便捷溝通finder繼電器62.33.9.048.0300
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惠言達(dá)寄語(yǔ)：
那些依靠投機(jī)取巧走上“人生”的人，總有，會(huì)因?yàn)橐患唤?jīng)意的小事露出馬腳。
具體產(chǎn)品型號(hào)詳情如下：
56.26
40.31.7.024.0000
77.25.9.024.8650
7E.46.8.400.0012
41.31.9.012.5010
65.31.8.120.0300
55.34.8.006.0040
65.08
39.00.7.006.9024
40.61.8.024.0000
62.83.9.024.0000
55.34.9.012.5001
59.34.8.024.0062
60.12.4.201.0040
55.32.8.012.0054
40.61.8.024.0000
40.61.9.024.0003
22.21.8.230.4000
55.32.8.230.0040
96.74
62.83.8.230.0040
46.52.8.230.0054
40.31.9.024.2000
48.52.9.024.0050
62.32.8.024.0330
7P.03.8.260.1025
7T.91.0.000.2001
56.34.9.012.0000
49.62.9.024.4050
56.34.9.048.0040
7E.36.8.400.0002
94.84.3
39.41.0.125.5060
49.61.9.024.4060
62.32.9.048.0300
90.12.4
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
55.34.9.110.0094
60.13.9.110.0060
49.81.9.024.0050
55.34.9.024.5021
60.13.8. 110.0040
30.22.7.048
58.34.8.048.0060
67.23.9.012.4500
58.32.9.220.0050
7T.92.0.000.1520
55.34.8.110.5030
4C.52.9.024.0050
49.81.8.230.0060
38.51.3.125.0060
40.31.9.024.4000
39.10.7.024.9024
71.31.8.400.1010
50.12.9.012.5000
095.41.3
58.54.8.230.5060
62.23.8.230.0600
62.83.8.024.0300
62.33.8.110.0040
85.02.0.024.0000
45.91.7.048.0310
62.32.9.024.0040
41.61.9.024.0000
59.34.9.024.5050
48.61.9.024.4050
40.31.7.024.2000
99.80.9.024.90
60.13.9.024.2000
62.32.9.048.0000
7F.50.8.230.5500
55.32.8.060.0040
60.13.8.110.0240
40.11.7.006.2016
38.51.0.240.5060
46.52.8.110.5040
55.32.9.024.0060
40.52.7.018.0000
4C.01.8.110.0060
40.52.8.230.5001
38.91.7.060.7048
44.62.7.048.4000
7S.14.9.024.0220
60.13.9.110.5070
49.81.9.024.0060
94.51
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
49.61.8.024.0060
62.23.8.110.0300
41.61.9.024.0000
62.82.8.400.0300
34.51.7.024.5000
55.13.8.230.0000
62.22.8.230.4300
4C.52.8.024.0060
93.51.0.240.0
93.51.8.240
94.14
62.33.9.024.0060
49.52.8.012.5060
40.52.7.024.0300
62.33.9.006.0040
62.23.9.012.0000
55.32.9.024.0080
38.21.0.024.8240
49.52.8.230.0060
41.61.9.024.0010
60.12.9.012.0070
56.34.9.024.4040
49.31.9.048.5050
22.34.0.024.4320
58.34.8.110.0060
27
40.31.9.090.0000
7L.11.8.230.0005
80.01.0.240.0000
60.13.9.012.5240
7P.14.8.275.1012
40.61.7.012.0001
58.54.8.230.0060
38.51.0.060.0060
62.33.8.230.0050
49.52.9.012.5050
62.23.8.230.0500
30.22.7.006
72.01.8.240.0002
59.32.8.230.0060
36.11.9.048.4011
38.62.7.012.0050
39.40.0.024.9024
65.31.9.012.0009
56.34.9.006.0040
95.15.30
40.31.9.024.2300
49.31.9.060.0050
59.34.8.230.0072
49.52.7.048.0050
60.13.9.024.0070
60.12.8.110.5040
40.11.7.012.2000
4C.52.8.230.0062
40.31.9.024.5001
62.82.8.230.0000
32.21.7.005.4300
65.31.9.012.0000
95.55.30
87.21.0.240.0000
62.32.9.024.0500
60.12.4.021.0040
82.31.0.240.0000
93.01.3.125
49.52.9.012.0650
41.31.9.024.0000
49.61.8.110.4060
60.12.8.240.0040
58.33.9.012.0050
40.51.9.024.4000
43.41.7.012.2000
49.61.9.024.0051
93.51.0.125
60.13.9.048.5040
30.22.7.005
40.61.9.021.0300
44.62.9.125.0000
55.34.9.220.5040
38.51.0.012.5060
40.52.8.110.9346
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
22.32.0.024.1520
65.31.9.048.0300
55.33.9.060.0010
60.12.4.051.0040
60.12.9.024.0040
55.32.9.024.5094
55.32.8.012.0000
56.34.9.048.0010
40.52.9.024.2300
40.51.8.230.0001
65.31.9.012.0000
80.41.0.240.0000
39.51.8.230.0060
60.13.4.022.0040
36.11.9.003.4001
22.23.9.024.4000
55.32.9.036.0090
55.32.9.024.5000
72.01.8.240.0000
40.52.9.024.0300
59.34.8.024.5022
40.61.9.024.4303
62.22.9.012.4300
38.61.3.125.0060
59.34.9.024.0062
65.61.9.060.0300
4C.52.8.012.0060
60.12.8.012.0040
22.22.8.110.0000
99.80.0.230.98
55.34.8.042.0050
56.32.8.230.0050
41.31.9.012.0011
55.33.8.048.0010
50.12.9.024.5000
60.13.8.024.2050
40.31.8.230.0000
67.23.9.024.4500
60.13.9.024.5070
11.31.0.024.0000
20.28.9.012.4000
44.62.9.012.4000
39.10.7.006.9024
40.41.7.012.2300
49.52.8.024.0061
78.50.1.230.1203
7E.23.8.230.0010
72.01.8.024.0002
49.52.8.024.2060
60.13.4.011.0040
40.61.7.0006.0000
83.01.0.240.0000
60.13.9.220.5240
93.51.7.024
4C.01.9.012.4050
40.52.9.021.0000
55.34.8.012.0050
55.13.9.220.0001
60.13.8.048.5040
22.24.9.012.4000
55.32.8.110.0040
4C.01.8.230.4060
62.22.9.048.0500
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
43.41.7.024.5000
40.31.9.036.0300
40.31.6.024.0000
62.83.9.012.0000
95.55
22.32.0.230.1320
32.21.7.024.2300
40.31.9.014.2000
20.22.8.024.4000
34.51.7.024.0010
56.42.9.012.4000
49.31.7.024.2050
60.13.9.080.5070
96.71
38.81.3.240.7048
55.34.9.110.0000
62.82.9.024.0009
55.13.9.060.0000
62.32.9.024.4040
20.28.8.012.4000
60.12.9.060.0040
55.34.8.230.0054
4C.51.8.230.0060
30.22.7.012
90.21
40.51.9.028.0000
60.13.8.110.5040
40.51.8.230.5001
49.72.9.024.0062
40.61.7.024.0000
40.52.7.012.5001
55.34.9.060.0040
38.61.7.024.5050
40.61.7.090.0000
22.32.0.230.1420
93.52.0.024
38.61.0.024.5060
40.61.9.012.0303
62.83.8.110.0040
26.01.8.012.0000
41.61.9.006.0010
60.13.8.036.0040
39.60.3.230.9024
40.61.8.024.4000
39.80.0.024.9024
40.61.9.012.4301
46.61.8.230.0054
40.61.8.230.0303
7H.11.0.230.1150
22.44.0.230.4610
93.66.7.220
30.22.7.012.0010
49.52.7.012.0050
40.31.9.014.0300
7T.91.0.000.1406
22.34.0.024.4640
72.01.8.024.0000
80.51.0.240.0000
60.12.9.110.0070
77.55.8.230.8250
55.34.8.048.0054
55.33.9.024.0080
55.34.9.110.5090
4C.01.8.024.4060
4C.51.9.012.0050
40.61.8.230.0001
77.01.8.230.8050
39.51.0.125.0060
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
62.82.9.024.0369
38.51.7.024.0050
55.14.9.024.0000
44.62.7.014.0000
62.83.9.048.0009
66.82.8.230.0001
71.91.8.230.0300
40.51.8.024.0300
13.12.0.012.0000
85.04.0.012.0000
40.52.7.024.2000
56.34.9.024.0010
55.32.9.024.0040
40.52.7.012.2000
40.31.9.024.5003
60.13.9.024.5074
38.91.7.024.9024
22.64.0.024.4310
60.13.8.120.0040
44.52S
40.52.7.110.0001
95.43
55.32.8.012.0040
58.34.8.024.5062
60.13.9.024.0040
40.52.8.230.0000
55.13.9.048.0000
46.52.8.024.5054
7P.23.9.200.1015
65.31.9.024.0300
60.13.9.060.5040
62.33.8.230.4040
7S.12.9.024.5110
22.64.0.230.4710
22.64.0.024.4710
39.11.0.012.0060
60.62.9.024.0000
7P.21.8.275.1020
46.61.8.230.4040
62.33.8.048.0040
92.13
40.51.7.028.0000
55.32.9.024.2090
94.13
7P.02.8.260.1025
48.82.7.024.0052
090.06.0
46.61.8.230.5040
18.21.8.230.0300
49.81.7.024.0050
94.71
40.52.9.028.0001
7F.50.8.230.2055
40.52.7.006.0000
65.07
56.44.9.024.0000
62.33.8.120.0040
93.02.0.125
60.13.9.110.0000
55.32.9.024.5040
49.31.8.024.5060
15.51.8.230.0400
99.01.0.024.59
55.33.8.110.0050
13.31.9.024.4300
60.13.9.048.0070
40.52.9.018.2001
39.11.8.230.0060
13.12.0.024.0000
56.32.8.024.0050
66.82.8.230.1000
38.91.7.024.8240
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85.03.0.024.0000
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95.18
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94.03.0
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65.31.9.024.0009
39.80.0.012.9024
7F.70.8.230.5500
96.02
60.13.9.110.2040
49.52.9.060.0050
62.32.8.240.0000
39.21.8.230.0060
40.52.8.240.0000
55.33.9.048.0010
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40.52.6.048.0000
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34.51.7.012.4010
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38.51.7.006.0050
77.55.8.230.8650
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095.01.0
40.31.6.012.0000
46.52.9.012.5040
96.04.0
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
56.34.8.230.2040
93.51.7.060
40.52.9.006.2001
97.52.3
26.03.8.048.0000
44.62.7.024.4000
7P.09.1.255.0100
62.83.8.048.0040
56.42.8.024.0000
7P.23.9.700.1020
62.23.9.024.0000
46.52.8.012.0054
55.34.8.060.0000
40.52.7.021.5000
34.51.7.060.0010
44.52.9.012.0000
55.12.9.024.0000
55.34.8.230.0000
56.42.9.012.2000
55.34.8.110.5050
59.34.9.048.0050
07F.34
60.13.9.048.0040
93.60.8.230
55.34.9.012.0070
22.24.8.024.4000
40.52.9.012.5000
59.34.8.048.0060
40.61.9.006.0300
58.34.9.024.0010
40.52.8.230.0001
62.23.9.024.4600
07L.20
60.13.8. 024.0040
60.13.8.060.0040
41.31.9.006.0000
60.13.8.024.5054
99.02.9.220.79
34.51.7.048.0019
55.34.9.110.0060
60.12.8.024.2040
62.82.9.012.0000
92.03
39.71.0.012.5060
97.01
46.61.9.024.4074
39.40.7.012.9024
40.31.8.230.5001
62.33.9.125.0040
55.14.9.060.0000
34.81.7.005.9024
60.13.8.110.0054
60.12.9.024.2040
45.71.7.012.1310
87.91.0.240.0000
55.12.9.024.0000
39.61.3.230.0060
62.23.8.110.0000
7T.91.0.000.2403
48.52.8.230.0060
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
45.71.7.024.0310
22.22.9.012.4000
56.42.9.110.0000
40.52.7.021.0000
87.31.0.240.0000
38.51.0.048.5060
93.01.7.060
62.33.9.110.0300
40.31.7.012.0000
44.52.9.028.0000
99.80.9.220.90
56.34.9.125.0040
93.11
49.61.7.012.4050
41.52.9.024.0000
72.11.8.125.0000
45.91.7.006.0310
55.32.9.012.0000
62.33.9.024.0540
26.01.8.230.0000
95.55.0
7F.10.8.230.1020
40.61.8.110.4300
65.31.9.024.4300
93.66.3.230
55.34.8.230.2040
62.23.8.012.0000
40.51.9.110.0000
39.50.7.006.9024
38.51.0.024.0060
39.60.0.024.9024
40.61.9.012.4303
49.62.9.024.0052
40.52.9.004.0000
55.32.8.230.0040
60.13.8.110.5240
38.52.0.125.0060
39.30.7.012.9024
58.34.8.110.5060
94.72
60.13.9.110.0074
43.41.7.005.2000
40.61.9.012.0000
22.32.0.012.4340
62.23.9.024.4000
60.13.4.162.0040
97.51
93.01.0.240
58.34.8.230.5060
44.52.9.110.0000
72.01.8.400.0000
40.31.8.048.0000
60.12.8.024.0040
62.33.9.024.4040
62.83.8.024.0500
82.82.0.240.0000
40.31.7.024.0000
22.21.8.048.4000
55.34.9.220.0000
36.11.9.012.4011
39.71.0.006.5060
22.34.0.024.4720
48.61.7.024.0050
62.82.9.024.0000
40.52.7.012.0001
40.51.9.024.0003
20.23.9.024.4000
40.31.9.110.5000
55.34.9.012.0040
41.52.9.048.0000
99.02.8.230.07
40.31.7.125.0000
92.43.1
56.34.8.230.0000
40.61.9.060.4300
56.34.8.048.0040
49.52.9.024.0051
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
20.23.8.024.4000
62.23.8.230.0000
62.32.9.060.0300
56.34.8.110.4040
093.20.0
40.11.7.009.4016
34.81.7.024.7048
40.61.9.012.4300
55.34.8.110.2040
40.52.8.024.5000
43.41.7.024.4300
40.31.7.018.0000
55.32.9.220.5040
40.31.9.014.0000
41.52.9.024.0000
22.22.8.048.4000
60.12.4.032.0040
45.71.7.024.1310
65.05
38.61.3.125.5060
92.55
11.91.8.230.0000
40.52.8.230.0300
7H.12.8.230.1550
40.41.7.024.2000
32.21.7.005.2300
58.33.8.230.0062
39.31.0.012.0060
20.22.8.230.0000
95.95.30
12.71.0.024.0000
40.61.9.014.0003
49.52.7.024.5050
4C.01.8.024.0060
40.52.9.012.2000
41.31.9.012.4010
60.13.4.101.0040
7S.14.9.024.0310
55.33.8.230.5050
59.34.8.230.5060
48.62.7.012.0050
44.52.9.060.0000
60.13.8.048.0040
60.13.8.230.5240
77.55.9.024.8250
18.21.0.024.0300
56.34.9.024.0000
60.13.9.060.2040
58.34.9.024.0050
58.34.9.110.5050
55.13.9.048.0001
20.21.8.230.4000
60.13.8.024.0040
43.61.9.012.4300
48.52.9.024.5050
40.61.7.018.4001
7E.36.8.400.0000
62.32.8.230.4040
55.34.9.024.0070
40.31.9.024.0000
62.32.9.220.0040
40.31.9.021.5000
39.11.0.024.0060
55.32.8.024.0000
90.14.1
7T.91.0.000.2004
96.72
46.61.8.110.0040
39.71.8.230.5060
95.15
40.61.7.060.4300
55.34.9.220.0040
56.34.8.230.4000
07L.02
59.32.9.012.0050
56.34.9.125.0000
60.13.8.230.0050
55.33.9.125.0090
40.52.8.048.5000
72.01.9.024.0000
55.33.9.012.0070
62.32.8.024.0040
60.12.8.400.0040
90.13
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
65.61.9.110.0000
40.31.9.048.5000
11.71.8.230.0000
55.34.9.048.0094
62.82.8.230.0300
39.61.8.230.0060
32.21.7.005.2000
43.41.7.018.2001
60.12.8.230.0040
60.12.9.012.2040
39.40.7.006.9024
55.34.9.060.0094
22.34.0.230.1720
10.61.8.230.0000
97.52.0
62.33.9.012.0040
65.31.9.110.0000
60.13.8.024.2040
7F.07.0.000.3000
40.52.8.024.0300
40.52.8.125.0000
49.72.9.024.0050
49.81.9.012.0050
56.32.9.012.0074
22.23.8.024.4000
4C.02.8.120.0062
13.31.8.230.4300
55.34.9.024.0090
22.18
26.03.8.012.0000
93.01.7.060.0
18.01.8.230.0000
43.61.9.012.2300
22.22.8.024.0000
60.13.9.012.2070
34.51.7.024.0000
62.05
39.10.7.012.9024
55.34.8.120.0030
40.52.9.024.5001
43.41.7.018.4301
59.34.9.110.0050
7F.01.0.000.1000
40.61.7.012.0000.
目前，大型造紙機(jī)干燥部的空氣系統(tǒng)大多采用密閉氣罩設(shè)計(jì),對(duì)其內(nèi)的溫、濕度場(chǎng)分布控制要求較高[1]。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因?qū)φ謨?nèi)溫、濕度的測(cè)量控制落后，操作人員很少對(duì)氣罩操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往通入過(guò)量空氣。氣罩內(nèi)溫度和濕度與TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（TIP0404-33）[2]推薦值存在較大差距，造成能源浪費(fèi)嚴(yán)重。其主要原因：無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，致使操作人員無(wú)法調(diào)節(jié)；氣罩內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)和多烘缸組操作參數(shù)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)難于優(yōu)化如此多的強(qiáng)耦合變量參數(shù)，致使操作不當(dāng)。目前，大型紙機(jī)氣罩引風(fēng)口處溫、濕度測(cè)量傳感器基本上選用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；信號(hào)輸出一般為4～20mA，該信號(hào)必須經(jīng)由原造紙機(jī)過(guò)程系統(tǒng)中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫略霆?dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，致使工程實(shí)施成本增加。為此，研發(fā)用于氣罩內(nèi)溫、濕度場(chǎng)的測(cè)量傳感器，為氣罩操作參數(shù)優(yōu)化運(yùn)行控制提供手段，以促進(jìn)造紙機(jī)提高能源利用率.
1干燥部密閉氣罩特點(diǎn)
干燥部密閉氣罩的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1）提供一個(gè)封閉的高溫環(huán)境，以利于紙頁(yè)的干燥及降低排風(fēng)量，并提高氣罩排風(fēng)中熱量回收的效果。上流行的設(shè)計(jì)參數(shù)是氣罩內(nèi)干球溫度為80～85℃，露點(diǎn)溫度為58～62℃。(2）必須對(duì)紙機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視、操作和維護(hù)提供方便，必須能保證方便地引紙和換輥。(3）密閉氣罩內(nèi)高溫高濕，特別容易引起結(jié)露，氣罩的設(shè)計(jì)必須*杜絕氣罩頂板的凝露滴水。氣罩內(nèi)微小的控制變量參數(shù)的改變都會(huì)對(duì)溫度和濕度有很大的影響。干燥部氣罩內(nèi)的流量和空氣質(zhì)量是敏感的參數(shù)[3]。為此，設(shè)計(jì)了一種可以快速而準(zhǔn)確檢測(cè)出氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量裝置，以滿足氣罩內(nèi)溫、濕度控制的敏感性要求。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
造紙車間溫、濕度測(cè)控傳感器是由電路硬件與計(jì)算機(jī)軟件組成的，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)硬件包括溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊等基本電路。系統(tǒng)利用單片機(jī)獲得溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行溫度、濕度的實(shí)時(shí)顯示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件主要包括控制電路與檢測(cè)電路。通信電路是從單片機(jī)主芯片串行口連接RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX232與PC機(jī)相連。此外，還有數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.1控制電路設(shè)計(jì)控制器是系統(tǒng)的核心部分，它直接接收來(lái)自溫度模塊的數(shù)字信號(hào)和經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的濕度傳感器信號(hào)，再輸出給顯示電路。本系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為核心的控制單元，STC89系列單片機(jī)高速（高時(shí)鐘頻率90MHz），低功耗，在系統(tǒng)應(yīng)用可編程（ISP，IAP），可通過(guò)RS232和MAX232連接串口直接下載程序，不同于傳統(tǒng)的51單片機(jī)需要專門的燒錄器燒錄程序。其控制電路如圖2所示。
3.2溫、濕度模塊電路設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于測(cè)量溫度和濕度，故分別對(duì)兩種傳感器的測(cè)量電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2.1溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持1-Wire總線接口術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛接多個(gè)1-Wire總線器件，因此可方便地進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，還可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，高精度為±0.0625℃，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在E2PROM中，掉電后溫度數(shù)據(jù)依然保存[4]。本設(shè)計(jì)用3腳封裝模式，DS180B20可通過(guò)兩種方式供電：外加電源工作方式和寄生電源方式。前者需要外加電源，正負(fù)極分別接引腳VDD及GND；后者不需要外加電源，當(dāng)總線（信號(hào)線）為高時(shí)穩(wěn)定電源是通過(guò)單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)，總線信號(hào)為低時(shí)則由其內(nèi)部的電容供電，在此種方式下VDD接地。3腳封裝的DS18B20引腳功能分別為地GND、電源VDD、信號(hào)DQ，需要外加電源工作方式。圖3為DS18B20的連接電路，采用此方式能增強(qiáng)DS18B20的抗干擾能力，保證工作的穩(wěn)定性[5]。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度警報(bào)觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之間的精度達(dá)±0.5℃,而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度。
3.2.2濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的濕度傳感器采用高精度的HS110系列電容式傳感器，在線谷底濕度為0～RH范圍內(nèi)，電容量由162pF變到200pF時(shí)，其誤差不大于±2%RH，有*的線性輸出，受溫度的影響很小。響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04pF/℃,精度較高。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。而在數(shù)碼管上顯示的是電壓值，通過(guò)查詢表1HS1101的電壓輸出典型參數(shù)表，便可得到所測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度[6]。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，這里采用的是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。測(cè)量電路如圖4。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。其內(nèi)部有一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，再用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)[8]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3.2.3系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用4個(gè)8段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，顯示結(jié)果清晰。在八段數(shù)碼管顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并選出相應(yīng)段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依次循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺(jué)。驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，所以要在四個(gè)LED的陰極加四個(gè)三極管S8550來(lái)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)LED，增加它的顯示亮度[9]。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
采用KeilC51程序編寫(xiě)[10]，主要由主程序、讀取溫度子程序、讀取濕度子程序、中斷處理程序、數(shù)碼管掃描程序、顯示程序等部分組成[11]。程序流程見(jiàn)圖7。讀取溫度子程序功能：完成對(duì)DS18B20的復(fù)位及溫度的讀取。DS18B20是單總線芯片，時(shí)序要求嚴(yán)格，用KeilC51編寫(xiě)程序時(shí)，采用“while(--i);”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的延時(shí)。讀取濕度子程序功能：?jiǎn)⒂肁/D轉(zhuǎn)換，將HS1100測(cè)量的濕度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并讀到單片機(jī)內(nèi)部。
5系統(tǒng)的測(cè)試
為檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，利用德國(guó)AHLBORN公司的MA56901多功能溫、濕度測(cè)試儀對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值及檢測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。將測(cè)試儀與本系統(tǒng)置于同一被測(cè)溫、濕度點(diǎn)上，采用同時(shí)可取點(diǎn)方式。其中，測(cè)試儀溫、濕度為標(biāo)稱溫、濕度，本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為測(cè)量溫、濕度。表2是敞開(kāi)環(huán)境下得到的溫、濕度，表3是密閉環(huán)境下模擬氣罩實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測(cè)量得到的溫、濕度。誤差分析：由表2可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%；由表3可知，溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于1%，較好實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及測(cè)量精度，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，擴(kuò)展方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。
6結(jié)語(yǔ)
基于STC89C52單片機(jī)的溫、濕度測(cè)量控制系統(tǒng)，在滿足測(cè)量要求的同時(shí)，成本較低，其價(jià)格只相當(dāng)于國(guó)外同類型傳感器價(jià)格的十分之一。該系統(tǒng)對(duì)于任何微小的溫、濕度變化都可以迅速地檢測(cè)和顯示出來(lái)，可以適應(yīng)干燥部?jī)?nèi)氣罩中溫、濕度敏感性高的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)使用靈活，可以通過(guò)RS232/485與上位機(jī)直接相連下載程序，編程方便。采用高精度的電容式相對(duì)濕度傳感器HS1100和一線總線式溫度傳感器DS18B20，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可完成所需的濕、溫度的測(cè)量。該系統(tǒng)的溫度測(cè)量誤差低于±1℃，濕度測(cè)量誤差低于2%，可滿足密閉氣罩內(nèi)溫、濕度測(cè)量的要求。
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