基于51单片机的环境监测系统 2

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。

2. 1.2

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-30～50℃的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。

2.1.3温度传感器的选用

方案一：

采用光敏电阻、二极管和555定时器构成多谐振荡电路，利用多谐振荡电路的两个暂稳态输出由此产生矩形波脉冲信号。而光敏电阻阻值会随着光照强度的变化而发生变化，进而使得多谐振荡电路的周期变化，其输出波形频率也随之改变。将其输出模拟信号波形输入到一个简易数字式频率计通过两位数码管显示出来，数字式频率

计主要由时基电路、闸门电路计数器、锁存器、译码显示电路和逻辑控制电路组成。

本方案采用性能稳定且便宜的光敏电阻作为光照传感器，通过光敏电阻值变化影响多谐振荡电路的周期而检测光强，性能较稳定一些，灵敏度也较高，但是电路结构

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比较复杂，所用元器件种类较多，实现和调试工作会比较困难，造价也较高，虽然能满足稳定性和灵敏度的要求，但不宜采用。

方案二：

采用三路光敏电阻支路并联检测光照强度，通过每一路可以得到一个模拟采样电压，将这三路电压通过CD4051单8通道数字控制模拟电子开关循环输入到模数转换器ADC0804将模拟信号转换为数字信号，将数字信号通过通信模块输送给MCS-51单片机，通过比较后得出最大值，将最大值输出并利用LCD显示出来。对于光强的方位，则通过控制LCD的显示出来。至此，可以将光照的强度以及光照的方位通过LCD显示出来，完成了本设计选题的任务及要求。

本方案采用性能稳定且便宜的光敏电阻作为光照传感器，MCS-51单片机作为主控制器。性能稳定，抗干扰能力强，不易受外界环境温度等因素影响，灵敏度也较高，但是由于光照传感器采用光敏电阻且为三条支路并联采集模拟电压信号，会存在一定的误差。总体上来说，本方案电路结构简单、所用元器件供给充足、成本造价低、性能稳定且误差范围也在设计选题的要求之内，能在简单低成本的基础上很好的完成设计选题的任务，故实验中采用本方案。

2. 1.4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。

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信号调理电路采样/保持器A/D转换器接口信号调理电路采样/保持器A/D转换器接口CPU信号调理电路采样/保持器A/D转换器接口 图2-1多路并行模拟量输入通道

信号调理电路多路切换器采样/保持器A/D转换器信号调理电路接口CPU信号调理电路 图2-2多路分时的模拟量输入通道

第三部分系统总体设计

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8051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。

AD590

温度传感器 CD405 MC1443 HS1100 7 湿度传感器 CD4051 单片机 LCD显示

光敏电阻 CD4015 ADC0804

图3-1 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MCS-51（8051）基本系统组成；

（三） 信号处理 由串行口LCD显示。

3．1 信号采集 3.1.1 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3-2所示。

1、流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：

I T/T=1μA /K

式中：IT—— 流过器件（AD590）的电流，单位μA。

T——热力学温度，单位K。 2、 AD590的测温范围-55℃- +150℃。

3、 AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化，电流IT变化1μA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因

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