溫濕度檢測設(shè)計(jì)

1、成都學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題 目 溫、濕度測量系統(tǒng)的研究 學(xué)院(部) 工業(yè)制造學(xué)院 專 業(yè) 測控技術(shù)及儀器 學(xué)生姓名 車 健 學(xué) 號 201010114208 年級 2010 指導(dǎo)教師 莫 莉 職稱 講 師 2013 年 12 月 30 日摘要本次課程設(shè)計(jì)是以51單片機(jī)為核心，利用51單片機(jī)控制傳感器芯片將采集到的溫度和濕度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進(jìn)行采集，用LCD16020進(jìn)行顯示溫度濕度的大??；同時單片機(jī)做出判斷如果溫度過高或者過低LED發(fā)光二極管和蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。本次實(shí)習(xí)利用C言編程，本次設(shè)計(jì)Protues、Keil軟件進(jìn)行仿真和編程。通過本次課程設(shè)計(jì)我做到了進(jìn)一步加深鞏固理解單片機(jī)的工作原理

2、和操作編程以及連接方法。關(guān)鍵字: 單片機(jī)；溫濕度傳感器；C語言程序；仿真目錄摘要II一 緒論11 研究背景：12 國內(nèi)外現(xiàn)狀及主要應(yīng)用1二 課程設(shè)計(jì)的方案設(shè)計(jì)及論證21 設(shè)計(jì)要求22 課程設(shè)計(jì)方案23 論證2三 統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3硬件連接口設(shè)計(jì)3芯片介紹3四 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)10程序流程圖10程序11五 仿真20六 心得體會22參考文獻(xiàn)2323一 緒論1 研究背景：隨著工業(yè)的發(fā)展，需要對溫濕度進(jìn)行控制的場合越來越多。例如：倉庫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、檔案資料庫、煙草、食品加工等待，溫濕度的高低對其影響很大，如倉庫中的溫濕度過高會使食物變質(zhì)；檔案資料庫房中的溫度忽高忽低，紙張纖維熱脹冷縮，使強(qiáng)度降低，濕度過

3、大會使霉菌害蟲滋長，以致造成資料變質(zhì)。由于溫濕度的控制不當(dāng)導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失將讓我們無法估計(jì)，為避免收到溫濕度的影響，需要安裝溫濕度控制系統(tǒng)減少因溫度和濕度的變化給我們帶來的經(jīng)濟(jì)損失。溫濕度是基本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與其息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時測量溫濕度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫濕度的測量。因此研究溫濕度的測量有著重要的意義。2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及主要應(yīng)用國外對溫濕度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫濕度測控技術(shù)發(fā)展很快，

4、一些國家在實(shí)現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。我國對于溫濕度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家溫濕度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫濕度室內(nèi)微機(jī)控術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫濕度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國溫濕度測控設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國家相比，存在較大差距。我國溫濕度測量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬

5、件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。二 課程設(shè)計(jì)的方案設(shè)計(jì)及論證1 設(shè)計(jì)要求基于單片機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度測量系統(tǒng)，對某些有特殊要求的溫度和濕度場合實(shí)現(xiàn)長期、穩(wěn)定、實(shí)時和自動的監(jiān)測。測量到的溫濕度由LCD顯示，如果溫濕度過高或過低，則報(bào)警電路會自動報(bào)警。本系統(tǒng)的濕度測量范圍為0100%RH，濕度測量精度為3.0%RH，溫度測量范圍為-40+120。2 課程設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為控制芯片，LCD1602作為顯示模塊，利用LED等作為指示器，報(bào)警裝置是蜂鳴器，當(dāng)溫度過高或者過低蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，直到溫度降低至設(shè)定值一下。而溫濕度傳感器采用SHT75作為傳感器芯片。3 論證使用AT89C51單片

6、機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度檢測系統(tǒng)，可以及時精確的反應(yīng)室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如溫度濕度過高或者過低的報(bào)警以便我們更好的控制、實(shí)時檢測溫度的變化、濕度的變化，將測系統(tǒng)應(yīng)用到溫室當(dāng)中無疑為植被的生長提供了更加適宜的環(huán)境、該系統(tǒng)電路簡單、工作溫度、集成度高、調(diào)試方便、測試精度高、功能強(qiáng)、體積小、價格低、簡單靈活等優(yōu)點(diǎn)，能很好的滿足工農(nóng)業(yè)工藝要求。SHT75既可以檢測溫度還可以檢測濕度精度滿足要求而且可靠性高。LED燈價格便宜發(fā)光強(qiáng)度大。LCD1602顯示字節(jié)數(shù)、多兩排顯示方便調(diào)節(jié)。三 統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-1 硬件電路圖硬件連接口設(shè)計(jì)單片機(jī)P0口作為LCD1602的數(shù)據(jù)傳輸口，P2.0、P2.1、P2.

7、2作為控制端 ；P1.1口作為SHT75的SCK傳送口、P1.2作為SH75的DATA連接口外接上拉電阻；P2.5作為警報(bào)器的連接口；P2.6和P2.7作為LED燈的連接口芯片介紹AT89C51AT89C51是ATMEL 公司推出的8位微處理器，硬件1287M數(shù)據(jù)存儲器，4個可編程I/O口、一個全雙工異步串行口、2個可編程16位定時器、一個看門口定時器，中斷系統(tǒng)擁有5個中斷源、26個特殊功能寄存器。由6MHz的晶振，兩個30pF電容，以及一個復(fù)位電路共同構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。P0端口（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動8個TT

8、L負(fù)載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（IIL）。此外，P1.0和P1.1還

9、可以作為定時器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體參見下表：表2-1 P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計(jì)數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（I

10、IL）。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX R1”指令）時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如下表所示：表2-2 P3口引腳復(fù)用功能引腳號復(fù)用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存

11、儲器讀選通）RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機(jī)器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。ALE/ （30引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標(biāo)志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行

12、模式下無效。（29引腳）：外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89C51RC從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機(jī)器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。表2-3 中斷號和中斷向量中 斷 號n中 斷 源中 斷 向 量 0 外部中斷0 0003H 1定時器0 000BH 2外部中斷1 0013H 3定時器1 001BH

13、 4串行口中斷 0023HSHT75SHT7x (包括 SHT71和 SHT75) 屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的插針型封裝系列。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(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)、性價比高等優(yōu)點(diǎn)。每個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)以程序形式儲存在OTP 內(nèi)存中，用

14、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。選擇供電電壓后將傳感器通電，上電速率不能低于1V/ms。通電后傳感器需要11ms 進(jìn)入休眠狀態(tài)，在此之前不允許對傳感器發(fā)送任何命令。用一組“ 啟動傳輸”時序，來完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括：?dāng)SCK 時鐘高電平時DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK 變?yōu)榈碗娖?，隨后是在SCK 時鐘高電平時DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。圖 7: 啟動傳輸 時序后續(xù)命令包含三個地址位（目前只支持000），五個命令位。SHT75 會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個SCK

15、時鐘的下降沿之后，將DATA 下拉為低電平（ACK 位）。在第9 個SCK時鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復(fù)高電平）。圖21 傳感器啟動時序圖發(fā)布一組測量命令（00000101表示相對濕度RH，00000011表示溫度T）后，控制器要等待測量結(jié)束。這個過程需要大約20/80/320ms，分別對應(yīng)8/12/14bit 測量。確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，最多可能有-30%的變化。SHT7x 通過下拉至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測量的結(jié)束。控制器在再次觸發(fā)SCK 時鐘前，必須等待這個“數(shù)據(jù)備妥”信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸2 個字節(jié)

16、的測量數(shù)據(jù)和1 個字節(jié)的CRC 奇偶校驗(yàn)（可選擇讀?。C 需要通過下拉DATA為低電平，以確認(rèn)每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從MSB開始，右值有效（例如：對于12bit 數(shù)據(jù)，從第5 個時鐘起算作MSB；而對于8bit 數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義）。在收到CRC 的確認(rèn)位之后，表明通訊結(jié)束。如果不使用CRC-8 校驗(yàn)，控制器可以在測量值LSB后，通過保在測量和通訊結(jié)束后，SHT7x 自動轉(zhuǎn)入休眠模式。圖22 傳感器時序圖發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文

17、字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光LCD16021602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD4

18、4780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。四 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)上電復(fù)位程序流程圖 啟動單片機(jī)數(shù)據(jù)端口定義測溫度命令測濕度命令接受數(shù)據(jù)并計(jì)算判斷是否超過設(shè)定值顯示顯示并報(bào)警 是 否 程序#include #include #include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define Measure_TEMP 0x03 /溫度#define Measure_HUMI 0x05 /濕度unsigned char T_End;unsigned char H

19、_End;sfr WDT_CONTR = 0xc1;sfr P4= 0xc0;uchar LCD_DSY1 = wendu ;uchar LCD_DSY2 = shidu ;sbit TH_CLK = P11;sbit TH_DAT = P12;sbit Bee=P24;sbit High=P25;sbit Low=P26;unsigned char TH_Array3;bit Error; void delay(uint x)uchar t;while(x-)for(t=0;t 0;i /= 2)if (i & Value) TH_DAT = 1;else TH_DAT = 0;TH_CLK

20、 = 1;_nop_();_nop_();_nop_();TH_CLK = 0;TH_DAT = 1;TH_CLK = 1;Error = TH_DAT; /讀SHT71的應(yīng)答TH_CLK = 0; /第九脈沖后上拉數(shù)據(jù)線/return Error; /為1就錯EA = 1;/-/讀一字節(jié)unsigned char Read_Byte (bit ack)unsigned char i,val = 0;EA = 0;TH_DAT = 1;for (i = 0x80;i 0;i /= 2)TH_CLK = 1;if (TH_DAT) val = (val | i);TH_CLK = 0;TH_DA

21、T = !ack; /MCU要在每個字節(jié)后應(yīng)答SHT71TH_CLK = 1;_nop_();_nop_();_nop_();TH_CLK = 0;TH_DAT = 1;EA = 1;return val;/-/溫度濕度測試/0x00:溫度測試/0x01:濕度測試void Measure(unsigned char Mode)unsigned int Wait_i;Start();switch(Mode)case 0x00:Write_Byte(Measure_TEMP);break;case 0x01:Write_Byte(Measure_HUMI);break;default: break;for (Wait_i = 0;Wait_i 40)TR0=1;High=High;delay(200);else TR0=0; High=1; if(T_End50) Bee=Bee;High=High; LCD_DSY16=m/100+0;LCD_DSY17=m/10%10+0;LCD_DSY18=m%10+0; LCD_DSY26=n/100+0;LCD_DSY27=n/10%10+0;LCD_DSY28=n%10+0; Initialize_LCD1602();LCD1602_Display(0,0, LCD_DSY1);LCD1602_Display(0,1, LC