【正文】 。用數(shù)碼管顯示測(cè)量值看起來(lái)比較美觀。 無(wú)論在日常生活中還是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)方面都不可避免的對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行溫濕度的測(cè)量。因此，研究溫濕度的控制和測(cè)量具有重要意義。 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程分院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第二章 總體設(shè)計(jì)要求及方案論證分析 總體設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)的功能為： （ 1）測(cè)量溫度值精度為 177?！?，測(cè)量濕度值精確 ? 3%； （ 2）系統(tǒng)允許的誤差范圍為 1℃ 和 1%以內(nèi)； （ 3）系統(tǒng)可由用戶預(yù)設(shè)溫度值和濕度值，測(cè)溫范圍－ 40℃ —＋128℃ ，測(cè)濕范圍 0 —100%； （ 4）超出預(yù)設(shè)值時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，即發(fā)光二極管亮； （ 5）系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示，能顯示設(shè)定溫濕度值和測(cè)得的實(shí)際溫濕度值。 {濕度精度 (%RH) 溫度精度 (176。C@25)} 方案論證分析 方案論證 方案一，采用單片機(jī) AT89C51 與 SHTxx 溫濕度傳感器相連組成外圍電路。 方案二， 采用 DHT91 數(shù)字溫濕度傳感器與單片機(jī) AT89C52 相連 外圍電路。 經(jīng) 過(guò)之前的知識(shí)，我 比較 之后選擇 采用第 2 個(gè)方案。 由于 采用DHT91 數(shù)字溫濕度傳感器與單片機(jī) AT89C52 相連 外圍電路比較簡(jiǎn)浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程分院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 單。 DHT91 數(shù)字溫濕度傳感器作為檢測(cè)元件，能夠同時(shí)測(cè)試溫度和濕度。這類(lèi)傳感器不僅易于焊接，而且只有四針管腳，減少了外圍電路的設(shè)計(jì)。 且 AT89C52 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的 外 部計(jì) 數(shù) 輸 入 () 和輸入 (P )，這樣可以方便報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 所以， 本次設(shè)計(jì)以 DHT91數(shù)字溫濕度傳感器為例，介紹基于單片機(jī)的數(shù)字溫濕度計(jì)的設(shè)計(jì) 。 方案設(shè)計(jì) 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由 5 個(gè)模塊組成：主控制器，數(shù)字溫濕度傳感器，報(bào)警電路，按鍵電路及驅(qū)動(dòng)顯示電路。 圖 21 總體電路框圖 主控制器的功能由 單片機(jī)來(lái)完成，主要負(fù)責(zé)處理由數(shù)字溫濕度傳感器送來(lái)數(shù)據(jù)，并把處理好的數(shù)據(jù)送向顯示模塊。數(shù)字溫濕傳感器主要用來(lái)采集周?chē)h(huán)境參數(shù)，并把所采集來(lái)的參數(shù)送向主控制器。按鍵驅(qū)動(dòng)顯示模塊 模塊 報(bào)警電路 按鍵電路 溫濕度傳感器 主 控 制 器 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程分院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 電路主要用來(lái)完成單片機(jī)的復(fù)位操作和溫濕度初始值的設(shè)定。這里需要四個(gè)按鍵，一個(gè)用來(lái)完成單片機(jī)的復(fù)位操作，一個(gè)用來(lái)切換顯示的數(shù)據(jù)（是設(shè)定值還是實(shí)際測(cè)得的值），另外兩個(gè)分別用來(lái)設(shè)定初始溫度和初始濕度的個(gè)位和十 位。報(bào)警電路就是用一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用來(lái)判斷周?chē)h(huán)境的溫度或者濕度是否超出設(shè)定值了，任何一個(gè)超出設(shè)定值發(fā)光二極管就會(huì)被點(diǎn)亮。驅(qū)動(dòng)顯示電路主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)八位數(shù)碼管發(fā)光的。由于單片機(jī)的輸出電流太?。ㄖ挥袔?毫安 ）不能驅(qū)使數(shù)碼管發(fā)光，所以這里必須增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)顯示模塊。 元器件的選擇 主控制器芯片 主控制器模塊選用單片機(jī) AT89C52。 AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電平，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM)和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM ),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元， 32 個(gè)可編程 I/O 口線 , 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 , 低功耗空閑和掉電模式。功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 AT89C52 共有 6 個(gè)中斷向量 :兩個(gè)外中斷（ INT0 和 INT1）， 3 個(gè)定時(shí)器中斷 (定時(shí)器 0, 1, 2)，串行口中斷和四個(gè)雙向 I/0 口。 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程分院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口 P0 寫(xiě) “1”時(shí)可作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，應(yīng)為輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的漏極開(kāi)路，所以必須外接上拉電阻，否則不能正常工作。 P1 口 :P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTE 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě) “1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某 個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (ILL)。 表 21 P2 口 :P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口 P2 寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (ILL)。 P3 口 :P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入 “1”時(shí)， 它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程分院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 (ILL)。 數(shù)字溫濕度傳感器 測(cè)溫濕模塊選用數(shù)字溫濕度傳感器 DHT91。現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外用的最多的溫濕度傳感器是 SHTxx 系列。不過(guò)很多客戶都反應(yīng) SHTxx 不方便手工焊接，很容易在焊接的時(shí)候，由于溫度過(guò)高造成傳感器直接損害，因此利用 SHTxx 傳感器重新在國(guó)內(nèi)封裝得到了 DHT 9x 系列。SHTxx 系列單芯片傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)利的工業(yè) COMS 過(guò)程微加工技術(shù)（ CMOSens174。） ,具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和一個(gè)能隙式測(cè)溫元件，并與一個(gè) 14 位的 A/D 器以及串行接口電路在同一芯片上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鏈接，從而具有超快響應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)顯示電路 驅(qū)動(dòng)顯示模塊選用八位共陽(yáng)極數(shù)碼管和八個(gè)小功率放大三極管S9012。由于單片機(jī)的端口輸出電流太小，這里必須由外界電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。 S9012 就是用來(lái)驅(qū)動(dòng)這八位數(shù)碼管顯示的。 LED 數(shù)碼管也稱半導(dǎo)體數(shù)碼管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。它是以發(fā)光二極管作段并按共陰極方式或共 陽(yáng)極方式連接后封裝而成的。圖 22 所示是兩種 LED 數(shù)碼管的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，＋、－分別表示公共陽(yáng)極和公共陰極， a～ g 是 7 個(gè)段電極， DP 為小數(shù)點(diǎn)。浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程分院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 LED 數(shù)碼管型號(hào)較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等。 LED 數(shù)碼管的主要特點(diǎn)如下： (1) 發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短 (小于 0． 1μs)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 (2)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與 CMOS、 ITL 電路兼容。 (3) 壽命長(zhǎng)，使用壽命在 10 萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可達(dá) 100 萬(wàn)小時(shí)。成本低。 (4)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 因此它被廣 泛用作數(shù)字儀器儀表、數(shù)控裝置、計(jì)算機(jī)的數(shù)顯器件。小電壓大電流的小功率放大三極管 S9012 的放大倍數(shù)共分六級(jí)： D 級(jí)： 6491 E 級(jí)： 78112 F 級(jí)： 96135 G 級(jí)： 112166 H 級(jí)： 144220 I 級(jí)： 190300 溫濕度測(cè)量的方法及分析 DHT91 是一個(gè)兩線串行接口的數(shù)字溫濕度傳感器，一個(gè)接口是時(shí)鐘線，一個(gè)接口是數(shù)據(jù)線（支持雙向傳輸）。它是四針單排封裝，一個(gè)接電源，一個(gè)接地線，另兩個(gè)直接和單片機(jī)的 P0_5 和 P0_6 相連。不過(guò)數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線上需要接兩個(gè) 10K 的上 拉電阻，因?yàn)?AT89C52浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程分院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 的 P0 口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻。單片機(jī)通過(guò) P0_5 和 P0_6 向 DHT91 發(fā)送命令， DHT91 接收到命令后做出相應(yīng)的應(yīng)答。由于 DHT91 內(nèi)部包含一個(gè) 14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，所以單片機(jī)接收到就是數(shù)字信號(hào)，只需要做相應(yīng)的處理就能得到所需要的數(shù)據(jù)。這里減少了很多外部的電路的連接，用起來(lái)比較方便。 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程分院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) 主控制電路和測(cè)溫濕控制電路 本次硬件設(shè)計(jì)的核心就是 AT89C52，其他部件都是圍繞它設(shè)計(jì)的。數(shù)