摘要：濕度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活非常重要的環(huán)境因素，為了達到穩(wěn)定、高亮度和快速的顯示，采用電容式濕度傳感器和單片機結(jié)合的方法設計了濕度檢測電路，給出了傳感器、單片機、A／D轉(zhuǎn)換、顯示等元器件和單元電路選擇和設計的依據(jù)。檢測時，濕度傳感器HM1500感受濕度變換成電信號送ADC0809轉(zhuǎn)換后經(jīng)單片機C51處理，由MAX7219控制顯示。檢測電路具有原理清楚、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好以及高亮度數(shù)碼顯示等特點。
關(guān)鍵詞：濕度；傳感器；檢測電路；ADC0809
0 引言
隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展以及人們對生活環(huán)境和質(zhì)量要求的提高，濕度的測量和控制顯得日益重要起來。如在具有粉塵作業(yè)和電子產(chǎn)品生產(chǎn)的車間里當濕度小而產(chǎn)生靜電時，常會發(fā)生爆炸事故；在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)過程中，當濕度低于30％時，容易產(chǎn)生靜電而影響生產(chǎn)；倉庫濕度過大，會使存放的物資變質(zhì)或變壞；在農(nóng)業(yè)的育苗、栽培、生產(chǎn)、保鮮等方面也都需要對濕度進行測量與控制。另外，為了使人們的生活環(huán)境舒適，必須對濕度進行檢測和控制。
濕度常用相對濕度來表示。它是指空氣中實際所含水蒸氣的分壓Pw和同溫度下飽和水蒸氣的分壓Pw的百分比，即：
1 電路組成及工作原理
濕度檢測電路由濕度傳感器、A／D轉(zhuǎn)換電路、主機電路、顯示電路組成，原理框圖如圖1所示。
濕度傳感器HM1500將檢測到的濕度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)放大后送入A／D轉(zhuǎn)換器，并通過A／D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機需要的數(shù)字信號，經(jīng)單片機處理后，通過顯示電路顯示。
2 單元電路選擇與設計
2．1 濕度傳感器
這里，濕度傳感器采用美國Humirel公司生產(chǎn)的HM1500，它是電壓輸出式集成傳感器，有GND，Ucc(+5 V電源端)、Uo(電壓輸出端)3個引腳。內(nèi)部包含由HS1101型濕敏電容構(gòu)成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器，能輸出與相對濕度成線性關(guān)系的直流電壓信號。輸出阻抗為70 Ω，適合與ADC單片機相連。測量范圍的0～100％RH，輸出電壓范圍為1～4V，精度為±3％RH，靈敏度為25mV／RH，溫度系數(shù)為0．1RH／℃。
輸出電壓的計算公式：
Uo=1.079+0.2568 RH (2)
2．2 A／D轉(zhuǎn)換電路
A／D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，它是8位8通道逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，由一個8路模擬開關(guān)，一個地址鎖存與譯碼器，一個8位轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。它有八路模擬量輸入端，在多路開關(guān)的控制下，任一瞬間只能由一路模擬量經(jīng)模擬通道輸入到A／D轉(zhuǎn)換器中的比較器。對輸入電壓范圍要求為0～5 V，HM1500的電壓輸出范圍在1～4 V，因此電路中不需要設置放大電路。
ADC0809與AT89C51的連接如圖2所示，連接時需要地址鎖存器74LS373。
[!--empirenews.page--]
2．3 單片機
單片機選用MCS-51系列單片機AT89C51。AT89C51是一種帶4 KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器、高性能的CMOS 8位微處理器，具有軟件編程靈活、自由度大、性價比高的特點。AT89C51芯片時鐘可達12 MHz，運算速度快，控制功能完善。
2．4 顯示電路
顯示電路采用LED顯示器動態(tài)顯示。動態(tài)顯示采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個數(shù)碼管輪流點亮。但由于點亮的時間短暫和人的視覺及二極管的余輝效應，給人視覺是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。同時動態(tài)顯示還具有節(jié)省I／O口、硬件電路簡單等優(yōu)點。
顯示電路由MAX7219芯片控制實現(xiàn)，它是一種高集成化的串行輸入／輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動器，每位可驅(qū)動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，與微處理器連接只需3根線。
MAX7219與51單片機串行接口連接圖如圖3所示。MCS-51單片機串行口工作于方式0，通過RXD(P3．0)引腳發(fā)送／接收串行數(shù)據(jù)，通過TXD(P3．1)引腳發(fā)送移位時鐘脈沖。發(fā)送順序為低位在前高位在后，與MAX7219的接收相反。
[!--empirenews.page--]
3 總體檢測電路
濕度檢測總體電路圖如圖4所示。濕度傳感器HM1500接收到濕度信號，將其轉(zhuǎn)化成電壓信號，經(jīng)內(nèi)部放大器放大后，通過模擬通道IN1送入A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809。
要使ADC0809工作，先對其進行初始化，使ST，OE信號全部為低電平。把模擬通道IN1的地址送入A，B，LabVIEWC端口上。ADC0809通道選擇引腳A，B，C的地址由地址鎖存器74LS373提供。將單片機P2．7作片選信號，只有P2．7為低電平時，才能對ADC0809進行操作。啟動A／D轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號WR和P2．7共同控制ADC地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，ALE和START連在一起，ADC0809在鎖存通道地址的同時，啟動并進行轉(zhuǎn)換。A／D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量需單片機讀取并進行處理，單片機讀取結(jié)果時采用中斷方式。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC經(jīng)非門與89C51的INT1相連。A ／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取需要對A／D轉(zhuǎn)換是否完成進行確認。確認完成才可讀取數(shù)據(jù)。用單片機的讀信號RD和P2．7經(jīng)一級或非門后，產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號，用于打開三態(tài)輸出鎖存器，就能讀出模擬通道IN1的轉(zhuǎn)換結(jié)果。A／D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。中斷服務程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送入指定的存儲單元。
單片機把A／D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過RXD(P3．0)引腳送入MAX7219的串行數(shù)據(jù)輸入端DIN，當CLK為上升沿時，數(shù)據(jù)被載入16位移位寄存器。LOAD為片選端，當LOAD為低電平時，芯片接收送來的數(shù)據(jù)，當LOAD為高電平時，接收的數(shù)據(jù)被鎖定，然后通過數(shù)碼管顯示出來。
4 軟件設計
檢測電路的軟件部分采用模塊化程序設計，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的，主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、顯示子程序等模塊，主程序流程圖如圖5所示。
系統(tǒng)的初始化包括對A／D轉(zhuǎn)換器的初始化、MAX7219的初始化等。ADC0809的初始化使ST和OE全部為低電平。MAX7219初始化時將5個工作狀態(tài)寄存器，即譯碼方式選擇、亮度調(diào)節(jié)、掃描位數(shù)設定、待機開關(guān)和顯示器檢測全部為零。
數(shù)據(jù)采集部分的子程序設計是單片機對A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809的操作。驅(qū)動ADC0809的IN1進行A／D轉(zhuǎn)換，單片機接收轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入指定內(nèi)存單元，由INT1中斷服務程序完成。每次驅(qū)動A／D轉(zhuǎn)換后等待外部中斷1，中斷到來說明A／D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過中斷服務程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。
顯示子程序是指單片機通過中斷方式對MAX7219的控制，傳送16位數(shù)據(jù)的地址位和數(shù)據(jù)位。它還包括對串行方式的設置、顯示緩沖單元和各控制寄存器的地址碼及數(shù)據(jù)單元的分配等。
5 結(jié)語
本設計創(chuàng)新地利用電容式濕度傳感器和單片機結(jié)合，使設計的濕度檢測電路結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好以及數(shù)碼顯示亮度高。
下載文檔
