摘要:溫濕度是影響硝基軟片生產(chǎn)和厚度檢測的重要因素。采用AT89S52單片機(jī)為控制中心,由STHl0溫濕度傳感器及1602字符型液晶模塊構(gòu)成硝基軟片生產(chǎn)在線實時溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)對硝基軟片生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度精確測量與控制。實踐證明,該系統(tǒng)電路簡單、工作穩(wěn)定、集成度高,調(diào)試方便,測試精度高,保證硝基軟片生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量與合格率,具有一定的實用價值。
關(guān)鍵詞:單片機(jī);溫濕度;SHTl0;自動檢測;傳感器
0 引言
在日常生活中溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用很廣泛,例如:糧庫、機(jī)房、檔案館、特殊材料加工工場等場所,都必須嚴(yán)格控制環(huán)境的溫度及相對濕度,使其保持在一定的范圍內(nèi)。硝基軟片生產(chǎn)線對于溫濕度有著特殊的要求,需要裝有溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng),由用戶根據(jù)環(huán)境要求設(shè)定系統(tǒng)的溫濕度閾值;系統(tǒng)實時地測量顯示環(huán)境的溫濕度值,實現(xiàn)溫濕度自動控制,使其在較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的測試精度,同時還可以根據(jù)用戶設(shè)定報警閾值報警,一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫濕度超限,立即報警。為此,我們設(shè)計了一款測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單使用、工作穩(wěn)定可靠的基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)控與自動控制升降系統(tǒng),并受到了硝基軟片生產(chǎn)客戶的好評。
1 設(shè)計方案
溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)滿足以下要求:
1)按照國家計算機(jī)房B級標(biāo)準(zhǔn),溫度18~28℃,相對濕度40%~70%;
2)用戶可以設(shè)置系統(tǒng)溫濕度報警值;
3)USB口供電,提供溫濕度調(diào)節(jié)控制信號,實現(xiàn)自動控制;
4)檢測得到的數(shù)據(jù)可以通過顯示模塊顯示。
硬件設(shè)計不僅要滿足系統(tǒng)需求,還要滿足功能和外形尺寸要求。
根據(jù)設(shè)計要求確定了系統(tǒng)的總體方案,整個系統(tǒng)由單片機(jī)、溫濕度傳感器、顯示模塊、報警器、溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及鍵盤等6部分組成。系統(tǒng)功能原理圖如圖1所示。用戶預(yù)先輸入溫濕度報警值到程序中,該值作為系統(tǒng)閾值。溫濕度傳感器監(jiān)測值傳輸給單片機(jī),當(dāng)單片機(jī)比較監(jiān)測到的數(shù)值超出所設(shè)定閾值時,驅(qū)動蜂鳴器報警,并為溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供控制信號,實現(xiàn)自動控制。溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加濕模塊、除濕模塊、加溫模塊和制冷模塊。
2 硬件設(shè)計
單片機(jī)是整個系統(tǒng)的控制中樞,它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作,從而完成特定的功能。硬件實現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計,每一模塊只實現(xiàn)一個特定功能,最后再將各個模塊搭接在一起。這種設(shè)計方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示。本系統(tǒng)主要硬件設(shè)計包括電源電路、蜂鳴器電路、晶振電路、復(fù)位電路、LCD顯示電路以及溫濕度傳感器電路。
控制電路的核心器件是由美國Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī),屬于MCS-51系列。AT89S52是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器,具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器,采用的工藝是Atmel公司的高密度非易失存儲器技術(shù);片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器;在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案;價格低廉、性能可靠、抗干擾能力強。因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和嵌入式系統(tǒng)中。
系統(tǒng)的蜂鳴器電路、振落電路、復(fù)位電路如圖3、圖4、圖5所示。蜂鳴器額定電流IB≤30mA,而對于AT89S52單片機(jī),P1口的灌電流為1.6mA,拉電流為60μA,由此可見,僅靠單片機(jī)的P1口電流是不能驅(qū)動蜂鳴器的,必須使用集晶體管放大電路,為了使單片機(jī)消耗的功率更小,所以使用PNP型晶體管9012。AT89S52采用的晶振電路采用11.0592MHz的無源晶振,微調(diào)電容大小取30pF。顯示模塊選用1602字符型液晶模塊,是目前工控系統(tǒng)中使用最為廣泛的液晶屏之一,電路圖如圖6所示。1602字符型液晶模塊是點陣型液晶,驅(qū)動方便,經(jīng)編碼后顯示內(nèi)容多樣化。系統(tǒng)的輸入模塊采用中斷掃描的4×4矩陣鍵盤,相比定時掃描方式,提高了MCU的使用效率。
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本系統(tǒng)共設(shè)計了6個小模塊,其中除了電源電路之外都和單片機(jī)有直接聯(lián)系,具體的管腳定義如表1所示。
3 軟件設(shè)計 系統(tǒng)單片機(jī)代碼采用C語言編寫,以Keil uVision2為開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能: 1)通過LCD顯示溫濕度值; 2)比較監(jiān)測到的溫濕度值和報警設(shè)置值,發(fā)現(xiàn)超限則蜂鳴器報警提示; 3)根據(jù)相應(yīng)的溫濕度值控制溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行。 根據(jù)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)功能,系統(tǒng)軟件流程圖如圖8所示。 溫濕度傳感器SHTll完成一次測量的工作順序一般為:設(shè)置傳感器分辨率→發(fā)送“啟動傳輸”命令→發(fā)送測量命令→讀輸出的測量值→將輸出測量值轉(zhuǎn)換為物理量。SHTlO數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖9所示:
為了提高系統(tǒng)相對溫度的測量精度,采用補償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù),使用公式(1)修正輸出數(shù)值: 式中:SORH表示傳感器的相對濕度輸出數(shù)值(大約范圍在90~3400),c1、c2、c3為濕度轉(zhuǎn)換系數(shù),具體數(shù)值見表2。濕度傳感器對電壓基本上沒有依賴性。
對于溫度的測量,由采用正比于絕對溫度的能隙材料PTAT研發(fā)的溫度傳感器,具有極好的線性,用公式(2)將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為溫度值:
實現(xiàn)溫濕度補償函數(shù)部分程序:
4 結(jié)束語 本文設(shè)計的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)與我們研制的硝基軟片厚度檢測系統(tǒng)相連,經(jīng)過客戶測試使用,在正常溫度范圍內(nèi),系統(tǒng)讀取的數(shù)值與水銀溫度計的讀數(shù)一致,滿足溫度測試誤差±0.1℃、相對濕度測試誤差±3%的要求。在生產(chǎn)溫濕度超過一定值時,系統(tǒng)讀數(shù)顯示正確,報警指示燈點亮,實現(xiàn)溫濕度監(jiān)控與自動控制升降。實踐證明,該系統(tǒng)電路簡單、工作穩(wěn)定、集成度高,調(diào)試方便,測試精度高,保證硝基軟片生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量與合格率,具有一定的實用價值。
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