溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

論文題目： 溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)目 錄前言 .31 溫濕度檢測系統(tǒng)的簡介 .41.1 系統(tǒng)的概述 .41.2 系統(tǒng)設(shè)計選題的背景 .41.3 系統(tǒng)的分類 .51.4 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容與要求 .52 系統(tǒng)設(shè)計方案 .52.1 溫濕度檢測系統(tǒng)方案制定 .52.2 系統(tǒng)功能模塊分析 .62.3 仿真器件 .82.4 本章小結(jié) .93 系統(tǒng)仿真調(diào)試 .9 3.1 PROTEUS對系統(tǒng)仿真 .93.2 誤差分析 .113.2 本章小結(jié) .12總結(jié) .12參考文獻 .13淮南師范學(xué)院 2014屆本科畢業(yè)論文1溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)生：徐祥（指導(dǎo)老師：王留留）（淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院）摘 要: 溫濕度測量系統(tǒng)的測量的使用領(lǐng)域是寬廣的，在倉庫中、果園中、醫(yī)院內(nèi)都有著重要的作用。這次的畢業(yè)設(shè)計是對溫濕度測量系統(tǒng)的研究、仿真和實現(xiàn)，對它以后發(fā)展和推動起了重要作用。這次的畢業(yè)設(shè)計，仔細的分析了國外與國內(nèi)關(guān)于溫濕度檢測系統(tǒng)的發(fā)展情況與研究方向，闡述了當今現(xiàn)實生活中、工業(yè)中、農(nóng)業(yè)中其存在的一些問題，在經(jīng)過探討這些問題并提出合理的解決方案的之后，系統(tǒng)的設(shè)計一類關(guān)于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)，能夠比較穩(wěn)定、長時間、準確的對那些有著特別要求的場所進行測量其溫度與濕度。硬件電路部分與軟件電路部分是該次畢業(yè)設(shè)計的兩大組成的部分，所設(shè)計的系統(tǒng)的基本原理如下：在某環(huán)境中，給予溫濕度傳感器模擬的溫度與濕度，這些模擬信號會通過溫濕度的檢測系統(tǒng)所涉及的電路，利用傳感器把這些處理的信號傳輸給核心部件單片機，然后單片機在處理這些信號，再傳輸?shù)?LCD顯示出數(shù)字，從而實現(xiàn)對溫濕度的測量。關(guān)鍵詞: 溫濕度；SHT10 傳感器；單片機溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)2前言當下的生活中，溫度與濕度的技術(shù)著重的被利用于特定的環(huán)境、環(huán)境溫度濕度要求比較高的區(qū)域，其使用的范圍與頻率還是比較多的。在以前，各種倉庫、蔬菜大棚、車間等相對環(huán)境空間內(nèi)的溫度和相對濕度的信號采集即溫度和相對濕度的檢測，是利用傳統(tǒng)的具有指示溫度和濕度的檢測儀表。但是利用這種方法則需要工作人員來檢測控制，然后對那些不符合條件的相對環(huán)境空間進行溫濕度處理，比如通風、干燥、升降溫度等。當然這種方法對于工作人員來說是很浪費時間和精力的及工作效率就很低，而且通過這些儀表檢測出來的溫度和相對濕度誤差會很大?，F(xiàn)如今隨著工業(yè)技術(shù)和微電計算機技術(shù)的飛快發(fā)展和不斷創(chuàng)新，倉庫這類的溫濕度檢測智能控制的儀器儀表已經(jīng)開始慢慢地推廣使用了，正在逐步的代替以往的那些檢測儀器，其主要是以單片機為主的溫濕度智能控制，這類的溫濕度監(jiān)測儀器的從成本和使用角度方面考慮，是最適合倉庫類的相對環(huán)境的溫濕度的檢測，更重要的是測量的溫濕度值比較準確?，F(xiàn)如今的測量和控制方面的實現(xiàn)需要利用到傳感器，它是測量和控制類系統(tǒng)的重要部分。我們都知道那些原始被測信號若不利用儀器對其進行準確的捕捉及進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，那么我們所需要的智能監(jiān)測類系統(tǒng)將無法運行，而這方面問題的解決則是傳感器的功勞。如果在倉庫管理系統(tǒng)中增加溫濕度智能監(jiān)測系統(tǒng)，那么對于工作人員來說，可以相對的減輕其工作量、倉庫貨物的儲備量和質(zhì)量、減少管理方面的資金等，這對廣大倉庫管理者來說很有幫助。這次的畢業(yè)設(shè)計是通過一個與溫度與濕度都有關(guān)的儀器對某特定的環(huán)境下測量出的溫濕度，在多次的實驗之后系統(tǒng)的對所設(shè)計的方案進行誤差分析和改良;同時相關(guān)設(shè)備處理出現(xiàn)的溫濕度方面的問題，從而來達到對某一溫度和相對濕度的智能監(jiān)控目的，操作人員能夠明確的觀察到溫濕度的變化，這樣溫濕度一直保持在設(shè)定的溫濕度范圍內(nèi)?；茨蠋煼秾W(xué)院 2014屆本科畢業(yè)論文31 溫濕度檢測的簡介1.1 系統(tǒng)的概述溫濕度測量技術(shù)在當今的工廠加工、醫(yī)療區(qū)域、農(nóng)業(yè)區(qū)域中已經(jīng)起來重要的位子，例如資源的節(jié)約、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、產(chǎn)品數(shù)目的提高，這些問題現(xiàn)在已經(jīng)越來越受到外界的關(guān)注了。當今，知識信息和知識的工業(yè)化已經(jīng)開始了飛一般的進步，溫度與濕度的問題影響的范圍距離已經(jīng)不再之前談到的那些方面，它還體現(xiàn)在科技發(fā)展、衛(wèi)生用品、醫(yī)藥衛(wèi)生、國家安全基礎(chǔ)等多種方面。就上述幾個問題和情況，溫濕度檢測的準確性、穩(wěn)定性、快速性、安全性這些方面的設(shè)計要求變得尤其重要。在最近幾年中，使用 SHT10控制的溫濕度傳感器和溫濕度數(shù)據(jù)的網(wǎng)上直接檢驗技術(shù)現(xiàn)已成為當下的一種發(fā)展方向和追求。本次畢業(yè)設(shè)計介紹和實現(xiàn)了一種單片機與自動化溫濕度傳感器互相結(jié)合，它們兩就組成了一種簡單的溫濕度檢測器系統(tǒng)。這種檢測系統(tǒng)具有以下的特點：易操作、制作成本低、準確性較高、持續(xù)時間長、較為穩(wěn)定。1.2 系統(tǒng)設(shè)計選題的背景1.2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀關(guān)于我國國內(nèi)溫濕度研究的時間相對于國外還是比較晚的，畢竟我國對于溫濕度檢測技術(shù)的研究才剛剛起步 。初期我國只運用了相對落后的溫濕度的微機控制測量技術(shù)，而這門技術(shù)還是在參考當時國外發(fā)展國家的檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，這門技術(shù)局限于測量單方面環(huán)境因素，不支持復(fù)雜、多項的環(huán)境控制。我國關(guān)于溫濕度檢測技術(shù)從對國外發(fā)達技術(shù)的學(xué)習，經(jīng)過慢慢時間的不斷地實驗，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展到微測量計算機應(yīng)用的層次上。目前，國內(nèi)用的技術(shù)基本上包括單片機，這種技術(shù)是利用單片機控制的溫濕度檢測的系統(tǒng)，過程與步驟都比較簡單，還不能實現(xiàn)多參數(shù)多回路的溫濕度控制系統(tǒng)，相對于那些發(fā)達的國家，技術(shù)還是比較落后。我國的溫濕度測量存在著下列問題：實現(xiàn)功能少、產(chǎn)量水平低，操作檢修步驟繁瑣。1.2.2國外外研究現(xiàn)狀關(guān)于國外溫濕度研究的時間相對于國內(nèi)來說還是較早。國外初期首先設(shè)計出通過組合的形式的模擬式器件，運用了就地取材的方法，將其收集的信號進行一系列的指示并加以記錄。近階段世界各國都在研究與開發(fā)基于計算機的控制溫濕度系統(tǒng)，此系統(tǒng)受多因子的控制，其主要特點為精確性高、穩(wěn)定性強。以后溫濕度發(fā)展趨勢向著無溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)4人操作化、精度穩(wěn)定化發(fā)展。1.3系統(tǒng)的分類水汽壓型：測出大氣中對某一裝置的總壓力，然后再測出大氣中的水汽對同一裝置的壓力，將測出的兩個壓力進行百分比的對比壓力，即可以得出溫濕度的大小值。電阻式濕度片：通過外界溫濕度變化與電阻值的關(guān)系的來設(shè)計出的測量儀器。當外界的溫濕度改變時，與其用電路連接的電阻也隨之改變。溫濕度片就是這里的核心器件，它可以感應(yīng)到外界溫濕度的變化。干濕球溫度表：通過兩只完全相同的溫度表，使他們并列在一起，其中用一只溫度表測量氣溫，另外一支溫度表表頭需要纏繞著浸透過純蒸餾水的脫脂紗布，這兩種溫度表結(jié)合起來就是干濕球溫度表。1.4 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容與要求對某一特定環(huán)境下用溫室度傳感器感受到溫度和濕度變化，把這種變化轉(zhuǎn)化為電信號輸入到單片機中，然后進行各端口的控制使其數(shù)據(jù)顯示在 LCD顯示屏上，完成了對倉庫額的溫室與濕度的測量。要求誤差在上下 10%之內(nèi)。2 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1 溫濕度檢測系統(tǒng)方案制定方案一溫濕度的檢測與溫濕度的顯示構(gòu)成了溫濕度傳感器，溫濕度的傳感器有好多種，設(shè)計方案一中溫濕度傳感器選用的是 SHT10。為了營造無人看守狀態(tài) ,本次設(shè)計中還應(yīng)用了遠程通信系統(tǒng)。方案一中系統(tǒng)的控制核心是 AT89C52 單片機，它的主要作用是讀取溫濕度傳感器工作時的內(nèi)部參數(shù)，測試的結(jié)果可以顯示在 LCD 上面。圖 1倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)原理圖淮南師范學(xué)院 2014屆本科畢業(yè)論文5方案二此方案是溫度和濕度電路的設(shè)計，我們可以使用熱敏電阻和濕敏電阻之類的儀器來檢測，主要是利用它們的感溫效應(yīng)和感濕效應(yīng)。第一步是利用溫敏電阻與熱敏電阻的原理特性感應(yīng)到外界濕度與溫度的變化并對其進行電流與電壓的采集，第二步是通過 A/D 模數(shù)的變化，第三步運行到了關(guān)鍵的部分單片機，最后是通過 LCD 屏幕顯示出測量的結(jié)果來，與此同時已經(jīng)測量出來的溫濕度和之前設(shè)定的溫濕度進行比較。如果采用方案二的話，該方案涉及到了 A/D 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、感濕電路的設(shè)計和感溫電路的設(shè)計，這樣設(shè)計的步驟與程序比較繁瑣。綜合這兩種方案，方案一較為簡單明朗，運用所學(xué)的知識較多，故選擇方案一來實現(xiàn)溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。2.2 系統(tǒng)功能模塊分析2.2.1 中央控制單元本次溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計中，由單片機組成的中央控制單元有十分重要的作用。這是整個系統(tǒng)的大腦，它發(fā)出操作命令指揮系統(tǒng)工作。該單片機不僅可以控制 LCD顯示屏幕的工作狀態(tài)，還可以時時刻刻管理著監(jiān)測著外部環(huán)境的溫濕度的變化的溫濕度傳感器的工作狀態(tài)。依照所需設(shè)計的要求和控制的目的，本次畢業(yè)設(shè)計選擇了AT89C52 芯片，該芯片里面包含 4k Bytes ISP 的能多次燒入的 Flash 器件，是一類簡單高效率的 CMOS 8 位芯片。 AT89C52 芯片是使用了 ATMEL 公司廠家中的較為先進高級的控制與制作技術(shù)做為支持動力。AT89C52 芯片還包括 MCS-52 系統(tǒng)的操作命令與89C52 管腳的排列，其中較重要的 8位 CPU 和 ISP Flash 存儲單元是它的核心部件。AT89C52 芯片的系統(tǒng)功能具有巨大的優(yōu)勢，它可以滿足設(shè)計中系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基本要求。AT89C52 芯片具 16 位 可 編 程 定 時 計 數(shù) 器 3 個 ， 有引腳 40 個， 全 雙 工 串 行通 信 口 2 個 ， 外 部 雙 向 輸 入 /輸 出 （ I/O） 端 口 32 個 ， 外 中 斷 口 2 個 ， 讀 寫 口 線 2個 ， AT89C52 芯片的管腳結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 2單片機溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)62.2.2 晶振電路模塊與復(fù)位電路模塊晶振電路模塊：單片機的工作條件是要在時鐘驅(qū)動的作用下才可以穩(wěn)定的進行工作,所需的電容大小通常為 30PF。單片機工作時需要一個信號脈沖，晶振的作用就是提供這個信號脈沖。在時鐘驅(qū)動作用下，晶振電路所提供的信號脈沖就是單片機的工作速度。舉個例子來說明，一個頻率為 12MHZ的晶振電路芯片，它的工作速度是 12MHZ每秒的運行速度,和我們使用的電腦手機的 CPU一個道理。就于多大的頻率才能使單片機更好的更穩(wěn)點的工作的問題，一般情況下其工作時所需要的頻率在 24MHZ左右，超過這個值，系統(tǒng)工作就不穩(wěn)定了。單片機系統(tǒng)的工作速度取決于時鐘信號，其內(nèi)部鑲有時鐘振蕩電路，在單片機的外部接通一個振蕩源就可以工作了。復(fù)位電路模塊:復(fù)位電路在設(shè)計的系統(tǒng)中起著重要的作用，它保障了設(shè)計的系統(tǒng)可以在穩(wěn)定的環(huán)境下工作，復(fù)位電路的主要作用功能就是上電復(fù)位。當復(fù)位信號消除的時候，系統(tǒng)微機電路才可以穩(wěn)定高效的工作，消除復(fù)位信號的條件是 VCC的電壓在4.7V與 5.2V之間，只有在提供穩(wěn)定無誤差的時鐘信號才能實現(xiàn)本次的設(shè)計。下圖為其仿真圖：圖 3晶振電路和復(fù)位電路2.2.3顯示模塊LCD 顯示電路是本系統(tǒng)的功能具體體現(xiàn)的重要模塊，實現(xiàn)了對溫濕度檢測的液晶屏控制的功能。溫濕度顯示電路的組成有 SHT10溫濕度傳感器、LCD 液晶顯示屏幕。其顯示模塊先接受來自單片機處理后的信號，再將其結(jié)果顯示在液晶屏幕。下圖為其仿真圖：淮南師范學(xué)院 2014屆本科畢業(yè)論文7圖 4顯示模塊2.2.4溫濕度傳感器利用型號為 SHT10的溫濕度傳感器來測試倉庫的溫度和濕度。下圖為其仿真圖：圖 5 溫濕度傳感器仿真圖上三個按鍵： 來控制操作。當打到左邊時為濕度的調(diào)節(jié)，當打到右邊的時候為溫度的調(diào)節(jié);是增大按鍵，是減小按鍵。2.3 仿真器件2.3.1溫濕度傳感器的選擇及介紹選擇 SHT10溫濕度傳感器.可同時測量溫度和濕度。精確度,高測量范圍大,便于遠距離測量。SHT10 是瑞士 Scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。SHT10溫濕度傳感器的接口是由 SCK與 DATA兩個串行接口組成的，它可以實現(xiàn) CRC的校驗傳輸，而且準確性高。SHT10 溫濕度傳感器利用的是 SMD 表面貼片設(shè)計之后的封裝形式，管腳排列如圖 6 所示，SHT10 的引腳說明如下： NC 是空管腳，GND 是接地端線，SCK 是串行時鐘輸入 DATA，雙向串行數(shù)據(jù)線，VDD 電源端是 0.5V 至 5.5V 電源端。溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)8圖 6 SHT10外形及引腳排列SHT10功能齊全，將溫度檢測電路、濕度檢測電路、數(shù)模轉(zhuǎn)化器、微信號處理這些功能全部集成到 SHT10芯片上面。講這些功能具體、聚集化，用起來較為方便、快捷。圖 7 SHT10 溫濕度傳感器 原理圖2.4 本章小結(jié)本章首先進行系統(tǒng)的方案論證。6 根據(jù)對系統(tǒng)功能的定義，初步完成了系統(tǒng)軟硬件的框圖設(shè)計。接著分別介紹和分析中央控制單元模塊、晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、顯示電路模塊以及主要器件的選型。3 系統(tǒng)仿真調(diào)試3.1 PROTEUS對系統(tǒng)仿真3.1.1軟件 Proteus概述Proteus 設(shè)計軟件是由英國 Labcenter 公司針對模擬電路單獨設(shè)計的一種仿真軟件。此軟件能在電腦系統(tǒng)中進行操作，可以有效的仿真出集成電路中許多的模擬器件。該軟件能實現(xiàn)各種單片機電路的仿真，具有 A/D