一种新型湿度测量系统

智能仪表除了保持数字仪表的优点外，还具有一定的人工智能。现代工业高度发展，对固体和气体的测量提出了更高的要求。湿度的测量在气象、仓储及人工气候环境中有着广泛的应用。研究一种适合于精确测量湿度的智能型仪表是十分有意义的。 随着计算机技术的进步，单片机在仪表中的应用日益广泛。单片机将中央处理器、程序储存器、定时器/计数器、并行串行输入输出口和中断部件等单元集成在一个芯片上，使系统的体积缩小，价格便宜，性能可靠。本文以A/T89C2051单片机为核心，电容式湿度传感器为测量元件，附加少许外围电路，通过软件编程，设计出一种新型湿度测量系统。此时度测量系统精度比较高，造价低，可广泛应用于大气湿度测量及工业生产中。 1、 系统硬件设定 本系统硬件主要有四部分组成：核心控制单元由89C51单片机构成；测量部分由电容式湿度传感器，TLC555振荡器加上外围电阻的协调工作；显示部分采用4片74LS164串级使用扩展4位LED显示器；报警部分通过软件编程使LkD闪烁显示，并用P3.2和P3.3控制继电器开关吸合，驱动报警设备。系统硬件组成框图如图1所示。 （1） 核心控制单元 核心控制单元主要有一片89C51单片机构成，其I/O接口分配如下： P1.0、P1.1、P1.2分别与3个按键相连，接受外部设定命令。P3.0和P3.1作为数据发送口控制LED显示8，通过P1.7口来控制LED的亮暗，达到显示清晰稳定，P3.2和P3.3控制继电器开关吸合，驱动报警设备。 （2） 测量单元 用电容作为传感器，作为测温元件，湿度探测器是一个RC振荡器，其中吸水塑料膜是电容元件的绝缘材料（或用湿敏电容）。薄膜电容的容量随着它从空气中吸收的水量增大而增加，从而使振荡器的振荡频率降低。电容传感器将被气体的湿度值转变为电容值，然后将电容值转变为频率值，经过前级的整形、滤波及光电耦合，最好送给单片机处理。 （3） 显示单元 显示单元采用静态显示方式，所用芯片为74LS164。用4片74LS164串级使用扩展4位LED显示器，用AT89C2051的P3.3和P3.1作为串行通信的数据接收口和发送口。本设计的独特之处在于时刻选通74LS164，通过使P1.7输出1和0来控制LED的亮暗，达到显示清晰稳定，如图2所示。 (4)报警单元 通过软件编程使LED闪烁显示，并用p3.2和p3.3控制继电器开关吸合，驱动报警设备。具体电路如图3所示。 2、 系统软件设计 系统软件设计采用模块化结构，总共包括主程序模块、中断模块、按键查询子程序模块、显示子程序模块、标度变换子程序模块合报警子程序模块等。 （1） 主程序模块 主程序包括设置堆栈指针，定时器T0、计数器T1的初始化，特殊寄存器初值设定，显示初值设定等。主程序流程图如图4所示。 片内RAM的分配 00H~07H:R0~R7; 2FH:当前显示状态标志位； 40H~42H：脉冲数浮点数表示存放区； 43H~45H：标度变换系数浮点数表示存放区； 46H~49H：湿度值BCD码存放区； 4AH~4DH：湿度上下限值BCD码存放区； 50H：50ms积累单元； 51H：2s累计单元； 52H53H：脉冲数存放区； 54H55H：湿度值二进制码存放区； 56H~59H：湿度上下限值二进制码存放区。 位地址 00H：2s标志位 （2） 其它程序模块 按键程序完成以下功能，设定上限、设定下限、移位、加1和复位，三个按键分别接P1.0、P1.1和P1.2口。第一次按1号键后，进入设定上限状态；第二次按1号键后，进入设定下限状态；第三次按1号键后，恢复初始显示状态。在设定上下限状态中，按2号键使当前闪烁位数字从0~9变化，每按一次3号键闪烁位移动一次，各位循环移动。 本设计采用静态显示方式，所用芯片为74LS164。用4片74LS164串级使用扩展4位共阳极LED显示器。单片机利用串行口的0工作方式就可以将数据显示。显示程序主要包括：显示湿度值子程序、报警显示子程序和设置闪烁位子程序。 标度变换完成由频率值到湿度值的转化以及由二进制到BCD码的转化，本设计采用浮点数运算。T1作为计数器工作方式一。每到2s把纪录的脉冲数存入内存缓冲区，以便标度变换。