仓库温湿度的 监测系统.doc
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1、仓库温湿度监测系统姓名:周强 专业:电子测量技术与仪器 指导老师:王军 摘 要本文设计和构建了仓库温度湿度检测系统,主要用于实时在线巡回监测仓库中的温度和湿度,并能有效地对仓库的温度和湿度进行自动监测。本文首先从理论上论述了温度和湿度的监测对仓库的重要意义,讨论了仓库温度和湿度变化的主要原因以及仓库中温度和湿度的允许变化范围。探讨了在线测量,计算和检测仓库温度和湿度的原理和方法。由此确定了合理的温度和湿度监测方案。关键词:单片机;仓库;温湿度 Abstract This article designed and has constructed the warehouse temperature
2、 humidity examination system, mainly used in the real-time online tour monitoring in the warehouse the temperature and the humidity, and could effectively carries on the automatic monitor to the warehouse temperature and the humidity. This article first theoretically elaborated the temperature and t
3、he humidity monitor to the warehouse important meaning, discussed the warehouse temperature and in the humidity change primary cause as well as the warehouse the temperature and the humidity permissible variation scope. Has discussed the online survey, calculates and examines the warehouse temperatu
4、re and the humidity principle and the method. From this has determined the reasonable temperature and the humidity monitor plan. Key word: Monolithic integrated circuit; Warehouse; Humiture 目 录前 言1第一章 系统总体设计21. 1 选题背景312 设计过程及工艺要求3第二章 硬件设计421 信号采集4211 温度传感器42. 1. 2 湿度传感器9213 多路开关1422 信号分析与处理16221 A/
5、D 转换162. 2. 2 单片机8031202. 2. 3 数据存储器的掉电保护212. 2. 4 系统时钟的设计212. 3 显示与报警的设计222. 3. 1 显示电路222. 3. 2 报警电路23第三章 软件设计25主程序流程图:26T0中断流程图:27温度采样子程序流程图:28键扫描程序流程图:29报警子程序流程图:30致谢31参考文献32 前 言温湿度的检测是纺织、食品、医药、仓储的重要参量,对温湿度监测具有广泛的应用领域。随着仓库安全工作的要求越来越严格,仓库监测大量涌现, 仓库监测的认知度和自动化体现的越来越先进。为解决仓库管理上的难题,杜绝仓库的违规行为,有效预防安全事故和
6、经济损失。我们根据仓库经营模式的特点和有关政策法规的要求,本着积极、严谨的态度,设计出一套完整的仓库温湿度检测管理系统。该系统功能强大、界面友好、操作简易、并且能够有效的管理仓库。工作人员们工作的情况记录下来,最终进行统计工作。促进了企业管理建设与高新科技的结合,把企业仓库监测等监控管理行业发展成为功能丰富多彩的数字家园。系统由传感器、数模转换器、单片机、LED显示、报警电路组成。本文介绍了利用8031单片机进行温度和湿度的检测的智能化方法。本设计是基于单片机的仓库温湿度监测系统的设计,主要以51系列单片机为核心单元对仓库进行监测。实现温度范围-30-+50 误差 1、湿度范围10%-100%
7、RH 误差 1%RH。计算机以8031单片机作为该监测系统的核心,能自动完成对温度进行采集、处理、缓冲、转换、并进行报警。工作稳定、性能可靠。 设计中介绍了硬件部分包括:温湿度传感器、LED显示、报警电路和一些接口电路(A/D转换外部接口)。软件方面:TO中断服务程序、温湿度采样程序、键扫描程序以及报警子程序等。 第一章 系统总体设计 本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号,和A/D模拟数字转换芯片的性能,我设计了以8031基本系统为核心的一套检测系统,其中包括A/D 转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。
8、图1-1系统总框图本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。 (一) 信号采集 由AD590、HS1100及多路开关CD4051组成; (二) 信号分析 由A/D转换器MC14433、单片机8031基本系统组成; (三) 信号处理 由串行口LED显示器和报警系统等组成。1. 1 选题背景 防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容,是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行,首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材,通过人工进行检测,对不符合温度和湿度
9、要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低,且测试的温度及湿度误差大,随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。12 设计过程及工艺要求一、基本功能 检测温度、湿度 显示温度、湿度 过限报警二、主要技术参数 温度检测范围 : -30-+50 测量精度 : 1 湿度检测范围 : 10%-100%RH 检测精度 : 1%RH 显示方式 : 温度:三位显示 湿度:三位显示 报警方式 : 三极管驱动的蜂鸣音报警 第二章 硬件设计 当将单片机用作监测系统时,系统总要有被测信号懂得输入通道,由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言,如何准确获得被
10、测信号是其核心任务;而对测控系统来讲,对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。 传感器是实现测量首要环节,是监测系统的关键部件,如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换,一切准确的测量都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制,几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量,使设备和系统正常运行在最佳状态,从而保证生产的高效率和高质量。21 信号采集 211 温度传感器 我采用AD590,它的测温范围在-55+150之间,而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。AD590 可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会损坏。使用可靠。
11、它只需直流电源就能工作,而且,无需进行线性校正,所以使用也非常方便,借口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是,和电压输出型相比,它有很强的抗外界干扰能力。AD590的测量信号可远传百余米。 集成温度传感器AD590 是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。一、AD590的工作原理在被测温度一定时,AD590相当于一个恒流源,把它和530V的直流电源相连,并在输出端串接一个1k的恒值电阻,那么,此电阻上流过的电流将和被测温度成正比,此时电阻两端将会有1mVK的电压信号。其基本电路如图2-1所示。 图2-1 AD590内部核心电路 图2-1是利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心
12、电路。其中T1、T2起恒流作用,可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等;T3、T4是感温用的晶体管,两个管的材质和工艺完全相同,但T3实质上是由n个晶体管并联而成,因而其结面积是T4的n倍。T3 和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上,所以R上端电压为UBE。因此,电流I1为: I1UBER(KTq)(lnn)R对于AD590,n8,这样,电路的总电流将与热力学温度T成正比,将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性,所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻,该电阻已用激光修正了其电阻值,因而在
13、基准温度下可得到1AK的I值。 图2-2 AD590内部电路 图2-2是AD590的内部电路,中的T1T4相当于图2-1中的T1、T2,而T9,T11 相当于上图中的T3、T4。R5、R6 是薄膜工艺制成的低温度系数电阻,供出厂前调整之用。T7、T8,T10 为对称的Wilson 电路,用来提高阻抗。T5、T12 和T10为启动电路,其中T5为恒定偏置二极管。 T6 可用来防止电源反接时损坏电路,同时也可使左右两支路对称。R1,R2 为发射极反馈电阻,可用于进一步提高阻抗。T1T4 是为热效应而设计的连接方式。而C1 和R4 则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9,T10,T11 三者的发
14、射极电流相等,并同为整个电路总电流I 的13。T9 和T11 的发射结面积比为8:1,T10和T11的发射结面积相等。 T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上,因此可以写出: UBE(R62 R5)I3 R6上只有T9 的发射极电流,而R5 上除了来自T10 的发射极电流外,还有来自T11的发射极电流,所以R5上的压降是R5 的23。根据上式不难看出,要想改变UBE,可以在调整R5 后再调整R6,而增大R5 的效果和减小R6是一样的,其结果都会使UBE减小,不过,改变R5对UBE的影响更为显著,因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调,修正R6以实现细调
15、,最终使其在250之下使总电流I达到1AK。 二、主要特性 AD590 是电流型温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡,AD590 的后缀以I,J,K,L,M 表示。AD590L,AD590M 一般用于精密温度测量电路,其电路外形如图一所示,它采用金属壳3脚封装,其中1 脚为电源正端V;2 脚为电流输出端I0;3 脚为管壳,一般不用。集成温度传感器的电路符号如图2-3,2-4所示。 图2-3 AD590外形电路图 图2-4集成温度传感器电路符号 1、流过器件的电流(A)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数,即: I T/T=1A /K式中:IT 流过器件(AD59
16、0)的电流,单位A。 T热力学温度,单位K。 2、 AD590的测温范围-55- +150。 3、 AD590 的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V 范围变化,电流IT变化1A,相当于温度变化1K。AD590 可以承受44V 正向电压和20V 反向电压,因而器件反接也不会损坏。 4、输出电阻为710M。 5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55+150范围内,非线形误差0.3。三、 基本应用电路 图2-10是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比,当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1k时,输出电
17、压V0随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差,电阻也有偏差,因此应对电路进行调整,调整的方法为:把AD590放于冰水混合物中,调整电位器R2,使V0 =273.2+25=298.2(mV)。但这样调整只保证在0或25附近有较高的精度。四、摄氏温度测量电路 如图2-5所示,电位器R2用于调整零点,R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下:在0时调整R2,使输出V0=0,然后在100时调整R4使V0=100mV。如此反复调整多次,直至0时,V0=0mV,100时V0=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如室温为25,那么V0应为25mV。冰水混合物是0环境,沸水为100环
18、境。 图2-5 温度测量电路2. 1. 2 湿度传感器 测量空气湿度的方式很多,其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。 采用HS1100/HS1101 湿度传感器。HS1100/HS1101 电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性,高可靠性和长期稳定性,快速响应时间,专利设计的固态聚合物结构,由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两
19、种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。 相对湿度在1%-100%RH范围内;电容量由16pF变到200pF,其误差不大于2%RH;响应时间小于5S;温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。 测量空气湿度的方式很多,其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。下面 介绍HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。一、特点 不需校准的完全互换性,高可靠性
20、和长期稳定性,快速响应时间,专利设计的固态聚合物结构,由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。 图2-6为湿敏电容工作的温、湿度范围。图2-7为湿度-电容响应曲线。 图2-6湿敏电容工作的温湿度范围 图2-7湿度电容响应曲线 相对湿度在1%-100%RH 范围内;电容量由16pF 变到200pF,其误差不大于2%RH;响应时间小于5S;温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。二、湿度测量电路HS1100/HS1101 电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空
21、气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号,常有两种方法:一是将该湿敏电容置于运方与租蓉组成的桥式振荡电路中,所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号,可直接被计算机所采集频率输出的555测量振荡电路如图所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C,构成了对C的充电回路。7 端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C 的放电回路,并将引脚2、6 端相连引入到片内比较器,便成为一个典型的多谐振荡器,即方波发生器。另外,R3 是防止输出短路的保护电阻,
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