基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設計說明

1、 PAGE27 / NUMPAGES32基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設計摘 要隨著人們的生活與其生產(chǎn)水平的不斷提高，對生活環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的要求就顯的尤為重要,溫濕度的控制就是一個典型的例子，因此溫濕度檢測系統(tǒng)就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應運而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測系統(tǒng)，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中如果檢測得不準確就會發(fā)生許多的生產(chǎn)事故。如化工生產(chǎn)中對溫度的檢測不當就會導致生產(chǎn)效率的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的下降。而現(xiàn)在所使用的溫濕度檢測系統(tǒng)通常都是精度為1或0.1的水銀、煤油或酒精溫度計進行的溫度檢測和用傳統(tǒng)的物理模擬量的方法進行的濕度檢測。這些溫濕度檢測計的刻度間隔通常都很密，不容易準確分辨，讀數(shù)困難，而且

2、他們的熱容量還比較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準，并且使用非常不方便。要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設施就需要從單片機技術入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設計是以單片機（AT89S52）為核心，配合溫度傳感器（DS18B20）和濕度傳感器(HIH-3610)，以與相關的外圍電路組成的檢測系統(tǒng)，可以接收所測環(huán)境的溫度和濕度信號，檢測人員可以通過數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控環(huán)境的溫度和濕度情況。所有的測量操作都可以通過主機控制軟件來實現(xiàn)，溫度和濕度傳感器得到的測量信號，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換為電信號，然后濕度通過光電耦合送到單片機進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)軟件分析處理后送顯示裝置

3、。本系統(tǒng)是硬件設計,可靠性高，結構簡單，實現(xiàn)了對溫濕度的自動調(diào)節(jié)。系統(tǒng)還應用RS232與上位機相連接，可以設置自動記錄溫度、濕度的相關的參數(shù)，也可以設置每隔一定的時間自動記錄，可用在氣象的觀察方面。關鍵詞：AT89S52單片機，溫度傳感器，濕度傳感器，LED顯示Design of Temperature and Humidity Detection Hardware System Based on MicroproccessorABSTRACTAs peoples living and production levels continue to improve,Living environme

4、nt and production environment for the requirements of most importance to people.Temperature and humidity control is a typical example, the temperature and humidity detection system came into being of modern production and life of a smart, fast, convenient and reliable detection systems, particularly

5、 in the industrial production will occur if the test was not precise Many industrial accidents.Such as chemical production in the detection of improper temperature can cause reduced productivity and product quality decline. And now the temperature and humidity detection system used is usually an acc

6、uracy of 0.1 or 1 mercury, kerosene or alcohol thermometer for temperature measurement and the use of traditional methods of physical analog humidity testing. The total scale of temperature and humidity testing is usually very close intervals, not easy to accurately distinguish, reading difficulties

7、, and their relatively large heat capacity, the time required to reach thermal equilibrium longer, making it difficult to read accurate, and very inconvenient to use.Work for modern, scientific research and to provide better and more convenient facilities need to start from a single chip technology,

8、 all toward the digital control, intelligent control direction. The design is based on microcontroller (AT89S52) as the core, with the temperature sensor (DS18B20) and the humidity sensor (HIH-3610), and related peripheral circuits of the detection system, can receive the measured signal is temperat

9、ure and humidity environment, inspectors can through the digital display of data, real-time monitoring the environment temperature and humidity conditions. All of the measurement operation can be achieved by the host control software, temperature and humidity sensors are measuring the signal, the ci

10、rcuit is converted to electrical signals, then amplified by a certain chip converter to themicrocontroller fordata processing, the software analysis display device processing evacuation.The system includes hardware and software design, high reliability, simple structure to realize the automatic adju

11、stment of temperature and humidity. Application RS232 system also is connected with the host computer, you can set up automatic recording of temperature, humidity related parameters can also be set automatically records the time intervals can be used in terms of meteorological observation.KEY WORDS:

12、 AT89S52 microcontroller, temperature sensor, humidity sensor,LED display目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295676056摘要 PAGEREF _Toc295676056 h IHYPERLINK l _Toc295676057ABSTRACT PAGEREF _Toc295676057 h IIHYPERLINK l _Toc2956760581 緒論 PAGEREF _Toc295676058 h 1HYPERLINK l _Toc2956760591.1 課題的研究背景 PAG

13、EREF _Toc295676059 h 1HYPERLINK l _Toc2956760601.2 溫濕度傳感器技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc295676060 h 1HYPERLINK l _Toc2956760611.3 本課程設計的主要容 PAGEREF _Toc295676061 h 3HYPERLINK l _Toc2956760621.4 本論文結構 PAGEREF _Toc295676062 h 3HYPERLINK l _Toc2956760632 系統(tǒng)總體方案設計 PAGEREF _Toc295676063 h 5HYPERLINK l _Toc295676

14、0642.1 系統(tǒng)功能的設計 PAGEREF _Toc295676064 h 5HYPERLINK l _Toc2956760652.2 系統(tǒng)設計原則 PAGEREF _Toc295676065 h 5HYPERLINK l _Toc2956760662.3 系統(tǒng)總方案的選定 PAGEREF _Toc295676066 h 6HYPERLINK l _Toc2956760672.3.1 主控制器方案的選型 PAGEREF _Toc295676067 h 6HYPERLINK l _Toc2956760682.4系統(tǒng)組成框圖 PAGEREF _Toc295676068 h 9HYPERLINK

15、l _Toc2956760693 系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc295676069 h 11HYPERLINK l _Toc2956760703.1 傳感器的基本特性 PAGEREF _Toc295676070 h 11HYPERLINK l _Toc2956760713.1.1 傳感器的靜態(tài)特性 PAGEREF _Toc295676071 h 11HYPERLINK l _Toc2956760723.1.2 傳感器的動態(tài)特性 PAGEREF _Toc295676072 h 11HYPERLINK l _Toc2956760733.2 溫度傳感器 PAGEREF _Toc295676

16、073 h 11HYPERLINK l _Toc2956760743.2.1DS18B20的測溫原理 PAGEREF _Toc295676074 h 12HYPERLINK l _Toc2956760753.3 濕度傳感器 PAGEREF _Toc295676075 h 14HYPERLINK l _Toc2956760763.3.1 主要特性 PAGEREF _Toc295676076 h 15HYPERLINK l _Toc2956760773.4 單片機AT89S52 PAGEREF _Toc295676077 h 16HYPERLINK l _Toc2956760783.5RS-232

17、-C接口 PAGEREF _Toc295676078 h 19HYPERLINK l _Toc2956760793.6 數(shù)碼管的顯示 PAGEREF _Toc295676079 h 20HYPERLINK l _Toc2956760804 系統(tǒng)的硬件設計和連接 PAGEREF _Toc295676080 h 21HYPERLINK l _Toc2956760814.1 主控模塊 PAGEREF _Toc295676081 h 21HYPERLINK l _Toc2956760824.2 顯示模塊 PAGEREF _Toc295676082 h 21HYPERLINK l _Toc2956760

18、834.3 光電耦合 PAGEREF _Toc295676083 h 21HYPERLINK l _Toc2956760844.4 溫度和濕度采集模塊 PAGEREF _Toc295676084 h 22HYPERLINK l _Toc2956760854.4.1DS18B20溫度傳感器與單片機的連接 PAGEREF _Toc295676085 h 22HYPERLINK l _Toc2956760864.4.2 濕度信號采集的設計 PAGEREF _Toc295676086 h 22HYPERLINK l _Toc2956760874.5 輸出驅(qū)動的設計 PAGEREF _Toc295676

19、087 h 23HYPERLINK l _Toc2956760884.6 與上位機相連電路的設計 PAGEREF _Toc295676088 h 24HYPERLINK l _Toc2956760894.7 電源電路的設計 PAGEREF _Toc295676089 h 24HYPERLINK l _Toc2956760904.8 報警電路設計 PAGEREF _Toc295676090 h 25HYPERLINK l _Toc2956760915 總結與展望 PAGEREF _Toc295676091 h 26HYPERLINK l _Toc295676092致 PAGEREF _Toc29

20、5676092 h 28HYPERLINK l _Toc295676093參考文獻 PAGEREF _Toc295676093 h 29HYPERLINK l _Toc295676094附錄 PAGEREF _Toc295676094 h 301 緒論1.1課題的研究背景工業(yè)生產(chǎn)中有些場合需要使用精密的機臺設備，這些設備的精密度高、價格高，因此為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量與機臺的使用壽命，對其環(huán)境的要求也很高，尤其的是對溫度、濕度的控制。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與工業(yè)化的進步,溫度和濕度不僅僅表現(xiàn)在以上幾個方面直接或間接影響著人類基本生活條件, 還表現(xiàn)在對生物制品、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學研究、國防建設等方面的影響。針

21、對以上情況，研制可靠且實用的溫濕度控制器顯得非常重要。常用溫濕度傳感器的非線性輸出與一致性較差，使溫濕度的測量方法和手段相對較復雜，且給電路的調(diào)試帶來很大的困難。傳統(tǒng)的溫濕度測量多采用模擬小信號傳感器，不僅信號調(diào)理電路復雜，且溫濕度值的標定過程也極其復雜，并需要使用昂貴的標定儀器設備。因此對于溫濕度控制器的設計有著很大的現(xiàn)實生產(chǎn)意義。本文設計的是基于單片機AT89S52的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)，主要以廣泛應用的DS18B20和HIH-3610作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、并能很好的進行顯示，可測試不同環(huán)境溫濕度的特點。另外和控制電路相連，可以進行加濕電路和除濕電路的控

22、制，使溫度和濕度參數(shù)在預先設定的圍，不需要人的直接參與。本系統(tǒng)還通過RS232和上位機相連，可以設置每隔一定的時間進行溫度和濕度的采集，上傳到上位機，以供查詢。1.2溫濕度傳感器技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢在后工業(yè)化時代，信息技術對社會的發(fā)展與科技的進步起了決定性作用，傳感器技術、通信技術、計算機技術構成了信息技術的三大支柱。傳感器技術是2l世紀人們在高新技術發(fā)展方面爭奪的一個制高點，各發(fā)達國家都將傳感器技術視為現(xiàn)代高新技術發(fā)展的關鍵。從20世紀80年代起，日本就將傳感器技術列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術之首，美國等西方國家也將此技術列為國家科技和國防技術發(fā)展的重點容。我國從20世紀80年代以來也已將傳感器技

23、術列入國家高新技術發(fā)展的重點。21世紀是人類全面進入信息電子化的時代，作為現(xiàn)代信息技術三大支柱之一的傳感器技術必將得到較大的發(fā)展。傳統(tǒng)的溫度測量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的計量標準?？墒撬娜秉c是只能近距離觀測，而且有毒。代替它的有酒精溫度計和金屬簧片溫度計，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低。在電氣時代主要發(fā)展了金屬熱敏電阻。如銅電阻、鎳電阻、鉑電阻等，它們的特點是穩(wěn)定性好、耐高溫，如鉑電阻有的可達六、七百度。但它們的缺點是靈敏度低，當傳輸線路長短不等時，需要進行溫度補償。熱敏電阻的另一分支是金屬氧化物半導體型熱敏電阻，作為測溫用的是負溫度系數(shù)熱敏電阻(NT

24、C),它由多種金屬氧化物粉混合燒結而成，其主要優(yōu)點是靈敏度高。過去的缺點是一致性差，現(xiàn)由于改進配方問題基本解決，測量精度可達0.1%以，能滿足工業(yè)要求。更高溫度測量需使用熱電耦。該類熱電偶最高測量溫度可達+3000，是目前冶煉不可缺少的儀器設備。不過它的缺點是線性不好，冷端需要溫度補償3。近年發(fā)展起來的有PN結測溫器件。這類器件的優(yōu)點是在-50+150圍有良好的特性，體積小、響應時間快、價格低。但它的缺點是一致性差、不易做到互換，而且PN結易受外界、幅射的影響，穩(wěn)定性難以保證。石英晶體溫度檢測器的測量精度較高，一般可檢測到0.001，可作標準檢測之用。光纖傳感器技術是本世紀70年代末發(fā)展起來的

25、一門嶄新的技術，已開發(fā)了開關式溫度檢測器、輻射式溫度檢測器等多種實用型的品種。檢測精度在1以，測溫圍可以從絕對0+2000。激光測溫特別適于遠程測量和特殊環(huán)境下的溫度測量。用氦氖激光源的激光作反射計，可測很高的溫度，精度達 1%；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測器可測量更高的溫度，上限可達+3000，專門用于核聚變研究，但在工業(yè)上應用還需進一步開發(fā)和實驗。微波波溫度檢測器是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線性關系的原理制成的。這種檢測器的靈敏度為250kHz/，精度為1%左右，檢測圍為+20+1400。近幾年來，隨著微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ATE）的發(fā)展，人們開發(fā)出將溫度傳感

26、器和數(shù)字電路集成在一起的新型數(shù)字式集成溫度傳感器。數(shù)字式溫度傳感器部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳感器在精度、分辨率、可靠性、抗干擾能力以與器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點，由于采用數(shù)字反饋方式，比較器的失調(diào)電壓和零點漂移不會影響溫度的轉(zhuǎn)換精度，而且，輸出的溫度數(shù)據(jù)和相關的溫度控制量可以適配各種微控制器。目前，數(shù)字式溫度傳感器的總線技術已實現(xiàn)了標準化、規(guī)化，主要有單線（1-Wire）總線、總線、SMBus總線和SPI總線。溫度傳感器做為

27、從機可通過專用總線接口與主機進行通信。受半導體器件本身限制，數(shù)字式傳感器還存在一些不夠理想的地方。比如實際應用時需加修正值，測溫圍不寬，一般為-50+l50。雖然存在一些不足，但是充分利用微處理器技術發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動化的溫度傳感器仍是溫度傳感器的發(fā)展方向之一。國外在濕度傳感器研制方面起步較早，目前日本、德國、美國處于國際領先地位，測量圍可實現(xiàn)全濕圍測量，且精度可達到2%RH。國濕度傳感器研制與生產(chǎn)方面，開始于二十世紀八十年代，且研究單位多于生產(chǎn)廠家，多數(shù)從事電解質(zhì)、瓷類以與高分子類傳感器的研制與開發(fā)。近幾年，國外濕度傳感器有了較大的發(fā)展，特別是電阻式濕度傳感器發(fā)展更快，人們不僅在電阻式

28、瓷濕度傳感器特性方面做了大量工作，而且在高分子電阻式濕度傳感器上做出可喜的研究成果，這種傳感器穩(wěn)定性好、精度高、響應特性優(yōu)，這是應當引以重視的技術動向。根據(jù)工業(yè)自動化控制的需要，國外正在開展新一代濕度傳感器的研制與開發(fā)。目前，濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度、溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術提高到新的水平。隨著大規(guī)模集成電路技術和光通信技術的發(fā)展，信息的傳輸、處理技術有了突破性的進展，發(fā)展相對滯后的傳感器技術業(yè)已得到全世界的普遍重視。因此，今后一個時期傳感技術將成為人們研究的新熱點，并有可能形成較大產(chǎn)業(yè)。傳感器技術未來將向以下

29、幾個方面發(fā)展：（1）高精確度。為了提高測控精度，必須使傳感器的精度盡可能地高。（2）小型化。很多測試場合要求傳感器具有盡可能小的尺寸。（3）多功能集成化。研究多功能集成傳感器是傳感器發(fā)展的一個重要方向。有兩種類型。一種是將傳感器、放大器與溫度補償電路等集成在同一芯片上，減小體積，增強了抗干擾能力。另一種是在一個芯片上集成多種功能敏感元件或同一功能的多個敏感元件。例如溫濕度一體化傳感器，一個芯片可同時檢測溫度和濕度。（4）數(shù)字化。為了使傳感器與計算機直接接口，致力于數(shù)字式傳感器研究是很重要的。（5）智能化。這種傳感器一般是計算機與傳感器相結合的復雜系統(tǒng)。它兼有檢測、信息處理、推理、聯(lián)想和控制等各

30、種功能，重點是具有邏輯功能，是傳統(tǒng)傳感器無法比擬的。智能傳感器的出現(xiàn)將是傳感技術中的一次飛躍。1.3本課程設計的主要容本設計主要做了如下幾方面的工作:一是確定系統(tǒng)的總體功能設計方案，二是進行智能傳感器的硬件電路的設計，三是單片機與通信接口的硬件電路設計。本文將信息采集技術、信息傳輸技術、信息存儲技術與信息處理技術等相互融合，將溫室環(huán)境多種參數(shù)監(jiān)測和單片機控制理論相結合，提出一種切實可行的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可以全面、實時、自動地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動記錄、存儲和處理，并將有關信息根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用最有效方式送入計算機進行處理，并可對監(jiān)測系統(tǒng)進行遠程控制。滿足了對作物生長狀態(tài)實行全面、實時、長期監(jiān)

31、測的要求。與傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）傳感器設計成智能型，可以增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速度，減輕監(jiān)控計算機的負擔。（2）增加了輔助存儲功能，在監(jiān)控計算機不工作的時候，采用多媒體存儲卡存儲采集據(jù)。（3）單片機的設計提高了系統(tǒng)的監(jiān)測速度，系統(tǒng)的可靠性、實時性都有很大的提高。（4）對模擬設備采集到的數(shù)據(jù)，為防止失真，采用了數(shù)據(jù)插值算法。（5）利用蜂鳴器，超限報警。1.4本論文結構本論文共有五章，分別對無線測溫系統(tǒng)硬件設計部分和監(jiān)控軟件部分進行詳細的介紹。第一章緒論，介紹溫濕度傳感器的發(fā)展狀況。第二章是系統(tǒng)總體設計方案的確定，溫濕度傳感器，單片機，顯示模塊的選擇。第三章是對檢測系統(tǒng)的硬件電路

32、功能描述，包括溫度信號采集模塊、濕度采集模塊、單片機、溫度報警模塊等。第四章是系統(tǒng)的硬件設計和連接，包括顯示模塊的連接、溫度和濕度采集模塊和單片機的連接、報警電路的設計等。第五章是總結與展望。2系統(tǒng)總體方案設計該系統(tǒng)以單片機為控制核心，采用溫濕度測量，通信技術，誤差修正等關鍵技術，以溫濕度傳感器作為測量元件，構成智能溫濕度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)，可分為溫度測量電路、濕度測量電路、顯示電路、蜂鳴器報警電路，與上機位連接電路。選用的主要器件有:溫度傳感器DS18B20，濕度傳感器HIH-3610，單片機AT89S52，6數(shù)碼管顯示模塊，MAX232，集成定時器555芯片等。2.1系統(tǒng)功能的設計系統(tǒng)要完成

33、的設計功能如下：（1）實現(xiàn)對溫室溫濕度參數(shù)的實時采集，測量空間多點的溫度。濕度根據(jù)測量空間或設備的實際需要，由多路溫度、濕度傳感器對關鍵溫、濕度敏感點進行測量，由單片機對各路數(shù)據(jù)進行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、存儲，實現(xiàn)溫濕度的智能、多空間點的測量。（2）實現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的與時報警。（3）現(xiàn)場監(jiān)測設備應具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力。并具有存儲、遠程通信功能。（4）通信系統(tǒng)具有較高的可靠性、較好的實時性和較強的抗干擾能力。與計算機通訊功能，采用RS232串行通訊方式最遠傳輸距離為20米。（5）長時間測量數(shù)據(jù)記錄功能：可以根據(jù)需要設置數(shù)據(jù)記錄時。間間隔，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器。要求達到的技術指標：測溫圍：

34、-20100測溫精度：0.5測濕圍：0-100%RH測濕精度：2.5%RH2.2系統(tǒng)設計原則要求單片機系統(tǒng)應具有可靠性高、操作維護方便、性價比高等特點。（1）可靠性高可靠性是單片機系統(tǒng)應用的前提，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)，都應該將可靠性作為首要的設計準則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮：使用可靠性高的元器件；設計電路板時布線和接地要合理；對供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進行軟硬件濾波；系統(tǒng)自診斷功能等。（2）操作維護方便在系統(tǒng)的軟硬件設計時，應從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設計時，要盡可能減少人機交互接口，多

35、采用操作置或簡化的方法。同時系統(tǒng)應配有現(xiàn)場故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對故障進行定位，以便進行維修。2.3系統(tǒng)總方案的選定2.3.1主控制器方案的選型單片機的選擇單片機是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機的性能關系到整個系統(tǒng)的好壞。因此單片機的選擇，對所設計系統(tǒng)的實現(xiàn)以與功能的擴展有著很大的影響。單片機種類很多，在眾多51系列單片機中，較為常用的是ATMEL公司的AT89C51和AT89S52單片機，AT89C51片4K，ROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，片有128字節(jié)的RAM。而AT89S52含有在系統(tǒng)可編程的Flash存儲器，片有8K閃存，

36、RAM的容量也較AT89C51大，為256字節(jié)。顯然這種單片機優(yōu)點更多，開發(fā)時間也大為縮短。因此，在本次設計中選用了ATMEL公司的AT89S52單片機。溫度傳感器選用隨著溫度傳感器智能化、集成化技術的進步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速發(fā)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的豐富了設計工程師的選擇對象。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應該把握以下幾點：外圍電路應該盡量簡單；測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負載能力如何，能否滿足多點測溫的需要；占用MCU的I/O引腳數(shù)情況如何，因為MCU的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入

37、通道有限，多點溫度測量時，如果測量的點數(shù)超過了輸入通道時，就要添加多路復用器，這將增加成本和開發(fā)時間，應盡量節(jié)約；與MCU的通信協(xié)議應盡量簡單，溫度測量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips公司的I2C總線、Motorola公司的SPI總線、National Semiconductor公司的Microwireplus總線、Dallas Semiconductor 公司的1-Wire總線和Siemens公司的Profibus總線等。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有：（1）AD7418是美國模擬器件公司（ADI）推出的單片溫度測量與控制用集成電其部包含有帶

38、隙溫度傳感器和10位A/D轉(zhuǎn)換器。測溫圍為-55+125，具有10位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為0.25，精度為2，轉(zhuǎn)換時間為1530ms。具有體積小、編程簡單、使用容易、測量精度高，并且不易受環(huán)境干擾等優(yōu)點。AD7418可以級聯(lián)至多8片在同一個I2C總線上。（2）LM74是美國國家半導體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、A/D數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有 SPI/Microwire 兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。具有抗干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。在傳感器通電工作后自動按一定速率對溫度進行檢測，并在片寄存器中存儲轉(zhuǎn)換的溫度值，主機可以在任意時刻讀出傳感器溫度值。LM74具有休眠模式，在休眠時

39、消耗的電流不超過10A,適用于對功率消耗有嚴格限制的系統(tǒng)。LM74的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為12位外加符號位，因此在其有效工作圍可達0.0625的分辨率，轉(zhuǎn)換時間為425ms。（3）MAX6575L/H是美國MAXIM公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡單，調(diào)試容易，使用方便。測溫圍為-40+125，其誤差圍：在25時優(yōu)于3在 85時優(yōu)于4.5，在125時優(yōu)于5。但是 MAX6575L/H在其測溫圍非線性誤差較大，因此，當它用于高精度溫度測量時，必須對其進行非線性補償。它最多允許在一根MCU的I/O總線上同時掛接8個MAX6575L/H進行多點溫度測量。為了避免多個傳感

40、器同時測溫時有重疊的現(xiàn)象MAX6575提供了“L”和“H”兩種型號的傳感器,它們的使用方法一樣,而且每一種型號的傳感器又可以通過時間選擇引腳。但是，MAX6575L的遠距離傳輸特性并不理想，傳輸圍只能在5m以，超過此圍將采集不到被測溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個弊端。（4）DS18B20是美國Dallas半導體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的A/D轉(zhuǎn)換器與其它復雜外圍電路的缺點，而且可以通過總線供電，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成

41、本低、體積小、可靠性高。DS18B20的測溫圍-55+125，最高分辨率可達0.0625，由于每一個DS18B20出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其ROM中，因此CPU可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。Dallas公司的單總線技術具有較高的性能價格比，有以下特點：（1）適用于低速測控場合，測控對象越多越顯出其優(yōu)越性；（2）性價比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；（3）具有CRC校驗功能，可靠性高；（4）軟件設計規(guī)，系統(tǒng)簡明直觀，易于掌握。由于DS18B20獨特的單總線接口方式在多點測溫時有明顯的優(yōu)勢，占MCU的I/O引腳資源少，MCU的通信協(xié)議比較簡單，成本較

42、低，傳輸距離遠，所以，選用DS18B20作為溫度測量的傳感器。濕度傳感器的選用近年來，國外在濕度傳感器研發(fā)領域取得了較大的發(fā)展。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展。選擇集成濕度傳感器應考慮以下幾點：感濕性能好、靈敏度高、響應速度快、測量圍寬，要有較好的一致性、可重復性，線性度要好、濕滯小，較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強的抗污染能力、使用壽命長。目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家與典型產(chǎn)品分別為Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610 型），Humirel公司HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），S

43、ensiron公司（SHT11、SHT15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：（1）線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點是采用恒壓供電，置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好，抗污染能力強。（2）線性頻率輸出集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結構，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時的輸出頻率為8750Hz（型值），當上對濕度從10%變化到95%時，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強、便于配數(shù)字電路或單片機、價格低等優(yōu)點。（3

44、）頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號輸出端，利用負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當環(huán)境溫度變化時，其電阻值也相應改變并且從 NTC 端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值。常用的集成濕度傳感器主要有：（1）HIH-3610是美國Honeywell 公司生產(chǎn)的具有信號處理功能的熱固聚酯電容式相對濕度傳感器，線性放大輸出、工廠標定，獨特的多層結構能非常好地抵抗環(huán)境的侵蝕，諸如濕氣、塵埃、臟物、油、與一些化學品。工作圍：溫度-40+85，相對濕度 0100%RH，精度達到2%RH，激光修正互換性至5%RH，低功耗驅(qū)動電

45、流設計為 200A，反應時間為15s，穩(wěn)定性好、較低的漂移、抗化學腐蝕性能強。（2）HF3223濕度傳感器是法國 Humirel公司生產(chǎn)的專利的固態(tài)聚合物結構相對濕度傳感器，具有線性的頻率輸出，濕度測量圍 1095%RH，精度5%RH，濕度遲1.5%RH，溫度工作圍-30+80，溫度特性好，高可靠性與長時間穩(wěn)定性，在長時間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕，反應時間10s，對化學品有較高的抵抗性，浸水沒有影響。（3）HM1500濕度傳感器是法國Humirel公司采用Humirel專利濕敏電容 HS1101 設計制造的相對濕度傳感器。帶防護棒式封裝，5VDC恒壓供電，14VDC 放大線性電壓輸出，便于用戶使

46、用。濕度測試量程為0100%RH，精度達3%RH（1095%RH 圍），防灰塵，可有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)，非常低的溫度依賴性，長期穩(wěn)定性好，反映時間5s，廣泛應用于機房監(jiān)控，智能樓宇，倉庫監(jiān)控等控制場合，價格實惠，是一款性價比極高的濕度傳感器。線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品HIH3610。其主要特點是采用恒壓供電，置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好，抗污染能力強。故選用HIH3610。顯示模塊的選用顯示有串行和并行兩種方式。并行顯示方式占用硬件資源多，八個筆劃段和幾個顯示驅(qū)動控制端都要接到單片機的I/O引腳，但顯示刷新速度快；串行顯示方式占用

47、硬件資源少，僅數(shù)據(jù)鎖存控制端、時鐘端、數(shù)據(jù)端三個端口要接到單片機的I/O引腳上，顯示刷新速度較并行顯示方式慢。顯示單元是人機交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)的關鍵性設備，通常的顯示器件有液晶顯示器（LCD）和數(shù)碼管顯示器（LED）。液晶顯示器在使用中有許多注意事項：不能對它長期施加直流電，否則易造成顯示器的老化；必須注意防潮；防止施加過大的壓力；對于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低；防止紫外線的直接照射；要特別注意防靜電，焊接顯示器時烙鐵要接地。可見液晶顯示器在使用中有眾多的限制條件，但它同時也有一定的優(yōu)勢，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是PA級的。數(shù)碼管顯示器不

48、同與液晶顯示器，它對電源沒有特殊要求，受環(huán)境溫度的影響不大，不怕的照射，也沒有嚴格的防靜電要求，而且它的顯示亮度要比液晶顯示器亮許多，適于安裝在室、室外、黑暗和光線強的各種環(huán)境中，但它的耗電量明顯高于液晶顯示器。本系統(tǒng)由于要適合在不同環(huán)境條件下使用，所以選用數(shù)碼管顯示器。綜上所述，本設計最終選用的集成溫度傳感器DS18B20是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。濕度傳感器是采用了HIH-3610相對濕度傳感器它是一種熱固聚脂電容式傳感器。采集到的濕度信號經(jīng)過555振蕩電路后，送至單片機P3.2口，實現(xiàn)濕度的顯示與控制。2.4系統(tǒng)組成框圖以單片機為控制

49、核心，采用溫濕度測量，通信技術，誤差修正等關鍵技術，以溫濕度傳感器作為測量元件，構成智能溫濕度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)，可分為溫度測量電路，濕度測量電路，數(shù)據(jù)存儲與顯示電路，語音報警電路，見圖2-1。選用的主要器件有:溫度傳感器DS18B20，濕度傳感器HIH-3610，單片機AT89S52，6數(shù)碼管顯示模塊，MAX232，集成定時器555芯片等。圖2-1 系統(tǒng)框圖本設計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的：（1）信號采集由DS18B20、HIH-3610組成；（2）信號分析 單片機AT89S52基本系統(tǒng)組成；（3）信號顯示 由串行口LED顯示器和報警電路組成。3 系統(tǒng)的工作原理3.1傳感器的

50、基本特性在監(jiān)控系統(tǒng)中有各種不同的物理量需要監(jiān)測和控制，這就要求傳感器能感受被測非電量并將其轉(zhuǎn)換成與被測量有一定函數(shù)關系的電量。傳感器所測量的非電量是處在不斷的變化之中，傳感器能否將這些非電量的變化不失真地轉(zhuǎn)換成相應的電量，取決于傳感器的輸入輸出特性。傳感器這一基本特性可用靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述7。3.1.1傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指當被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術指標有:線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。3.1.2傳感器的動態(tài)特性傳感器測量靜態(tài)信號時，由于被測量不隨時間變化，測量和記錄過程不受時間限制。而實際量的被測量是隨時間變化的動態(tài)

51、信號，傳感器的輸出不僅需要精確地顯示被測量的大小，還要顯示被測量隨時間變化的規(guī)律，即被測量的波形。傳感器能測量動態(tài)信號的能力用動態(tài)特性表示。動態(tài)特性是指傳感器測量動態(tài)信號時，輸出對輸入的響應特性。傳感器動態(tài)特性的性能指標可以通過時域、頻域以與試驗分析的方法確定，其動態(tài)特性參數(shù)如:最大超調(diào)量、上升時間、調(diào)整時間、頻率響應圍、臨界頻率等。3.2 溫度傳感器美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號供微機處理，通過簡單的編程實現(xiàn)9位的溫度讀數(shù)。并且多個DS18B20可以并接到多個地址線上與單片機實現(xiàn)通信。由于每一個DS18B20出廠時都刻有唯一的一個

52、序列號并存入其ROM中，因此CPU可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與其它溫度傳感器相比，DS18B20具有以下特性:（1）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（2）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。（3）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件。（4）溫圍-55+125，固有測溫分辨率0.5。（5）測量結果以9位數(shù)字量方式串行傳送。DS1820采用3腳TO-92封裝或8腳50封裝，管腳排列如圖3-1所示：圖3-1 DS18B20的引腳對圖3

53、-1中DS18B20的引腳功能說明如下：NC：空引腳，不連接外部信號。VDD：接電源引腳，電源供電3.05.0V。GND：接地。DQ：數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳。DQ：引腳的I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線)，該引腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。3.2.1 DS18B20的測溫原理DS18B20的部框圖如圖3.2所示，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲用戶設定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等7部分。圖3-2 DS18B20的部框圖測溫原理見圖3-3。低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為

54、計數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器2提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。初始時，溫度寄存器被預置成-55，每當計數(shù)器1從預置數(shù)開始減計數(shù)到0時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1，這個過重復進行直到計數(shù)器2計數(shù)到0時便停止。圖3-3 DS18B20測溫原理圖初始時，計數(shù)器1預置的是與-55像對應的一個預置值。以后計數(shù)器l每一個循環(huán)的預置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預置數(shù)也隨溫度相應變化。計數(shù)器1的預置數(shù)也就是在給定溫度外使溫度寄存器存值增加1計數(shù)器所需的計數(shù)個數(shù)。圖中比較器的作用是以四舍五入的量

55、化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計數(shù)器2停止計數(shù)后，比較器將計數(shù)器1中的計數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與025進行比較，若低于0.25，溫度寄存器的最低位就置0，若高于0.25，就置1，若高于0.75，溫度寄存器的最低位就進位后置0。這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最末位代表0.5，四舍五入最大量化誤差為士l/ZLSB，即0.25。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號位其余8位以二進制補碼形式表示溫度值。測溫結束時，這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存寄存器的前兩個字節(jié)中，符號位占用第1字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占用第2字節(jié)。DS18B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術。

56、DS18B20部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號:同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號。當計數(shù)門打開時，DS18B20進行計數(shù)計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為9位(包含一位符號)，但因符號位擴展成高8位，故以16位補碼形式讀出，溫度和數(shù)字量的關系如表3-1所示。表 3-1溫度和數(shù)字量的關系變量輸出的二進制碼對應的十六進制碼+125101000FAH+2500100032H+1/200010001H000000000H-1/21111FFFFH-251110FFCEH-55

57、0010FF92H單線總線，即1-wire技術是DS18B20的一個特點。該技術采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴展和維護等優(yōu)點。單總線適用于單主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設備。主機可以是微控制器，從機可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線。當只有一個從機設備時，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作;當有多個從設備時，系統(tǒng)則按多節(jié)點系統(tǒng)操作。DS18B20 有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時VDD接地，它是通過部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。為了保

58、證在有效的時鐘周期，提供足夠的電流，這種情況下，用一個MOSFET管和單片機的一個I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，完成溫度測量的時間較短。當使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時，供電端必須接地，同時總線口在空閑的時候必須保持高電平，以便對傳感器充電。但當所測溫度超過100時，DS18B20的漏電流增大，傳感器從I/O線上獲取的電流不足以維持DS18B20通訊所需的電流，此時只能選用外部供電方式。比較而言，寄生電源方式少用一根導線，但它完成溫度測量所需的時間較長，而外部電源方式測量速度則要快些。3.3 濕度傳感器本設計中采用相對濕度傳感器HIH-3610。HI

59、H-3610是美國Honeywell公司生產(chǎn)的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時在部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務，同時該傳感器還具有精度高、響應快、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學腐蝕性能強與互換性好等優(yōu)點。圖3-4 濕度傳感器HIH-3610外觀圖3.3.1 主要特性（1）熱固性聚合物電容傳感器，帶集成信號處理電路；（2）3針可焊塑封；（3）寬量程：0100%RH非凝結，寬工作溫度圍 4085；（4）高精度：2%RH，極好的線形輸出；（5）5VDC恒壓供電，0.83.9VDC放大線形電壓輸出；（6）低功耗設

60、計 200A驅(qū)動電流；（7）激光修正互換性；（8）快速響應 5秒 慢流動的空氣中；（9）穩(wěn)定性好,低溫飄,抗化學腐蝕性能。圖3-5電壓與濕度關系表3-2 HIH-3610主要技術指標測量圍/(%RH)測量精度/(%RH)電源電壓 /V電源電流輸出圍或輸出形式工作溫度圍主要特點0100+2/-245.82000.8V3.9V-40+85線性電壓輸出線，性能最好，抗污染能力最強由輸出電壓與相對濕度關系曲線可得出如下結論：（1）HIH-3610在供電電壓為5V時，其消耗電流僅為200，故HIH-3610濕度傳感器對電源沒有功率方面的要求，為低功耗產(chǎn)品的設計提供更好的解決方案。（2）HIH-3610輸