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温度控制系统
温度控制系统
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论文网秩名2009-6-1604:
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【摘要】为了解决集中空调系统电气柜湿度过高的问题,一种采用单片机作为下位机、PC机作为上位机的湿度自动控制系统,系统采用分布式控制方式,主机选择IBM-PC机,主机实现集中管理,主要完成各从机湿度设定值的修改,向从机发出命令,检查从机状态,接收从机数据并进行统计分析,显示打印分析曲线、报表等。
从机由89C51单片机扩展而成,它完成湿度数据的采集与处理、输出控制量、显示、报警、以及与主机通信等功能。
湿度信号的采集是由HS1101和TLC556组成的湿度检测电路来完成的,另有8255A以及LED显示器作为显示电路,完成显示工作。
关键字:
湿度控制,单片机,A/D0809
Abstract:
Forsolvenotconcentratingbyairconditionersystemcupboardhumiditytoohighproblemnotelectric,adopteachbyone-chipcomputerasmachine,thePCnotthenextasathumiditycontrolsystemnotautomatic,locationofmachine,thesystemadoptsthedistributedcontrolmethod,thehostcomputerchoosestheIBM-PCmachine,thehostcomputerrealizescentralizedmanagement,finisheveryfrommachinemodification,humidityofpersonwhoestablish,togiveanorderfromplanemainly,checkfromthestateofthemachine,receivefromthemachinedataandcarryonstatisticalanalysis,showthattypesandanalysesthecurve,reportform,etc..Expandbyone-chipcomputerfrommachineby89C51,itfinishcollectionandtreatment,humidityofdata,outputpersonwhocontrol,show,reporttothepolice,andhostcomputercommunication,etc.function.Collection,humidityofsignalwhetherhumiditythatmadeupofHS1101andTLC556measurecircuitisitfinishtocome,madeupof8255AandLEDdisplayandshowthecircuitseparately,finishshowingthework.
Keywords:
distributedcontrol;A/D0809;singlechipmicrocomputer
目录
1引言2
2系统概述3
2.1信号采集3
2.2显示和报警3
2.3驱动控制3
3方案论证4
3.1中央处理单元CPU的选择4
3.1.1常见几种单片机的比较4
3.1.2中央处理单元AT89C51的确定5
3.2传感器的选择6
3.2.1湿度传感器的选择6
4系统的组成以及辅助电路的设计13
4.1AT89C51的基本结构和功能简介14
4.2采样保持器和A/D转换电路的设计21
4.2.1A/D转换器ADC080921
4.3湿度检测电路设计24
4.4设备总线的设计26
4.589C51扩展口的设计电路:
28
4.6显示电路29
4.6.1显示芯片8255A30
4.6.2LED数码管32
4.7报警装置34
5软件设计36
5.1上位机简介以及软件设计36
5.1.1VisualBasic语言编程简介36
5.1.2软件实现37
5.2下位机软件设计40
总结及致谢41
参考文献42
附录1上位机软件程序清单43
附录2下位机软件程序清单44
1引言
人类的生存和社会活动都与温度湿度密切相关。
随着现代化的实现,无论是企业还是事业、无论是医疗卫生还是科学研究都很难找出一个与温度湿度无关的领域来。
在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境湿度进行测量及控制。
但在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。
在一些大型的工厂中,都会有集中空调系统,集中空调系统有部分控制柜(如主变控制柜、开关端子柜)被安置在空调室内。
这些控制柜因长期经受处于湿度较大的工作环境,加之本身密封不良,致使潮气大量侵入,柜内湿度过大而结露。
其结果将使控制柜内器件(继电器、刀闸、接线端子排等)的绝缘强度大大降低而导致击穿,引发停电事故,这种现象在夏天需要加湿的时候或部分车间的空调系统里尤其明显。
由于控制柜湿度问题引发的集中空调停车事故,每年均有多起发生,从而引起车间温湿度失调,造成了很大的经济损失,因此必须采取措施,解决这一问题。
目前,部分集中空调系统采取在控制柜内安装灯泡加热降湿或通风的方法,但效果很不理想。
我研制的集中空调系统的电气控制柜湿度控制系统很好地解决这一问题。
整个系统采用两级控制结构,由上位机和下位机组成:
上位机为综合管理级,主要实现显示、记录、打印等功能;下位机为直接控制级,主要完成湿度检测、实时显示、数据传输以及报警、处理等功能。
上位机选用普通PC机即可,便于实现综合管理、存储数据、打印曲线及事后数据处理。
下位机选用嵌入式系统,结构简单、体积小、成本低、实时性好,便于实时采集环境湿度。
单片机已成为电子系统中进行数据采集、信息处理、通信联络和实施控制的重要器件。
通常利用单片机技术在各种系统、仪器设备或装置中,形成嵌入式智能系统或子系统。
中央处理器的选择直接关系到所做系统的性能,要选择既便宜又实用的单片机款型。
所以中央处理单元我采用AT89C51。
AD采用COMS工艺制造的8位8通道逐次逼近式A/D转换器ADC0809。
单片机89C51通过8255来管理显示器,显示器为4位8段共阴极数码管,用来显示设定和当前湿度值。
采用软件译码动态显示
2系统概述
系统采用分布式控制方式,包括一台主机和多台从机,主机选择IBM-PC机,安放在主控室内。
从机由89C51单片机扩展而成,安放在空调系统电气控制柜内,从机台数取决于需要湿度控制的控制柜的个数,从机用于分散控制,它完成湿度数据的采集与处理、输出控制量、显示、报警、以及与主机通信等功能。
主机实现集中管理,主要完成各从机湿度设定值的修改,向从机发出命令,检查从机状态,接收从机数据并进行统计分析,显示打印分析曲线、报表等。
从机系统硬件结构是一个闭环控制系统,包括单片机系统、信号采集、显示、报警、驱动控制和通信等几个部分。
2.1信号采集
采用高精度的电容型湿敏传感器,可检测范围为0~100%RH,精度为2%RH。
传感器的输出经过变送器整形后,变成0~5V的模拟电压信号,经A/D转换成数字量送入单片机进行处理。
湿度传感器的数目可根据控制柜的尺寸合理选择,以确保湿度检测的准确性,一般为1~3个。
本文采用一个湿度传感器。
2.2显示和报警
单片机通过8255来管理显示器,显示器为4位8段共阴极数码管,用来显示当前湿度值。
采用软件译码动态显示。
声光报警信号从89C51的P1.0口输出,驱动压电蜂鸣器和发光二极管。
2.3驱动控制
湿度控制系统的执行机构为干燥机和排风机。
排风机的作用是加热降湿,其发热材料为PTC半导体陶瓷,它的使用寿命比传统发热材料—电阻丝要高得多。
排风机为微型风扇,它与干燥器配合使用,可加快热扩散过程,将控制柜内湿气尽快排出。
3方案论证
3.1中央处理单元CPU的选择
单片机已成为电子系统中进行数据采集、信息处理、通信联络和实施控制的重要器件。
通常利用单片机技术在各种系统、仪器设备或装置中,形成嵌入式智能系统或子系统。
中央处理器的选择直接关系到所做系统的性能,要选择既便宜又实用的单片机款型。
3.1.1常见几种单片机的比较
Intel公司早期的产品8031/8051/8751。
8031片内不带程序存储器ROM,使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373,外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。
用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改,必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除,之后再可写入。
写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
8051片内有4K的ROM,无须外接外存储器和373,更能体现“单片”的简练。
但是你编的程序你无法烧写到其ROM中,只有将程序交芯片厂代你烧写,并是一次性的,今后你和芯片厂都不能改写其内容。
8751与8051基本一样,但8751片内有4k的EPROM,用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用,EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。
由于上述类型的单片机应用的早,影响很大,已成为事实上的工业标准。
后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作,也推出了同类型的单片机,如同一种单片机的多个版本一样,虽都在不断的改变制造工艺,但内核却一样,也就是说这类单片机指令系统完全兼容,绝大多数管脚也兼容;在使用上基本可以直接互换。
我们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。
在众多的51系列单片机中,要算ATMEL公司的AT89C51更实用,因他不但和8051指令、管脚完全兼容,而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写,一般专为ATMELAT89Cx做的编程器均带有这些功能。
显而易见,这种单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。
写入单片机内的程序还可以进行加密,这又很好地保护了你的劳动成果。
重要的一点AT89C51目前的售价比8031还低,市场供应也很充足。
3.1.2中央处理单元AT89C51的确定
从多方的因素考虑论证。
硬件的核心选用Atmel公司生产的AT89C51单片机。
它是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机,片内带有一个数KB的FLASH可编程、可擦除、只读存储器;它采用了CMOS工艺和Atmel公司的高密度非易失性存储器技术,而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
主要特性:
1、与MCS-51兼容
2、4K字节可编程闪烁存储器
3、寿命:
1000写/擦循环
4、数据保留时间:
10年
5、全静态工作:
0Hz-24Hz
6、三级程序存储器锁定
7、128*8位内部RAM
8、32可编程I/O线
9、两个16位定时器/计数器
10、5个中断源
11、可编程串行通道
12、低功耗的闲置和掉电模式
13、片内振荡器和时钟电路
3.2传感器的选择
现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。
传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是湿度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。
传感器选择的恰当与否直接关系到整个测量系统的精确度和稳定性。
3.2.1湿度传感器的选择
1、湿度测量在工业生产的诸多领域得到广泛的应用,HONEYWELL公司生产的集成湿度传感器IH3605采用集成电路技术。
IH3605内部的两个热化聚合体层之间形成的平板电容器电容量的大小可随湿度的不同发生变化,从而可完成对湿度信号的采集。
热化聚合体层同时具有防御污垢、灰尘、油及其它有害物质的功能。
而且IH3605的主要技术指标也符合在仓库中的运用。
但IH3605的输出电压是供电电压、湿度及温度的函数。
电源电压升高,输出电压将成比例升高。
在实际应用中,需要通过几个步骤才可计算出实际的相对湿度值。
在运用上太过麻烦,而且价格相对于一般所用的湿度传感器要高,适合于高精度的工业中运用,但不适合在仓库中的运用。
2、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中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元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。
HS1101:
特点:
不需校准的完全互换性,高可靠和长期稳定性,快速响应时间。
专利设计的固态聚合物结构,侧面接触的封装产品,适合用于线性电压输出和频率输出两种电路。
图3-1为湿敏电阻电容工作的温、湿度范围。
图3-2为湿度-电容响应曲线。
相对湿度在0%~100%RH范围内:
电容量由162pF变到200pF,其误差不大于±2%RH;响应时间小于5s,温度系数为0.4pF/℃。
可见精度是较高的。
HS1101的特性参数:
特性参数典型值单位
湿度测量范围1~99%RH
供电电压5V
标称电容55%RH180Pf
温度系数0.04Pf℃
33-75%的平均灵敏度0.34Pf/%RH
漏电流1Na
湿度迟滞±1.5%
长时间稳定性0.5%RH/yr
响应时间5S
偏离曲线±2%RH
工作温度-40-100℃
储存温度-40-125℃湿度测量电路:
HS1101电容传感器在电路的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,如何将电容的变化量准确的转变为计算机易于接受的信号,常用两种方法:
一是将该湿敏电容置于由运放与阻容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、再经过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呈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3-3所示。
集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容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,R1用于平衡温度系数。
温度控制系统
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【摘要】为了解决集中空调系统电气柜湿度过高的问题,一种采用单片机作为下位机、PC机作为上位机的湿度自动控制系统,系统采用分布式控制方式,主机选择IBM-PC机,主机实现集中管理,主要完成各从机湿度设定值的修改,向从机发出命令,检查从机状态,接收从机数据并进行统计分析,显示打印分析曲线、报表等。
从机由89C51单片机扩展而成,它完成湿度数据的采集与处理、输出控制量、显示、报警、以及与主机通信等功能。
湿度信号的采集是由HS1101和TLC556组成的湿度检测电路来完成的,另有8255A以及LED显示器作为显示电路,完成显示工作。
关键字:
湿度控制,单片机,A/D0809
Abstract:
Forsolvenotconcentratingbyairconditionersystemcupboardhumiditytoohighproblemnotelectric,adopteachbyone-chipcomputerasmachine,thePCnotthenextasathumiditycontrolsystemnotautomatic,locationofmachine,thesystemadoptsthedistributedcontrolmethod,thehostcomputerchoosestheIBM-PCmachine,thehostcomputerrealizescentralizedmanagement,finisheveryfrommachinemodification,humidityofpersonwhoestablish,togiveanorderfromplanemainly,checkfromthestateofthemachine,receivefromthemachinedataandcarryonstatisticalanalysis,showthattypesandanalysesthecurve,reportform,etc..Expandbyone-chipcomputerfrommachineby89C51,itfinishcollectionandtreatment,humidityofdata,outputpersonwhocontrol,show,reporttothepolice,andhostcomputercommunication,etc.function.Collection,humidityofsignalwhetherhumiditythatmadeupofHS1101andTLC556measurecircuitisitfinishtocome,madeupof8255AandLEDdisplayandshowthecircuitseparately,finishshowingthework.
Keywords:
distributedcontrol;A/D0809;singlechipmicrocomputer
目录
1引言2
2系统概述3
2.1信号采集3
2.2显示和报警3
2.3驱动控制3
3方案论证4
3.1中央处理单元CPU的选择4
3.1.1常见几种单片机的比较4
3.1.2中央处理单元AT89C51的确定5
3.2传感器的选择6
3.2.1湿度传感器的选择6
4系统的组成以及辅助电路的设计13
4.1AT89C51的基本结构和功能简介14
4.2采样保持器和A/D转换电路的设计21
4.2.1A/D转换器ADC080921
4.3湿度检测电路设计24
4.4设备总线的设计26
4.589C51扩展口的设计电路:
28
4.6显示电路29
4.6.1显示芯片8255A30
4.6.2LED数码管32
4.7报警装置34
5软件设计36
5.1上位机简介以及软件设计36
5.1.1VisualBasic语言编程简介36
5.1.2软件实现37
5.2下位机软件设计40
总结及致谢41
参考文献42
附录1上位机软件程序清单43
附录2下位机软件程序清单44
1引言
人类的生存和社会活动都与温度湿度密切相关。
随着现代化的实现,无论是企业还是事业、无论是医疗卫生还是科学研究都很难找出一个与温度湿度无关的领域来。
在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境湿度进行测量及控制。
但在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。
在一些大型的工厂中,都会有集中空调系统,集中空调系统有部分控制柜(如主变控制柜、开关端子柜)被安置在空调室内。
这些控制柜因长期经受处于湿度较大的工作环境,加之本身密封不良,致使潮气大量侵入,柜内湿度过大而结露。
其结果将使控制柜内器件(继电器、刀闸、接线端子排等)的绝缘强度大大降低而导致击穿,引发停电事故,这种现象在夏天需要加湿的时候或部分车间的空调系统里尤其明显。
由于控制柜湿度问题引发的集中空调停车事故,每年均有多起发生,从而引起车间温湿度失调,造成了很大的经济损失,因此必须采取措施,解决这一问题。
目前,部分集中空调系统采取在控制柜内安装灯泡加热降湿或通风的方法,但效果很不理想。
我研制的集中空调系统的电气控制柜湿度控制系统很好地解决这一问题。
整个系统采用两级控制结构,由上位机和下位机组成:
上位机为综合管理级,主要实现显示、记录、打印等功能;下位机为直接控制级,主要完成湿度检测、实时显示、数据传输以及报警、处理等功能。
上位机选用普通PC机即可,便于实现综合管理、存储数据、打印曲线及事后数据处理。
下位机选用嵌入式系统,结构简单、体积小、成本低、实时性好,便于实时采集环境湿度。
单片机已成为电子系统中进行数据采集、信息处理、通信联络和实施控制的重要器件。
通常利用单片机技术在各种系统、仪器设备或装置中,形成嵌入式智能系统或子系统。
中央处理器的选择直接关系到所做系统的性能,要选择既便宜又实用的单片机款型。
所以中央处理单元我采用AT89C51。
AD采用COMS工艺制造的8位8通道逐次逼近式A/D转换器ADC0809。
单片机89C51通过8255来管理显示器,显示器为4位8段共阴极数码管,用来显示设定和当前湿度值。
采用软件译码动态显示
2系统概述
系统采用分布式控制方式,包括一台主机和多台从机,主机选择IBM-PC机,安放在主控室内。
从机由89C51单片机扩展而成,安放在空调系统电气控制柜内,从机台数取决于需要湿度控制的控制柜的个数,从机用于分散控制,它完成湿度数据的采集与处理、输出控制量、显示、报警、以及与主机通信等功能。
主机实现集中管理,主要完成各从机湿度设定值的修改,向从机发出命令,检查从机状态,接收从机数据并进行统计分析,显示打印分析曲线、报表等。
从机系统硬件结构是一个闭环控制系统,包括单片机系统、信号采集、显示、报警、驱动控制和通信等几个部分。
2.1信号采集
采用高精度的电容型湿敏传感器,可检测范围为0~100%RH,精度为2%RH。
传感器的输出经过变送器整形后,变成0~5V的模拟电压信号,经A/D转换成数字量送入单片机进行处理。
湿度传感器的数目可根据控制柜的尺寸合理选择,以确保湿度检测的准确性,一般为1~3个。
本文采用一个湿度传感器。
2.2显示和报警
单片机通过8255来管理显示器,显示器为4位8段共阴极数码管,用来显示当前湿度值。
采用软件译码动态显示。
声光报警信号从89C51的P1.0口输出,驱动压电蜂鸣器和发光二极管。
2.3驱动控制
湿度控制系统的执行机
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