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中圖分類號:TM76 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)12-0108-03
Design and Realization of Temperature and Humidity Controller with Infrared Remote Control based on STC89C52
Huang Xiuli
(Guangdong Construction Vocational Technology Institute Guangzhou 510440)
[Abstract]The design and realization of temperature and humidity controller with Infrared Remote control based on STC89C52, gets temperature and humidity of the workshop with digital temperature and humidity sensor DHT11, sets and adjusts temperature and humidity directly through infrared receiving and processing module, display real time and set temperature and humidity by use digital tube display module, to human-machine interaction. The whole system is economical, stable performance. The prototype has been running experiment verified its effectiveness and practical value and has a good prospect of application and extension.
[Key words]STC89C52, infrared, remote control, temperature and humidity controller
1.引言
所周知,夏季炎熱的環境下,空氣的干/濕溫差較大,廠房車間內常常比室外溫度高,太陽輻射,燈光、人體散發的溫度滯留使溫度上升,廠房車間的高溫悶熱,空氣不流通,車間粉塵大等不良的工作環境也會導致員工流失率增高、生產力降低,質量控制變差,這些將最終導致客戶流失。所以此時應及時將室內帶有異味、灰塵、溫度高的渾濁空氣排出室外,使室內的溫度得到降低,改善空氣質量。
同時,隨著社會的發展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高,各種方便于生活的自動遙控系統開始進入了人們的生活。而紅外線遙控就是目前使用很廣泛的一種通信和遙控技術[1]。紅外遙控是利用紅外線進行傳遞信息的一種控制系統,紅外遙控具有抗干擾,電路簡單,編碼及解碼容易,功耗小,成本低的優點,在家用電器中,彩電、錄像機, 錄音機、音響設備、空調機以及玩具等產品中應用非常廣泛。工業設備中,在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環境下,采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。
本設計本著以人為本、經濟安全、方便實用為目的,以STC89C52單片機為控制中心, DHT11數字溫濕度傳感器采集廠房的溫濕度[2],紅外線遙控技術實現對溫、濕度的設定和調節,當超過設定的溫濕度時,自動啟動排風扇,實現溫度的自動調節,同時,使用數碼管顯示模塊對采集的實時溫濕度、設定濕溫度進行顯示,實現人機交互。本設計主要應用于有高壓、有毒氣體、粉塵、高溫等環境的工業設備和廠房中,不僅彌補了傳統產品的不足之處,而且經濟實用,對本設計稍加改變,就可以推廣到商場、超市、辦公室、賓館、醫院、車站、體育館、歌舞廳、禮堂、會議室、學校等場所,更可以用于冰箱、燈及窗簾等家用電器,而且在智能家居中應用也十分廣泛。
2.基于STC89C52單片機的紅外遙控溫控器的設計方案
本設計采用8位單片機STC89C52作為溫、濕度控制器的核心,廠房的溫、濕度采集使用DHT11數字溫濕度傳感器直接與單片機接口,并通過紅外線接收和處理模塊,直接對溫度進行設定和調節,使用數碼管顯示模塊對采集的實時溫濕度、設定濕溫度進行顯示,實現人機交互。當實時溫濕度超過設定溫度的上限時,自動啟動排風扇,進行排風。排風扇采用交流220V電源,因此在實際使用時,采用繼電器進行5V到220V電源的轉換。本設計的原理框圖如圖1所示。
2.1 主控制器電路設計
主控制器電路是由單片機、晶振電路、復位電路、電源電路組成。單片機采用8位的STC89C52單片機;晶振電路是通過2個22pF的電容微調并采用11.0592MHz的振蕩頻率將時鐘信號傳給單片機STC89C52;復位電路的上電瞬間所產生的微分脈沖的寬度大于2個機器周期;電源電路采用USB接口供電模式,并通過CH340實現單片機程序的擦寫[3]。圖2-1所示的是單片機最小系統圖,圖2-2所示的是工業級USB通信模塊和電源供電系統。
2.2 溫濕度檢測模塊設計
本設計的溫濕度檢測模塊電路采用了DHT11數字溫濕度傳感器[4]。DHT11是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術,確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。STC89C52單片機(主機)與DHT11數字溫濕度傳感器采用簡化的單總線通信,通過外接一個約5.1kΩ的上拉電阻與單片機IO口直接相連。其電路原理圖如圖3所示。
1、單總線傳送數據位定義
DATA用于STC89C52單片機與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數據格式,一次傳送40位數據,高位先出。數據格式:
8bit濕度整數數據 + 8bit濕度小數數據+8bit溫度整數數據 + 8bit溫度小數數據+8bit校驗位。
2、數據時序圖
STC89C52單片機發送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,待主機開始信號結束后,DHT11發送響應信號,送出40bit的數據,并觸發一次信號采集。信號發送如圖4所示。
3、外設讀取步驟
STC89C52單片機可通過如下幾個步驟完成對DHT11的數據的讀取。
步驟一:
DHT11上電后,DATA數據線由上拉電阻拉高一直保持高電平,DATA 引腳處于輸入狀態,時刻檢測外部信號,測試并記錄環境溫濕度數據。
步驟二:
設置單片機的I/O輸出不小于18ms的低電平,然后將單片機的I/O設置為輸入狀態,由于上拉電阻,微處理器的I/O即DHT11的DATA數據線也隨之變高,等待DHT11做出回答信號,發送信號如圖5所示:
步驟三:
DHT11的DATA引腳檢測到單片機發出的不小于18ms的低電平信號時,等待低電平信號結束,延遲后,單片機的 I/O 此時處于輸入狀態,DHT11的DATA引腳處于輸出狀態。DHT11輸出 80微秒的低電平作為應答信號,緊接著輸出 80 微秒的高電平通知單片機準備接收數據。單片機的 I/O檢測到 DHT11發出的80微秒的低電平回應信號后,等待80微秒的高電平后開始數據接收,發送信號如圖6所示:
步驟四:
由DHT11的DATA引腳輸出40位數據,單片機根據I/O電平的變化接收40位數據,位數據“0”的格式為:50 微秒的低電平和 26-28 微秒的高電平,位數據“1”的格式為: 50 微秒的低電平加70微秒的高電平。位數據“0”、“1”格式信號如圖7所示:
步驟五:結束信號
DHT11的DATA引腳輸出40位數據后,繼續輸出50微秒的低電平后轉為輸入狀態,由于上拉電阻隨之變為高電平。但DHT11內部重測環境溫濕度數據,并記錄數據,等待外部信號的到來,開始新的循環。
2.3 紅外接收與處理模塊
紅外遙控系統一般由紅外發射裝置和紅外接收設備兩大部分組成,紅外發射裝置又可由鍵盤電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發射電路組成。紅外接收設備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應用電路組成[5]。本系統的發射裝置采用了基于TC9012編碼芯片的市場上較為廉價的萬能遙控器,型號為HS-21其用戶識別碼為00FF。本設計中主要用到了數字鍵0-9、“+”、“-”、“EQ”,其中10個數字鍵用于直接設置所需要的溫度,“+”、“-”用于對設定的溫度遞增和遞減,“EQ”用于進入設定溫度模式和確定,初始溫度設定為23°。
本設計的紅外線接收部分采用了紅外線一體化接頭,型號是TSOP1383。其內部含有高頻的濾波電路,專門用來濾除紅外線合成信號的載波信號(38KH),并送出接收到的信號。當紅外線合成信號進入紅外接收模塊,在其輸出端便可以得到原先發射器發出的數字編碼,只要經過單片機解碼程序進行解碼,便可以得知按下了哪一個按鍵,而做出相應的控制處理,完成紅外遙控的動作。本設計中,利用單片機的P3.2口的第二功能(外部中斷0)接收紅外線的信號。當紅外線的信號從遙控器傳輸過來,P3.2口電平被拉低,單片機立刻停止其他工作,瞬間轉移到接收并處理紅外線信號。如圖8所示,為紅外接收硬件電路圖。
2.4 數碼管顯示電路設計
本設計要實現溫、濕度的實時動態顯示,由于數碼管自發光、亮度高等特點,本系統采用了價格廉價的數碼管顯示。為了實現動態顯示,本系統采用了兩片74HC573鎖存器驅動段位、位選[6],兩個573鎖存器IO口接P0.0~P0.7,數碼管的段ABCDEFGH對應74HC573-1芯片,數碼管的位WE1~WE6對應74HC573-2芯片,DU(P2.6)段選信號控制74HC573-1鎖存器,WE(P2.7)位選信號控制74HC573-2鎖存器。圖9所示為數碼管顯示電路原理圖。
2.5 風扇控制電路設計
本設計中采用的風扇是交流220V,而控制模塊是采用的5v電源,因此要進行弱電控制強電的轉換。本系統采用的是繼電器進行轉換。同時采用了三極管8550驅動繼電器。當溫濕度傳感器DHT11檢測到的溫濕度超過設定值時,就由單片機P2.3口輸出高電平控制8550開通,進而驅動繼電器工作,接通220V電源,打開風扇。風扇控制電路原理圖如圖10所示。
3.系統軟件設計流程圖
系統單片機每一次上電或復位時,數碼管顯示初始溫度和濕度,此時用通用遙控器進行溫濕度的設定,此后數碼管顯示實時的溫濕度值。當溫濕度傳感器DHT11檢測到的溫濕度超過設定值時,單片機P2.3口輸出高電平控制8550開通,進而驅動繼電器工作,接通220V交流電源,打開風扇。部分流程圖如圖11所示。
4.結論
本設計采用8位單片機STC89C52作為溫、濕度控制器的核心,廠房的溫、濕度采集使用DHT11數字溫濕度傳感器直接與單片機接口,并通過紅外線接收和處理模塊,直接對溫度進行設定和調節,使用數碼管顯示模塊對采集的實時溫濕度、設定濕溫度進行顯示,實現人機交互。本設計主要應用于有高壓、有毒氣體、粉塵、高溫等環境的工業設備和廠房中,不僅彌補了傳統產品的不足之處,而且經濟實用,可以起到節約能源的作用,對本設計稍加改變,就可以推廣到商場、超市、辦公室、賓館、醫院、車站、體育館、歌舞廳、禮堂、會議室、學校等場所,更可以用于冰箱、燈及窗簾等家用電器,而且在智能家居中應用也十分廣泛。
參考文獻
[1] 陳惠特.基于單片機的紅外遙控系統設計[J].信息通信,2015,3:49-49.
[2] 任玲,翟旭軍,付東岳,衡.基于STC單片機的種苗催芽室溫濕度監控系統設計[J].農機化研究,2013,3:157-160.
[3] 黃同,邵思飛.一種基于CH340T的STC89C52RC編程器設計[J].電子測試,2013,12:16-17.
[4] 曹昌勇,賈偉建.基于AT89C52和DHT11數字式糧庫溫濕度監控系統設計[J] .齊齊哈爾大學學報:自然科學版,2014, 30(1):31-34.
Abstract: For thehigh vacuum annealing furnace characteristics: temperatureuneven distribution, slow workpiece temperature response, prone to large overshoot, this paper presents an online parameter self- adaptive fuzzy controller design, to achieve antomatic control of the temperature under different conditions. Experiments show that the program is workable and effective.
關鍵詞:模糊控制;在線調整;溫度控制
Key words: fuzzy control;online adaptive;temperature control
中圖分類號:TH11 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)25-0131-02
0引言
高真空退火爐是對晶體進行退火處理的重要設備。通過不同溫度及其不同變化率下的退火處理可以消除晶體中的殘余應力、改善晶體性能,是晶體生產中非常重要的工藝過程,直接關系到產品的質量。這個過程要求爐溫按照指定的速度升溫,在給定的溫度T1保溫一定時間t1后,再按給定的速度升溫至溫度T2,保溫一定時間t2后,再按指定的速度降溫。由于高真空退火爐是一個特性參數隨爐溫變化而變化的被控對象,加熱方式與普通電爐不同:真空爐傳熱的傳熱途徑只有輻射,沒有傳導和對流,因此,高真空退火爐爐膛溫度具有分布不均勻、響應速度慢、工件溫度滯后嚴重、易出現較大超調量等特點。為使溫度均勻,常需布置多點加熱,因此要求溫控系統不僅能綜合協調全部熱源,而且能根據不同狀態自動調整控制參數,常規PID控制方法和單獨的模糊控制方法均難以滿足這種要求。本文針對上述特點,提出了一種在線參數自調整的模糊控制方案,不僅使溫度控制系統具有了良好的動態響應特性、較小的超調量和較高的穩態精度,同時也提高了控制系統對不同狀態的適應能力。根據本方案研制的控制器已在實際生產中得到應用,完全能夠滿足晶體退火工藝要求。
1模糊溫度控制器的設計
1.1 基本原理該模糊溫度控制器的結構如圖1所示。系統主要由基本模糊控制器、參數自調整機構和Bang-bang控制環節組成。在控制的初期階段,采用bang-bang控制作為引導控制,當誤差小于設定閾值時用系統進入模糊控制階段,在控制系統中,模糊量化因子Ke、Kec和輸出比例因子Ku對控制器的控制效果有較大影響。在控制過程中,由參數自調整機構根據誤差e和誤差變化率的不同,在線調整參數Ke、Kec和Ku的大小,實現了對輸入信號基本論域的在線調整,從而改善了控制系統的動、靜態性能,而且也使其自適應能力得到了提高。
1.2 基本模糊控制器以誤差e和誤差的變化作為輸入量,控制量的變化量u為輸出量,相應的模糊集為E,EC,U,其論域均定義為[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6];模糊語言變量均定義為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},分別表示負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。隸屬函數曲線均選為三角形。
通過總結實際溫度控制經驗,寫出49條模糊條件語句R:if E為Ai and EC 為 Bj then U 為 Cij 。其中,Ai 為誤差模糊子集,Bj為誤差變化模糊子集,Ci 為輸出量模糊子集。根據Mamdani 推理方法求得模糊關系矩陣為:R=A×B×C,則輸出C′為:C′=(A′×B′) ?莓R,利用最大隸屬度法進行非模糊化,可得到精確的輸出值。
1.3 自調整機構在模糊控制器的設計中,量化因子Ke、Kec和比例因子Ku對系統的動、靜態性能均有影響,如果它們固定不變,很難達到動、靜態性能兩方面的指標均優良的目標。為此,增加了自調整機構,根據偏差和偏差變化率的大小在線調整Ke、Kec和Ku,從而使控制系統能在被控對象特性變化或存在擾動的情況下保持較好的性能。量化因子Ke、Kec的大小意味著對輸入變量誤差的不同加權程度,對系統的動、靜態特性均有影響。一般說Ke、Kec越大,系統的控制精度越高,但大偏差范圍分辨率相應提高,可能導致系統超調,調節時間增加,動態特性變差。Ku在系統響應的上升和穩定階段有不同的影響,但主要是影響控制系統的動態性能。增大Ku可以提高系統的控制精度和響應速度;減少Ku能減少超調,提高系統的穩定度。因此,參數自調整的一般原則為:當偏差或偏差變化率較大時,Ke、Kec取較小值,Ku取較大值,加快動態過程;當偏差或偏差變化率較小時,Ke、Kec取較大值,Ku減小,保證系統的穩定性,避免產生超調[2、3]。
2溫度控制系統硬件實現
溫度控制系統主要由可編程控制器、A/D(D/A)轉換器、溫度變送器、溫度傳感器、可控硅觸發器以及高真空退火爐等組成。系統結構如圖2所示。
在本系統中,可編程控制器選用西門子公司的S7-200系列,這是控制系統的核心,由它來實現硬件和軟件的協同工作。本系統選用鉑電阻Pt100作為溫度傳感器。通過DBW型溫度變送器,把熱電偶輸出的mV信號轉變為0~5V標準模擬信號。該信號經A/D(12位)轉換成數字信號,送入可編程控制器。可編程控制器根據實際檢測信號與給定信號比較發出控制信號,經D/A轉換成模擬信號,此模擬信號可以觸發可控硅觸發器的導通角,以改變退火爐的電熱功率。從而實現對高真空退火爐溫度的實時調整。
3實驗分析
利用上述溫度控制策略,在高真空晶體退火爐中進行實驗,所得溫度響應曲線如圖3所示。
當系統溫度設定值為180℃時,系統穩態誤差為2%,系統超調量為5%;當系統溫度設定值變為260℃時,系統穩態誤差為2.2%,系統超調量能保證小于5.5%。試驗結果表明,采用該溫度控制系統,能使被控對象快速進入穩定狀態且超調量很小,并且,當溫度設定值發生改變時,控制系統能快速跟蹤設定值。
4結論
本文提出的模糊溫度器的設計方案,能根據誤差和誤差變化率,通過模糊推理,在線實時調整量化因子和比例因子,從而使得溫度控制系統動態響應速度快,超調量小、控制精度高、自適應能力強等特點,有很好得實際應用價值。
參考文獻:
[1]陶永華,尹怡欣,葛蘆生等.新型PID控制及其應用[M].北京:機械工業出版社,1999.111-135.
關鍵詞:企業 分銷渠道 適度控制
適度控制渠道對企業營銷的重要性
分銷渠道是指產品或服務從生產者流向消費者(用戶)所經過的通道,是企業完成其產品(服務)交換過程,實現價值、產生效益的重要載體,在企業的營銷中具有重要的作用。目前國內外許多企業都有意識地加強了渠道的管理和控制,力圖通過分銷渠道的管理、創新和再造來提高渠道運作效率和效益,獲得企業的競爭優勢。但從企業的營銷實踐看,目前在企業的渠道管理中倍受困擾的問題是:為實現成本的節約和一流的運作效率,應如何對渠道進行適度控制。
根據企業的營銷實踐,適度控制渠道的重要性主要表現在以下幾方面:
可使企業的產品或服務更順利地實現其價值和進入消費領域。分銷渠道是產品或服務從生產者流向消費者(用戶)所經過的通道,若分銷渠道不完善、建設滯后或控制不當都會影響企業經營目標的實現。
可更好地發揮渠道的功能,提高企業的經濟效益。分銷渠道的功能主要有調研、尋求、分類、促銷、洽談、物流、財務和風險等,使產品(服務)在轉移過程中創造了產品的形式效用、所有權效用、時間效用和地點效用。適度控制渠道可使上述的渠道功能得到更好發揮,使銷售過程更順暢,更有效節約交易成本,提高交易效率。
對分銷渠道的適度控制,是確立企業競爭優勢的重要武器。在市場環境迅速變化和競爭日趨激烈情況下,致使很多企業的生存發展情況,在很大程度上取決于其分銷渠道系統的協調與效率,以及能否最好地滿足最終消費者的需求。可以說如果企業不能對分銷渠道進行有效地管理和控制,就無法有效地保護現有的市場和開拓新市場,也無法獲得比競爭對手更低的成本,無法獲得創造具有獨特經營特色的競爭優勢的條件。
企業分銷渠道適度控制的方法和策略
企業對渠道的掌控究竟應該把握在一個什么樣的層面上,其控制的程度和層次應如何把握,通過對影響企業分銷渠道控制的因素和企業渠道控制方法與策略的分析研究,可以找到一些啟發或解決思路。
影響企業分銷渠道控制的因素
顧客的需求因素。這里所說的顧客需求是指顧客愿意由分銷渠道向他們提供什么樣的服務。分銷渠道的運作一般可提供四項基本服務:一是空間上的便利性,即產品、產品信息、銷售點、技術幫助等距離顧客居住地的遠近程度。二是批量規模,即允許顧客每次購買的數量單位。三是交貨時間,即顧客從訂貨到收到商品所需的時間。四是品種的多樣化,即產品多樣化的類型和程度。
這四項服務是通過分銷渠道執行一定的職能和流程來實現的。分銷渠道提供多少服務,則要取決于其所掌握的資源的多寡、企業的能力以及顧客對服務的需求。顧客需要分銷渠道所提供的服務越多,參與渠道運作的成員就可能越多,企業(生產商)對渠道的控制力就可能越弱。
渠道成員因素。渠道的功能是通過渠道流程,或渠道中不同成員的職能來完成的。而渠道的基本業務流程有實物流、所有權流、促銷流、融資流、洽談流、風險流、支付流和信息流等。這些流程將組成渠道的各類組織機構貫穿起來,形成一條通道。這些渠道的職能和流程客觀上是可以由不同的成員來承擔,而特定的機構往往只是從事其中一項或多項流程。由于每個機構的資源條件不同,因而使得其在完成某些流程時有優勢,成本低,而在完成另一些流程時則情況相反。這會導致渠道成員機構在運作中往往都集中精力執行自己最有優勢的職能(流程),把自己沒有優勢的職能向效率更高的成員轉移,以使自己能獲得較高的效益,這種變化雖然客觀上能提高渠道的效率和整個渠道的競爭力。但原本由設定成員執行的職能一旦轉移到其他機構,由其他機構成員承擔后,渠道流程和職能實施情況也必然發生相應變化,企業對渠道的控制力也可能會隨之降低。此外,渠道成員個體的經營管理能力方面客觀存在差異性。
其他因素。影響企業分銷渠道控制的因素還有技術、文化、自然、社會、政治等方面的因素。例如地理環境、市場范圍的大小、制造中心的位置、人口密度等對企業分銷渠道的控制力也有重要的影響。當產地比較集中而消費人口較分散,分銷渠道較長、有較多中間商時,企業對渠道的控制力就會降低。又如法律法規也直接或間接地影響企業對渠道的控制力,例如當政府要通過許可證制度來限制某些機構進入某個渠道時,企業的渠道控制力也會因此受到影響。
企業分銷渠道適度控制的方法和策略
從上述影響企業渠道控制因素的分析中,可以得出企業渠道控制的“度”應主要把握在使企業產品分銷經濟、適合內外部環境的層面上。經濟、適合內外部環境,即渠道控制的效益應大于成本,要依據企業的能力、發展目標和顧客的需求等情況來綜合考慮和評估。一般來講,企業(生產商)自建渠道的控制性最強,但企業的銷售成本可能較高;而使用中間商分銷,就意味著企業對渠道失去部分或全部的控制,從而在分銷的投入力度和根據市場競爭而采取的對抗方面將受到影響,但企業的銷售成本可能較低。因此企業須對渠道控制的效益和成本進行評估,要根據自己的市場目標、經營能力、資金實力和承擔風險的能力來確定渠道控制的規模和層次,切不可盲目,進行不切實際的控制。渠道效益成本的評估和控制線的設定包括渠道成員的培育和淘汰,必須保持合理及時的動態調整,必須適應企業發展進程和目標以及市場環境要求的變化,這是分銷渠道控制能否“適度”的依據和基礎,也是這項動態系統工程的核心。此外,從企業(生產商)的角度講,要保障對渠道進行適度有效的控制,還必須輔以各種有效的實操方法和策略。
掌控市場信息。企業渠道建設的一個重要方面是保持渠道動態信息的獲取與反饋,為企業的渠道決策提供依據,指導企業的渠道行為。為此,企業應派員深入一線市場,分析市場走勢與需求變化,把握競爭動向,確保及時準確地獲得市場信息。
掌控渠道成員。企業要對中間商或其他成員,如運輸商、廣告商等擁有一定數量和質量的控制權。這種掌控可以通過溝通、服務和利益等措施來實現:
溝通。在決定是否銷售企業的產品時,經銷商都會考慮該企業的發展情況。因為市場機會是有限的,對甲企業產品的經銷,就可能意味著放棄了乙企業同類產品的經銷。因而他必須考慮經銷這種產品的發展前景。因此,基于這一情況,企業一方面要用自己在市場上的地位與實績來證明自己的優秀,另一方面要多與經銷商溝通,不斷地把自己的長遠規劃和美好前景向其闡述,使他們對未來有一定的“憧憬”。
服務。企業可通過對經銷商的培訓與咨詢,提供一個具體的解決問題的方案幫助經銷商實現銷售、提高銷售效率、降低銷售成本、增加銷售利潤等來達到管理和控制渠道的目的。
利益。每個渠道成員參與分銷活動都是要以一定的利益作為保障,因此企業必須給渠道成員一定的利益空間,也就具備了利用利益控制渠道成員的條件。
【關鍵詞】STM32 CHTM-02/N 溫濕度傳感器 串口通信
在現代生活中,溫濕度測量幾乎涉及到各個領域, 包括探險救災機器人、溫室環境智能監控系統、醫院、工業控制、農業管理、倉庫存儲、文物保護等,因此研究低成本、高可靠性的溫濕度系統就變得十分重要。本設計選用STM32Fl03ZET6 為核心控制器與處理器,CHTM-02/N為溫濕度傳感器,利用ADC轉換,得到相應的溫度、濕度值并通過液晶顯示,也可通過串口進行顯示。當濕度值大于70%RH時,進行報警提示。整個系統工作可靠性高,使用良好。
1 系統總體設計
系統總體設計框圖如圖1,可以看到,溫濕度測量系統主要由上位機、溫濕度傳感器、控制器及其電路組成。控制器通過串口與上位機連接。CHTM-02/N溫濕度傳感器對當前的溫濕度進行測量,將測量數據傳給控制器,控制器對采集到的溫濕度進行初步處理后,將處理后的數據通過TFTLCD液晶進行顯示,同時也可通過串口與PC機上位機通信,實時地顯示采集到的溫濕度。如果要對現場環境進行處理,則控制器可以根據接收到的數據并對其進行分析,進而做出報警等處理,如當濕度值大于70%RH時,蜂鳴器報警,LED閃爍,液晶顯示提示。
2 硬件設計
2.1 STM32Fl03ZET6微控制器
本次設計采用的是ALIENTEK 戰艦 STM32 開發板。
其特點包括:
(1)接口豐富。板子提供十來種標準接口,可以方便的進行各種外設的實驗和開發。
(2)設計靈活。板上很多資源都可以靈活配置,以滿足不同條件下的使用。我們引出了除晶振占用的 I/O 口外的所有 I/O 口,可以極大的方便大家擴展及使用。另外板載一鍵下載功能,可避免頻繁設置 B0、B1 的麻煩,僅通過 1 根 USB 線即可實現 STM32 的開發。
(3)資源充足。外擴 1M 字節 SRAM 和 8M 字節 FLASH,滿足大內存需求和大數據存儲。板載 MP3 和 FM 收發芯片,娛樂學習兩不誤。板載 3D 加速度傳感器和各種接口芯片,滿足各種應用需求。
(4)人性化設計。各個接口都有絲印標注,使用起來一目了然;接口位置設計安排合理,方便順手。資源搭配合理,物盡其用。
2.2 溫濕度傳感器電路設計
CHTM-02/N溫濕度傳感器模塊包含四個引腳,分別是+5V(電壓5V)、GND(地)、H(濕度輸出)和T(溫度輸出)。供電為5V±5%,耗電電流為5mA max.(2mA avg.),工作范圍為溫度 0~60℃ 、濕度 10%-95%RH。濕度變送范圍為0~100%RH,濕度準確度為±5%RH(在 25℃,輸入電壓=5V),一致性為±3%RH/每批,溫度系數為0.4%RH/℃(輸入電壓=5V,30~80%RH 溫度范圍10~40℃ (基準點 25℃ ),并且通過常規沖擊試驗,振動試驗,冷熱試驗,高濕試驗,溫度循環等可靠性測試,能比較準確地測量出當前溫濕度。CHTM-02/N溫濕度傳感器模塊與STM32Fl03ZET6的對應引腳相連,采用ADC1的通道0和通道1,并進行連接。
3 軟件設計
3.1 系統軟件設計
系統軟件設計主要分為4個任務來完成,分別為:各部分初始化、獲取溫濕度數據、處理數據并顯示以及報警提示。初始化主要是對各個部分進行配置、函數初始化、波特率設置等;獲取溫濕度數據主要是CHTM-02/N溫濕度傳感器,利用ADC轉換,得到相應的溫度、濕度值;處理數據并顯示主要是控制器通過相關計算公式及轉換將數據進行實時處理,在液晶上進行顯示,并可通過串口將數據發送給上位機;報警提示則主要是當濕度值大于70%RH時,蜂鳴器報警,LED閃爍,液晶顯示提示,提醒系統采取相關措施。
系統軟件設計如圖2所示。
3.2 CHTM-02/N溫濕度傳感器設計
CHTM-02/N溫濕度傳感器主要利用ADC轉換,得到相應的溫度、濕度值。
3.3 數據處理及顯示程序設計
4 結論
本設計基于STM32Fl03ZET6 ,以CHTM-02/N為溫濕度傳感器,利用ADC轉換,得到相應的溫度、濕度值,并將處理后的數據通過液晶屏顯示 ;每隔一段時間(如2秒)往串口發送一次溫濕度信息;具有報警功能,如:當濕度值大于70%RH時,蜂鳴器報警,LED閃爍,液晶顯示提示。試驗結果表明,該設計可有效檢測當前溫濕度,設計精度高,靈敏度較好,硬件接口電路簡單,軟件代碼復用性強,具有很好的可操作性和可維護性,在實際中有非常廣泛的應用。
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關鍵詞:CAN總線;溫濕度;實時通信
1 前言
本文設計了一個基于CAN總線的溫濕度智能節點。該系統由單片機最小系統、濕度檢測電路、溫度檢測電路、A/D轉換電路、顯示電路、CAN控制器、CAN收發器構成。
2 系統總體設計
本設計是一個基于CAN總線的溫濕度檢測節點,節點采集溫濕度模擬信號經A/D轉換送入主控制器,并將節點的主控制器連接在CAN總線上,可實現遠程通信和監控。系統結構如下圖1所示。
3 硬件設計
3.1 單片機最小系統
單片機最小系統由單片機AT89C52、時鐘電路和復位電路構成[1]。
3.2 溫度檢測電路
本設計選用LM35為溫度傳感器,LM35溫度傳感器輸出電壓與攝氏溫標的線性度好,而且輸出模擬量信號適合遠距離傳輸,LM35輸出與溫度值對應的電壓信號經放大10倍后變為標準信號送往A/D轉換電路。
3.3 A/D轉換電路
LM35輸出的電壓信號要轉換為對應的數字信號才可被單片機接收,本設計選取ADC0809作為A/D轉換器即可滿足要求,由于ADC0809的時鐘信號為500KHZ,故將單片機的ALE端接四分頻器后給轉換器作為時鐘。
3.4 濕度傳感器電路
本設計的濕度檢測電路由555多諧振蕩器來實現,HS1101傳感器的電容值與溫室濕度成線性關系,空氣濕度通過555測量振蕩電路后,就轉變為與之呈反比例的頻率信號,后將頻率信號送單片機的計數器即可計算出濕度值。
3.5 顯示電路
由于智能節點的需要實時顯示室內的溫濕度值和報警信息,數據較為復雜,故選擇LCD1602液晶顯示器,可以顯示16×2 個字符,具有顯示質量高、數字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優點,可以滿足設計的要求。
3.6 CAN接口電路
CAN接口電路主要由CAN控制器SJA1000、光電耦合器6N137和CAN驅動器PCA82C250構成。CAN總線控制器的地址/數據復用總線與單片機的P0口相連,并將中斷輸出到單片機中斷口,總線控制器串行數據輸出線(TX)和串行數據輸入線(RX)分別經光電耦合電路連接至總線驅動器82C250,總線驅動器通過差分發送和接收功能的兩個總線端CANH和CANL連接至CAN總線電纜[2]。
⑴總線控制器。CAN總線控制器提供了與單片機控制器的數據線路接口,單片機通過對控制器編程設置其工作模式,控制其工作狀態,啟動CAN報文的發送并對反饋報文接收予以響應,即CAN總線控制器實現了CAN協議中最復雜的數據鏈路功能。本設計的總線控制器選用SJA1000。
⑵光電耦合器。由于總線傳輸距離遠,現場環境干擾大,為了增強抗干擾能力,在SJA1000與PCA82C250間采用高速光耦6N137實現總線電氣隔離。為了有效隔離,6N137兩端的電源使用B0505S-1W隔離,而且可以減少CAN總線有效回路信號的傳輸延遲時間。
⑶CAN收發器。CAN總線收發器實現了物理層的功能,一方面將控制器發送信號轉化為符合CAN物理層標準的信號,進行放大、傳輸;另一方面將總線上收到的信號轉變為控制器所能接收的電平信號。其本質是提供了CAN控制器與物理總線之間的接口:即為總線提供差分信號的發送功能,為控制器提供差分信號的接收功能。本設計的CAN收發器選擇PCA82C250。
4 軟件設計
節點程序主要包括主程序、CAN控制器初始化程序、濕度檢測中斷程序、接收程序和發送程序。其中主程序主要完成中斷初始化、鍵盤掃描、溫度檢測和溫濕度顯示及報警等功能;CAN控制器初始化程序主要完成SJA1000的初始化設置;濕度檢測中斷程序完成濕度傳感器的脈沖計數及對應濕度的計算;接收程序由單片機的外部中斷完成,主要實現節點接收報文的處理;發送程序主要實現節點報文的發送。
[參考文獻]