溫濕度測控儀設(shè)計

1、室內(nèi)溫、濕度儀的設(shè)計專業(yè)：計算機應(yīng)用技術(shù) 摘要：本系統(tǒng)以單片機和相應(yīng)的芯片為核心，以多個溫濕度傳感器作為測量元件，溫度傳感器將采集到的溫度值送入單片機中進行數(shù)據(jù)處理得到攝氏溫度值；將濕度傳感器接入多諧振蕩器電路中，測量輸出頻率，根據(jù)頻率與濕度的關(guān)系計算出相對濕度值，測量結(jié)果輸出到液晶顯示模塊進行顯示，自動將溫、濕度值控制在設(shè)定值范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)時時顯示室內(nèi)的溫度和濕度，利用8051單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器進行中斷，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時，通過功能鍵能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、上傳功能，通過功能鍵實現(xiàn)外中斷和定時中斷等功能。abstract: the system with the si

2、ngle chip computer and corresponding chip as the core, with a plurality of temperature and humidity sensor as measuring element, a temperature sensor will be collected temperature values into the microcontroller for performing data processing to get the celsius temperature value; the humidity sensor

3、 access multivibrator circuit, measuring the output frequency, based on frequency and humidity relation to calculate relative humidity value, measured results of the output to a liquid crystal display module for display, automatic temperature, humidity control in the range of set value, thus always

4、show that the indoor temperature and humidity, using 8051 scm internal timer / counter interrupt, combined with software implementation, minutes, seconds chronograph, through the function key to achieve data storage, query, upload function, through the function key realization of external interrupt

5、and timer interrupt function. 關(guān)鍵詞：溫濕度、定時/計數(shù)器、數(shù)據(jù)、單片機keywords:temperature and humidity、timer / counter、data、microcontroller目 錄1緒論31.1引言31.2系統(tǒng)方案比較和論證31.2.1溫濕度傳感器的選擇41.2.2 時鐘芯片的選擇52 系統(tǒng)主要器件選型及依據(jù)62.1 單片機at89c5162.2時鐘芯片ds130272.3溫濕度傳感器sht1082.4數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制芯片ch451103、系統(tǒng)的硬件設(shè)計103.1時間日期顯示設(shè)計113.2 數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制123.3

6、溫、濕度測控模塊134、系統(tǒng)軟件設(shè)計134.1 lcd顯示：154.2時間初值輸入：154.3外部中斷設(shè)定：174.4定時器的中斷：174.5溫濕度測量：185、工作總結(jié):19附錄a21第 21 頁 共 21 頁石家莊信息工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院09級計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文1緒論1.1引言 改革開放以來，人們對生活質(zhì)量要求顯著提高，對美麗的植被和花卉的需求量也急劇上升，這對以種植植被為生計的園林工人是一種機遇，同時也對傳統(tǒng)的手工植被種植是一個挑戰(zhàn)，而基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)對解決這些問題有著非常重大的意義。目前種植植被一般都用溫室栽培，為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必需有一套科學(xué)的，先

7、進的管理方法，用以對不同種類植被生長的各個時期所需的溫度及濕度等進行實時的監(jiān)控。溫濕度控制對于單片機的應(yīng)用具有一定的實際意義，它代表了一類自動控制的方法。而且其應(yīng)用十分廣泛。 8051單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度控制系統(tǒng)的實例也很多。使用8051單片機能夠?qū)崿F(xiàn)溫度全程的自動控制，而且8051單片機易于學(xué)習(xí)、掌握、性價比高。使用8051型單片機設(shè)計溫度控制系統(tǒng)，可以及時、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系

8、統(tǒng)應(yīng)用到溫室當中無疑為植被的生長提供了更加適宜的環(huán)境1.2系統(tǒng)方案比較和論證 當將單片機用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)總要有被測信號懂得輸入通道，由計算機拾取必要的輸入信息。對于測量系統(tǒng)而言，如何準確獲得被測信號是其核心任務(wù)；而對測控系統(tǒng)來講，對被控對象狀態(tài)的測試和對控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進行準確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)化，一切準確的測量和控制都將無法實現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化測量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量.1.2.1溫濕

9、度傳感器的選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器和chr-01濕敏電阻。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠距離測量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純、復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標準。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按iec標準測溫范圍-200650，百度電阻比w（100）=1.3850時，r0為100和10，其允許的測量誤差a級為（0.15+0.002t），b級為（0.3+0.005t）。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電

10、阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50180測溫。chr-01濕敏電阻適用于阻抗型高分子濕敏傳感器，它的工作電壓為交流1v，頻率為50hz2khz，測量濕度范圍為20%90%rh，測量精度5%，工作溫度范圍為0+85，最高使用溫度為120，阻抗在60%rh（25）時為30（2140.5）k。采用555時基或rc振蕩電路，將濕度傳感器等效為阻抗值，測量振蕩頻率輸出，振蕩頻率在1khz左右。方案二：采用sht10溫濕度傳感器芯片，sht10是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片 ， 提供標定的數(shù)字輸出。它采用專利的cmosens 技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極

11、高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個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現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、極高的性價比等優(yōu)點。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進行標定，鏡面冷凝式濕度計為參照。校準系數(shù)以程序形式儲存在 otp內(nèi)存中，在標定的過程中使用。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，使其成為各類應(yīng)用的首選。 綜合比較方案一與方案二，方案一雖然比方案二成本低廉，但電路復(fù)雜，且不易達到測量要求，方案二具有更高的抗干擾能

12、力和精度，電路結(jié)構(gòu)簡單，選擇方案二作為本設(shè)計的溫濕度傳感器。1.2.2 時鐘芯片的選擇方案一：ds1302 ds1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找具有重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無法準確記錄其出現(xiàn)的時間；若采用單片機計時，一方面需要采用計數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且，某些測控系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時鐘芯片ds1302，則能很好地解決這

13、個問題。方案二：用ttl集成門電路和壓力傳感器來實現(xiàn)，這種設(shè)計同樣采用壓力傳感器，但是控制電路采用集成門電路，電路主要由振蕩器，分頻器，計數(shù)器，譯碼器，顯示電路組成。它的特點在于精度高，抗干擾能力強，允許的工作電壓范圍大，不需要編程，但同時也在產(chǎn)品體積大，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作不可靠，技術(shù)老化，成本相對較高的缺點。這種設(shè)計目前在市場上已經(jīng)基本淘汰。綜上比較選擇方案一，選用時鐘芯片ds1302.據(jù)上述設(shè)計要求和系統(tǒng)方案的選擇，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計應(yīng)充分考慮性價比,用最少的器件設(shè)計出滿足要求的硬件電路。系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1.1所示。本設(shè)計是基于單片機對數(shù)字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬

14、信號，和a/d模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化芯片的性能，我們設(shè)計了以8051基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括溫濕度檢測、時鐘電路、lcd顯示、ch451可控的數(shù)碼管顯示和鍵盤、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計。cpulcd顯示溫濕度檢測存儲器led顯示鍵盤ch451時鐘電路圖1-1 系統(tǒng)框圖2 系統(tǒng)主要器件選型及依據(jù)2.1 單片機at89c51at89c51是一種帶4k字節(jié)flash存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機

15、。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示 ：圖2-1 at89c51管腳圖主要特性如下：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程flash存儲器 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0hz-24mhz 三級程序存儲器鎖定 1288位內(nèi)部ram 32可編程i/o線 兩個1

16、6位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2.2時鐘芯片ds1302ds1302 內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)ram,通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路。提供秒分時日日期.月年的信息,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過am/pm 指示決定采用24 或12 小時格式。ds1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信,僅需用到三個口線:1 res 復(fù)位,2 i/o 數(shù)據(jù)線,3 sclk串行時鐘。時鐘/ram 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31 個字節(jié)的字符組方式通信.ds1302 工作時功耗很低

17、,保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mw.ds1302 是由ds1202 改進而來,增加了以下的特性.雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個字節(jié)存儲器圖22時鐘芯片ds1302實時時鐘具有能計算2100 年之前的秒分時日日期星期月年的能力還有閏年調(diào)整的能力; 8 位暫存數(shù)據(jù)存儲ram;串行i/o 口方式使得管腳數(shù)量最少;寬范圍工作電壓2.0 5.5v;工作電流2.0v 時,小于300na;讀/寫時鐘或ram 數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式;8 腳dip 封裝或可選的8 腳soic 封裝根據(jù)表面裝配;簡單3 線接口;與ttl 兼容vcc=5v;

18、可選工業(yè)級溫度范圍-40 +85;與ds1202 兼容;在ds1202 基礎(chǔ)上增加的特性;對vcc1 有可選的涓流充電能力;雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng);備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入;附加的7 字節(jié)暫存存儲器;2.3溫濕度傳感器sht10本系統(tǒng)選用sht10溫濕度傳感器，由于該芯片具有以下優(yōu)點：1、相對濕度和溫度測量；2、全標定輸出，無需標定即可互換使用；3、卓越的長期穩(wěn)定性；4、兩線制數(shù)字接口，無需額外部件；5、基于請求式測量，因此低能耗6、超快響應(yīng)時間圖23溫濕度傳感器sht10傳感器性能說明：參數(shù)條件mintypmax單位濕度分辨率0.50.0030.003%rh81212b

19、it重復(fù)性0.1%rh互換性可完全互換非線性度原始數(shù)據(jù)3%rh線性化1%rh量程范圍0100%rh響應(yīng)時間1/e(63%)緩慢流動空氣4s遲滯1%rh長期穩(wěn)定性典型值1%rh/yr溫度分辨率0.040.010.010.070.020.02f121414bit重復(fù)性0.10.2f量程范圍-40123.8-40254.9f響應(yīng)時間1/e(63%)530s圖24傳感器性能表2.4數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制芯片ch451ch451 是一個整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制以及p 監(jiān)控的多功能外圍芯片。ch451 內(nèi)置rc振蕩電路，可以動態(tài)驅(qū)動8位數(shù)碼管或64位led，具有bcd譯碼、閃爍、移位等功能；同時還

20、可以進行64 鍵的鍵盤掃描；ch451 通過可以級聯(lián)的串行接口與單片機等交換數(shù)據(jù)；并提供上電復(fù)位和看門狗等監(jiān)控功能。圖25 ch451顯示驅(qū)動內(nèi)置大電流驅(qū)動級，段電流不小于25ma，字電流不小于150ma。 動態(tài)顯示掃描控制，直接驅(qū)動8 位數(shù)碼管或者64 位發(fā)光管led。 可選數(shù)碼管的段與數(shù)據(jù)位相對應(yīng)的不譯碼方式或者bcd 譯碼方式。 數(shù)碼管的字數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)。 各數(shù)碼管數(shù)字獨立閃爍控制。 通過占空比設(shè)定提供16 級亮度控制。 支持段電流上限調(diào)整，可以省去所有限流電阻。 掃描極限控制，支持1 到8 個數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描時間鍵盤控制 內(nèi)置64 鍵鍵盤控制器，基于88

21、矩陣鍵盤掃描。 內(nèi)置按鍵狀態(tài)輸入的下拉電阻，內(nèi)置去抖動電路。 鍵盤中斷，低電平有效輸出。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件電路圖如圖3-1所示，at89c51單片機硬件系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能：（1）控制時鐘芯片ds1302讀取日期和時間，設(shè)置初值；（2）控制ch451顯示數(shù)值；（3）控制溫濕度檢測和顯示；（4）控制24c02實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和查詢。（5）控制lcd顯示時間和溫濕度at89c51lcd顯示溫濕度檢測存儲器led顯示鍵盤ch451時鐘電路圖3-1 時鐘電路3.1時間日期顯示設(shè)計電路如圖3-3所示，該時鐘電路可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時。ds1302實時時鐘具體控制方法如下：（1）的p10

22、口連接ds1302的i/o口，作為串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出口；（2）的p11口連接ds1302的sclk口,給ds1302提供讀寫數(shù)據(jù)的脈沖信號；（3）的p14口連接ds1302的rst口，起到時鐘芯片的復(fù)位作用。圖3-2 時鐘電路3.2 數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制ch451檢測到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，并通過dout 引腳產(chǎn)生低電平有效的鍵盤中斷，此時單片機可以通過串行接口讀取按鍵代碼；，單片機只要給出二進制數(shù)bcd 碼，由ch451 將其譯碼后直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示對應(yīng)的字符。具體控制方法如下：（1）單片機的p12口連接ch451的load口，作為串行數(shù)據(jù)加載；（2）單片機的p35口連接ch45

23、1的din口, 作為串行數(shù)據(jù)輸入；（3）單片機的p34口連接ch451的dclk口，作為串行接口的數(shù)據(jù)時鐘；(4) 單片機的int1口連接ch451的dout口，作為串口數(shù)據(jù)的輸出和鍵盤中斷；(5) ch451的rst1口連接外部按鍵，起到上電復(fù)位和看門狗復(fù)位的作用。電路圖如下：圖33 ch4513.3 溫、濕度測控模塊主要是通過溫濕度傳感器對環(huán)境溫度進行實時的檢測并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絚pu中，從而實現(xiàn)對溫濕度的實時顯示。電路圖如下：圖34 溫濕度傳感器4、系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能為：鍵盤初始化，當按下a鍵，數(shù)碼管顯示hello，lcd顯示初始時間和溫濕度，摁下b鍵，等待設(shè)置時間初值，20*年*

24、月*日*時*分*秒星期*，其中*鍵為自己設(shè)定的初值，共13個值，一次按下這13個值我們便設(shè)定好了時間日期，摁下c鍵在數(shù)碼管上顯示之前我們輸入的*所代表的那13個值，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲和查詢，摁下d鍵，延遲2秒鐘，在數(shù)碼管上顯示02，實現(xiàn)了定時器的功能，摁下e鍵顯示溫濕度值，實現(xiàn)溫濕度檢測及顯示功能。主系統(tǒng)程序流程圖如圖所示：開始系統(tǒng)初始化開中斷判斷是否有鍵盤中斷是否是a是否是b是否是d是否是c是否是e等待中斷顯示初始數(shù)據(jù)開始設(shè)置初值存儲器讀寫定時中斷溫濕度顯示ynnnnyyyyyn圖41 軟件系統(tǒng)總流程4.1 lcd顯示：把代碼燒進板子里時lcd初始化，判斷a鍵是否按下，如果沒按下則等待按鍵，如

25、果按下a鍵則lcd清屏，數(shù)碼管上顯示一個小笑臉，可以繼續(xù)按其他的鍵a鍵是否按下開始lcd初始化等待中斷nlcd設(shè)置讀寫標志regtlag=1清屏y源dsb02的內(nèi)容是否flag讀寫操作顯示圖424.2時間初值輸入：按下b鍵，鍵盤清零，等待按鍵，開始設(shè)置初值，時間顯示為20*年*月*日*時*分*秒星期*，其中*為我們要設(shè)定的時間值，共13個值，按下鍵值，先判斷是否大于0，如果大于在判斷是否小于9，若都滿足則繼續(xù)判斷是否已經(jīng)按完13個鍵，若是則等待按下a鍵，顯示設(shè)定的時間值，否則返回等待按鍵。開始按下b鍵鍵盤清零等待按鍵判斷按下的鍵值是否大于0判斷按下的鍵值是否小于9判斷是否按完13個鍵等待按a鍵顯示設(shè)定的時間結(jié)束yyynnn圖434.3外部中斷設(shè)定：通過不同的按鍵值