基于單片機的濕度檢測系統(tǒng)電路模塊設(shè)計

　　本系統(tǒng)通過單片機AT89C51及其各種接口電路來實現(xiàn)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濕度的變化而線性的變化，通過信號檢測和轉(zhuǎn)換電路將變化的電容轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的變化的電壓，再由A/D轉(zhuǎn)換器把模擬電壓信 號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入到單片機中，單片機對采集到的信號進行濾波處理并通過查表得到實際測量的濕度值，之后通過單片機的各外部接口電路顯示該濕度值，或 通過其與上位機的接口把此值送入到上位機進行保存及打印等操作。

　　鍵盤控制電路設(shè)計

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

　　圖2 鍵盤控制電路

　　 LED顯示電路設(shè)計

　　在本系統(tǒng)中，由于該濕度計還要進行信息的實時顯示，所以設(shè)計了LED顯示電路。該電路由三端可調(diào)集成穩(wěn)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（共陽極LED）和電阻構(gòu)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(shù)據(jù)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來驅(qū)動LED顯示器。但是由于74LS164無并行輸出控制端，在串行輸入過程中，其輸出端的狀態(tài)會不斷變化，故在某些使用 場合，在74LS164與輸出裝置之間還應(yīng)加上可控的緩沖級（如三態(tài)緩沖器74LS244），以使串行輸入過程結(jié)束后再輸出。而這里是通過控制NPN晶體 管的導通與截止和LM317，來控制顯示器（LED）共陽極電位的高低，從而控制顯 示器的亮暗，也就是在數(shù)據(jù)傳輸過程中顯示器暗、在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時顯示器亮。由于74LS164在低電平輸出時，允許通過的電流可達8mA，故不需要再加驅(qū) 動電路。通過電位器RP2調(diào)整腳2的輸出電壓，可使LED的顯示亮度均勻在線可調(diào)，而且可以節(jié)約大量限流電阻。

　　電源控制電路設(shè)計

　　電源電路是給電子設(shè)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(zhuǎn)換成直流電。該部分電路由降壓、整流、濾波、穩(wěn)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(shè)計穩(wěn)壓部分時，根據(jù)電路對電源要求的不同而選擇不同的穩(wěn)壓電路，由于A/D轉(zhuǎn)換器（TLC1549）、看門狗定時器（X25045）、三端可調(diào)集成穩(wěn) 壓器（LM317）、單片機（AT89C51）要求電源電壓的穩(wěn)定性較高，所以采用了三端固定式集成穩(wěn)壓電路（78H05）；由于測量電路和頻率/電壓轉(zhuǎn) 換器對電源要求不太高，所以分別采用穩(wěn)壓管給它們供電；由于A/D轉(zhuǎn)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(shè)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(shù)的變化轉(zhuǎn)化成電壓變化使其能滿足A/D轉(zhuǎn)換電路的要求。該部分電路由自激多諧振蕩器、脈寬調(diào)制電路和頻率/電壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，芯片中包含了一個高增益的運算放大器/ 比較器，內(nèi)含的轉(zhuǎn)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(tǒng)進行頻率檢測，而省去f/v轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換是可行 的。但對于電容放大后，使得7555時基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(shù)的有效位減少。再者電容放大器 又存在溫漂問題使得頻率值有所波動。造成測量誤差而影響精度。因此本檢測系統(tǒng)還是選用了f/v轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換電路。

　　本系統(tǒng)采用了高精度的電容式相對濕度傳感器，在系統(tǒng)運行穩(wěn)定時，濕度測量范圍為0～100%RH。系統(tǒng)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，因此只要選用不同的濕度傳感器，并修改相應(yīng)的軟件控制程序，本檢測系統(tǒng)就可應(yīng)用在環(huán)境保護、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 以及軍事等方面，可見其具有非常廣泛的應(yīng)用前景。由于該系統(tǒng)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一步研究