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[组图]一种新型湿度测量系统           ★★★ 【字体:
一种新型湿度测量系统
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2007-3-20    

智能仪表除了保持数字仪表的优点外,还具有一定的人工智能。现代工业高度发展,对固体和气体的测量提出了更高的要求。湿度的测量在气象、仓储及人工气候环境中有着广泛的应用。研究一种适合于精确测量湿度的智能型仪表是十分有意义的。


随着计算机技术的进步,单片机在仪表中的应用日益广泛。单片机将中央处理器、程序储存器、定时器/计数器、并行串行输入输出口和中断部件等单元集成在一个芯片上,使系统的体积缩小,价格便宜,性能可靠。本文以A/T89C2051单片机为核心,电容式湿度传感器为测量元件,附加少许外围电路,通过软件编程,设计出一种新型湿度测量系统。此时度测量系统精度比较高,造价低,可广泛应用于大气湿度测量及工业生产中。


1、 系统硬件设定

本系统硬件主要有四部分组成:核心控制单元由89C51单片机构成;测量部分由电容式湿度传感器,TLC555振荡器加上外围电阻的协调工作;显示部分采用4片74LS164串级使用扩展4位LED显示器;报警部分通过软件编程使LkD闪烁显示,并用P3.2和P3.3控制继电器开关吸合,驱动报警设备。系统硬件组成框图如图1所示。




(1) 核心控制单元

核心控制单元主要有一片89C51单片机构成,其I/O接口分配如下:
P1.0、P1.1、P1.2分别与3个按键相连,接受外部设定命令。P3.0和P3.1作为数据发送口控制LED显示8,通过P1.7口来控制LED的亮暗,达到显示清晰稳定,P3.2和P3.3控制继电器开关吸合,驱动报警设备。

(2) 测量单元

用电容作为传感器,作为测温元件,湿度探测器是一个RC振荡器,其中吸水塑料膜是电容元件的绝缘材料(或用湿敏电容)。薄膜电容的容量随着它从空气中吸收的水量增大而增加,从而使振荡器的振荡频率降低。电容传感器将被气体的湿度值转变为电容值,然后将电容值转变为频率值,经过前级的整形、滤波及光电耦合,最好送给单片机处理。

(3) 显示单元

显示单元采用静态显示方式,所用芯片为74LS164。用4片74LS164串级使用扩展4位LED显示器,用AT89C2051的P3.3和P3.1作为串行通信的数据接收口和发送口。本设计的独特之处在于时刻选通74LS164,通过使P1.7输出1和0来控制LED的亮暗,达到显示清晰稳定,如图2所示。

(4)报警单元

通过软件编程使LED闪烁显示,并用p3.2和p3.3控制继电器开关吸合,驱动报警设备。具体电路如图3所示。

2、 系统软件设计

系统软件设计采用模块化结构,总共包括主程序模块、中断模块、按键查询子程序模块、显示子程序模块、标度变换子程序模块合报警子程序模块等。




(1) 主程序模块

主程序包括设置堆栈指针,定时器T0、计数器T1的初始化,特殊寄存器初值设定,显示初值设定等。主程序流程图如图4所示。
片内RAM的分配
00H~07H:R0~R7;
2FH:当前显示状态标志位;
40H~42H:脉冲数浮点数表示存放区;
43H~45H:标度变换系数浮点数表示存放区;
46H~49H:湿度值BCD码存放区;
4AH~4DH:湿度上下限值BCD码存放区;
50H:50ms积累单元;
51H:2s累计单元;
52H53H:脉冲数存放区;
54H55H:湿度值二进制码存放区;
56H~59H:湿度上下限值二进制码存放区。

位地址
00H:2s标志位

(2) 其它程序模块

按键程序完成以下功能,设定上限、设定下限、移位、加1和复位,三个按键分别接P1.0、P1.1和P1.2口。第一次按1号键后,进入设定上限状态;第二次按1号键后,进入设定下限状态;第三次按1号键后,恢复初始显示状态。在设定上下限状态中,按2号键使当前闪烁位数字从0~9变化,每按一次3号键闪烁位移动一次,各位循环移动。

本设计采用静态显示方式,所用芯片为74LS164。用4片74LS164串级使用扩展4位共阳极LED显示器。单片机利用串行口的0工作方式就可以将数据显示。显示程序主要包括:显示湿度值子程序、报警显示子程序和设置闪烁位子程序。

标度变换完成由频率值到湿度值的转化以及由二进制到BCD码的转化,本设计采用浮点数运算。T1作为计数器工作方式一。每到2s把纪录的脉冲数存入内存缓冲区,以便标度变换。
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