基于單片機(jī)的濕度檢測系統(tǒng)電路模塊設(shè)計(jì) - 全文

　　本系統(tǒng)通過單片機(jī)AT89C51及其各種接口電路來實(shí)現(xiàn)濕度的檢測。其工作原理是： 電容式相對濕度傳感器的容值隨著濕度的變化而線性的變化，通過信號檢測和轉(zhuǎn)換電路將變化的電容轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的變化的電壓，再由A/D轉(zhuǎn)換器把模擬電壓信 號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入到單片機(jī)中，單片機(jī)對采集到的信號進(jìn)行濾波處理并通過查表得到實(shí)際測量的濕度值，之后通過單片機(jī)的各外部接口電路顯示該濕度值，或 通過其與上位機(jī)的接口把此值送入到上位機(jī)進(jìn)行保存及打印等操作。

　　鍵盤控制電路設(shè)計(jì)

　　鍵盤電路是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的人機(jī)接口電路，用它可以完成濕度值的設(shè)定、移位、加1、減1、清零、前翻頁、和后翻頁等功能。但它往往要占用較多的 I/O端口。在本濕度檢測系統(tǒng)中，除了把一個(gè)獨(dú)立的按鍵用作開始鍵外，利用了一種新型的鍵盤電路，它可以最大限度地減少鍵盤電路對I/O端口的占用。這種電路可以使按鍵次數(shù)達(dá)到16個(gè)，其軟件處理使用了端口訪問和掃描檢測兩種方法，同時(shí)由于采用了組合邏輯來直接對端口進(jìn)行讀取，因此極大地簡化了程序的處理過程，同時(shí)也節(jié)省了寶貴的存儲器和CPU運(yùn)算資源。鍵盤控制電路如圖2所示。

　　圖2 鍵盤控制電路

　　 LED顯示電路設(shè)計(jì)

　　在本系統(tǒng)中，由于該濕度計(jì)還要進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)顯示，所以設(shè)計(jì)了LED顯示電路。該電路由三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器（LM317）、晶體管（NPN）、串行輸入/8位并行輸出的移位寄存器（74LS164）、顯示器（共陽極LED）和電阻構(gòu)成，電路圖如圖3所示。

　　圖3 顯示控制電路

　　該顯示控制電路中單片機(jī)串行口工作方式為0，即為8位移位寄存器，TXD為同步信號輸出端，RXD為串行數(shù)據(jù)輸出端，選用在串行口接串行輸入/8位并行輸 出的移位寄存器74LS164來驅(qū)動LED顯示器。但是由于74LS164無并行輸出控制端，在串行輸入過程中，其輸出端的狀態(tài)會不斷變化，故在某些使用 場合，在74LS164與輸出裝置之間還應(yīng)加上可控的緩沖級（如三態(tài)緩沖器74LS244），以使串行輸入過程結(jié)束后再輸出。而這里是通過控制NPN晶體 管的導(dǎo)通與截止和LM317，來控制顯示器（LED）共陽極電位的高低，從而控制顯 示器的亮暗，也就是在數(shù)據(jù)傳輸過程中顯示器暗、在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)顯示器亮。由于74LS164在低電平輸出時(shí)，允許通過的電流可達(dá)8mA，故不需要再加驅(qū) 動電路。通過電位器RP2調(diào)整腳2的輸出電壓，可使LED的顯示亮度均勻在線可調(diào)，而且可以節(jié)約大量限流電阻。

　　電源控制電路設(shè)計(jì)

　　電源電路是給電子設(shè)備提供必要的電源能量的電路，就輸入和輸出而言，在集成電路中主要使用的是由交流（AC）220V，50/60Hz的市電轉(zhuǎn)換成直流電。該部分電路由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成，其電路圖如圖4所示。

　　圖4 電源控制電路

　　在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓部分時(shí)，根據(jù)電路對電源要求的不同而選擇不同的穩(wěn)壓電路，由于A/D轉(zhuǎn)換器（TLC1549）、看門狗定時(shí)器（X25045）、三端可調(diào)集成穩(wěn) 壓器（LM317）、單片機(jī)（AT89C51）要求電源電壓的穩(wěn)定性較高，所以采用了三端固定式集成穩(wěn)壓電路（78H05）；由于測量電路和頻率/電壓轉(zhuǎn) 換器對電源要求不太高，所以分別采用穩(wěn)壓管給它們供電；由于A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓（REF+）對電源要求非常高，所以采用精密基準(zhǔn)電壓源 （LM336-5.0V）供電。

　　濕度檢測和傳送電路的設(shè)計(jì)

　　濕度檢測和傳送電路的作用是將被檢測出的濕敏元件參數(shù)的變化轉(zhuǎn)化成電壓變化使其能滿足A/D轉(zhuǎn)換電路的要求。該部分電路由自激多諧振蕩器、脈寬調(diào)制電路和頻率/電壓轉(zhuǎn)換器LM2917電路組成。電路的原理圖如圖5所示。

　　　圖5 濕度檢測和傳送電路

　　LM2917是一種單片集成頻率/電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了一個(gè)高增益的運(yùn)算放大器/ 比較器，內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計(jì)使用充電泵技術(shù)，對低紋波具有頻率倍增功能。雖然如果對頻率量f直接由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行頻率檢測，而省去f/v轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換是可行 的。但對于電容放大后，使得7555時(shí)基IC的輸出頻率在6～4.48kHz，總有一基值頻率為4kHz，使得直接測頻計(jì)數(shù)的有效位減少。再者電容放大器 又存在溫漂問題使得頻率值有所波動。造成測量誤差而影響精度。因此本檢測系統(tǒng)還是選用了f/v轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換電路。

　　本系統(tǒng)采用了高精度的電容式相對濕度傳感器，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，濕度測量范圍為0～100%RH。系統(tǒng)還充分利用了AT89C51單片機(jī)自身的軟硬件資 源，具有智能化、可編程、小型便攜等優(yōu)點(diǎn)，因此只要選用不同的濕度傳感器，并修改相應(yīng)的軟件控制程序，本檢測系統(tǒng)就可應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 以及軍事等方面，可見其具有非常廣泛的應(yīng)用前景。由于該系統(tǒng)主要是濕度的檢測而涉及濕度的控制比較少，所以在控制方面有待進(jìn)一步研究