【畢業(yè)論文設(shè)計(jì)】溫濕度檢測

專業(yè)綜合實(shí)習(xí)報(bào)告設(shè)計(jì)題目溫濕度檢測專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化年級2007級指導(dǎo)教師摘要溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器SHT10，AT89S52單片機(jī)和鍵盤顯示電路三部分組成，采用軟件編程。使其達(dá)到了整個(gè)系統(tǒng)的溫度測量誤差優(yōu)于05,相對濕度測量誤差優(yōu)于4的預(yù)期指標(biāo)關(guān)鍵詞溫度；濕度；傳感器；單片機(jī)隨著科技的不斷發(fā)展，溫濕度的測量在倉儲(chǔ)管理、生產(chǎn)制造、氣象觀測、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及日常生活中被廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器一般不僅要設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路,還要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程,其測量精度難以保證，且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。為了克服這些缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用瑞士SENSIRION公司生產(chǎn)的具有I2C總線接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對濕度和溫度傳感器SHT10，SHT10芯片傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)融合,為開發(fā)高集成度、高精度、高可靠性的溫濕度測控系統(tǒng)提供了解決方案。確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。1溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理11溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)總體框圖SHT10溫濕度傳感器按鍵控制1602液晶顯示單片機(jī)圖1總體框圖該系統(tǒng)主要由AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)，溫濕度采樣電路，鍵盤顯示電路等三室內(nèi)溫濕度部分組成。12設(shè)計(jì)要求本題目是設(shè)計(jì)制作一個(gè)溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，基本功能是能夠檢測出室內(nèi)溫度和濕度；能夠顯示溫度、濕度。13總體方案論證本題目需要重點(diǎn)研究的問題1）溫度及適度的數(shù)據(jù)采集2）程序的時(shí)序分析解決問題的思路方案一采用傳統(tǒng)的傳感器將溫度赫和濕度轉(zhuǎn)換成模擬的電信號，然后進(jìn)行線性補(bǔ)償。方案二采用現(xiàn)成的帶有A/D轉(zhuǎn)換功能的SHT10溫濕度傳感器直接輸出的數(shù)字信號，與單片機(jī)通信。SHT10傳感器默認(rèn)的測量溫度和相對濕度的分辨率分別為14位、12位,通過狀態(tài)寄存器可以降至12位、8位。濕度測量范圍是0100RH,對于12位的分辨率為003RH,測溫范圍為4012318,對于14位的分辨率為001。其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對濕度、溫度的信號,然后經(jīng)過大,分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò),最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器,再利用微控器完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。相比方案一和二，方案二的電路簡單易于操作。3）程序的流程圖分析由于SHT10傳感器的驅(qū)動(dòng)程序比較復(fù)雜，采用子程序調(diào)用的方法進(jìn)行調(diào)試，在主程序中只進(jìn)行函數(shù)調(diào)，這樣使得程序更加明了。2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)的原理是一個(gè)基于單片機(jī)AT89S52與溫濕度傳感器等技術(shù)相結(jié)合主體，利用數(shù)字溫濕度傳感器SHT10對環(huán)境溫濕度進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的測控。將它的輸出由單片機(jī)的軟件對其進(jìn)行校正處理，所得到的結(jié)果最終送給液晶顯示模塊1602進(jìn)行顯示。設(shè)計(jì)原理圖如下P10TEX345MOSI67CK8R9DNWALGP/VHYUFABESOTVC21溫濕度傳感器SHT10產(chǎn)品概述SHT1X包括SHT10,SHT11和SHT15屬于SENSIRION溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號。傳感器采用專利的CMOSENS技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進(jìn)行標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，用于內(nèi)部的信號校準(zhǔn)。兩線制的串行接口與內(nèi)部的電壓調(diào)整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。微小的體積、極低的功耗，使SHT1X成為各類應(yīng)用的首選。SHT1X提供表貼LCC封裝，可以使用標(biāo)準(zhǔn)回流焊接。同樣性能的傳感器還有插針型封裝（SHT7X）和柔性PCB封裝（SHTA1）接口定義引腳名稱描述1GND地2DATA串行數(shù)據(jù),雙向3SCK串行時(shí)鐘,輸入口4VDD電源NCNC必須為空電源引腳VDD,GNDSHT1X的供電電壓范圍為2455V,建議供電電壓為33V。在電源引腳（VDD，GND）之間須加一個(gè)100NF的電容，用以去耦濾波。SHT1X的串行接口，在傳感器信號的讀取及電源損耗方面，都做了優(yōu)化處理；傳感器不能按照I2C協(xié)議編址，但是，如果I2C總線上沒有掛接別的元件，傳感器可以連接到I2C總線上，但單片機(jī)必須按照傳感器的協(xié)議工作。圖10典型應(yīng)用電路,包括上拉電阻RP和VDD與GND之間的去藕電容。串行時(shí)鐘輸入SCKSCK用于微處理器與SHT1X之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK頻率。串行數(shù)據(jù)DATADATA引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于讀取傳感器數(shù)據(jù)當(dāng)向傳感器發(fā)送命令時(shí),DATA在SCK上升沿有效且在SCK高電平時(shí)必須保持穩(wěn)定。DATA在SCK下降沿之后改變。為確保通訊安全，DATA的有效時(shí)間在SCK上升沿之前和下降沿之后應(yīng)該分別延長至TSUANDTHO參見圖11。當(dāng)從傳感器讀取數(shù)據(jù)時(shí),DATATV在SCK變低以后有效，且維持到下一個(gè)SCK的下降沿。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng)DATA在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻（例如10K）將信號提拉至高電平。上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O電路中。詳細(xì)的I/O特性，參見表2。電氣特性電氣特性，如能耗，高、低電平，輸入、輸出電壓等，都取決于電源。表2詳細(xì)解釋了SHT1X的電氣特性，若沒有標(biāo)明，則表示供電電壓為5V。22鍵盤及數(shù)字顯示部分設(shè)計(jì)中采用1602液晶顯示器，液晶顯示器程序編寫容易，下圖是液晶顯示器與單片機(jī)接口的原理圖。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低、1602LCD主要技術(shù)參數(shù)顯示容量162個(gè)字符芯片工作電壓4555V工作電流20MA50V模塊最佳工作電壓50V字符尺寸295435WHMM引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，第1腳VSS為地電源。第2腳VDD接5V正電源。第3腳VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳背光源正極。第16腳背光源負(fù)極。3軟件設(shè)計(jì)本次程序主要用C語言編程，較其他編程語言清楚，易懂。有主控程序和子程序組成。主要包括以下幾個(gè)模塊1主程序初始化主要完成系統(tǒng)上電后進(jìn)行定時(shí)器和LED液晶模塊，通信電路的初始化。初始化完成后,系統(tǒng)將正常運(yùn)行,并進(jìn)行2鍵盤掃描、顯示子程序提供人機(jī)信息交換接口，完成溫濕度的上下限值的設(shè)定與顯示功能。濕度控制子程序AT89S51比較溫濕度預(yù)設(shè)值和實(shí)際值的大小。4結(jié)論該溫濕度測控系統(tǒng)采用SHT10為測量元件,大大簡化了軟硬件的設(shè)計(jì),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊,調(diào)試安裝方便,性價(jià)比極高。且由于SHT10的極好的性能特點(diǎn),提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度。SHT10是單片集成的數(shù)字溫濕度傳感器，所有信號的調(diào)理由芯片完成，采用I2C總線實(shí)現(xiàn)通信，并直接輸出數(shù)字信號。該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單、檢測準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了對溫濕度參數(shù)的測控。參考文獻(xiàn)1軍勇,冀捐灶,楊寶強(qiáng)基于AT89C2051的溫濕度控制儀2SENSIRION公司SHT11數(shù)據(jù)手冊3孟臣,李敏溫濕度傳感器SHT11及其在單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用4沙占友集成化智能傳感器原理與應(yīng)用5魏立峰單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)M北京北京大學(xué)出版社6何小艇電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)浙江浙江大學(xué)出版社7康光華電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版北京高等教育出版社,2007年6月8王福瑞單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全M北京北京航空航天大學(xué)出版社,19999譚浩強(qiáng)C程序設(shè)計(jì)M北京清華大學(xué)出版社,1999年12月第2版10沈任元,吳勇常用電子元器件手冊M機(jī)械工業(yè)出版社附錄主函數(shù)（MAINC）INCLUDETYPEDEFUNION/定義共用同類型UNSIGNEDINTIFLOATFVALUE/延時(shí)函數(shù)VOIDDELAYINTZ/Z為毫秒數(shù)INTX,YFORXZX0XFORY125Y0YVOIDMAINUNSIGNEDINTTEMP,HUMIVALUEHUMI_VAL,TEMP_VAL/定義兩個(gè)共同體，一個(gè)用于濕度，一個(gè)用于溫度/FLOATDEW_POINT/用于記錄露點(diǎn)值UNSIGNEDCHARERROR/用于檢驗(yàn)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤UNSIGNEDCHARCHECKSUM/CRCUCHARWENDU6/用于記錄溫度UCHARSHIDU6/用于記錄濕度LCD_INITIAL/初始化液晶GOTOXY0,0/選擇溫度顯示位置PRINT“TEMPC“/5格空格GOTOXY0,1/選擇濕度顯示位置PRINT“HUMIRH“/5格空格S_CONNECTIONRESET/啟動(dòng)連接復(fù)位WHILE1ERROR0/初始化ERROR0，即沒有錯(cuò)誤ERRORS_MEASUREUNSIGNEDCHAR/溫度測量ERRORS_MEASUREUNSIGNEDCHAR/濕度測量IFERROR0S_CONNECTIONRESET/如果發(fā)生錯(cuò)誤，系統(tǒng)復(fù)位ELSEHUMI_VALFFLOATHUMI_VALI/轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)TEMP_VALFFLOATTEMP_VALI/轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)CALC_STH10/修正相對濕度及溫度/DEW_POINTCALC_DEWPOINTHUMI_VALF,TEMP_VALF/計(jì)算EDEW_POINTTEMPTEMP_VALF10HUMIHUMI_VALF10GOTOXY5,0/設(shè)置溫度顯示位置WENDU0TEMP/10000/溫度百位WENDU1TEMP1000/1000/溫度十位WENDU2T