Research On The Measure And Control System Of The Temperature And Humidity
摘要：單片機在檢測和控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用，溫、濕度則是系統(tǒng)常需要測量、控制和保持的量。文中介紹了一種基于ATA9C51的單片機的溫度和濕度檢測與控制的方案,針對被測對象的溫度與濕度在不同變化范圍需要不同的PID參數(shù)的特點，根據(jù)檢測溫度和濕度自動選擇合適的一組PID參數(shù)進行控制的方案，整個設計簡明、清晰。
關鍵詞：單片機AT89C51; DS18B20溫度傳感器; 檢測與控制; PID; 看門狗
Abstract: The singlechip microcomputer is required extensively in measurement and control systems and the temperature and humidity need to be surveyed, controlled and maintained by a system frequently. The schemes of the measure and control of the temperature and humidity based on single chip microcomputer AT89C51 is introduced in this paper. In view of the characteristics of the different PID parameters with the different temperature and humidity, selects appropriate PID parameters to control on the basis of the measured temperature and humidity, and the whole design is very clear and concise.
Key words: single chip microcomputerAT89C51; DS18B20 temperature sensor; measure and control; PID; watchdog
引言
溫、濕度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的被控參數(shù)，溫度和濕度己不再是相互獨立的量，而應在系統(tǒng)集成中綜合考慮。利用單片機對溫、濕度控制，具有控溫、濕精度高、功能強、體積小、價格低，簡單靈活等優(yōu)點，很好的滿足了工藝要求。本文介紹了利用AT89C51單片機進行溫度和濕度的檢測及其控制的智能化方法。
1系統(tǒng)的硬件結構及工作原理
工業(yè)中很多裝置溫度和濕度需要保持在一個既定的溫度和濕度值上，本文針對實際需要，設計了一套溫度、濕度閉環(huán)檢測與控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整個硬件結構如圖1：
 

系統(tǒng)的工作中，經(jīng)過溫度、濕度檢測及變換電路把被測對象的溫度、濕度轉換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)A/D變換器轉換為數(shù)字信號后送入單片機中，與給定的對應所要控制的多組溫度、濕度值進行比較，找出現(xiàn)溫度、濕度值所在范圍，根據(jù)單片機AT89C51中設置的PID參數(shù)，輸出相應溫度、濕度初值對應的受控對象電機的轉速初值，經(jīng)D/A轉換器轉換為模擬電壓，通過信號轉化為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動被控對象，并且把被控對象的轉速經(jīng)變換電路和A/D轉換器反饋到單片機中，與輸出的轉速初值進行比較，其偏差被PID程序計算出后重新輸出，在規(guī)定的時間內(nèi)循環(huán)，從而實現(xiàn)對溫度、濕度的控制 [1]，直到達到在誤差允許的范圍內(nèi)輸出的轉速值與轉速初值相等。對于欠溫度，控制加熱功率；對于過溫度，控制吹風冷卻裝置，對于濕度則控制一個加濕、去濕裝置[2]。
2硬件系統(tǒng)的組成
2.1溫度傳感器的選擇[3]
本系統(tǒng)采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，由于具有結構簡單不需要外接電路，可用一根I/0數(shù)據(jù)線既供電又傳輸數(shù)據(jù)，并且具有體積小，分辨率高，轉換快等優(yōu)點，被廣泛用于測量和控制溫度的地方。
2.2濕度傳感器的選擇
本系統(tǒng)采用的是電容式濕敏傳感器HS1101，電容式濕度傳感器的感濕機理是當基于電極間的感濕材料吸附環(huán)境中的水分時，其介電常數(shù)也隨之變化，其電容量與環(huán)境中水蒸汽相對壓（PV/P}關系可由下式表示：
                                                 （1）
式中: 一真空介電常數(shù)； 一測量相對濕度條件下感濕材料的介電常數(shù)；S一電容式傳感器有效而積；d一感濕膜厚度。
電容式濕度傳感器實用化程度高，工藝成熟，性能穩(wěn)定，普遍用于各種情況下濕度測量。
2.3主控模塊單片機的選擇[4]
本系統(tǒng)單片機選用ATMEL公司的閃速存儲器(flash ROM)型單片機芯片AT89C51。AT89C51是ATMEL公司的新一代8位的一片機產(chǎn)品，帶有4KROM、128BRAM,最大工作頻率24MHZ，同時，具有32條輸入輸出線，16位定時/計數(shù)器，5個中斷源，一個串行口；它具有集成度高、系統(tǒng)結構簡單，體積小可靠性高，處理功能強，速度快等特點。
2.4A/D芯片的選擇
本系統(tǒng)采用Ti公司的串行A/D芯片TLC2543，A/D轉換電路作為TLC2543與單片機的接口電路，它是一種利用12位開關電容逐次逼近模擬信號的模數(shù)轉換器，片內(nèi)有14位通道。具有12位分辨率A/D轉換口，在標定轉換溫度范圍內(nèi)轉換時間為10us，輸出數(shù)據(jù)長度可編程，TLC2543自帶采樣、保持電路。所以輸出引腳可以直接與單片機的并行I/0口連接。
2.5D/A芯片的選擇
本系統(tǒng)采用帶有緩沖基準輸入的10位電壓輸出數(shù)據(jù)的模擬轉換器TLC5615，D/A轉換電路作為TLC5615與單片機的接口電路，它具有基準電壓兩倍的輸出電壓范圍。通過3線串行總線和工業(yè)標準的微處理器和微控制器接口，接收16位數(shù)據(jù)字以產(chǎn)生模擬輸出。
2.6報警電路簡介
本設計的報警電路由一個自我震蕩刑的蜂鳴器，只要在蜂鳴器兩端加上超過3v的電壓，蜂鳴器就會叫個不停和一個發(fā)光二極管組成。設計中蜂鳴器是通過ULN 2003達林頓管芯片電流放大IC來控制。在要求的溫度、濕度達到一定的上界或者下界時，報警電路開始工作。

[1] [2]  下一頁