dan加濕器設(shè)計
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遼 寧 工 學(xué) 院單片機與接口技術(shù) 課程設(shè)計(論文)題目: 智能加濕器 院(系):信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級: 電氣工程034班 學(xué) 號: 030303098 學(xué)生姓名: 夏成業(yè) 指導(dǎo)教師: 巴金祥 教師職稱: 副教授 起止時間:06-06-05至06-06-18 課程設(shè)計(論文)任務(wù)及評語院(系):信息科學(xué)與工程學(xué)院 教研室:電氣學(xué) 號030303098學(xué)生姓名夏成業(yè)專業(yè)班級電氣034班課程設(shè)計(論文)題目智能加濕器課程設(shè)計(論文)任務(wù)該智能加濕器可實現(xiàn)環(huán)境濕度的自動調(diào)節(jié),設(shè)計者完成相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)計。設(shè)計任務(wù)包括:1選擇濕度傳感器2設(shè)計濕度測量通道3CPU選擇及最小系統(tǒng)設(shè)計4濕度調(diào)整電路設(shè)計5軟件流程圖及程序設(shè)計指導(dǎo)教師評語及成績成績: 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日遼 寧 工 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計 說 明 書(論 文)目 錄第1章 課程設(shè)計目的與要求11.1 課程設(shè)計目的11.2 課程設(shè)計的實驗環(huán)境11.3 課程設(shè)計的預(yù)備知識11.4 課程設(shè)計要求1第2章 課程設(shè)計內(nèi)容2第3章 課程設(shè)計的考核23.1 課程設(shè)計的考核要求23.2 課程性質(zhì)與學(xué)分2第4章 設(shè)計34.1 課程設(shè)計的考核要求34.2系統(tǒng)濕度傳感器模塊的選擇44.3濕度測量通道的設(shè)計74.4 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計104.5濕度調(diào)整電路12設(shè)計總結(jié)14參考文獻14第1章 課程設(shè)計目的與要求1.1 課程設(shè)計目的“單片機與接口技術(shù)”課程設(shè)計是在教學(xué)及實驗基礎(chǔ)上,對課程所學(xué)理論知識的深化和提高。因此,要求學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識,設(shè)計與制造出具有較復(fù)雜功能的小型單片機系統(tǒng),并在實踐的基本技能方面進行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。 能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“單片機”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法,并初步掌握小型單片機系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。 培養(yǎng)獨立思考、獨立收集資料、獨立設(shè)計規(guī)定功能的單片機系統(tǒng)的能力;培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報告的能力。1.2 課程設(shè)計的實驗環(huán)境利用windows操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件進行繪圖和編程。1.3 課程設(shè)計的預(yù)備知識熟悉單片機與接口技術(shù)課程的相關(guān)知識及電子線路CAD工具軟件。1.4 課程設(shè)計要求按課程設(shè)計指導(dǎo)書提供的課題,根據(jù)第二章給出的基本要求及參數(shù)獨立完成設(shè)計,課程設(shè)計說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容: 1、對設(shè)計課題進行簡要闡述,并說明設(shè)計任務(wù)及具體要求。 2、論述系統(tǒng)設(shè)計方案,并畫出總體電路結(jié)構(gòu)圖及功能分割圖。3、能夠較熟練地應(yīng)用電子線路CAD工具完成單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計任務(wù)。4、各功能模塊設(shè)計說明、設(shè)計實現(xiàn)過程及源程序。 5、能夠較熟練地應(yīng)用一種編輯軟件編寫程序,掌握單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計的基本方法6、課程設(shè)計報告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊規(guī)范、數(shù)據(jù)詳實。7、課程設(shè)計總結(jié)8、字數(shù)4000左右,有系統(tǒng)電氣原理圖。第2章 課程設(shè)計內(nèi)容設(shè)計技術(shù)參數(shù)1濕度傳感器1只2設(shè)計濕度測量通道3CPU選擇51兼容型,電源采用12V直流4濕度調(diào)整采用超聲波振蕩電路5軟件流程圖及程序設(shè)計工作量1選擇濕度傳感器2設(shè)計濕度測量通道3CPU選擇及最小系統(tǒng)設(shè)計4濕度調(diào)整電路設(shè)計5軟件流程圖及程序設(shè)計工作計劃第一天第二天第三天第四天第五天第二周1選擇濕度傳感器2設(shè)計濕度測量通道3CPU最小系統(tǒng)及電源設(shè)計4濕度調(diào)整電路設(shè)計5軟件流程圖及程序設(shè)計畫原理圖、打印第3章 課程設(shè)計的考核3.1 課程設(shè)計的考核要求課程設(shè)計采用五級(優(yōu)、良、中、及格、不及格)評分制。最后成績依據(jù)課程設(shè)計論文及平時成績決定,其中平時考核成績占20%。3.2 課程性質(zhì)與學(xué)分單片機與接口技術(shù)課程設(shè)計的課程性質(zhì):考查學(xué)分:2第4章 設(shè)計4.1系統(tǒng)框圖的設(shè)計本次設(shè)計的智能加濕器是能夠自動調(diào)節(jié)濕度的設(shè)備,它由檢測端的傳感器將濕度信號轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)放大輸送給控制單元,由控制單元來控制執(zhí)行部件,是能對環(huán)境濕度進行自動調(diào)節(jié)控制的簡單濕度控制器。濕度采集與控制處理是一個綜合性強、涉及面廣的系統(tǒng),可以對不同對象的濕度進行監(jiān)測及控制濕度的大小,具有較強的應(yīng)用性。依據(jù)濕度的變化原理,用單片機對不同的濕度采集并用微機進行處理設(shè)計,確定了濕度在所需的范圍內(nèi)。本文主要論述了濕度多點采集控制處理系統(tǒng)的工作原理和編程方法。通過采集控制處理系統(tǒng),可以對不同的對象(如倉庫、車庫、廠房等)的環(huán)境濕度進行控制處理,當某個對象的濕度值低于下限值時,則通過控制輸出加濕環(huán)節(jié)模塊進行加濕;當是濕度高于上限值時,則停止加濕,這樣,就能使對象的環(huán)境保持在一定的濕度條件下。如圖1所示的系統(tǒng)主流程圖及總體方框圖:圖1 系統(tǒng)程序主流程圖 及 總體方框圖每個對象有兩個濕度測量點,濕度模塊采用CHM-01模塊,其輸出099%PH值。濕度模塊的輸出值通過輸入到模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換模塊;A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809的集成芯片,其采用8位輸出,電壓精度可以達到1V/28=1/256=0.004V5mV,ADC0809芯片通過8位輸出到AT89C51單片機的P0口,使AT89C51獲得所需的數(shù)據(jù)信息,用以進行控制。系統(tǒng)由濕度數(shù)據(jù)采集模塊、濕度測量通道、最小系統(tǒng)、超聲波振蕩控制輸出電路、加濕環(huán)節(jié)等幾部分組成。實現(xiàn)環(huán)境的濕度值采樣并通過A/D轉(zhuǎn)換由CPU處理,當采樣得到的濕度值不在預(yù)置值內(nèi),就輸出一個電平去控制超聲波振蕩控制輸出電路輸出一個高或低電平去啟動或關(guān)閉加濕設(shè)備,直到濕度值在預(yù)置值內(nèi)。4.2系統(tǒng)濕度傳感器模塊的選擇濕度模塊采用CHM-01模塊,其輸出099%PH值,CHM-01的濕度模塊性能介紹:電氣特性1)敏感元件(濕度):高分子濕敏電容“HU1011”2)供電:5V5%3)耗電電流:5mA max.(2mA avg)4)工作范圍:溫度 0-60 濕度95RH以下5)儲存條件:溫度 -20706)濕度變送范圍:0-100%RH7)精度(濕度):5%RH (在25 ,輸入電壓=5V)8)輸出信號:型號:CHM-01A 在25,輸入電壓=5V 下濕度(%)102030405060708090輸出信號0.10.20.30.40.50.60.70.80.9型號:CHM-01B 在25,輸入電壓=5V下濕度(%)102030405060708090輸出信號0.30.60.91.21.51.82.12.42.79)溫度系數(shù):5%RH (輸入電壓=5V,40-80%RH)溫度范圍10-40(基準點25)10)電源電壓系數(shù):5%RH (輸入電壓=5V,40-80%RH)電壓范圍:4.75-5.25V(基準點5V)4、標準測試條件1)測試條件:室溫25,電壓5V將溫濕度模塊放置于0%RH以下的濕度環(huán)境30分鐘,然后在60%RH的濕度環(huán)境以下15分鐘,測試模塊電壓。2)測試儀器1、濕度發(fā)生器:高精度恒溫恒濕度試驗箱2、標準:GE公司光電露點儀3、電壓表5、可靠性測試序號項目方法要求1沖擊試驗將模塊從1米高度,自由落體,扔向硬木地板3次。沒有摔裂,沒有破壞,電性能正常。2振動試驗振動試驗在X-Y-Z軸振動30秒,頻率在10-50HZ,幅度1.5mm。沒有摔裂,沒有破壞,電性能正常。3加熱試驗在恒定的55、30%RH下面放置1000小時精度5%RH4冰凍試驗在恒定的-10、30%RH下面放置1000小時精度5%RH5高溫試驗將模塊放置要40、95%RH下放置1000小時精度5%RH6溫度循環(huán)試驗300個循環(huán),每個循環(huán)是-10下放置1小時,后升溫至55,放置1小時,再進行另一循環(huán)。精度5%RH備注:1)所有的數(shù)據(jù)都基于濕度變化范圍在80%RH以內(nèi)。2)每項試驗之后,模塊必須放在普通環(huán)境和濕度下放置24小時后進行另一測量。6、注意事項1)避免將直流電直接加在敏感元件上。2)避免將元件長期放在結(jié)露和干燥的環(huán)境中以及以下環(huán)境。 A、鹽霧 B、酸性或氧化氣體,例如二氧化硫,鹽酸等。3)推薦的存儲環(huán)境 溫度:10-40濕度:60%RH以下4)接線前務(wù)必仔細閱讀說明書,如接線不對,模塊將不能正常工作。7、外型尺寸 ( 單位:mm ):主要部件序號部件參數(shù)1PCB CHM-011.00mm2濕敏元件 HU1011HUMO3連接端子 S4B-ZR-SN3AJST8、接線示意圖:接線端子號1地2濕度輸出 (電壓0-3V)3供電4.3濕度測量通道的設(shè)計單片機的P0口與ADC0809的D0-D7相連,同時接74LS373鎖存地址連到ADC0809的ABC端。單片機的/WR和P2.7通過或非門控制ADC0809的START和ALE。51的/RD和P2.7通過或非門控制ADC0809的OE端。ADC0809的EOC接51的P2.3口。程序如下:MAIN:MOVR7,#0FFHADDR:MOVDPTR,#7FF8H ;由于用P2.7口控制又是選通0809的INOSTART:MOVXDPTR,A ;啟動ADC0809DELAY:MOVR6,#10H ;稍微延時個20usDJNZR6,DELAYCHK:JNBP2.3,CHK ;查詢EOC信號FINISH:MOVXA,DPTR ;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果MOVP1,AACALLWAIT ;控制ADC0809轉(zhuǎn)換頻率大致1HZDJNZR7,ADDRWAIT:MOVR1,#0FFHLOOP1:MOVR2,#0FFHLOOP2:DJNZR2,LOOP2DJNZR1,LOOP1RET基于對濕度范圍的考慮,對于濕度控制器, 假設(shè)一個加濕器接CPU的p2.0 。;設(shè)定下限濕度30(設(shè)4BH)存31H上限濕度60(設(shè)96H)存30H;/定義ADC的連接端口ad_cs EQU P3.6ad_wr EQU P3.2ad_rd EQU P3.7ad_input EQU P1ORG 0000HAJMP MAINORG 0030HMAIN:LCALL adc_demoAJMP MAIN;.啟動AD轉(zhuǎn)換.Adc_Start:CLR ad_csNOPCLR ad_wrNOPSETB ad_wrNOPDETB ad_csNOPRET;.讀AD轉(zhuǎn)換.Adc_Read:MOV ad_input,#0ffHCLR ad_csNOPCLR ad_rdNOPNOPMOV A,AD_INPUTNOPSETB ad_rdNOPSETB ad_csRET;. AD轉(zhuǎn)換程序.ADC_Demo:LCALL ADC_StartLCALL Delay1msLCALL Adc_readMOV 34H,A ;現(xiàn)在的濕度存34HMOV 31H,#4BH;下限濕度30度存31hMOV 30H,#96H ;上限濕度60度存30hCLR CSUBB A,32H;現(xiàn)在的濕度和以前的濕度相減JC Sdown ;c=0取入值較大,表示上升否則下降Sup:MOV A,34H ;取出現(xiàn)有濕度CLR C ;C=0SUBB A,30H ;與上限濕度比較,c=1則需要不加濕否則c=0則需要加濕JNC PofJMP LoopPoff: DETB P2.0 ;開始加濕JMP LoopSdown:MOV A,34H ;取出現(xiàn)有濕度CLR CSUBB A,31H;與下限濕度比較,c=1則需要不加濕否則c=0則需要加濕JC PonJMP LoopLoop:MOV 32H,34H ;把現(xiàn)有濕度存32HCLR A ;清除AMOV R4,#0ffH ;延長時間DJNZ R4,$JMP Adc_Demo ;繼續(xù)監(jiān)測濕度Delay1ms: ;延時1ms的子程序MOV R7,#10MM:MOV R6,#50DJNZ R6,$DJNZ R7,MMRETEND4.4 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計本課設(shè)選擇以80C51為內(nèi)核且與80C51單片機引腳和指令完全兼容的ATMEL公司的AT89C51單片機芯片作為該電路設(shè)計的主控制芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。由AT89C51的P1口進行濕度的上、下限值進行預(yù)置、修改, AT89C51通過P2口進行濕度控制,即對加濕器的開、停進行控制。CPU最小系統(tǒng)AT89C51的基本性能如下:(1) 與MCS-51單片機兼容,含80C51核。(2) 片內(nèi)有4KB在系統(tǒng)中可重新編程的Flash程序存儲器,可擦/寫1000次以上。(3) 全靜態(tài)邏輯,工作頻率范圍:024MHz。三級程序存儲器加密。(4) 128字節(jié)片內(nèi)RAM。32個可編程I/O端子。(5) 提供待機和掉電兩種省電方式。(6) 兩個16位定時/計數(shù)器。有5個中斷矢量,允許6個中斷源。(7) 一個全雙工串行口。具有與工業(yè)標準80C51一致的指令集和引腳布置。(8) 最大驅(qū)動電流71mA。(9) 無片內(nèi)EPROM。無SPI接口。可在系統(tǒng)中編程。(10) 1個數(shù)據(jù)指針。(11) 無監(jiān)控定時器。無片上模擬比較器。有外部地址數(shù)據(jù)總線。(12) 電源電壓4.06.0V。引腳數(shù)40/44。每個I/O引腳輸出電流10mA。AT89C51是一種低功耗高性能CMOS 8位單片微機,它除了具有與MCS-51完全兼容的若干特性外,最為突出的優(yōu)點就是片內(nèi)集成了4KB字節(jié)Flash PEROM (Programmable Erasable Read Only Memory),可用來存放應(yīng)用程序,這個Flash程序存儲器除允許用一般的編程器離線編程外,還允許在應(yīng)用系統(tǒng)中實現(xiàn)在線編程,并且還提供了對程序進行三級加密保護的功能。AT89C51的另一個特點是工作速度更高,晶振頻率可高達24MHz,一個機器周期僅500ns,比MCS-51快了一倍。4.5濕度調(diào)整電路主要由超聲波發(fā)生器、水位控制器(加濕水源水位過低時,停止加濕。)、電源電路、D/A轉(zhuǎn)換器等幾部分組成。超聲波發(fā)生器主要由三極管VT1構(gòu)成,VT1及其外圍元件組成電容三點式LC振蕩器,B是超聲波換能器,其固有頻率fc=1.65MHz,電容C1、C2決定振蕩幅度,其固有頻率略低于fc,L1、C2為正反饋元件,其固有頻率略高于fc,VD5為VT1的保護二極管。由于霧化時B浸在水中,水位控制器由VT2、VT3等元器件構(gòu)成,作用是:(1)為振蕩電路提供基極偏置電流;(2)當加濕水源水位低于設(shè)定值時,使振蕩器停振,起保護作用。VT2、VT3接成復(fù)合管,通過L3、R3向VT1提供基極偏置電流,L3為高頻扼流線圈,阻止超聲波信號進入水位控制電路。調(diào)整R1的阻值,可改變VT1的基極電流,從而控制整機的工作電流。a、b為振蕩電路的檢通端,分別與D/A轉(zhuǎn)換器相連。當單片機輸出一個電平控制超聲波振蕩控制輸出電路輸出一個高或低電平來啟動或關(guān)閉(兼做水位控制線,平時浸沒在水中)。霧化器正常工作時,若水位下降到一定限度,a、b脫離水面,VT2、VT3便截止,水位控制器停止向VT1提供基極電流,整機停止工作。振蕩電路元器件選擇:VT1的質(zhì)量是制作成功的關(guān)鍵,最好采用意大利SGS產(chǎn)的BU406、BU407或BU408等大功率高頻三極管,要求fT100MHz;VT2、VT3可用9014型等NPN型硅管,要求100;VD1VD4可用1N4002硅整流二極管。所有電阻采用RJ-0.25W金屬膜電阻;電容采用CBB-100V聚苯電容;電感L1可用0.51mm漆包線在1010mm磁芯上繞27匝,電感量約24H;L2用0.69mm漆包線在6mm鉆頭繞2.5匝,然后脫胎取下,電感量約0.22H;L3可用270H色碼電感器;換能器B是關(guān)鍵元件,應(yīng)采用201.25mm/1.65MHz或201.2mm/1.7MHz高強度壓電陶瓷片;變壓器T要求次級電壓為50V,功率40W;S用小型船形開關(guān);VT1最好安裝散熱器;換能器B不能離水通電,否則將燒壞。加濕水源中水應(yīng)清潔。裝好后調(diào)整電阻R1,使總電流為0.6A左右。D/A轉(zhuǎn)換器:首先建立DA轉(zhuǎn)換器的仿真模型,根據(jù)DA轉(zhuǎn)換器的組成結(jié)構(gòu)以及EWB的特點,采用模塊化設(shè)計方法。如下圖所示:模擬電子開關(guān)D/A轉(zhuǎn)換仿真模型用理想開關(guān)元件建立的單個模擬開關(guān)仿真,如圖2所示。數(shù)字位模擬開關(guān)每一位數(shù)碼對應(yīng)一個電子開關(guān),若單片機輸出一個電平控制超聲波振蕩控制輸出電路輸出一個高或低電平來啟動或關(guān)閉。當ai1,則對應(yīng)的開關(guān)Si接基準電壓源VREF;若ai0,則Si接地。所有元件可裝于自制印制板上,也可用薄膠木板鉆孔鉚上空心鉚釘,裝上元器件再用導(dǎo)線連好,各元器件位置配置適當即可。設(shè)計總結(jié)通過本次設(shè)計使我對單片機及其外部接口部分有了進一不的認識,學(xué)到了許多在課本上學(xué)不到的實際應(yīng)用知識,加深了對單片機學(xué)習(xí)的興趣。智能加濕控制系統(tǒng)采用單片機及數(shù)字量進行控制,不僅消除了元器件參數(shù)誤差的影響,而且實現(xiàn)了濕度梯度及光照度的自動改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠、易于實現(xiàn)。參考文獻:1康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京:高等教育出版社,19992 李廣弟. 單片機基礎(chǔ)M, 北京,北京航空航天大學(xué)出版社3趙世強電子電路EDA技術(shù)M西安:西安電子科技大學(xué)出版社,20004 余永權(quán). 89系列Flash 單片機原理及應(yīng)用M, 北京,電子工業(yè)出版社5路而紅虛擬電子實驗室Electronics WorkbenchM北京:人民郵電出版社,200114
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