《基于单片机的温湿度实验箱设计毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的温湿度实验箱设计毕业设计论文.doc（80页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、本科生毕业设计（论文）摘 要温湿度实验箱在现实生活中有着广泛的应用，温湿度实验箱能够提供一个恒湿或恒温的环境，能够实现温度和湿度的连续可调，汽车摩托、航天航空、船舶兵器等都需要进行温度和适度的实验，以检验其各项性能指标的稳定性。本文设计系统分为现场设备和监控室设备两部分，对每一个部分都进行了软件和硬件的设计，本系统带有RS232通讯接口电路，CPU部分选用AT89S52单片机,温度传感器采用AD590温度传感器，湿度传感器采用霍尼韦尔的相对湿度传感器HIH-3610-1，通信模块采用CAN总线进行通信远传。监控室采用PC机进行显示并控制，在软件部分设计了下位机主程序、下位机信息采集子程序、下位
2、机A/D转化子程序、CAN总线通信子程序等程序，对被控对象的控制设计了PID算法子程序进行控制，通过软件和硬件的设计，实现了一台实验箱对温度的调控功能并实现了实验箱内温湿度数据的远传和远程控制，使得监控室内的一台PC机能同时监控15台现场设备的运行状况。本设计实现了基于单片机温湿度试验箱的设计，采用该方案设计的温湿度试验箱具有低功耗、高效能等特点，具有很高的安全性、经济性和可靠性。关键词：温湿度；试验箱；单片机； CAN总线AbstractTemperature and humidity test box is widely used in real life, the temperature
3、 and humidity test box can provide a constant humidity or temperature environment, continuously adjustable to achieve temperature and humidity, automobile motor, aerospace, weapons, ships need experimental temperature and moderate, to test their stabilities of various performance indicators.In this
4、paper, the design system is divided into equipment and control room equipment two parts, to every part of the design of software and hardware, the system with RS232 communication interface circuit, CPU part uses AT89S52 microcontroller, temperature sensor using AD590 temperature sensor, humidity sen
5、sor using the relative humidity sensor HIH-3610-1 of Honeywell, a communication module based on CAN bus communication transmission. The control room by PC for display and control, in the part of software design of the main program, the lower computer information acquisition subprogram, the A/D conve
6、rsion subroutine, CAN bus communication subroutine program to control the controlled object, design the PID control algorithm subroutine, through the design of software and hardware, realizes the control function table experimental box on the temperature and the realization of the experimental box t
7、emperature and humidity data telemetering and remote control, the control room and the one PC function at the same time 15 the operating status of equipment.Design and implementation of the design of MCU temperature and humidity test chamber based on the temperature and humidity test chamber, the sc
8、heme has low power consumption, high efficiency and other characteristics, and has the advantages of safety, economy and high reliability.Keywords: temperature and humidity; test chamber; MCU; CAN bus目 录第1章 绪论11.1 题目的来源与意义11.2 国外发展及现状21.3 论文主要结构及工作安排5第2章 系统的方案论证62.1 概述62.2 系统的方案论证62.2.1 远传方式的选择62.2.
9、2 CPU字长的选择72.3 系统方案组成7第3章 系统的硬件设计103.1 器件的选型103.1.1 单片机的选型103.1.2 温度传感器的选择113.1.3 湿度传感器的选择123.1.4 液位传感器的选择123.1.5 A/D转换器件的选择143.1.6 显示器件的选择143.1.7 加热器件的选择143.1.8 压缩机的选型153.1.9 加湿器的选型163.2 总线结构的选择163.3 湿度信息采集电路设计173.4 温度信息采集电路设计183.5 液位信息采集电路设计193.6 A/D转换电路203.7 显示电路213.8 键盘输入电路223.9 现场总线223.9.1 CAN总
10、线特点223.9.2 CAN总线协议233.10 电源电路253.11 单片机外围电路设计263.12 通信接口电路设计273.13 驱动电路设计283.14 报警电路设计293.15 监控室通信接口电路设计30第4章 软件设计314.1 主程序设计314.2 信息采集子程序设计324.3 键盘信息采集子程序设计344.4 CAN总线通信子程序设计354.5 显示子程序设计384.6 控制子程序设计404.7 串行通信子程序设计42第5章 总 结455.1 设计中出现的问题及解决方案455.2 关于设计的总结45致谢47参考文献48附录49附录52附录63IV第1章 绪论1.1 题目的来源与意
11、义温湿度试验箱能够提供一个高温环境或低温环境，主要用于考核产品在高低温环境中的性能。许多电子元器件在正式投入使用或批量生产前都需要进行耐高低温的例行实验，以检验其性能指标的稳定性。产品的电子零部件和整机，他们都需要进行高低温的环境试验，各种领域包括汽车、摩托、航空航天、工业、火箭、国防、高等院校、科研单位等等，这些领域中的产品控制系统、导航系统、显示系统等中的电子元器件性能都需要通过高低温的检测。因此，温湿度试验箱在科学试验以及产品测试中发挥着极其重要且不可替代的作用，温湿度试验箱的正常运行时保证试验正常进行的一个基本条件，由于温湿度试验箱一般持续时间长，工作时有噪音、扰动，环境较为恶劣，可能
12、出现执行元件（如加热器件、制冷器件等）、控制器、调节器、接触器、电接点温度计烧坏或损坏造成温湿度试验箱在运行过程中突然无加热或加热不受控制，也有可能会出现由于制冷执行元件接触不良、电磁阀控制、压缩机、水冷系统、风冷系统等工作不正常一起的制冷工作异常，当温湿度试验箱出现故障时如果不能及时发现，轻则可能由于其温度不在指定的范围内造成测试结果不正确，重则会造成检测系统或电子元件由于过冷或过热损坏甚至发生火灾事故。所以，在温湿度试验箱出现故障时希望能够及时切断电源，及时排除故障，从而保护各种设备。由于测量条件以及我们对温湿度试验箱维护的要求，需要实时的对温度值进行测量与分析，因此研究对温湿度试验箱监控
13、系统的设计很有必要。由于温湿度试验箱在科学试验及产品测试中的重要性，我们需要实时的监视设备的运行，传统的监控方式需要很多的人力来完成，效率很低，造成了人力资源的浪费。随着计算机技术、通信技术等的迅速发展，为了适应新的环境形势，拥有较多数量温湿度试验箱的单位对安全可靠地运行高低温试验、提升试验效率、挖掘试验效能、减轻工作人员强度提出了更高的要求，温湿度试验箱监控系统的存在，能够实现在试验前预先设定任务模式，通过监视系统全面监视所有工作设备，实现在无人看守的情况下，通过温湿度试验箱网络控制系统，完成实时监控、故障隔离、电话语音报警，试验结束后可以打印报表，可以查询记录等功能。通过温湿度试验箱监控系
14、统的设计，实现了温湿度试验箱设备的无人值守，大大提高了温湿度试验箱的安全性、可靠性、高效性。1.2 国外发展及现状温湿度试验箱作为环境试验设备，在很多汽车制造行业及各种电子、电工、仪器、零部件、材料、涂层等行业的温度湿度测试中发挥着重要的作用。近年来随着应用的日益广泛，技术的不断改进，温湿度试验箱制造厂家和维修行业对温湿度试验箱的技术要求也越来越高，致使为数不多的温湿度试验箱生产厂家也纷纷向世界先进技术靠拢。温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、
15、节约能源等重大技术经济指标相联系。自18世纪工业革命以来，工业过程离不开温度控制。温度控制广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等。温度控制的精度以及不同控制对象的控制方法选择都起着至关重要的作用，温度是锅炉生产质量的重要指标之一，也是保证锅炉设备安全的重要参数。同时，温度是影响锅炉传热过程和设备效率的主要因素。基于此，运用反馈控制理论对锅炉进行温度控制，满足了工业生产的需求，提高了生产力。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，
16、如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上，且要求其波动幅度（即稳态误差）不能超过某一给定值。从工业温度控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种：1定值开关温度控制法所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热源（或冷却装置）进行通断控制。若当前温度值比设定温度值高，则关断加热器，或者开动制冷装置；若当前温度值比设定温度值低，则开启加热器并同时关断制冷器。这种开关控温方法比较简单，在没有计算机参与的情况下，用很简单的模拟电路就能够实现。目
17、前，采用这种控制方法的温度控制器在我国许多工厂的老式工业电炉中仍被使用。由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使系统温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。2 PID线性温度控制法1922年美国的Minorsky在对船舶自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的比例积分微分（PID，Proportional Integral Differential）控制器的设计方法1，标志了PID控制的诞生。随后，PID控制器就以其结构简单、对模型误差具有鲁棒性以及易于操作等特点，在大多数控制过程中能够获得满意的
18、控制性能，到了20世纪40年代就已在过程控制中得到了广泛的应用。20世纪3040年代，经典的频域设计法得到了很快的发展。较为重要的是Nyquist和Bode在稳定性理论上所取得的重要成就。这种经典设计方法是设计一种反馈补偿器，以获得一定量的稳定裕度，重点考虑了模型的不确定性，并利用反馈来减少系统对干扰和模型误差的灵敏度。补偿器的设计主要是采用由Nyquist稳定准则引申出来的图解法。从20世纪80年代开始，在单回路PID控制器中引入了参数整定和自适应控制理论，PID控制理论从此进入了高速发展阶段。由于PID控制算法简单、可靠性高等特点，在控制技术高速发展的今天，它在工业过程控制中仍然占有主导地
19、位。由于PID调节器模型中考虑了系统的误差，误差变化及误差积累三个因素，因此，其控制性能大大地优越于定值开关控温法。其具体电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。前者称为模拟PID调节器，后者称为数字PID调节器。其中数字PID节器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。采用这种方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要取决于三个PID参数（即比例值、积分值、微分值）。只要PID参数选取的正确，对于一个确定的受控系统来说，其控制精度是比较令人满意的。它对大多数工业控制对象都能达到较好的控制效果，但它有明显的缺点，比如依赖于对象模型，对于非线
20、性、大滞后、时变系统控制效果不理想等。而且随着生产的发展，对控制的实时性与精度要求越来越高，被控对象也越来越复杂，单纯采用常规PID控制器己不能满足系统的要求，因此出现了许多新的控制方法。比如自适应控制、最优控制、智能控制、鲁棒控制、满意控制等，这些控制策略引入到PID控制系统的设计当中极大地提高了系统的控制性能。其中，智能PID控制近几年引起了人们极大的研究兴趣。将智能控制方法和常规PID控制方法融合在一起，形成了许多形式的智能PID控制器。它吸收了智能控制与常规PID控制两者的优点。首先，它具备自学习、自适应、自组织的能力，能够自动辨识被控过程参数、自动整定控制参数、能够适应被控过程参数的
21、变化;其次，它又具有常规PID控制器结构简单、鲁棒性强、可靠性高、为现场工程设计人员所熟悉等特点。目前国内温控仪表的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别.主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪在全量程范围内温度控制精度低，自适应性较差。这种不足的原因是多方面造成的，如针对不同的温控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定等。纵观近十年中国环境试验行业迅速发展，主要源于两个动力：一是国际局势的动荡，特别是美国挑起的几场局部战争迫使中国加大国防工业技改经费投入；二是中国外向型企业，特别是外资企业数量、规模的增大及中国加入世界贸易组织后国内企业出于加强竞争力的需
22、要。前者影响分散在内陆各省，甚至山区，如陕西、四川、贵州等；后者则集中在华东、华南、环渤海等沿海经济发达地区，近三年的需求量增长率在150%以上（仅国内生产厂家）。温湿度试验箱近几年基本技术趋于成熟、稳定，只有温湿度控制器的发展突飞猛进：从最初的温度、湿度单独控制的分散仪表到双回路的可编程序控制器，再到PLC+触摸屏及专用触摸屏温湿度控制器。随着环境试验要求的不断深入，用户对试验箱的性能、交货期要求越来越严格。为了满足这种状况，生产厂家应该加大技术和管理投入，针对用户需求迅速开发、生产出不同档次、不同规格的试验箱。进入21世纪，国内面临生产湿度测控系统的巨大压力，各传统行业对湿度的检测要求精度
23、方面要求迅速提升，对其性能要求更加严格，但国内的湿度测控系统相对落后，远不能满足传统行业对湿度测量的要求，大多数湿度测量仪器还停留在干湿球湿度计，不能实现自动化测量控制，耗费大量人力、物力及财力；通常湿度传感器主要分为以下几种：1、高分子电容式湿度传感器，这种传感器通常是在玻璃、陶瓷、硅等材料基础上，电极采用真空镀膜或丝网漏印等方式做成，电容元件采用浸渍或其他办法将感湿胶涂在电极上做成的，这种传感器测湿的主要原理为感湿膜在吸收水分子后其电容值会发生明显变化。在实际使用中这种传感器的温度系数不是常数，会根据温度的变化而变化，国内的厂家一般可以做到在-1060内较小温度带来的线性误差。2、聚酰胺树
24、脂湿度传感器，国外的优秀厂家一般都采用聚酰胺树脂这种材料制作感湿材料，在硼硅玻璃或蓝宝石衬底上真空蒸发制作电极，再将前述感湿材料喷涂在电极上形成感湿膜，最后将感湿膜上采用蒸发方式涂上金电极，采用这种方式制成的传感器性能优良，但其抗腐蚀等性能却远不如传统元件。3、陶瓷湿敏传感器，这种传感器是今年来各大力发展研究的一种新型传感器，耐高温、相应速度快、体积轻便是其显著优点，很适合进行批量生产，但尘埃对该种传感器的影响较大，需要经常维护，在极端环境下如高温或低温会大大降低这种传感器的寿命，还会影响这种传感器的线性度，目前这一状况还没有得到有效解决。4、2005年8月，国内JUCSAN公司依托于国家计量
25、科学研究院、中科院自动化研究所、化工研究院等大型科研单位的有力技术，对湿度传感器进行大力研发，选用氯化锂感湿材料作为主攻方向，生产氯化锂湿敏传感器及相关变送器，自动化仪表等产品，在吸取了国内外此项技术的成功经验的同时，努力克服传统产品存在的各项弱点，取得实质性进展。1.3 论文主要结构及工作安排本文设计系统分为现场设备和监控室设备两部分，对每一个部分都进行了软件和硬件的设计，本系统带有RS232通讯接口电路，CPU部分选用AT89S52单片机,温度传感器采用AD590温度传感器，湿度传感器采用霍尼韦尔的相对湿度传感器HIH-3610-1，通信模块采用CAN总线进行通信远传。监控室采用PC机进行
26、显示并控制，在软件部分设计了下位机主程序、下位机信息采集子程序、下位机A/D转化子程序、CAN总线通信子程序等程序，对被控对象的控制设计了PID算法子程序进行控制，通过软件和硬件的设计，实现了一台实验箱对温度的调控功能并实现了实验箱内温湿度数据的远传和远程控制，使得监控室内的一台PC机能同时监控15台现场设备的运行状况。在设计的第一章主要阐述了当前国内外温湿度控制状况及今后的发展趋势，明确了设计要求，第一章分两个部分介绍，第一部分介绍了国内外温度控制所采用的方式和方法；第二部分着重介绍了当前国内外湿度控制的方式和方法。在第二章中主要介绍了如何选取系统的方案，通过几点比较了几种不同的方案优缺点，
27、最终确定了一种方案，即确定了采用CAN总线作为系统总线以AT89S52单片机为核心的系统控制方案；在第三章中介绍了各种器件的选型及其电路，在比较同类器件的优缺点以及综合其性价比后确定了本设计所用的各种芯片，主电路分两大块几个部分分别介绍，第一板块为下位机部分，该部分安装在现场，下位机第一部分是信息采集部分电路，包括温度信息采集电路、湿度信息采集电路、液位信息采集电路；第二部分是A/D转化电路；第三部分即为本设计的核心部分，单片机外围电路设计，包括单片机的电源电路设计、单片机的复位电路设计和单片机的晶振电路设计，第四部分即为CAN总线设计，第五部分为驱动电路设计。第二块为上位机电路设计，该部分安
28、装在监控室。第2章 系统的方案论证2.1 概述本论文设计了一个温度湿度可调的试验箱，实现50组、20段可编程调节，由恒速升温段、保温段和恒速降温段三种控温线段。操作者只需设定转折点的温度Ti和时间ti，即可获得所需程控曲线；每段时间设定最大值为99小时59分。本设计采用PID调节规律，且具有输出限幅和防止积分饱和功能，以改善系统动态调节品质。试验线带有声光报警功能，当温湿度超偏时进行声光报警，试验箱的显示部分采用液晶显示，试验箱带RS232计算机接口实行人机对话、联机数据传输及远程监控，补水箱能自动为加湿器加水。2.2 系统的方案论证2.2.1 远传方式的选择采用CAN总线作为数据远传方式：C
29、AN总线对于传输介质要求不高，能够适应多种传输介质，常见的有双绞线、光纤等，传送信号使用差分电压，通常被称为CAN_H和CAN_L，静态时电压CAN_H和CAN_L均为2.5V左右，此时表示逻辑状态“1”；用CAN_H比CAN_L电压高表示逻辑“0”，此时CAN_H电压通常为3.5V,CAN_L电压通常为1.5V。CAN总线具有以下特点：CAN总线网络上的任意节点都可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，不分主从，可灵活方便的构成多机备份系统和分布式测控系统；网络上的接点可分成不同的优先级，可满足不同实时要求；采用非破坏性总线仲裁技术，当两个接点同时向网络上传送信息时，优先级高的先发送数据，优
30、先级低的等优先级高的发送完成后再继续发送数据；具有点对点、一点对多点及全局广播传送接收数据的功能；在通信速率为5Kb/s时，最远传输距离可达10Km；通信距离为40Km时，最高通信速率为1Mb/s；网络节点数最高可达110个；每一帧的有效字节数为8个，传输时间短受干扰概率低；通信介质采用廉价的双绞线即可，无特殊要求；在传输信息严重出错时节点自动切断与总线的联系，这样使总线上的其他节点上的操作不受影响。采用工业以太网为总线的系统工业以太网具有传输速度高、低功耗、易于安装和兼容性好等方面的优势；其用于网络控制具有以下优点：具有相当高的传输速率，能提供足够的带宽；由于具有相同的通信协议，Ethern
31、et和TCP/IP很容易集成到企业管理网络；能在同一总线上运行不同传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；在整个网络中运用了交互式和开放式的数据存取技术；沿用多年，已成为众多技术人员所熟悉，市场上能够提供广泛软件资源、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。综合以上数据远传方案，在实时性要求较高的场合，重要数据的传输过程工业以太网会产生传输延迟，因而导致数据传输不确定性。但该项缺点可通过智能集线器的使用、主动功能的实现、优先权的引入以及双工的布线来解决。对于本设计要求而言，使用工业以太网较为繁琐且会提高生产成本，因此本设计采用CAN总线作为系
32、统的总线方式。2.2.2 CPU字长的选择单片机是一种集成电路芯片，它的位数表示它一次可以处理的数据的长度，通常有4位、8位、32位等几种，通常位数越高的单片机其内部资源越丰富，以51单片机为例，它是八位COU,其内部有两个定时器、128BRAM、4KBROM、64KB可编程扩展、一对串行I/O口、三组并行I/O口，高位CPU内部资源更加丰富但成本较高，本设计要求较为简单，有8位单片机即可满足要求。2.3 系统方案组成 PC主机1#主机2#主机15#CAN总线系统总体组成如图2.2所示 图2.1系统总体组成框图如图2.1所示，PC机可同时监控15台试验箱的运行状况，通过PC机对现场参数进行设置
33、，主机通过总线形式进行远传，实现现场主机与监控室PC机通信的功能。试验箱的系统组成如图2.2所示。如图2.2所示，信息采集部分功能需要温度、湿度和液位传感器来完成，通常传感器输出信号为较为微弱的模拟信号，不能直接被单片机使用，需要进行放大并进行A/D转化，因此本系统设计了信号放大电路和A/D转换电路。微小信号经放大后变为1-5V的连读模拟信号，经A/D转化后变为数字信号被送入主机内，经主机的运算产生相应输出信号，分别控制系统的加热、降温、加湿、除湿、水箱补水等功能，同时将试验箱内的温度、湿度等情况送入显示电路进行显示，显示的同时还要将试验箱内的温度、湿度情况进行远传送给PC机进行显示并控制，因
34、此本设计设计了通信接口电路，键盘接口电路主完成对温度和湿度的现场设置。温度传感器湿度传感器液位传感器信号放大电路A/D转换电路主机键盘接口电路显示电路通信接口电源电路PC加热模块降温模块加湿模块除湿模块液位补偿模块 图2.2 试验箱的系统组成如图2.2所示，信息采集部分功能需要温度、湿度和液位传感器来完成，通常传感器输出信号为较为微弱的模拟信号，不能直接被单片机使用，需要进行放大并进行A/D转化，因此本系统设计了信号放大电路和A/D转换电路。微小信号经放大后变为1-5V的连读模拟信号，经A/D转化后变为数字信号被送入主机内，经主机的运算产生相应输出信号，分别控制系统的加热、降温、加湿、除湿、水
35、箱补水等功能，同时将试验箱内的温度、湿度等情况送入显示电路进行显示，显示的同时还要将试验箱内的温度、湿度情况进行远传送给PC机进行显示并控制，因此本设计设计了通信接口电路，键盘接口电路主完成对温度和湿度的现场设置。第3章 系统的硬件设计3.1 器件的选型3.1.1 单片机的选型目前市场上主流的单片机主要有：intel公司推出的8051/31类单片机。也是世界上用量最大的机种单片机之一，客观事实证明80C51已成为8位单片机的主流，成了事实上的标注MCU芯片。MOTOROLA单片机是MOTOROLA公司生产的单片机，MOTOROLA是世界上最大的单片机厂商，在8位单片机方面有68HC08和升级产
36、品68HC08，16位单片机68HC16也有十多个品种，其32位单片机683XXX系列也有几十种。MOTOTOLA单片机特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较intel类单片机低得多，因而使得高频噪声低、抗干扰能力强；Microchip单片机是市场上份额增长最快的单片机它的主要产品是16C系列的8位单片机，CPU采用RISC结构，仅33条指令，功耗低、高速度、低电压是此类单片机的显著特点，但Microchip单片机没有掩膜产品，全都是OTP器件（近年已推出FLASH型单片机）。Atmel公司生产的90系列单片机是增强RISC内载Flash的单片机，通常成为AVR单片机，90系列单片机是基于新
37、的精简指令RISC结构的。这种结构使得在8位微处理器市场上AVR单片机具有最高的MIPS mw能力。NEC单片机以8位单片机78K系列产量最高，也有16位、32位单片机。16位以上单片机采用内部倍频技术，以降低外时钟频率，有的单片机采用内置操作系统。东芝单片机从4位到64位单片机，门类齐全。4位单片机在家电领域有较大的市场。8位单片机主要有870系列、90系列等，该类单片机允许使用慢模式，采用32K时钟时功耗降低至10uA数量级。CPU内部多组寄存器的使用，使得中断响应与处理更加快捷。东芝的32位单片机采用MIPS3000A RISC的CPU结构，面向VCD、数字相机、图像处理等市场。富士通有
38、8位、16位和32位单片机，其中8位单片机主要有3V产品和5V产品，3V产品应用于消费类及便携设备，5V产品应用于工业及汽车电子。8位单片机有8L和8FX两个系列，是市场上常见的两个系列。16位主流单片机有MB90F387，MB90F462，MB90F548等，这些单片机采用64脚或100脚QFP封装，1路或多路CAN总线，并可向外扩展总线；32位单片机采用RISC结构，主要有MB91101等。基于成本和设计要求，本设计采用Atmel公司生产的AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储
39、技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适用于常规编程器，在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52成为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适用于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用
40、。3.1.2 温度传感器的选择温度传感器采用AD590，如图3.1，AD590是美国ANALOG DECICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4V至30V电压范围内，该期间可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1Ua/K。片内薄膜经过激光调整，可用于校准器件，在298.2K(25)时输出298.2uA电流。AD590适用于150以下，应用AD590时无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。其主要特性如下：流过器件的电流(A) 等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数； (3-1) (3-1)式中，Ir流过器件(AD590) 的电流，单位为A；
41、T热力学温度，单位为K；(2) AD590的测温范围为- 55+150； AD590的电源电压范围为430 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏； 输出电阻为710 m； 精度高，AD590在- 55+-150范围内，非线性误差仅为0.3图3.1为AD590温度传感器。该传感器有三个引脚，引脚1为正电源接入端，引脚2为负电源接入端，引脚3可以不用，该引脚是用外壳做成的接地端。测温的时候把整个传感器放于需要测温的环境中。 图3.1 AD590温度传感器3.1.3 湿度传感器的选择湿度传感器采用霍尼韦尔的相对湿度传感器HIH-360-1，如图3.2所示。 图
42、3.2 霍尼韦尔相对湿度传感器线性放大输出、工厂标定，独特的多层结构能非常好的抵抗环境的侵蚀，诸如湿气、尘埃、赃物、油、及一些化学品。霍尼韦尔HIH-3610系列的相对湿度传感器具有低成本，精度高霍尼韦尔的相对湿度传感器是热固聚酯电容式具有信号处理功能的传感器，、低功耗、反应迅速、稳定性好、低漂移、抗化学腐蚀性强等一系列优点。3.1.4 液位传感器的选择本设计采用压力传感器MPX2050，其输出电压随压力变化。其主要工作参数见表3.1.表3.1 MPX2050主要参数名称 MPX2050单位测压范围0-50kPa工作电压10（Max）V输出满量程电压401.5mV零位输出1mV灵敏度0.8mV
43、/kPa线性度0.1-0.25%FS压力滞后-0.05-+0.1%FS温度滞后0.5-1%FS全量的温度影响0.5-1%FS零位温度影响0.5-1mV输入阻抗1800输出阻抗1400-3000响应时间1mS温度误差带0-85超压200kPa电压超压16V存储温度-50-+150工作温度-40-+125图3.4为MPX2050图3.4 MPX20503.1.5 A/D转换器件的选择如图A/D转换采用TLV2548，它是一种采用逐次逼近式12位串行A/D转换器，它有8个模拟通道，可以通过编程实现对模拟通道选择采样，它的采样频率可以达到200KHz，线性误差很小一般小于0.05%，它的工作电压在2.
44、7V-5.5V之间。TLV2548功耗很小。如图3.5所示为TLV2548A/D转换器图3.5 TLV2548A/D转换器3.1.6 显示器件的选择一般显示器件可用LED和LCD显示，考虑到本设计要显示试验箱内的温度、试验箱内的湿度、设定湿度、设定温度、温湿度上下限值，本设计要显示的内容较多，因此选用LCD进行显示，且大部分LCD显示器内部自带字库。如图3.6所示为LCD16023.6LCD16023.1.7 加热器件的选择试验箱所选用的加热器要求能过全面加热，所以选用镍铬合金电加热式加热器，安装时要求均匀分布在试验箱的内部以保证试验箱内部均匀受热。防止因受热不均造成测量误差，进而影响后期对试
45、验箱的温度控制，其加热功率可以通过控制加热丝通入电路的时间来控制，通过接通和断开的时间比例控制其对试验箱的加热效果，如图3.7所示为北京达意电热器厂生产的镍铬合金电加热丝，镍洛合金电阻丝具有极高的电阻率，图3.7 镍铬合金电加热丝3.1.8 压缩机的选型图3.8 法国泰康原装进口全密式压缩机如图3.8所示为法国泰康原装进口全密式压缩机，压缩材料为环保材料R404A。法国泰康原装进口全密式压缩机有如下特点1、泰康全封闭压缩机高效率、低转差率的大体积F级绝缘电机，保证了泰康全封闭压缩机高制冷量、低功率消耗及运行安全性。 2、泰康压缩机系列1/12-12匹，十大系列，数百种型号。 3、泰康压缩机在中
46、国不同地区不同气候条件下长期适用，久经考验，性能稳定可靠。 4、泰康压缩机最佳平衡设计，使压缩机振动小、噪音低，运转更为平稳。 5、泰康压缩机电压设计宽，单相机工作电压180-240V，三相机340-440V，适合中国电压要求。3.1.9 加湿器的选型如图3.9所示为百力拓强AFC-1.0小电极加湿器，该加湿器采用电极式加湿原理，安装在风机盘管的侧面，或安装在空调风管或换气机的风道的侧面，把蒸汽喷嘴安装在风道的壁上，可以实现对风道或风机盘管直接加湿。图3.9 百力拓强AFC-1.0小电极加湿器AFC-1.0的加湿量在1Kg/h,额定供电电压为220V交流电，功率为0.75KW，尺寸为330mm230mm190mm。3.2 总线结构的选择控制器局域网CAN( Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种穿行通信总线。由于其高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到人们的重视，被广泛应用于诸多领域。而且能够检测出产生