基于單片機(jī)的濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙祥坤　蘇奎　李帥三

【摘要】 就目前而言，國(guó)內(nèi)外在濕度檢測(cè)中檢測(cè)元件的主要特點(diǎn)是：種類較多、應(yīng)用廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的使用范圍比較廣泛，其技術(shù)水平越來(lái)越高，單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性也越來(lái)越有保證。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 濕度檢測(cè) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、單片機(jī)的濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

（1）可靠性。單片機(jī)系統(tǒng)具有較高的可靠性是其應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，可靠性設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的準(zhǔn)則，為了對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行提高主要通過(guò)以下幾個(gè)方面：首先在選用元器件時(shí)要選擇質(zhì)量過(guò)關(guān)的；其次是對(duì)于電路的布線以及接地要合理；然后是抗干擾措施的設(shè)計(jì)，以及系統(tǒng)的自我診斷功能等等。（2）方便性。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要從操作者的視角出發(fā)，盡量的提高系統(tǒng)的可操作以及可維護(hù)性。要盡量簡(jiǎn)化操作，使得系統(tǒng)能夠被進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。滿足這一原則要在設(shè)計(jì)中，盡量減少對(duì)人機(jī)交互接口的使用，盡量使用操作內(nèi)置，同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該具有自我故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、定位，從而及時(shí)進(jìn)行維修。（3）性價(jià)比。對(duì)于單片機(jī)的使用主要是由于其性價(jià)比很高，這是由于其體積小功耗低等多種優(yōu)點(diǎn)疊加的原因。

二、濕度檢測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

就濕度檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)而言，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)于下位機(jī)中的濕度的監(jiān)測(cè)。這個(gè)環(huán)節(jié)主要包括兩個(gè)部分，一是單片機(jī)，二是傳感器，這兩者相協(xié)作完成對(duì)于某一現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度的采集以及處理工作，數(shù)據(jù)間的傳遞是借由總線以及中間機(jī)完成的，其中中間機(jī)的作用主要是控制下機(jī)位，使得其能夠?qū)Ω鱾€(gè)方位的濕度進(jìn)行連續(xù)的循環(huán)的采集以及處理工作，中間機(jī)將數(shù)據(jù)向上位機(jī)傳遞，而上位機(jī)以用戶設(shè)定為原則，對(duì)中間機(jī)的參數(shù)讀取環(huán)境進(jìn)行設(shè)定，對(duì)于反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示以及打印等等操作。

三、關(guān)于硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于濕度檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分為硬件以及軟件兩個(gè)部分。

本文中，主要是對(duì)單片機(jī)P89LPC930的應(yīng)用，使得系統(tǒng)的面積以及功耗得以減小，濕度傳感器選擇HS1101，通過(guò)濕度傳感器以及震蕩電路的連接來(lái)進(jìn)行對(duì)濕度的監(jiān)測(cè)。（1）微控制器模塊。我們所選取的單片機(jī)P89LPC930為核心處理器，其結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越，能夠在2到4個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)來(lái)執(zhí)行命令，對(duì)于80C51，其時(shí)間大約縮短的了六分之一。并且為了減少系統(tǒng)面積以及功耗，該單片機(jī)對(duì)于系統(tǒng)級(jí)的功能進(jìn)行了集成。（2）濕度測(cè)量模塊。對(duì)于濕度參數(shù)的定義是相對(duì)濕度，以空氣為例，即是空氣中的水蒸汽壓以及飽和蒸汽壓的比值的百分?jǐn)?shù)。在本文的系統(tǒng)中，選用濕度傳感器HS1101，此款傳感器產(chǎn)于法國(guó)，是一款電容式的傳感器，在使用過(guò)程中，相對(duì)可靠穩(wěn)定并且其反應(yīng)速度很快。在此模塊中，研究方向主要是對(duì)于信號(hào)的轉(zhuǎn)變，對(duì)于濕度的測(cè)量是將濕度感應(yīng)為電容的的變化量，因此，此模塊是將變化的電容量轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谟?jì)算機(jī)接受的信號(hào)。本研究中，在555震蕩電路中放置濕敏電容，通過(guò)將電容信號(hào)向計(jì)算機(jī)更容易識(shí)別的電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)變，使得計(jì)算機(jī)更容易采集。（3）LCD顯示模塊。LCD的顯示屏為L(zhǎng)CM，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綖椴⑿蟹绞?，并且在其?nèi)部對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了集成。為了進(jìn)一步優(yōu)化LCD，使其功耗更低以及使用壽命更加高，可以對(duì)背光進(jìn)行關(guān)閉。（4）通信模塊。單片機(jī)P89LPC930的串口信息發(fā)送與接收通過(guò)UART，T x D為發(fā)送端， R x D端為輸入端。差分平衡系統(tǒng)中選用MAX487使得系統(tǒng)的抗干擾能力有所提高，并且對(duì)于信號(hào)的新手范圍有所增加。鑒于對(duì)RS485總線上下位機(jī)的故障問(wèn)題，可以通過(guò)串聯(lián)兩個(gè)電阻在MAX487上，當(dāng)個(gè)別硬件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，整個(gè)總線的通信不會(huì)受其影響。

四、關(guān)于軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案的原則是，當(dāng)系統(tǒng)通電后，首先初始化各個(gè)器件，然后是進(jìn)行濕度的測(cè)量，然后是對(duì)其濕度值進(jìn)行傳輸。（1）設(shè)計(jì)濕度測(cè)量軟件。在濕度傳感器與TLC555振蕩電路相連，使得數(shù)據(jù)信號(hào)以方波的形式輸出，然后送入單片機(jī)P89LPC930。（2）設(shè)計(jì)LCD顯示軟件。本系統(tǒng)的LCD內(nèi)部對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了集成，早使用時(shí)可以以LCD的指令表為依據(jù)進(jìn)行指令的寫入，操作十分方便。

五、試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)調(diào)試驗(yàn)證后，證明濕度的測(cè)量值的精度得到了大大的增加，實(shí)現(xiàn)了對(duì)濕度的精確測(cè)量。

六、結(jié)語(yǔ)

在本文中的基于單片機(jī)的濕度檢測(cè)系統(tǒng)的核心是P89LPC930單片機(jī)，外圍電路是由已有器件進(jìn)行組織的，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)本著可靠性、操作方便性以及高性價(jià)比為原則，具有可拓展性強(qiáng)、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。在溫室大棚等場(chǎng)所得到了廣泛的應(yīng)用并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。