基于Proteus的温湿度数据采集系统设计与仿真_冯梅琳

收稿日期:2009-10

作者简介:冯梅琳(1979)),女,硕士,讲师,主要从事传感检测、单片机及嵌入式系统方面的教学与研究工作。

基于Proteus 的温湿度数据采集系统设计与仿真

冯梅琳,王 芸,温家旺

(江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000)

摘要:文章以温室环境作为研究对象,介绍了温湿度数据采集系统的设计过程与仿真的实现方法。详细介绍了温湿度测量电路以及单片机外围电路的设计,软件流程及汇编语言源程序的设计。另外,在P ro teus 环境下结合K e il u V isi on 2将软硬件相结合,成功地实现了系统的仿真调试,并可在线演示。该方法可以提高系统的开发效率、缩短周期和降低成本,为单片机系统的开发提供了手段。结果表明,该系统可以实现温湿度数据的采集、处理、实时显示、开关量的控制输出、超限光报警及系统键盘设置等功能,温度控制精度稳定在0.1e 范围之内,湿度的误差可控制在?2.0%RH 以内,达到了设计要求。

关键词:AT 89C52;温度;湿度;P roteus

中图分类号:TH811;TH837 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2010)02-0012-04

Desi gn and Simulation of Te mperature and Hu m i dity D ata A cquisition

Syste m B ased on Proteus

FENG M e-i li n ,WANG Yun ,WEN Jia -w ang

(Jiangx iU n i versity o f Sc i ence and T echnology ,G anz hou 341000,Ch i na)

Abst ract :The desi g n and si m u lati o n i m ple m entation m ethods o f te m perature and hum idity data acqu isition syste m

are intr oduced i n th is paper ,wh ich takes a g reenhouse as the research ob jec.t A t the sa m e ti m e ,t h e te m pera t u re and hu m i d ity m easure m ent circui,t periphery circu it of si n gle chip co m puter ,soft w are flo w chart and the desi g n of asse m ble language source prog ra m are described in deta il i n the paper .In add ition ,the v irtual si m u l a ti o n debugg i n g process is realized successf u ll y by integ rati n g the har dw are and soft w are in the Proteus and the Ke il uV ision2env ironm ents ,and can be de m onstrated on li n e .Th is m ethod is proved to be an effective m eans wh ich raised t h e deve l o p m ent effic iency ,reduced the cyc le ti m e and saved costs .Resu lts verif y that it is possi b le to rea lize m any functions of the syste m,such as te mperature and hum idity data acquisiti o n,data processi n g ,d isp lay i n g on rea-l ti m e ,the output of s w itch i n g va l u e ,optic alar m ,and the keyboard operation and so on .The te m perature contro l accuracy can be contr o lled i n 0.1e ,and the hu -m idity can be con tro lled i n ?2.0%RH very w e l.l It verifi e s that the syste m hasm et the require m ents .

K ey w ords :AT89C52;te m pera t u re ;hu m i d ity ;Proteus 1 系统总体方案设计

本系统以单片机AT89C52作为控制核心,以数字式温度传感器DS18B20、电容式湿度传感器H S1101作为测量元件,构成智能温湿度测量系统;同时可把采集到的数据通过RS -232总线上传给工业控制计算机进行进一步处理,系统设计方案如图1所示。2 系统硬件设计

系统硬件设计主要包括传感检测和单片机外围电路设计。其中传感检测部分的设计包括温度测量电路和湿度测量电路;单片机外围电路部分的设计包括时钟电路、复位电路、电源电路、独立式键盘输入电路、显

示电路、光报警电路等。2.1 传感检测部分的设计

2.1.1 温度测量电路

DS18B20是Dallas 公司1-W ire 系列高精度数字

图1 基于单片机的温湿度数据采集系统设计方案

式温度传感器,可直接与单片机相连,其测量电路如图2所示。采用电源供电方式,此时DS18B20的第1脚接地,第2脚作为信号线,第3脚接电源;AT89C52通过P2.7口对DS18B20进行控制,读取DS18B20所测得的温度。单片机与DS18B20之间进行应答来采集温度参数,先将与DS18B20的连线电平拉低480L s 以上,将DS18B20复位,再进行操作。当DS18B20处于写存储器操作和温度A /D 转换操作时,总线上必须有上拉电阻R p ,上拉开启时间最长为500m s ,即先向DS18B20发送指令,跳过ROM 后发出转换温度的指令,然后初始化后读取温度,将读到的温度通过4位一体LED

显示出来。

图2 温度测量电路图

2.1.2 湿度测量电路

H S1101是一个电容式湿敏元件,在电路中可等效成一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。本系统中将该湿敏电容置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号,可直接被计算机所采集。其测量电路如图3

所示。

图3 湿度测量电路图

2.2 单片机外围电路的设计

单片机外围电路主要包括时钟电路、复位电路、电源电路、键盘输入电路、显示电路以及光报警电路。由于前三种电路都是比较成熟的电路,在此主要介绍后面三种电路的设计。2.2.1 键盘输入电路

本系统采用独立式键盘,如图4所示。主要完成

以下功能:一是采样值及设定值的通道号选择;二是系

统温湿度上下限的设定值更改。其中S1键选用双稳态开关,S2~S5键选用按钮开关。本系统设计的键盘处理子程序,主要考虑了以下3个问题:

图4 独立式键盘电路

(1)如何减少开关的使用次数,以提高开关的使用寿命;

(2)如何更快捷、更方便地给出温湿度的上下限的设定值;

(3)如何更有利于子程序的整体调度。各个按键功能如表1所示。

表1 系统键盘设置按键功能

按键功 能

S1给外部中断0一个低电平,使其进入键盘中断子程序。若S1键按下,则启动系统键盘设置功能S2检测值通道号选择S3设定值通道号选择S4设定值加1操作S5

设定值减1操作

2.2.2 显示电路的设计

显示电路采用两个4位一体的LED 显示数码管,共阳极接法。第1个数码管用来显示温湿度的采样值,其中第一位显示检测值的通道值(1-温度值,2-湿度值),后三位显示采样值,带小数位;第2个数码管用来显示温湿度上下限的设定值,其中第一位显示设定值的通道值(1-温度上限,2-温度下限,3-湿度上限,4-湿度下限),后两位显示设定值,不带小数位。由于LED 显示电路较多选用动态扫描方式,为了

实现LED 的动态扫描,除了要给显示器提供段(字型代码)的输入之外,还要对显示器加位进行控制,即段控和位控。所以需要P0口作为段控线,P2.0~P2.6引脚作为位控线,其中P2.0~P2.3用于驱动显示温度采样值的数码管,P2.4~P2.6用于驱动显示湿度设定值的数码管。显示电路如图5所示。2.2.3 光报警电路的设计

光报警电路由6个LAMP 组成,如图6所示。光报警电路执行动作参见表2。