第2章 系统设计要求及原则
系统的总体设计和论证是整个设计的重中之重，是开始进行设计的工作框架，是如何进行设计的基本思路。是保证设计顺利进行的必要措施，是设计具体化的中心环节，是设计成果质量的重要保证，有利于毕业设计的顺利完成。
2.1设计过程及工艺要求、基本功能
~ 检测温度、湿度 ~ 显示温度、湿度 ~ 过限报警 二、主要技术参数
~ 温度检测范围 ：0℃-+100℃ ~ 测量精度 ： 1℃ ~ 湿度检测范围 ：10%-100%RH ~ 检测精度 ： 2%RH ~ 显示方式 ： 四位显示
~ 报警方式 ： 三极管驱动的蜂鸣音报警
2.2系统设计原则
1、可靠性
高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常以以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件过滤等。
2、操作维护方便
在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。
3、性价比
单片机出体积小、功耗低等特点外，最大的优势在与高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。
2.3 本章小结
本章对系统进行了总体的设计，首先对系统功能进行了设计，主要对设计的要求进行了分析，要求达到的技术指标进行了介绍；然后对设计的原则进行了介绍；最后对系统的组成和工作原理进行了介绍，并绘出总体的结构框图。
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第3章方案的比较和论证
当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。
传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量
3.1 温度传感器的选择
方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制 成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。
铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按 IEC 标准测温范围-200～650℃，百度电阻比 W（100）=1.3850 时，R0 为 100Ω和 10Ω，其允许的测量误差 A级为±（0.15℃+0.002 |t|），B 级为±（0.3℃+0.005 |t|）。
铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50～180℃测温。
方案二：采用 AD590，它的测温范围在-55℃～+150℃之间，而且精度高。M
档在测温范围内非线形误差为±0.3℃。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。AD590 的测量信号可远传百余米。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。
3.2 湿度传感器的选择
测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。
方案一：采用 HOS-201 湿敏传感器。HOS-201 湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流 1V 以下，频率为 50HZ～1KHZ，测量湿度范围为 0～100%RH，工作温度范围为 0～50℃，阻抗在 75%RH（25℃）时为 1MΩ。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感
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器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。
方案二：采用 HS1100/HS1101 湿度传感器。HS1100/HS1101 电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在 1%---100%RH 范围内；电容量由 16pF 变到 200pF，其误差不大于±2%RH；响应时间小于 5S；温度系数为 0.04 pF/℃。可见精度是较高的。
综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度0～1000℃的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。
3. 3 信号采集通道的选择
在本设计系统中，温度输入信号为 8 路的模拟信号，这就需要多通道结构。 方案一、采用多路并行模拟量输入通道。
这种结构的模拟量通道特点为：
（1） 可以根据各输入量测量的饿要求选择不同性能档次的器件。总体成本可以作得较低。 （2） 硬件复杂，故障率高。
（3） 软件简单，各通道可以独立编程。 方案二、采用多路分时的模拟量输入通道。
这种结构的模拟量通道特点为：
（1） 对 ADC、S/H 要求高。 （2） 处理速度慢。 （3） 硬件简单，成本低。 （4） 软件比较复杂。
综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。
图 3-1 多路并行模拟量输入通道
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图 3-2 多路分时的模拟量输入通道
3.4本章小结
本章对设计主要硬件进行了选择分析比较。确定性能较好，价格较为便宜的元件。
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第四章系统总设计
本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和 A/D 模拟数字转换芯片的性能，我设计了以 51 基本系统为核心的一套检测系统，其中包括 A/D 转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。
4-1系统总体框图
本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。 （一） 信号采集 由 AD590、HS1100 及多路开关 CD4051 组成； （二） 信号分析 由 A/D 转换器 MC14433、单片机 51基本系统组成； （三） 信号处理 由串行口 LED 显示器和报警系统等组成。
4．1 信号采集 4．1．1 温度传感器
集成温度传感器 AD590 是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。 一．主要特性
AD590 是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。 根据特性分挡，AD590 的后缀以 I，J，K，L，M 表示。AD590L，AD590M 一
般用于精密温度测量电路，其电路外形如图 3-2 所示，它采用金属壳 3 脚封装，其中 1 脚为电源正端 V＋；2 脚为电流输出端 I0；3 脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图 4-2 所示。
图 4-2 AD590 外形（图 1）及电路符号（图 2）
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