须保证7805的输入电压和输出电压的压差大于2.5v。否则会失去稳压能力。同时考虑到功耗，增加芯片

32、的温升，不利于安全。因此，选用9v2.3.6 湿度检测传输及a/d转换电路集成湿度传感器hm1500的输出电压在14v之间随湿度呈线性变化，设计的湿度信号采集电路如图2.6所示，该电路测湿范围为0%100%rh。由于该电路中没有出现负压，电路主体采用差分式减法电路，精密电阻2.4k，2k，用这四个电阻可调节增益。通过hm1500传感器测量所得到的湿度电压信号从in输入。差分的第一端输入vs。由此可得到输出电压的计算公式： （2.1）图2-5 电源控制电路若输入电压在14v之间变化，测输出电压就相应在02.5v之间，调节可以消除不同的湿度传感器零点误差。图2-6为系统的湿度传送和a/d转换电路图

33、。a/d转换芯片tlc1549与单片机采用串行通信方式，它通过一个三态输出端（dataout）和2个输入端（包括i/oclock（i/o时钟）和（片选）与at89c51的p1.0p1.2接口相连，这样不仅简化系统的设计，减少了电路板的占用面积，而且提高了可靠性，同时分辨率也较高。2.3.7 硬件电路原理图根据硬件框图，对各个模块进行了设计和分析，最后完成了整个系统硬件电路原理图。系统的硬件电路原理图如2-7所示。2.4 器件的选择及说明2.4.1 at89c51单片机简介单片机是singlechipmicrocomputer的直译8，它反映了早期单片机的形态和本质。图2-6 湿度传送和a/d转

34、换电路 按照面向对象要求不同，为突出其控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突破了传统意义上的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器mcu（microcontrollerunit）。鉴于它完全作嵌入应用，故又称为嵌入式微控制器(embeddedmicrocontrolle)。大多数单片机采用哈佛（harvard）结构体系，即数据存储空间与程序存储空间相互独立的结构体系。它不同于一般通用计算机系统结构，即程序和数据共用一个空间的冯.诺伊曼(vonneumann)结构。at89c51其引脚图和内部结构图如图2-8、2-9所示。图2-7 湿度

35、检测系统硬件电路原理图图2-8 at89c51引脚图at89c51单片机湿度测控仪采用atmel公司的at89c51单片机，采用双列直插封装（dip），共有40个引脚。该单片机采用atmel公司的高密度非易失性存储技术制造，与美国intel公司生产的mcs51系列单片机的指令和引脚设置兼容。其主要特征如下： （1）8位cpu （2）内置4k字节可重复编程flash，可重复擦写1000次（3）完全定态操作：0hz24hz，可输出时钟信号（4）256b的片内数据存储器（5）32根可编程i/o线（6）2个16位定时/计数器（7）中断系统有6个中断源，可编为两个优先级（8）一个全双工uart（通用异步

36、接收发送器）i/o口（9）具有两种节能模式：闲置模式和掉电模式图2.9 at89c51内部结构图值得注意的是，p0、p1、p2、p3口作为普通i/o口使用时都是准双向口结构，其输入操作和输出操作本质不同，输入操作是读引脚状态，输出是对锁存器的写入操作。当内部总线给口锁存器置0或1时，锁存器中的0、1状态立即反映到引脚上。但在输入操作时，如果锁存器状态为0引脚被钳位0状态，导致无法读出引脚的高电平输入。因此，准双向口作为输入口时，应先使锁存器置1（称之为置输入方式）。然后，再读引脚，例如：要将p1口的状态读入到累加器a中，应执行以下两条指令：movp1，#0ffh；p1口置入方式mova，p1；

37、读p1口引脚状态到a另外，i/o口端口具有自动识别功能，保证了无论是p1口（低8位地址）和p2口（高8位地址）的总线复用，还是p3口的功能复用，其内部资源自动选择而不需要用指令进行状态选择。近年来，随着计算机技术的发展，单片机的功能越来越强大。由于单片机的寿命长、速度快、低功耗、低噪声、可靠性高的特点及16位、32位单片机的出现，在工业领域仍具有很大的发展潜力。2.4.2 湿度传感器hm1500线性电压式继承湿度传感器hm1500，该传感器采用获得专利的湿敏电容hs1101设计制造。由于它是线性的电压输出湿度检测模块，依次能直接与为控制器相接。其主要特点是尺寸小，浸水无影响，互换性好，可靠性高

38、，漂移小。在5v直流供电时，在0100%rh湿度范围内典型输出14v直流电，而且具有极低的温度依赖性，比例输出电源电压，适合37v供电。能够在长时间处于饱和状态后快速脱湿，专利固态聚合物结构，对化学品的高抵抗性，响应时间短。其最大额定参数参考表2-1所示。表2-1 hm1500最大额定参数表参数符号参数值单位存储温度tstg-3070供电电压（峰值）vs7vdc湿度工作范围rh0100%rh温度工作范围ta-3060hm1500特别适用使用于1098%rh环境的精确测量，超过上述范围将不会对hm1500稳定性造成影响。图2-10为hm 1500模拟线形电压输出与相对湿度的关系图,如图 2-10

39、所示。图3-10 hm1500模拟线形电压输出（vs=5v）hm1500模拟线形电压输出值，如表2-2所示。表2-2 hm1500模拟线形电压输出与湿度值的对应关系rh(%)vout(mv)rh(%)out(mv)101325552480151465606052016006527302517357028603018607529903519908031254021108532604522359034055023609535552.4.3 a/d转换芯片tlc1549本系统采用了以10位开关电容逐次逼近a/d转换器为基础而构造的cmos a/d转换器tlc1549,它具有片内采样-保持电路，还具有

40、差分高阻抗基准电压输入、抗干扰、可按比例量程校准转换范围和总不可调整误差达到1lsb max（4.8mv）等特点。它通过一个三态输出端（dataout）和2个输入端（包括i/oclock）和（片选）与at89c51的p1.0p1.2接口相连，这样不仅简化系统的设计，减少电路板的占用面积，而且提高了可靠性，分辨率也较高。接下来简单介绍一下tlc1549原理。如图2-11所示为tlc1549引脚图。 图2-11 tlc1549引脚图下面对各个管脚进行简单说明。（1）ref+：正参考电压端输入端，参考电压的正端（通常是vcc）被加到ref+。最大的模拟输入电压范围由ref+和ref-之间的电压差来决

41、定。（2）ref-：负参考电压端输入端，参考电压的低端（通常为gnd）被加到ref-。（3）：tlc1549的片选信号输入端，引脚上由高到低的电平跳变将复位tlc1549内部的计数器，并使能data out 和clock；引脚由低到高的跳变将在一段设定的时间内禁止data out 和clock信号。（4）analog in：模拟信号输入端。（5）data out：数字信号输出端。其工作原理为：在无效的情况下，i/o clock 最初禁止且data out 处于高阻状态，当串行口把拉至有效时，转换时序允许i/oclock 序列提供给i/o clock 并从data out 接收前转换结果。i/o

42、 clock 从主机串行口接受长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个i/o 时钟提供采样模拟输入的控制时序。在的下降沿，前次转换出现10个时钟长度，那么在10个时钟的下降沿，内部逻辑把 data out 拉至低电平，以确保其余位的值为0。在正常的转换周期内，规定时间内端高电平至低电平的跳变可终止改周期，器件返回初始状态位。（输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果）。由于可能破坏数据，所以在接近转换完成时要防止被拉至低电平。如图2-12所示。图2-12 tcl1549时序控制图第3章 软件系统设计系统程序共分五个模块，即主程序模块、数据采集服务程序模块、键盘管理服务程序模块、数据显示程

43、序模块、数据处理程序模块。每个模块都有一定的功能，其中的模块还含有一些子模块，既相互独立又相互联系，低级模块可以被高级模块调用。最后介绍了系统抗干扰技术。3.1 主程序本系统的智能化核心是at89c51，其监控程序和应用软件全部固化在eprom内。它的工作过程是：当系统上电后，单片机进入监控状态，同时完成对各端口的初始化工作，当有键按下时，产生申请中断，进入响应的中断程序，完成键盘处理工作。当没有外部控制信息输入的情况下，系统自动采集湿度传感器的电压值，最终数据在led显示屏上显示。其主程序流程图如图4-1所示。图3-1中系统功能智能化的主程序包括初始化程序、自检程序等。中断服务程序包括键盘扫

44、描、查表、显示等。系统软件主要完成以下功能：（1）湿度传感器测量数量数据的采集（2）bcd码和二进制码的相互转换（3）超湿报警（4）湿度值的led显示3.2 系统各程序模块本系统的程序模块主要有：湿度测量采集子程序、键盘处理子程序和超湿报警子程序。3.2.1 湿度测量采集子程序流程图湿度测量采集子程序流程如图3-2所示。对所有的数据都采用先集中采集后分别处理的方法来完成。数据采集子程序的功能是把湿度传感器输入的模拟量转化为数字量，存储在实测值存储单元中去。图3-1 主程序流程图为了减少误差，确保测量的正确性，测量四次，去掉一个最高值和一个最低值，如果中间两个数相差不大于10，则中间两个数的平均

45、值就是测量的最终数据。图3-2 湿度测量程序流程图3.2.2 键盘处理子程序流程图由于按键所用开关为机械弹性开关，利用了机械触点的合、断作用。由于机械触点的的弹性作用，一个按键开关在闭合和断开的瞬间均有一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为510ms，这是一个很重要的参数。抖动过程引起电平信号的波动，有可能令cpu误解为多次按键操作，从而引起误处理。为了确保cpu对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。本系统中只用到了一个按键s1键，这个键和单片机p2.0口连接。按键扫描程序流程如图 3-3所示。利用延迟去抖的方法，先取一次端口数据，延时一段时间，一般延时几十毫秒即

46、可，再取一次端口数据，如果二者相同，说明取到了正确的键值。3-3 键盘处理子程序流程图3.2.3 超湿报警子程序流程图该程序模块的功能是：对湿度参量所采集到的四个数据进行滤波，将滤波后的数据转换成十进制供数码管显示，若湿度值大于70%rh或者小于45%rh，则进行报警提示。其程序流程图如图3-5所示。3.3系统抗干扰技术常见的软件抗干扰技术有:软件陷阱和“看门狗”技术8。系统常见的出错现象:死机、被控对象误操作和定时不准等,它们主要由于内部程序指针错乱使程序进入“死循环”和ram资料被冲乱或改变导致的。图3-5 报警程序流程图。当系统仪器中的微处理器受到干扰时，常常遇到的是pc指针因干扰跳到不

47、能预料的地址时，或将数据解释为命令,或将命令解释成数据,使数据混乱。在系统中,如果出现这种情况，会导致系统运行不稳定。防止这种情况发生的软件处理方法有以下几种。3.3.1软件陷阱微处理在受到干扰后会产生很复杂的情况，干扰信号会使程序脱离正常运行轨道，为了使程序恢复正常的运行状态，可以设计软件陷阱。所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对出错程序进行处理的程序。以本系统为例，如果设这段程序的入口标号为err，软件陷阱即为一条ljmp err指令。为加强其捕捉效果，一般还在它前面加上两条nop指令。因此真正的软件陷阱由三条指令构成：nop nop lj

48、mp err 。软件陷阱安排在下列四种地方。（1）未使用的中断向量区。当干扰使未使用的中断开放，并激活这些中断时，就会进一步引起混乱。如果在这些地方布上陷阱，就能及时捕捉到错误中断。（2）未使用的大片rom空间。目前使用的程序存储器一般容量都比较大，很少有将其全部用完的情况。对于剩余的大片未编程的rom 空间，一般均能维持原状。程序弹飞到这一区域后将依次运行，不再跳跃（除非受到新的干扰）。这时只要每隔一段设置一个陷阱，就一定能捕捉到弹飞的程序。（3）表格。有两类表格，一类是数据表格，供movc a，a+pc指令或movc a，a+dptr指令使用，其内容为不完全指令。另一类就是跳转表格，供jm

49、p a+dptr指令使用，其内容为一系列的三字节指令ljmp或两字节指令ajmp。由于表格内容和检索值有一一对应关系，在表格中间安排陷阱将会破坏其连续性和对应关系，只能在表格的最后安排五字节陷阱（nop nop ljmp err）。由于表格一般较长，安排在最后的陷阱不能保证一定捕捉住弹飞的程序，有可能在中途再次飞走，这时只好指望别处的陷阱或冗余指令来制服它了。（4）程序区。程序区是由一串串执行指令构成的，不能在这些指令串中间任意安排陷阱，否则影响正常执行程序。但是，在这些指令串之间常有一些断裂点，正常执行的程序到此便正常跳变。如果还要顺次往下执行，必然就出错了。当然，弹飞的程序刚好落在断裂点的

50、操作数上或落到前面指令的操作数上，则程序就会越过断裂点，继续往前执行。若在这种地方安排陷阱，就能有效地捕捉到它，而又不影响正常执行的程序流程。由于软件陷阱都安排在正常程序执行不到的地方，故不影响程序执行效率。在当前eprom容量不成问题的条件下，一般多设置陷阱有益。3.3.2“看门狗”技术当程序飞到一个临时构成的死循环中，pc指针落在全地址（在eprom芯片范围之外）时，系统完全瘫痪。如果操作者在场，就可以按下人工复位按钮，强制系统复位。但操作者不可能一直监视着系统，即使监视着系统，往往在发现不良后果之后才进行人工复位。“看门狗”可以代替人自动复位，能使cpu从死循环和弹飞状态中进入正常的程序

51、流程。“看门狗”独立于cpu的硬件，cup在一个固定的时间间隔和“看门狗”打一次交道，表明系统工作正常。如果程序时常，系统陷入死循环中，“看门狗”得不到来自cpu的信息，就向cpu发出复位信号，使系统复位。现在许多单片机芯片中已有“看门狗”电路，使用非常方便。结论在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。对环境湿度的检测以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。本系统采用了高精度的电容式相对湿度传感器hm1500，在系统稳定运行时，湿度测量范围为0100%rh，而且响应时间小于5秒。所选用的a/d转换芯片tlc1549，它采用串行

52、通信方式，简化了系统设计，减少了电路板的面积。同时，充分利用了at89c51单片机自身的软硬件资源，具有智能化、可编程、小型便携等优点。因此只要选用不同的湿度传感器，并修改相应的软件控制程序，本检测系统就可应用在环境保护、工业控制、农业生产等方面，可见其具有非常广泛的应用前景。由于该系统主要是湿度的检测没有涉及到湿度的控制设计，所以在控制方面有待进一步研究。同时，可以在外围扩展温度检测芯片，使其具有温、湿度检测功能。而且，外加去湿机、空调等设备，可实现对温湿度检测控制的功能。同时，可以扩展时钟控制芯片，修改完善程序，使其具有时间显示、定时报警等多项功能。因此，本系统具有很好的扩展性。由于时间仓

53、促和本人水平有限，在设计过程中，难免在设计上存在一定的缺陷，请各位老师多多指正。参考文献1何利民. 单片机应用技术选编m.北京：北京航空航天大学出版社，2002：21-25. 2李军. 51系列单片机高级实例开发指南m.北京：北京航空航天大学出版社, 2001:98-100.3 金伟正.温湿度检测控制系统的研制j.西安:电子与自动化, 2000(2):120-125.4李朝青. 单片机原理及接口技术m.北京:北京航空航天大学出版社, 1998:65-70.5童诗白,华成英. 模拟电子技术m.北京:高等教育出版社,1996:54-59.6李道华，李玲，朱艳. 传感器电路分析与设计m.武汉:武汉大

54、学出版社, 1999:69-73.7刘和平. 单片机原理及应用m.重庆:重庆大学出版社,1999:98-105.8方彦军、孙健. 智能仪器技术及其应用m.西安:化学工业出版社,2006:98-105.9 沈红卫. 基于单片机的智能系统设计与实现m.成都:电子工业出版社,1997:84-96.10 黄德胜、吴星明、刘敏. 基于dsp的数字化温湿度智能控制器设计j. 微计算机信息,2003(5):18-2611 李刚.51系列单片机系统设计与应用技巧北京：北京航空航天大学出版社.200412 杨景常.精密计量环境温度、相对湿度监测记录仪的研制j.沈阳：仪表技术与传感器.200313 何立民.单片机

55、中级教程原理与应用.北京:北京航空航天大学出版社,199014 沙占友.单片机外围电路设计北京：电子工业出版社，200315 刘君华.现代检测技术与测试系统设计m。西安：西安交通大学出版社，200016 余永权。mcs-51系列单片机应用技术.北京：北京航空航天出版社，200217 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2002致谢本文是在我的导师史庆军师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，他都始终给予我细心的指导。在完成论文的过程中，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以