CF温控器设计方案.docx
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CF温控器设计方案
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作者:
PanHongliang
仅供个人学习
基于C8051F341粮仓温湿度测控器的设计
1、概述
本方案设计提出的粮仓温湿度测控系统采用C8051F341全速USBFLASH微控制器为核心处理器,配置温湿度传感器等信号采集部件,针对粮仓温湿度控制的基本特点,实现了远程数据采集与测控指令参数的设置,具有界面友好、控制灵活、硬件系统集成度高等特点。
本方案解决了传统温、湿度测试器材及人工去湿、降温的诸多弊端。
并可实现多点温、湿度参数的测量与控制。
2、系统功能
2.1总体功能
本设计以粮仓室内外温、湿度测控电路为核心,以上位PC机为系统人机接口,测控电路与上位PC机通过串行通信方式实现数据交互。
测控电路通过数据采集装置定时采集粮仓温湿度数据,并根据控制参数做出控制决策,驱动设备运行(自动启动或关闭空调设备或风机系统),并随时准备接受上位PC机的指令,当收到询问时,将粮仓的各项数据编码通过通信方式传输到上位PC机。
上位PC机可根据用户要求定时向测控电路查询粮仓温、湿度数值和设备运行状态。
并可对从机进行参数设置(包括:
空调起、停参数;加湿机起、停参数;温、湿度报警门限等)及控制(强制打开空调风机与加湿机),从机也可以独立工作。
上位PC机通过串口电路接收到数据后,进行数据处理,在监控界面上显示当前的状态信息,并将此信息实时地存储到数据库中,为用户维护和管理准备数据。
也可以将一段时期的数据信息汇集成报表,还可以讲一段时间的数据绘制成图形、曲线,实现对数据的分析与管理。
2.2C8051F341全速USBFLASH微控制器
C8051F341全速USBFLASH微控制器是一款外设丰富的单片机,对于温湿度控制方面的应用,可利用其16位或8位脉宽调制功能(PWM)生成传感器所需的测量信号,使用自带的10位ADC采集传感器生成的电信号,再对采集的信号进行分析计算,得出实时的温湿度数据。
可使用该单片机集成的USB2.0控制器方便的把采集的温湿度数据进行保存,方便用户查询以往的温湿度数据。
也可使用其集成的UART控制器做MAX485通讯接口,很方便的把多台温湿度控制器组成485总线,把采集的温湿度数据上传。
2.2.1主要特性
C8051F341器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU。
其主要特性如下:
●高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核(可达48MIPS)。
●全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)。
●通用串行总线(USB)功能控制器,有8个灵活的端点管道,
集成收发器和1KFIFORAM。
●电源稳压器。
●真正10位200ksps的单端/差分ADC,带模拟多路器。
●片内电压基准和和温度传感器。
●片内电压比较器(两个)。
●精确校准的12MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器。
●多达64KB的片内FLASH存储器。
●多达4352字节片内RAM(256+4KB)。
●硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART(最多两个)和增强
型SPI串行接口。
●4个通用的16位定时器。
●具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数
器/定时器阵列(PCA)。
●片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器。
●多达40个端口I/O(容许5V输入)。
2.2.2原理框图
2.3温度传感器10K3950(NTC)
本方案选用10K3950(NTC)型温度传感器,该传感器温度测量范围宽(-40℃至200℃以上),精度高(正负0.5℃)。
可把温度的变化转化成电阻的变化,在本方案中,把电阻的变化变成0V到5V的直流电压变化,使用C8051F341集成的10位AD采集10K3950上电压,计算出对应的电阻,单片机经过软件编程查表法,即可得出实时温度。
2.4湿度传感器HR202
本方案选用HR202型湿度传感器,该传感器性能稳定,精度小于正负5%RH。
适合粮仓等需要湿度测量的场合。
本方案中,可使用C8051F341生成1KHZ不大于1V的电平信号,再使用单片机AD采样HR202上的电压,可计算出HR202的电阻,经查表法对应10K3950测出的当时温度,可得出用户需要的相对湿度。
电路图如下:
3、方案设计
3.1系统总体设计
根据系统功能要求,本系统包括四个功能模块:
1)上位PC机。
完成参数设置及控制、数据存储、处理及管理功能。
2)串行通信模块。
应用RS-485通信方式完成测试电路与上位机的数据交换。
3)测控电路模块。
主要由C8051F341全速USBFLASH微控制器
组成主控电路,实现数据收集与控制功能,并能在主机关机的情况下独立实现所有的控制功能。
4)数据采集模块。
实现温、湿度实时数据采集于数据交换。
系统结构框图如下:
3.2本方案设计特点
本方案中使用两片C8051F341,其中一片负责温湿度信号的采集测量计算,另一片负责温湿度调节控制及数据存储和通讯。
虽然一片C8051F341也可完成以上的所有功能,但考虑到实际使用中传感器电缆电阻对测量精度的影响。
使用单片C8051F341方案,就需要另行增加电路以消除这种精度误差。
其成本不会低于双C8051F341的方案。
本双C8051F341方案中,有专用的对传感器采样的单片机,之间不需电缆连接,最大限度的消除了电缆电阻对采样的误差影响。
并且利用C8051F341的SPI接口可以把计算出来的
同时温湿度数据以数字的方式传送。
实际上就是专门使用一片C8051F341制作了一个数字式的温湿度传感器。
此方案尽可能的使用单片机集成的外设,另行增加的硬件较少,减少了硬件损坏的几率,提高了装置的硬件可靠性。
而且温湿度以数字方式传送,其在抗干扰方面也应比模拟方式传送要可靠。
3.3设计框图
4、结论
本设计基于C8051F341全速USBFLASH微控制器为核心处理器,通过配置温湿度传感器等信号采集部件,针对粮仓温湿度控制的基本特点,实现了远程数据采集与测控指令参数的设置,具有界面友好、控制灵活、硬件系统集成度高等特点。
系统完整,性能可靠,可实施性较强。
版权申明
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