【正文】 。 本設計首先根據(jù)實際生產(chǎn)生活的需要提出溫濕度檢測儀的功能要求，然后由這些具體要求設計出了硬件原理圖，采用模塊化的方法先將整個系統(tǒng)分成若干部分，然后逐模塊進行硬件和軟件設計，最后將各部分 結(jié)合起來協(xié)調(diào)工作。它是利用單片機的在控制方面的突出優(yōu)點，并綜合運用現(xiàn)代檢測技術(shù)、微控制技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和通信技術(shù)以及 LCD顯示技術(shù)而設計的?？梢詫崟r、準確的測量環(huán)境中的溫度和相對濕度。 溫濕度檢測儀發(fā)展過程 關(guān)于溫度方面的最早測量儀表是意大利人伽利略于 1592 年創(chuàng)造的。它是 1 個帶細長頸的大玻璃泡，倒置在 1 個盛有葡萄酒的器皿中，從其中抽出一部分空氣，酒面就上升到細頸內(nèi)。當外界溫度改變時，細頸內(nèi)的酒面因玻璃泡內(nèi)的空氣熱脹冷縮而隨之升降，因而酒面的凹凸就可以暗示溫度的凹凸，實際上這是 1 個沒有刻度的指示器，再 后來的黃河科技學院畢業(yè)論文說明書 第 2 頁 幾百年之間溫度計慢慢的變化，從原先的沒有刻度的溫度測量到后來慢慢轉(zhuǎn)變成使用有刻度的測量到最后的直接數(shù)字顯示減少在讀書的時候產(chǎn)生誤差。 干濕球濕度計的測量最是在 18 世紀，干濕球濕度計的準確度還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風速都滿足一定要求時，才能達到規(guī)定的準確度。干濕球濕度計的準確度只有 5％一 7％ RH。而濕度的測量從原先的 5％一 7％ RH 慢慢的提高變成了現(xiàn)在的 3%RH，在那些氣象方面的檢測精度反而更深，后來慢慢地將溫度以及濕度兩個集合在一起進行測量，就 是現(xiàn)在的溫濕度監(jiān)測儀，這款儀器的應用范圍還算是比較廣，同時也因為它的測量精度高廣受消費者的喜好 [2]。 溫濕度檢測儀發(fā)展前景 目前市場上的溫濕度檢測系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的有線方式，必須在采集現(xiàn)場鋪設大量的線纜用于感應器供電，數(shù)據(jù)傳輸機數(shù)據(jù)采集。信號線，控制線，電源線混雜在一起，系統(tǒng)運行時，容易受到傳輸距離、電電磁干擾的影響而邊的不穩(wěn)定 。 隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展， 溫濕度檢測系統(tǒng)正往無線檢測方向發(fā)展，這樣使系統(tǒng)在運行時不需要人工干預，具有實時檢測、報警、及查詢歷史數(shù)據(jù)的功能。溫濕度檢測系統(tǒng)的完成建立在大量 研究工作的基礎(chǔ)上，在數(shù)據(jù)的采集、顯示及遠距離傳輸?shù)确矫孀隽?充分 實驗，提出了多種可行的方案，可根據(jù)實際需要靈活變換。系統(tǒng)是以智能化為宗旨，旨在為工業(yè)級家庭提供有效、使用的溫濕度檢測系統(tǒng)。這一方面是對當前工業(yè)溫濕度檢測技術(shù)的更新，另一方面也為人們的家庭生活更加舒適提供了條件。無線溫濕度檢測系統(tǒng)已經(jīng)能夠出色地完成基本的溫濕度檢測工作，并且向智能化、自動化邁進了一大步，但是還有很多需要完善的地方。例如，供電部分可以做相應的改進，低功耗的同時采用新型能源，如與太陽能電池、熱差電池、壓差電池等，使電池壽命更長，解決特使 領(lǐng)域環(huán)境的供電問題。還有應用領(lǐng)域的創(chuàng)新，將我們的設計應用于其他領(lǐng)域，如電力行業(yè)，用于大型變壓器及高壓開關(guān)柜測溫，避免起火、爆炸等惡性事故的發(fā)生 [12]。 黃河科技學院畢業(yè)論文說明書 第 3 頁 2 溫濕度檢測儀的工作原理及主要器件介紹 整體設計 本設計核心部件為 AT89C51，信號采集及處理部分由 SHT11構(gòu)成，進入單片機后經(jīng)處理后通過 LCD 顯示溫濕度，其他組成部分為實時時鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生同現(xiàn)在相同的時間和具體日期。 在軟件設計部分有對測量的溫濕度進行上下值的設定，當測量超過限定值，報警器會發(fā)生警報。 硬件中包括一個開關(guān)，為復位開關(guān) 。開機后，所有器件初始化， DS1302產(chǎn)生實時時間和日期，溫濕度傳感器 SHT11開始進行溫濕度測量和計算，最后通過 LCD 液晶顯示器顯示結(jié)果。在測量結(jié)果中有超過設定溫濕度上下限的，通過超限模塊作出反應。 其他是一些附件，比如復位、晶振電路。整體電路框圖如圖 。 圖 整體 電路框 圖 溫度 檢測 儀整體電路原理圖如 圖所示 。 黃河科技學院畢業(yè)論文說明書 第 4 頁 圖 溫度檢測儀整體電路原理圖 主要芯片及原理介紹 單片機 AT89C51 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集 成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（ Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有 CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和 CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設 備當中。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。 AT89C51是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造黃河科技學院畢業(yè)論文說明書 第 5 頁 技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51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 AT89C51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。 芯片引腳如圖 [3]。 圖 AT89C51引腳示意圖 LCD 顯示 LCD是一種利用液晶的扭曲 /向列效應制成的新型顯示器，它具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點，因而在單片機系統(tǒng)中被廣泛應用。 本設計采用 LCD1602， LCD1602采用標準的 16腳接口，其中： 第 1腳： VSS為地電源 第 2腳： VDD接 5V正電源 第 3腳： VO為液晶顯 示屏對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器， 第 5腳： RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當 RS為高電平 RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6腳： E端為使能端，當 E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 黃河科技學院畢業(yè)論文說明書 第 6 頁 第 7~14腳： D0~D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15~16腳：空腳 LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11條控制指令。它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 表 LCD1602液晶模塊控制指令表 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 置字符發(fā)生存儲器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲器地址（ ACG） 置數(shù)據(jù)存 儲器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲器地址（ ADD） 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址（ AC） 寫數(shù)據(jù) 1 0 要寫的數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù) 指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標復位到地址 00H位置 。 指令 2：光標復位，光標反回到地址 00H。 指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S： 屏幕上所有文字是否左移或者右移，高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 。 指令 6：功能設置命令 DL：高電平時 4位總線，低電平時為 8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F：低電平時顯示 5*7的點陣字符，高電平時顯示 5*10的點陣字符 。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM地址設置 。 指令 8： DDRAM地址設置 。 指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收黃河科技學院畢業(yè)論文說明書 第 7 頁 命令或者數(shù)據(jù)，如果是低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù) 。 指令 11：讀數(shù)據(jù) [3]。 DS1302 原理及應用 DS1302是美國 DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，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或者 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： RES復位、 I/O數(shù)據(jù)線、 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，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于 1mW。采用雙電源供電（主電源和備用電源） ,可設置備用電源充電方式。 DS1302外部引腳排列及描述如圖 ， DS1302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)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應用于 測量系統(tǒng)中 [46]。 圖 DS1302的外部引腳分布 管腳描述 X1, GND地 RST復位腳 I/O數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 SCLK串行時鐘 VCC1,VCC2電源供電管腳 黃河科技學院畢業(yè)論文說明書 第 8 頁 DS1302內(nèi)部寄存器 CH:時鐘停止位 寄存器 2的第 7位 12/24小時標志 CH=0 振蕩器工作允許 bit7=1, 12小時模式 CH=1 振蕩器停止 bit7=0, 24小時模式 WP：寫保護位 寄存器 2的第 5位： AM/PM定義 WP=0寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭? AP=1 下午模式 WP=1寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 AP=0 上午模式 TCS: 涓流充電選擇 DS:二極管選擇位 TCS=1010 能使涓流充電 DS=01 選擇一個二極管 TCS=其他 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個二極管 DS=00或 11，即使 TCS=1010， 充電功能也被禁止。 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ，主要組成部分為：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘以及 RAM。雖然數(shù)據(jù)分為兩種，但是對單片機的程序而言，其實是一樣的，就是對特定的地址進行讀寫操作。 圖 DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS1302的工作原理是： DS1302工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進行初始化，需要將復位腳（ RST）置為高電平且將 8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前 8位指定訪問地址，命令字裝入以為寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作輸入數(shù)據(jù)。時鐘 脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為 8+8(8位地址 +8位數(shù)據(jù) )，在多字節(jié)方式下為 8加最多可達 248的數(shù)據(jù) [710]。 黃河科技學院畢業(yè)論文說明書 第 9 頁 SHT11 介紹及原理 在這里選擇 SHT11 作為溫濕度