http://www.paper.edu.cn
一种基于ATC51单片机嵌入式系统的温湿度检测
控制系统
胡如龙 胡彪 邓湘凤
湖南大学电气与信息工程学院（410082）
E-mail:hurulong@126.com
摘要: 随着计算机技术的飞速发展和广泛应用，现代工业生产与计算机技术联系的越来越紧密，借助当今计算机的快速综合处理能力，实施对温湿度的计算机监控，对降低生产安全因素，提高劳动效率，改善生产环境有很重要的积极作用。本文设计了一种基于ATC51嵌入式系统和温度传感器、湿度传感器的温湿度检测控制系统。该系统包括系统硬件和软件设计,可靠性高，结构简单，实现了对温湿度的自动调节。
关键词：ATC51嵌入式系统，温湿度,温湿度控制。
1 、系统的结构原理
该系统由温度传感器、湿度传感器、ATC51嵌入式系统（含键盘和液晶显示器）、加热设备、加湿设备几部分组成。结构原理框图如图1所示。通过温度传感器和湿度传感器测量温室内的温湿度经过AD转换送入ATC51进行处理，如果测得的温度或湿度超出了设定值，ATC51就执行相应的指令控制动作器接通相应的设备，当温度和湿度都为设定值时就切断设备的电源。
传感器特定接口场动作器Ａ/Ｄ转换键盘现输入/输出ＲＡＭ电源处理单元显示电路 图1 系统结构原理图
2、系统的硬件设计
2.1系统要实现的主要功能
1.多路模拟量数据采集
本系统是对温度和湿度这两个参数进行检测和控制，要求可以同时检测8路信号。 2.数据输入、存储和显示
该系统在片外扩展了8K RAM，可以存储半个月的数据，可以通过键盘进行查询。本系统可以设置温湿度标准值（该值可以从键盘输入）。同时采用了8X4的液晶显示，可以显示系统时间、实时数据和设定数据，并有报警、电源、等提示信号。 3. 通讯功能
该系统扩展了RS232/485总线接口，可以直接与计算机相连进行通讯。
1
http://www.paper.edu.cn
2.2 系统的硬件组成
2.2.1 ATC51单片机嵌入式系统
ATC51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB 的可反复擦写的Flash ROM和128bytes的RAM，兼容标准MCS-51指令系统，功能强可以应用在各种控制领域。 主要性能参数：
1.与MCS—51产品指令系统完全兼容 2.4KB可重擦写Flash闪速存储器 3.128X8字节内部RAM 4.32个可编程I/O口线 5.2个16位定时/计数器 6.6个中断源
7.低功耗空闲和掉电模式 温度采集采用AD590温度传感器，它是美国模拟器件公司生产的单片集成的两端感温电流源。它是广泛用于测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度等控制场合。与其他类型的温度传感器相比, AD590有精度高、价格低、不需辅助电源、线性性好等优点.它的主要特性如下：[6]
1、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。 2、AD590的电源电压范围为4V～30V。
3、精度高。在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。 4、输出电阻约为710MΩ。 2.2.2 温度检测以及控制模块
AD590将现场温度转变成电压信号，经温度变送器（选用DBW - 130 型温度变送器）转换成电流信号，再滤波和放大。但ADC0809转换器接受的必须是电压信号，故利用电阻网络（分压原理）将电流信号转换电压信号。选用带有八路模拟开关的ADC0809作为A/D转换器,它是NCS公司生产的、八通道八位的A/D转换器。通过A/D转换，所检测的电压信号转变为数字信号，通过P0口送入ATC51。ATC51将控制值送到引脚P2.3输出，它经过功率放大器和光耦，再用晶闸管调压器来触发晶闸管，只要改变晶闸管的接通时间就可以改变加热丝的功率，从而达到调节温度的目的，其结构如图2所示。
传感器现场晶闸管调节器功率放大器温度变送器功率放大器电阻网络ＡＤＣ０８０９ＡＴ８９Ｃ５１[3]
电阻炉晶闸管光耦 图2 温度检测以及控制原理
2.2.3 湿度检测以及控制模块
温度采集采用湿度传感器采用ZnO-Cr2O3系列湿度传感器,它是以ZnO为主要成分的化学稳定性好的陶瓷材料作为敏感材料的。与其他湿度传感器相比,该传感器有不要加热清洗就能稳定的连续测量湿度,受腐蚀性气体、烟、灰尘、油的污染等影响较小，传感器性能较好
[5]
等优点.而且耗电省（０.５mＷ以下），价格低廉，非常通用。它的主要性能指标如下：
1.使用温度范围：0～50℃ 4.使用频率：50HZ～1KHZ 2.湿度工作量程：30%～90%RH 5.储存温度范围：-20～85℃ 3.常用功率：ＡＣ＜0.5mＷ 6.标准湿度特性：（y－25℃，120HZ）
2
http://www.paper.edu.cn
7.湿度（RH％）： 70 8.电阻（ＫΩ）： 100 9.温度系数： ＜１%RH/℃
10.灵敏度（R30/R90）：1.7～2.0 11.精度（RH％）：±５％～±10％
ZnO-Cr2O3系列湿度传感器。它的输出为电阻（１００Ｋ左右），可用分压电路将其变换为电压。但是该电压信号很微弱，通常只有μv或者mv量级，必须用高输入阻抗的运算放大器对它进行放大，使它达到一定的幅度（通常为几伏量级）。并进行滤波，选取信号中一定频率范围的成分，去掉各种干扰和噪声。经过处理的信号经ADC0809进行A/D转换后，由P1口送入ATC51， ATC51将控制值通过引脚P2.4输出。控制信号经过光耦隔离和功率放大器，并控制继电器来控制加湿装置的电源的通断。其结构如图3所示。
传感器现场功率放大器分压电路运算放大器滤波电路ＡＤＣ０８０９ＡＴ８９Ｃ５１加湿器继电器驱动器光耦 图3 湿度检测以及控制原理
3、软件设计
本文针对基于ATC51单片机嵌入式系统温度和湿度检测控制系统中的关键部分的软件设计，采用通用的单片机C语言编写，主要包括嵌入式系统的初始化以及检测控制处理程序，主程序流程图如图四所示。
开始嵌入式系统初始化输入温湿度设定值Ａ，Ｂ读取温度值Ｎ温度＝Ａ？温度＜Ａ？Ｙ读取湿度值加长电阻炉通电时间N缩短电阻炉通电时间Y湿度＝Ａ？ＮＮ湿度＜Ａ？Y切断加湿器电源接通加湿器电源 图4 主程序流程图
4、结论
采用现代化手段对现场温湿度进行多点巡测对于很多领域是十分重要的。本文介绍了一种采用嵌入式系统设计而成的多点巡测检测控制系统,采用AD590温度传感器和ZnO-Cr2O3系列湿度传感器采集温度和湿度，用微型计算机实现了数据的处理并对温度和湿
3
http://www.paper.edu.cn
度进行自动重复检测和调节，具有无人值守，简单可靠的优点，有广阔的推广前景。该系统工作稳定, 性能良好, 基本符合设计要求。
参考文献
[1] 常健生．检测与转换技术[M]．北京．机械工业出版社 [2] 方佩敏. 新编传感器原理、电路详解[M].北京.电子工业出版社
[3] 唐述宏.单片机构述宏成的环境温湿度实时测控装置设计[J].国外电子元器件. [4] 龚永兵.采用单片机设计温湿度控制仪[J] . 中国论文在线. [5] 吴兴惠. 传感器与信号处理[M].北京.电子工业出版社 [6] 张福学.传感器应用及其电路精选[M].北京.电子工业出版社
The temperature and humidity control system based on the
ATC5151 embedded system
Hu,Rulong Hu,Biao Deng,Xiangfeng
College of Electrical and Information Engineering,HunanUniversity,Changsha 410082
Abstract：With the development and extensive application at full speed of the technology of the computer, what industrial production and technology of the computer are contacted is closer and closer now, through computer deal with ability synthetically fast nowadays, is it control to temperature and humidity computer , location of control to implement, to reduce safety factor of producing , raise labor force efficiency , improve production environment wait for and have very remarkable function.This paper describes the design method of software and hardware with in a tour detector of temperature and humidity using the ATC51 embedded system and temperature and humidity sensor. This system is of high reliability and simple structure. It implemement the automatic control of temperatures and humidity .
Keywords: The ATC51 embedded system, Temperature and humidity,Temperature and humidity control 作者简介：胡如龙（1983～），男，湖南岳阳人，硕士研究生，主要研究方向： 计算机
控制，检测技术与自动化装置 。E_mail: hurulong@126.com 通讯地址：
410082 湖南长沙湖南大学电气与信息工程学院（胡如龙）
4
