基于C8051F341温控器的设计

1、基于C8051F341粮仓温湿度测控器的设计1、概述本方案设计提出的粮仓温湿度测控系统采用C8051F341全速USB FLASH微控制器为核心处理器，配置温湿度传感器等信号采集部件，针对粮仓温湿度控制的基本特点，实现了远程数据采集与测控指令参数的设置，具有界面友好、控制灵活、硬件系统集成度高等特点。本方案解决了传统温、湿度测试器材及人工去湿、降温的诸多弊端。并可实现多点温、湿度参数的测量与控制。2、系统功能2.1 总体功能本设计以粮仓室内外温、湿度测控电路为核心，以上位PC机为系统人机接口，测控电路与上位PC机通过串行通信方式实现数据交互。测控电路通过数据采集装置定时采集粮仓温湿度数据，并根

2、据控制参数做出控制决策，驱动设备运行（自动启动或关闭空调设备或风机系统），并随时准备接受上位PC机的指令，当收到询问时，将粮仓的各项数据编码通过通信方式传输到上位PC机。上位PC机可根据用户要求定时向测控电路查询粮仓温、湿度数值和设备运行状态。并可对从机进行参数设置（包括：空调起、停参数；加湿机起、停参数；温、湿度报警门限等）及控制（强制打开空调风机与加湿机），从机也可以独立工作。上位PC机通过串口电路接收到数据后，进行数据处理，在监控界面上显示当前的状态信息，并将此信息实时地存储到数据库中，为用户维护和管理准备数据。也可以将一段时期的数据信息汇集成报表，还可以讲一段时间的数据绘制成图形、曲线

3、，实现对数据的分析与管理。2.2C8051F341全速USB FLASH微控制器C8051F341全速USB FLASH微控制器是一款外设丰富的单片机，对于温湿度控制方面的应用，可利用其16位或8位脉宽调制功能（PWM）生成传感器所需的测量信号，使用自带的10位ADC采集传感器生成的电信号，再对采集的信号进行分析计算，得出实时的温湿度数据。可使用该单片机集成的USB2.0控制器方便的把采集的温湿度数据进行保存，方便用户查询以往的温湿度数据。也可使用其集成的UART控制器做MAX485通讯接口，很方便的把多台温湿度控制器组成485总线，把采集的温湿度数据上传。 主要特性C8051F341器件是完

4、全集成的混合信号片上系统型 MCU 。其主要特性如下：高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核（可达48MIPS）。全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）。通用串行总线（USB）功能控制器，有8个灵活的端点管道，集成收发器和1K FIFORAM。电源稳压器。真正10位200 ksps的单端/差分ADC，带模拟多路器。片内电压基准和和温度传感器。片内电压比较器（两个）。精确校准的 12MHz 内部振荡器和 4 倍时钟乘法器。多达 64KB 的片内 FLASH 存储器。多达 4352 字节片内 RAM （ 256+4KB ）。硬件实现的SMBus/ I2 C、增强型UART（最多两个）和增强型

5、 SPI串行接口。4个通用的16位定时器。具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA）。片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器。多达40个端口I/O（容许5V输入）。2.2.2原理框图2.3温度传感器 10K3950（NTC）本方案选用10K3950（NTC）型温度传感器，该传感器温度测量范围宽（-40至200以上），精度高（正负0.5）。可把温度的变化转化成电阻的变化，在本方案中，把电阻的变化变成0V到5V的直流电压变化，使用C8051F341集成的10位AD采集10K3950上电压，计算出对应的电阻，单片机经过软件编程查表法，即可得出实时温度。2.4湿度

6、传感器 HR202本方案选用HR202型湿度传感器，该传感器性能稳定，精度小于正负5%RH。适合粮仓等需要湿度测量的场合。本方案中，可使用C8051F341生成1KHZ不大于1V的电平信号，再使用单片机AD采样HR202上的电压，可计算出HR202的电阻，经查表法对应10K3950测出的当时温度，可得出用户需要的相对湿度。电路图如下：3、方案设计3.1 系统总体设计根据系统功能要求，本系统包括四个功能模块：1）上位PC机。完成参数设置及控制、数据存储、处理及管理功能。2）串行通信模块。应用RS-485通信方式完成测试电路与上位机的数据交换。3）测控电路模块。主要由C8051F341全速USB

7、FLASH微控制器组成主控电路，实现数据收集与控制功能，并能在主机关机的情况下独立实现所有的控制功能。4）数据采集模块。实现温、湿度实时数据采集于数据交换。系统结构框图如下：3.2本方案设计特点本方案中使用两片C8051F341，其中一片负责温湿度信号的采集测量计算，另一片负责温湿度调节控制及数据存储和通讯。虽然一片C8051F341也可完成以上的所有功能，但考虑到实际使用中传感器电缆电阻对测量精度的影响。使用单片C8051F341方案，就需要另行增加电路以消除这种精度误差。其成本不会低于双C8051F341的方案。本双C8051F341方案中，有专用的对传感器采样的单片机，之间不需电缆连接，最大限度的消除了电缆电阻对采样的误差影响。并且利用C8051F341的SPI接口可以把计算出来的同时温湿度数据以数字的方式传送。实际上就是专门使用一片C8051F341制作了一个数字式的温湿度传感器。此方案尽可能的使用单片机集成的外设，另行增加的硬件较少，减少了硬件损坏的几率，提高了装置的硬件可靠性。而且温湿度以数字方式传送，其在抗干扰方面也应比模拟方式传送要可靠。3.3 设计框图4、结论本设计基于C805