发布时间 : 星期三 文章基于STC12C5410AD单片机的温湿度检测仪更新完毕开始阅读
第2章 温湿度检测仪硬件电路的设计
此系统采用了以含有A/D转换器的STC12C5410AD单片机为核心控制器件,以高灵敏度传感器为温湿度获取元件,用LED作为显示设备。这个系统主要由STC12C5410AD单片机电路、温度测量电路、相对湿度测量电路、键盘输入电路与LED显示电路。
§2.1 温湿度检测仪单片机电路的设计
该检测仪的设计是以STC12C5410AD单片机为核心部件，STC12C5410系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代 8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。拥有4路 PWM，8路高速10位A/D转换。工作电压：5.5V ～ 3.8V（5V 单片机），工作频率范围：0～35MHz，用户应用程序空间10K字节，E2PROM功能。STC12C5410AD单片机的引脚排列及基本外围电路如图2-1所示。
U8P1.0P1.1P1.2P1.32021222425P1.5272829RxD4TxD59111213193P1.0/ADC0P1.1/ADC1P1.2/ADC2P1.3/ADC3P1.4/ADC4P1.5/ADC5P1.6/ADC6P1.7/ADC7P3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.7/PWM3RESETVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P2.0/PWM2P2.1P2.2P2.3P2.4/PWM3P2.5P2.6P2.7XTAL2XTAL1VSS326102326303112141517187816C13VCC10uVCCC10S9SW-PB10UR42160C1130pXTALM111.0592MC1230pSTC12C5410ADR4110k
图2-1 STC12C5410AD单片机的引脚排列及基本外围电路图
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运用STC12C5410AD单片机的输入/输出接口P1.4和P1.5定时采集温度测量电路电压信号和相对湿度测量电路输出的频率信号，并对湿度的频率进行线性化处理和温度补偿，从而获得温度和相对湿度数据，分别将这些数据存储于数据存储器中，然后再通过P1.0和P1.1口把芯片处理的数据送入显示模块电路进行显示。单片机通过模拟输入口P1.3连接键盘，用户可以通过键盘输入实现人机交换。STC12C5410AD单片机的P3.0、P3.1口与RS-232串行接口相连实现与PC机的串行通信。
STC12C5410AD单片机片内的时钟产生方式采用的是内部时钟方式，即在XLAT1和XLAT2两引脚间外接石英晶体和电容构成一个自激振荡器，从而向内部时钟电路提供振荡时钟。震荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.2～12MHz之间任选。通过改变电容C1、C2的值进行微调，通常取30pF左右。本设计中晶体的振荡频率取11.0592MHz，电容的值取30pF。
复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。本设计中STC12C5410AD单片机的复位电路采用的是开关复位电路，如图2-1所示，开关未按下是上电复位电路，上电复位电路在上电的瞬间，由于电容上的电压不能突变，电容处于充电（导通）状态，故RST脚的电压与VCC相同。随着电容的充电，RST脚上的电压才慢慢下降。选择合理的充电常数，就能保证在开关按下时使RST端有两个机器周期以上的高电平，从而使STC12C5410AD内部复位。SW1按下时是按键手动复位电路，RST端通过R1与VCC电源接通，提供足够时间的复位电平，使单片机复位。
基于STC12C5410AD单片机的温湿度检测仪的硬件原理图见附录。
§2.2 温湿度检测仪其他硬件电路的设计
该温湿度检测仪的硬件系统由以下几部分组成：电源部分、单片机控制电路、相对湿度测量电路、温度测量电路、键盘扫描电路、LED显示电路、
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与PC机通信的RS-232转换电路等。这些部分组合起来协调工作，从而达到温湿度检测的目的，各部分设计如下。
§2.2.1 温度检测电路的设计
温度传感器的选择：传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。本设计中采用由美国模拟器件公司生产的温度传感器AD590，AD590是一种电流输出型二端式集成温度传感器，其主要技术参数：测温范围－55℃～+150℃；工作电压+4V～+30V；精度±0.5℃；灵敏度1μA/℃，温度每变化1℃，其输出电流变化1μA；输出零点为热力学温标零点。即－273℃时AD590的输出电流为0μA，0℃时输出约为273μA。当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为输出电压。注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20MΩ，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。
温度检测电路主要由AD590传感器、电阻和电压跟随器组成，本设计用LM324的一个放大器作为电压跟随器，具体电路图如图2-2所示。
工作过程：因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，电流经过电阻R43转换为电压信号，所以电阻R43两端的电压也将随环境中温度的变化而变化。电阻上的电压信号经电压跟随器稳定后输入到STC12C5410AD单片机带有A/D转换器的端口P1.4，将模拟电压信号转化为数字信号，再经过相关软件处理获得环境中的实际温度数据。
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U921Vdd9vAD590R4310K32图2-2 温度检测电路
4U11ALM3241P1.411
§2.2.2 湿度检测电路的设计
湿度传感器的选择：湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，电容式湿敏元件较为多见。产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿。电容式相对湿度传感器是气候、过程温度检测的主流，并是唯一能检测全温度范围的传感器，能精确的检测低至0%RH的相对湿度。因为较好的温度特性，电容式传感器经常不用温度补偿就能测量较宽温度范围内的相对湿度。THS11是一种电容式湿度传感器，它的容值随环境湿度的变化而变化，它具有测量范围广（0～100%）RH；适用性好，可在（－40℃～100℃）温度下工作；精度高（2%）；响应速度快（5s），恢复时间短（10s）；长期稳定好（年漂移量仅为±1.5%RH）并且具有极好的线性输出特性。
相对湿度测量电路如图2-3所示，它主要由NE555外加湿敏电容与电阻构成的振荡器组成。图中的NE555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，它输出的变频信号被送入单片机中。
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