基于Proteus的温湿度数据采集系统设计与仿真

　　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HS1101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480μs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Rp,上拉开启时间最长为500ms,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。

　　2.1.2　湿度测量电路

　　HS1101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。

　　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:

　　(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。

　　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。