目录一、系统设计方案的研究 (2)（一）系统的控制特点与性能要求 (2)1.系统控制结构组成 (2)2.系统的性能特点 (3)3.系统的设计原理 (3)二、系统的结构设计 (4)（一）电源电路的设计 (4)（二）相对湿度电路的设计 (6)1.相对湿度检测电路的原理及结构图 (6)3.对数放大器及相对湿度校正电路 (7)3.断点放大器 (8)4.温度补偿电路 (8)5.相对湿度检测电路的调试 (9)（三）转换模块的设计 (9)1.模数转换器接受 (9)2.A/D转换器ICL7135 (9)（四）处理器模块的设计 (11)1.单片机AT89C51简介及应用 (11)2.单片机与ICL7135接口 (14)3.处理器的功能 (15)4.CPU 监控电路 (15)（五）湿度的调节模块设计 (15)1.湿度调节的原理 (15)2.湿度调节的结构框图 (16)3.湿度调节硬件结构图 (16)4.湿度调节原理实现 (16)（六）显示模块设计 (17)1.LED显示器的介绍 (17)2.单片机与LED接口 (17)（七）按键模块的设计 (18)1.键盘接口工作原理 (18)2.单片机与键盘接口 (19)3.按键产生抖动原因及解决方案 (19)4.窜键的处理 (19)三、软件的设计及实现 (19)（一）程序设计及其流程图 (20)（二）程序流程图说明 (21)四、致谢 (22)参考文献： (22)智能温度控制系统设计摘要:此系统采用了精密的检测电路（包刮精密对称方波发生器、对数放大及半波整流、温度补偿及温度自动校正及滤波电路等几部分电路组成），能够自动、准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度：当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态；键盘设置及调整湿度的初始值，另外在设计个过程当中，考虑了处理器抗干扰，加入了单片机监视电路。

关键词：湿度检测; 对数放大; 湿度调节; 温度补偿一、系统设计方案的研究（一）系统的控制特点与性能要求1.系统控制结构组成（1）湿度检测电路。

用于检测空气的湿度[9]。

（2）微控制器。

采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。

（3）电源温压电路。

用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。

（4）键盘输入电路。

用于设定初始值等。

（5）LED显示电路。

用于显示湿度[10]。

（6）功率驱动电路（湿度调节电路）图1.1 系统结构图2.系统的性能特点（1）自动检测室内空气的湿度。

（2）当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态[11]。

（3）数码管显示当前的湿度。

（4）键盘设置及调整湿度的初始值。

3.系统的设计原理该湿度控制系统由湿度检测电路[12]、CPU 监控电路、显示电路、A/D 转换电路、排风与加热控制电路和微处理器等组成，其中微处理器AT89C51 是整个系统的控制核心，它的原理电路如图l 所示。

工作原理如下：湿度检测电路将当前环境湿度信号通过A/D转换后，送到处理器AT89C51中，然后处理器通过软件的运行，将当前湿度信号通过LED显示出来（显示相对湿度值），并且处理器通过程序的运行，判断当前湿度值是否在预先设定的范围之内[13]。

假设不是，系统就会自动进行湿度的调节：当湿度检测电路检测到当前环境湿度高于设定值的上限的时候，微处理器将使P2.6输出低电平，起动减湿控制电路使吹风机开始工作，开始排风散热降温；当湿度检测电路检测到当前环境湿度低于湿度设定下限时，P2.7输出输出低电平，使蒸汽机控制电路工作，开始加热增加湿度[14]。

附件图（1.2）。

（二）湿度测量的名词术语湿度：湿度是表示空气中水蒸气的含量。

湿度又分为绝对湿度和相对湿度两种。

绝对湿度：绝对湿度亦称水蒸气密度，它表示水蒸气的质量与总容积的比值，有公式16.2736.217+==ab v T p v m d （1.1）式中,dv 代表绝对湿度,它表示每立方米干燥空气与水蒸气的混合物中所含水分的克数；p 为水蒸气的压强(单位是Pa)；Ｔab 为干燥空气的温度值（单位是℃）．需要指出，国内也有人将空气中所含水蒸气的压强理解为绝对湿度，这与国外关于绝对湿度的定义不相符。

相对湿度：相对湿度表示在相同湿度下大气中水蒸气的实际压强与饱和水蒸气的压强之比，通常用百分数来表示。

相对湿度的英文缩写为ＲＨ(Relative Humidity)，有公式：%100)()(21⨯=T P T p RH （1.2） 式中，p1(T)代表温度为Ｔ时的水蒸气压强，p2(T)表示在温度Ｔ下的饱和压强。

显然，相对湿度是压强和温度的函数。

露点：在水蒸气冷却过程中最初发生结露的温度。

若气温低于露点，水蒸气开始凝结。

湿度比：它表示水蒸气的质量与干燥空气的质量比。

大气压强：在单位面积上大气的压力。

通常将海平面高度的大气压强称为１个标准大气压，p0=101.325Pa 。

大气压强随高度的增加而降低。

设Ａ、Ｂ两点的高度差h2-h1=h,这两点的大气压强分别为p1,p2。

有公式)l g (184002112p p h h h =-= （1.3） 当距海面高度为1000M 、2000M 、4000M 、8000M 时，大气压强就依次降成 0.88p0﹑0.78p0、16p0﹑0.37p0。

水蒸气压强：当空气和水蒸气的混合物与水（或冰）保持平衡时，就处于饱和状态，相对湿度达到100%，此时水蒸气对水（或冰）的饱和压强就称做水蒸气压强。

其计算公式比较复杂，并且计算水和冰的饱和压强的公式也不同。

二、 系统的结构设计（一） 电源电路的设计稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流器把交流电变为直流电。

经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求，稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电流及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

对稳压电源的性能，主要有以下四个万面的要求：1、定性好，2、输出电阻小，3 、电压温度系数小，4、输出电压纹波小。

我设计的稳压电源是以78XX 和79XX 系列稳压器为基础的，这类电源能够产生±5V ，±15V 。

它是先将来自交流电的电压通过变压器（即将220V 转换为20V ），然后通过78XX 和79XX 稳压器，达到设计要求。

首先来介绍一下78XX 和79XX 的基本情况。

78XX 和79XX 系列是常用三端固定电压集成线形稳压器，78XX 系列为正电压输出稳压器，79XX 系列为负电压输出稳压器。

除了输出电压极性不同外，其他方面基本相同，因此，本节以78XX 系列为例进行介绍。

型号78XX/79XX 系列中的XX 数字表示集成稳压器的输出电压的数值，以V 为单位，例如：7805表示输出正电压为+5V ，7924表示输出负电压-24V 等。

有5V ，6V ，9V ，12V ，15V ，18V ，24V 等7种不同的输出电压档，能满足大多数电子设备所用的电源电压。

此外，型号中还有英文字母：数字前面的字母如LM78XX 等，通常表示生产厂家，LM 表示美国MULB 公司。

中间的字母如78LXX 等，通常表示电流等级，L 表示的是小电流（100mA ），M 表示中电流（500 mA ）。

图2.1示出了78XX/79XX 的管脚与封装形式，集成稳压作为稳压电源的一般接法如图2.2所示。

1.输入端，2.输出端，3.公共端1.公共端，2.输入端，3.输出端图2.1 图2.2 基于我要得到正负电源同时使用和电路电源要求，我选用正负三种集成稳压器（7805、、7812、7815、7905、7912、7915），按图2.3所示设计：图2.3C1、C2是用以抵消其较长接线的电感效应，防止产生自激震荡，界限不长时可以不用，C1、C2一般在（0.1~1）μF，输出端的电容C3、C4用来改善暂态响应，使瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动，削弱电路的高频噪声，C3、C4可用10μF。

2.4由此得到稳压电源的设计图（二）相对湿度电路的设计1．相对湿度检测电路的原理及结构图（1）相对湿度检测电路框图如图2.5所示：主要包刮9部分：①精密对称方波发生器；②湿敏电阻；③对数放大器（兼做半波整流）；④湿度校正电路及滤波器；⑤输出放大器；⑥断点补偿电路；⑦温度补偿电路；⑧+15V稳压电源。

检测电路特点 ①鉴于当直流电流通过湿敏电阻时会产生电化学迁移现象而损坏湿敏电阻，因此必须采用交流信号或对称方波信号来驱动湿敏电阻。

在这里选用具有稳幅作用的精密对称方波发生器作为信号源，其输出信号中不包含直流分量。

②为解决湿敏电阻的非线性问题，由晶体管（VT1）和运算放大器构成对数放大器，对湿敏电阻的指数型特性曲线进行线性化，③利用湿敏校正电路对40%RH 、100%RH 两点进行校正，再通过滤波器产生一个代表相对湿度的直流输出电压，输出电压范围是0～10V ，所对应的相对变化范围是（0～100%）RH 。

④输出信号送至214位A/D 转换器，通过ICL7135A/D 转换将模拟量转换位BCD 码送至微处理器进行数据处理。

⑤利用断点放大器专门对40%RH 以下的相对湿度信号再进行一次线性补偿，使其输出信号尽可能呈线性。

⑥利用集成恒流源的正温度系数去补偿热敏电阻的负温度系数，大大降低了温漂。

然后选用一片廉价的集成音频放大器对VT1进行温度补偿，使VT1的直流工作点不随环境温度的变化而变化。

2.对数放大器及相对湿度校正电路对数放大器由晶体管VT1和运放IC1c 构成。

将VT1的基极接地，集电极接A 点（虚地）时，相当于把集电极与基极短接，VT1就等效于硅二极管。

VT1的发射极电压（U BE ）与集电极电流（I C ）呈对数关系，其表达式为S C t BE I I q K U ln ⨯= （2.1）式中K 为波尔兹曼常数，K=8.63*10-5qV/K ，q 为电子电量（q=1.60219×10-19C ）,T 为热力学温度（K ），IS 为晶体管反向饱和电流。