信息与电气工程学院课程设计说明书（2015 /2016 学年第 2 学期） 课程名称 ： 单片机应用课程设计 题 目 ： 温湿度监测系统 专业班级 ： 自动化3班 学生 ： 学 号： 指导教师 ：苗敬利、王立国、王静爽、侯帅、何明星、奇 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 2016 年 7 月 6 日摘要 本设计实现的是单片机温湿度测量与控制系统，通过在LCD1602上实时显示室环境的温度和相对湿度。系统采用集温湿度传感器与A/D转换器为一体的DHT90传感器芯片，通过单片机AT89C52处理进行显示，其它模块包括了实时时钟/日期产生电路和超限报警处理电路，对所测量的值进行实时显示和报警处理。 本文介绍了基于ATMEL公司的AT89C52系列单片机的温湿度实时测量与控制系统和显示系统的设计，包括介绍了硬件结构原理，并分析了相应的软件的设计及其要点，包括软件设计流程及其程序实现。 系统结构简单、实用，提高了测量精度和效率。 关键词: 温湿度；SHT10传感器；单片机；DHT11传感器1设计目的：制定温湿度监测系统的操作流程，指导温湿度监测系统的正确使用和维护，防止温湿度监测系统操作不当而造成损坏，并保证测试的数据准确。2 温湿度检测的简介2.1 系统的概述 温湿度测量技术在当今的工厂加工、医疗区域、农业区域中已经起来重要的位子，例如资源的节约、产品质量的提高、产品数目的提高，这些问题现在已经越来越受到外界的关注了。当今，知识信息和知识的工业化已经开始了飞一般的进步，温度与湿度的问题影响的围距离已经不再之前谈到的那些方面，它还体现在科技发展、卫生用品、医药卫生、国家安全基础等多种方面。就上述几个问题和情况，温湿度检测的准确性、稳定性、快速性、安全性这些方面的设计要求变得尤其重要。在最近几年中，使用SHT10控制的温湿度传感器和温湿度数据的网上直接检验技术现已成为当下的一种发展方向和追求。本次毕业设计介绍和实现了一种单片机与自动化温湿度传感器互相结合，它们两就组成了一种简单的温湿度检测器系统。这种检测系统具有以下的特点：易操作、制作成本低、准确性较高、持续时间长、较为稳定。2.2 系统设计选题的背景2.2.1国外研究现状 关于我国国温湿度研究的时间相对于国外还是比较晚的，毕竟我国对于温湿度检测技术的研究才刚刚起步 。初期我国只运用了相对落后的温湿度的微机控制测量技术，而这门技术还是在参考当时国外发展国家的检测技术的基础上，这门技术局限于测量单方面环境因素，不支持复杂、多项的环境控制。我国关于温湿度检测技术从对国外发达技术的学习，经过慢慢时间的不断地实验，现已经发展到微测量计算机应用的层次上。目前，国用的技术基本上包括单片机，这种技术是利用单片机控制的温湿度检测的系统，过程与步骤都比较简单，还不能实现多参数多回路的温湿度控制系统，相对于那些发达的国家，技术还是比较落后。我国的温湿度测量存在着下列问题：实现功能少、产量水平低，操作检修步骤繁琐。2.2.2国外外研究现状 关于国外温湿度研究的时间相对于国来说还是较早。国外初期首先设计出通过组合的形式的模拟式器件，运用了就地取材的方法，将其收集的信号进行一系列的指示并加以记录。近阶段世界各国都在研究与开发基于计算机的控制温湿度系统，此系统受多因子的控制，其主要特点为精确性高、稳定性强。以后温湿度发展趋势向着无人操作化、精度稳定化发展。2.3系统的分类 水汽压型：测出大气中对某一装置的总压力，然后再测出大气中的水汽对同一装置的压力，将测出的两个压力进行百分比的对比压力，即可以得出温湿度的大小值。 电阻式湿度片：通过外界温湿度变化与电阻值的关系的来设计出的测量仪器。当外界的温湿度改变时，与其用电路连接的电阻也随之改变。温湿度片就是这里的核心器件，它可以感应到外界温湿度的变化。 干湿球温度表：通过两只完全相同的温度表，使他们并列在一起，其中用一只温度表测量气温，另外一支温度表表头需要缠绕着浸透过纯蒸馏水的脱脂纱布，这两种温度表结合起来就是干湿球温度表。2.4 系统设计的容与要求 对某一特定环境下用温室度传感器感受到温度和湿度变化，把这种变化转化为电信号输入到单片机中，然后进行各端口的控制使其数据显示在LCD显示屏上，完成了对仓库额的温室与湿度的测量。要求误差在上下10%之。3 数据采集部分 3.1温度传感器 采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量围大、便于远距离测量。 铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温围-200650，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0.15+0.002|t|），B级为（0.3+0.005|t|）。 铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。 3.2湿度传感器 测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。 采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%100%RH围；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5s；温度系数为0.04 pF/。 3.3采用的传感器 北方测控工程生产的温湿度传感器DHT90，将两者的功能集成在一起，并且输出的是数字信号，不需要再进行A/D转换，其温度测量的围为-40123.8，分辨率为0.01；测湿围为0100%RH，分辨率为0.03%RH。 综合上面各种设计的技术要求和传感器的特性，考虑到设计简约化，选择使用传感器DHT90，输出的是数字信号，不需要进行A/D转换，简化了系统设计。4系统设计方案4.1系统框架图本系统由单片机主控电路，DHT11温湿度采集模块，1602液晶显示模块3部分组成，下图为框架图。液晶显示1602单片机AT89C52传感器 4.2.1方案一：采用温湿度一体化的传感器DHT11采集温湿度数据，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。DHT11原理图 DHT11实物图4.2.2方案二：由于本实验proteus库中无dht11模块，使用sht11代替。为了营造无人看守状态,本次设计中还应用了远程通信系统。方案一中系统的控制核心是AT89C52单片机，它的主要作用是读取温湿度传感器工作时的部参数，测试的结果可以显示在LCD上面。 4.3系统功能模块设计4.3.1 中央控制单元本次温湿度检测系统设计中，由单片机组成的中央控制单元有十分重要的作用。这是整个系统的大脑，它发出操作命令指挥系统工作。该单片机不仅可以控制LCD显示屏幕的工作状态，还可以时时刻刻管理着监测着外部环境的温湿度的变化的温湿度传感器的工作状态。依照所需设计的要求和控制的目的，本次毕业设计选择了AT89C52芯片，该芯片里面包含4k Bytes ISP的能多次烧入的Flash器件，是一类简单高效率的CMOS 8位芯片。AT89C52芯片是使用了ATMEL公司厂家中的较为先进高级的控制与制作技术做为支持动力。AT89C52芯片还包括MCS-52系统的操作命令与89C52管脚的排列，其中较重要的8位CPU和ISP Flash存储单元是它的核心部件。AT89C52芯片的系统功能具有巨大的优势，它可以满足设计中系统稳定运行的基本要求。AT89C52芯片具16位可编程定时计数器3个，有引脚40个，全双工串行通信口2个，外部双向输入/输出（I/O）端口32个，外中断口2个，读写口线2个，AT89C52芯片的管脚结构如下图所示：单片机4.3.2 晶振电路模块与复位电路模块晶振电路模块：单片机的工作条件是要在时钟驱动的作用下才可以稳定的进行工作,所需的电容大小通常为30PF。单片机工作时需要一个信号脉冲，晶振的作用就是提供这个信号脉冲。在时钟驱动作用下，晶振电路所提供的信号脉冲就是单片机的工作速度。举个例子来说明，一个频率为12MHZ的晶振电路芯片，它的工作速度是12MHZ每秒的运行速度,和我们使用的电脑手机的CPU一个道理。就于多大的频率才能使单片机更好的更稳点的工作的问题，一般情况下其工作时所需要的频率在24MHZ左右，超过这个值，系统工作就不稳定了。单片机系统的工作速度取决于时钟信号，其部镶有时钟振荡电路，在单片机的外部接通一个振荡源就可以工作了。复位电路模块:复位电路在设计的系统中起着重要的作用，它保障了设计的系统可以在稳定的环境下工作，复位电路的主要作用功能就是上电复位。当复位信号消除的时候，系统微机电路才可以稳定高效的工作，消除复位信号的条件是VCC的电压在4.7V与5.2V之间，只有在提供稳定无误差的时钟信号才能实现本次的设计。下图为其仿真图： 晶振电路和复位电路4.3.3显示模块 LCD显示电路是本系统的功能具体体现的重要模块，实现了对温湿度检测的液晶屏控制的功能。温湿度显示电路的组成有SHT10温湿度传感器、LCD液晶显示屏幕。其显示模块先接受来自单片机处理后的信号，再将其结果显示在液晶屏幕。STC89C52的P2口接1602的8位数据线，通过输出数据控制1602显示不同的提示字符。1602本身置各种字符，还可以自定义显示字符。本设计中根据不同场合1602会显示各种提示字符。 P0.0P0.2接1602控制端，其中P0.0接使能端E，写操作时，使能端下降