实验室温湿度监控系统的设计(1)(3)

将微处理器、存储器、I/O电路集成到一块半导体芯片的技术再次推动了这种嵌入式技术的发展，单片微型计算机是这种设计技术中的一个典型代表。单片机适用于测量和控制领域，它以芯片形式嵌入到电子产品或系统中起到―电脑‖作用，受到电子专业技术人员的青睐。单片机以其体积小、可靠性高、功能的专门化为特点。沿着与适用微处理器不同的方向发展。它的出现和发展，标志着单片嵌入技术已经成为电子系统设计的一个重要发展方向。

本课题主要为采用单片机实现数据采集与温湿度检测的制作。突出民用产品的低成本多动能的特点。按照选题要求应实现温湿度的测量，并且能够实现数字钟和测量部分的通过键盘进行控制。

- 1 -

第1章 绪 论

1.1课题研究的目的及意义

科学技术是第一生产力，科技的进步离不开大量的科学实验。科学实验是科技进步的重要前提，随着人们对科学实验的要求越来越高，如何在最优的条件下进行科学实成为众多实验室首要考虑的问题。很多的实验对环境条件的要求非常的苛刻，而温度和湿度又是环境中最基本的两个条件，也是最不容易保障的指标，而且它们都有可能对实验产生较大的影响。

例如微生物实验室，某些微生物对生存环境的要求特别的严格，只有在特定的温度、湿度条件下才可以存活并生长,温度、湿度稍有改变就有可能导致它们的死亡，甚至导致实验的失败。物理实验室里的某些高精度电子仪器对温湿度也很敏感，只有工作在特定的环境下才能保证它们的精度，所以必须维持一个恒定的温湿度值。在化学实验室里，某些实验必须在特定的温湿条件下进行，否则不仅得不到的应有的结果，甚至会发生危险，这些都对实验室的温湿度监控提出了高要求。

在生命科学设施，计量/校准实验室和电子制造环境，温度和湿度往往需要监测和报警显示7/24，以保障产品和工艺。在环境监测，实时数据报告，以确保环境―符合规格‖是至关重要的。 在我们的生活中，我们要时刻关心环境的变化，只有很好的把握好环境的差异变化，我们才能更好的生存与发展。

做好温度和湿度的防范工作，比如说在一些实验室生物的成长，和温湿度是离不开的它们只有在适宜的环境下，在适宜的温度和湿度下，才能成长的更快，我们才能获取更大的效益。另外，一些仓库，也需要实时知道温湿度的具体变化，什么样的物品在什么样的环境下比较适宜等等。

现代社会越来越多的实验都要求在严格的环境条件下完成，而温度和湿度是实验室最基本的环境条件，也是对实验影响较大的因素。一般温湿度控制系统中的温湿度测量均采用热敏电阻与湿敏电容，这种传统的模拟式温湿度传感器一般都需要设计信号调理电路并经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性等方面也存在一定问题。这种传感器只适合那些测量点数较少，对精度要求不高的场合。因此设计出一款精度高、稳定性好、成本低的温湿度检测控制系统将具有一定的市场。

1.2国内外测温湿技术及其发展趋势

随着人们的生活及其生产水平的不断提高，对生活环境和生产环境的要求就显的尤为重要,温湿度的控制就是一个典型的例子，因此温湿度检测系统就是现代生产生活中应运而生的一种智能、快捷、方便可靠的检测系统，特别是在实验室做实验中如果检测得不准确就会发生许多的生产事故。如实验过程中对温度的检测不当就会导致生产效率的降低和产品质量的下降。而现在所使用的温湿度检测系统通常都是精度为1℃或0.1℃的水银、煤油或酒精温度计进行的温度检测和用传统的物理模拟量的方法进行的湿度检测。这些温湿度检测计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。

-2-

在传统领域中，温度测量是通过物质的物理热胀冷缩原理来实现的，物质的选择可以是气体，也可以是液体，还可以是金属。我们一般常用的水银玻管温度计就是一种常见的通过金属物质热胀冷缩原理制成的温度测量器具，在计量检定中，很多温度的检定都依靠它来标定。他的优点是结构简单，使用方便，测量精度相对较高，价格低廉。缺点是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制，只能近距离观测，而且有毒，并且由于易碎，不适宜运输和传递。

国内对温湿控制技术研究起步较晚。自20世纪80年代以来，在引进、吸收国外高科技温室生产技术的基础上，我国进行了温室中温度、湿度和二氧化碳等单项环境因子控制技术的研究。1982年中国农业科学院建立了全国农业系统的第一个计算机应用研究机构。1995年，北京农业大学研制成功的―WJG一1型实验温室环境监控计算机管理系统‖，仅仅是进行单因子控制，操作性和可靠性均不够理想。

温湿度传感器正朝着集成化、智能化、系统化的方向发展；与此同时，温湿度测量技术也在不断进步。在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境温度与湿度进行测量及控制。准确测量温湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。相比之下，测量湿度要比测量温度更复杂，这是因为温度是个独立的被测量，而湿度却受大气压强和温度的影响。目前，温湿度测量领域的新技术不断涌现，新产品也层出不穷。

-3-

第2章 系统总体方案设计与选择论证

在本章中，我们将实验室温、湿度环境监测系统的总体设计及其主要功能特点进行简单的分析，并给出它的特点、实现功能、系统的简单操作以及对单片机及其控制系统的了解。

2.1 系统主要单元的选择与论证

方案一：采用XC9000系列的FPGA。该类器件具有并行处理能力，能快速的响应外部的各种数字信号，但在数据处理方面过于复杂，而且芯片价格较昂贵。

方案二：采用单片机作为控制核心，单片机数学运算功能较强。在程序相互调用方面，处理方便灵活，性能稳定，适合实际应用。且单片机技术发展较为成熟，价格便宜。基于以上分析，采用单片机控制可更为简便灵活地实现系统功能，故拟采用方案二。

2.2系统总体原理框图

该系统主要由以下功能系统构成：中央控制处理器AT89C51组成的主机系统；环境数据采集系统，输出显示与键盘控制系统等。

主要的系统电路有：电源电路、温度传感器与湿度传感器电路、显示电路，报警电路、键盘输入控制电路和通信电路等。

该系统的主要特点有：

（1）该产品的互换性好，响应速度快，抗干扰能力强，外围电路简单易懂，因此体积小。

（2）该系统能用软件的方式控制硬件，所有用软件方式设计的系统向硬件系统的转换是由有关开发软件自动完成的，易操作。 系统总体原理框图如图2-1所示： 单 温度传感器 片 机 系 统 测量 A/D 湿度传感器放大 转换 测量 放大 A/D 转换 键盘控制 复位与时钟 报警电路 LCD显示

上位机 图2-1 系统总体原理框图

-4-

第3章 系统的硬件设计

本设计的硬件系统主要由主控模块、显示模块、温湿度采集模块、键盘模块和蜂鸣器模块组成。

3.1 单片机AT89C51简介

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容 …… 此处隐藏：1781字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……