溫濕度測量和控制-文獻(xiàn)綜述

1、 文獻(xiàn)綜述溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最基本的工藝參數(shù)，例如機械、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對溫度、濕度的檢測與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對溫度、濕度的檢測就非常有必要了。而隨著高科技的不斷發(fā)展，溫度和濕度已不再是相互獨立的量， 而應(yīng)在系統(tǒng)集成中綜合考慮。對其進(jìn)行適時準(zhǔn)確的測量具有重要意義。本章介紹了利用單片機進(jìn)行溫濕度測量和控制的智能化的方法，對基于MCS51單片機系統(tǒng)的溫濕度控制原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。利用單片機對溫、濕度控制,具有控溫、濕精度

2、高、功能強、體積小、價格低,簡單靈活等優(yōu)點,很好的滿足了工藝要求。1、 各部件實現(xiàn)的功能1.1、AT89c52單片機AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C52單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。AT89C52是有8個部件組成，即CPU，時鐘電路，數(shù)據(jù)存儲器，并行口（P

3、0P3）串行口，定時計數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計算機。1.2、SHT11傳感器數(shù)字傳感器SHT11的濕度量程范圍為0100%RH,溫度量程范圍為-40.0123.8,能滿足室內(nèi)溫濕度環(huán)境要求。溫度測量可達(dá)14位的分辨率、濕度測量可達(dá)12位的分辨率,在高速或超低功耗的應(yīng)用中也可分別降至12位和8位的分辨率。同時還具有電源電壓監(jiān)測功能,可監(jiān)測到 VDD2.47V的狀態(tài),精度為0.05V。溫濕度傳感器SHT11將溫濕度檢測、信號變換、A/D轉(zhuǎn)換等功能集成到一個芯片上,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1所示。該芯片由一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個采用能隙材料

4、制成的溫度敏感元件組成。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號。該電信號首先進(jìn)入微弱信號放大器進(jìn)行放大 ,然后進(jìn)入一個 14 bitA/D轉(zhuǎn)換器,最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。SHT11與簡單的電容型傳感器元件不同。SHT11系列傳感器無需外部模擬電子電路 ,可直接被微控制器訪問;溫度、供電、電容偏差及剩余電流等變化都不影響精度;即使被浸濕也不會失靈或出現(xiàn)誤差;具有長期穩(wěn)定性,無需再校準(zhǔn);反應(yīng)速度快;能量消耗低 ,特別適用于電池供電。因此,選用該芯片作為溫濕度檢測裝置。提示SHT11的工作時序：首先對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行初始化來啟動SHT11測量時序,即在第一個SCK時鐘高電平時,DATA

5、翻轉(zhuǎn)為低電平 ,并在第二個 SCK時鐘高電平時,DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。SHT11測量命令包含3個地址位和5個命令位(其中溫度測量代碼為00011,濕度測量代碼為00101)。單片機發(fā)布一組8bit測量命令 (如 ,即濕度測量 )后,DATA在第8個SCK時鐘的下降沿被置為低電平。再發(fā)送第9個SCK時鐘作為命令確認(rèn),DATA在其下降沿之后,恢復(fù)為高電平。同時，單片機可以暫時停止發(fā)送時鐘序列以進(jìn)入空閑模式,準(zhǔn)備讀取測量數(shù)據(jù)。SHT11在轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將DATA置為低電平,單片機繼續(xù)發(fā)出時鐘序列,來讀取2個8 Byte的測量數(shù)據(jù)和1個8 Byte的CRC奇偶校驗。所有的數(shù)據(jù)從MSB開始,右值有效(例如

6、:對于 12 bit數(shù)據(jù),從第5個SCK時鐘起算作MSB;對于8 bit數(shù)據(jù),首字節(jié)無意義 )。其中,在每個字節(jié)傳輸結(jié)束之后,都要發(fā)出一個時鐘高電平ACK,并將 DATA置為低電平,以確認(rèn)讀取成功。當(dāng)然,如果不使用CRC8校驗,控制器可以在讀取測量值LSB后,通過保持確認(rèn)位ACK高電平 ,來中止數(shù)據(jù)傳輸。在測量和傳輸結(jié)束后,SHT11自動轉(zhuǎn)入休眠模式。圖1 1.3、LCD液晶顯示功能AT89C52 單片機是系統(tǒng)的主控部件,內(nèi)部含有8kB EEPROM和256B用戶可使用 RAM,不用外部 EPROM、RAM 和鎖存器即可實現(xiàn)最小系統(tǒng)配置,從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。溫濕度顯示部分由LCD1602來實現(xiàn)

7、。它可以和單片機AT89C52直接接口，硬件連接簡單。LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。通過必要的編程，可以把單片機反映出來的內(nèi)容清晰簡潔的現(xiàn)實，它在節(jié)能方面也非常的出色，并且功能齊全。2、 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計SHT11通過兩線串行接口電路與單片機連接,具體電路如圖2所示。其中,串行時鐘輸入線SCK用于單片機控制器與SHT11之間的通信同步。串行數(shù)據(jù)線DATA用于內(nèi)部數(shù)據(jù)的輸出和外部數(shù)據(jù)的輸入。DATA在SCK時鐘下降沿之后改變狀態(tài),并僅在SCK時鐘上升沿后有效。因此,單片機

8、可以在 SCK高電平時讀取數(shù)據(jù) ,而當(dāng)其向SHT11發(fā)送數(shù)據(jù)時 ,在SCK時鐘下降沿之后改變狀態(tài),同時保證DATA線上的電平狀態(tài)在SCK高電平段穩(wěn)定。該設(shè)計選用了11.0592MHz的晶體振蕩器。同時在數(shù)據(jù)線 DATA上加1020 k的上拉電阻。如果SHT11不加上拉電阻或者阻值選用不當(dāng),將會對測量的精確性造成影響。圖2 SHT11與單片機的連接三、軟件設(shè)計軟件設(shè)計主要采用模塊化設(shè)計方法,包括主程序初始化模塊、溫濕度測量子程序模塊、溫濕度控制模塊和無線發(fā)送數(shù)據(jù)模塊。(1) 主程序初始化。主要完成系統(tǒng)上電后清除“看門狗”輸入,進(jìn)行定時器和中斷處理操作的初始化,包括設(shè)定計數(shù)初值等。另外,還要設(shè)定各

9、個數(shù)據(jù)的存儲單元地址。(2)溫濕度測量子程序。該設(shè)計中,溫濕度測量程序放在定時器 T0的中斷服務(wù)程序中,定時器 T0為工作方式1,每次定時周期為50ms,軟件計數(shù) 600次 ,溫濕度采樣周期為30s中斷服務(wù)程序包含啟動轉(zhuǎn)換子程序、讀測量數(shù)據(jù)子程序、數(shù)值處理子程序等基本程序。軟件溫濕度測量流程圖如圖3所示。 圖3 溫濕度測量軟件流程圖(3)可以實現(xiàn)溫濕度控制子程序。AT89C52比較溫濕度預(yù)設(shè)值和實際值的大小。度預(yù)設(shè)值和實際值的大小,產(chǎn)生報警信號,并將報警信息及實際值通過無線發(fā)送數(shù)據(jù)模塊傳輸給遠(yuǎn)端設(shè)備。四、結(jié) 語溫濕度數(shù)字傳感器 SHT11在移動過程中檢測室內(nèi)溫濕度的方法,既解決了傳統(tǒng)的濕敏電阻

10、和熱敏電容帶來的電路復(fù)雜問題,又避免了大量安裝多個傳感器所面臨的高成本等問題。因此該方法較傳統(tǒng)的測量方法在性能上有了很大的提高 ,適用于實驗室環(huán)境 ,也可以在生活室內(nèi)溫濕度檢測系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。利用單片機進(jìn)行溫度測量和控制的智能化的方法。本系統(tǒng)是用單片機實現(xiàn)的高精度實用型溫濕度控制儀，以89C52單片機芯片為核心，研究和設(shè)計了數(shù)字化溫度控制系統(tǒng)。給出了控制儀硬軟件系統(tǒng)和各部分的電路?？刂苾x具有成本較低、使用簡單、工作可靠等特點，在多個領(lǐng)域中具有一定應(yīng)用前景。主要參考文獻(xiàn)1魯志康，溫濕度自動測控系統(tǒng)及其傳感技術(shù)研究，電工技術(shù)雜志，2000.32姜連祥，許培培.溫濕度傳感器SHT11的感測系統(tǒng)設(shè)計J

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