基于單片機的濕度檢測系統電路模塊設計

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

　　鍵盤(pán)控制電路設計

　　鍵盤(pán)電路是單片機應用系統最常用的人機接口電路，用它可以完成濕度值的設定、移位、加1、減1、清零、前翻頁(yè)、和后翻頁(yè)等功能。但它往往要占用較多的 I/O端口。在本濕度檢測系統中，除了把一個(gè)獨立的按鍵用作開(kāi)始鍵外，利用了一種新型的鍵盤(pán)電路，它可以最大限度地減少鍵盤(pán)電路對I/O端口的占用。這種電路可以使按鍵次數達到16個(gè)，其軟件處理使用了端口訪(fǎng)問(wèn)和掃描檢測兩種方法，同時(shí)由于采用了組合邏輯來(lái)直接對端口進(jìn)行讀取，因此極大地簡(jiǎn)化了程序的處理過(guò)程，同時(shí)也節省了寶貴的存儲器和CPU運算資源。鍵盤(pán)控制電路如圖2所示。

　　圖2 鍵盤(pán)控制電路

　　 LED顯示電路設計

　　在本系統中，由于該濕度計還要進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)顯示，所以設計了LED顯示電路。該電路由三端可調集成穩壓器（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(yáng)極LED）和電阻構成，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為串行數據輸出端，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(lái)驅動(dòng)LED顯示器。但是由于74LS164無(wú)并行輸出控制端，在串行輸入過(guò)程中，其輸出端的狀態(tài)會(huì )不斷變化，故在某些使用 場(chǎng)合，在74LS164與輸出裝置之間還應加上可控的緩沖級（如三態(tài)緩沖器74LS244），以使串行輸入過(guò)程結束后再輸出。而這里是通過(guò)控制NPN晶體 管的導通與截止和LM317，來(lái)控制顯示器（LED）共陽(yáng)極電位的高低，從而控制顯 示器的亮暗，也就是在數據傳輸過(guò)程中顯示器暗、在數據傳輸結束時(shí)顯示器亮。由于74LS164在低電平輸出時(shí)，允許通過(guò)的電流可達8mA，故不需要再加驅 動(dòng)電路。通過(guò)電位器RP2調整腳2的輸出電壓，可使LED的顯示亮度均勻在線(xiàn)可調，而且可以節約大量限流電阻。

　　電源控制電路設計

　　電源電路是給電子設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的市電轉換成直流電。該部分電路由降壓、整流、濾波、穩壓四部分組成，其電路圖如圖4所示。

　　圖4 電源控制電路

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

　　濕度檢測和傳送電路的設計

　　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的變化轉化成電壓變化使其能滿(mǎn)足A/D轉換電路的要求。該部分電路由自激多諧振蕩器、脈寬調制電路和頻率/電壓轉換器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/電壓轉換器，芯片中包含了一個(gè)高增益的運算放大器/ 比較器，內含的轉速計使用充電泵技術(shù)，對低紋波具有頻率倍增功能。雖然如果對頻率量f直接由單片機系統進(jìn)行頻率檢測，而省去f/v轉換和A/D轉換是可行 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，使得直接測頻計數的有效位減少。再者電容放大器 又存在溫漂問(wèn)題使得頻率值有所波動(dòng)。造成測量誤差而影響精度。因此本檢測系統還是選用了f/v轉換和A/D轉換電路。

　　本系統采用了高精度的電容式相對濕度傳感器，在系統運行穩定時(shí)，濕度測量范圍為0～100%RH。系統還充分利用了AT89C51單片機自身的軟硬件資 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，并修改相應的軟件控制程序，本檢測系統就可應用在環(huán)境保護、工業(yè)控制、農業(yè)生產(chǎn) 以及軍事等方面，可見(jiàn)其具有非常廣泛的應用前景。由于該系統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