【正文】 等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測量儀。 濕度和溫度是 眾多領(lǐng)域中 需要 檢測 的重要 環(huán)境 參數(shù)。 不 僅在工業(yè) 、 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，還是 在 氣象衛(wèi) 星 、 倉庫保管等領(lǐng)域，對溫度和濕度的測量都是隨處可見的。 對 溫度和濕度的測量與監(jiān)控 也 是十分 有意義的 。對濕度和溫度 進(jìn)行 合理 有效的調(diào)控 不僅可以節(jié)約能源還更有利 各行業(yè)安全健康的發(fā)展 。 溫度是一個非常重要的物理量，因為它直接影響燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對溫 度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動控制，保證生產(chǎn)的自動化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。 倉庫儲藏領(lǐng)域 必須 對濕度和溫度 進(jìn)行檢測與控制。 國家的儲備糧 倉庫 對溫度濕度控制更是非常 嚴(yán)格 的 。如果 儲藏糧 油等 副食品地方 的 濕度過大 、 溫度過高， 就 容易 導(dǎo)致 儲藏的糧食發(fā)霉變質(zhì)。 這些地方的溫濕度 一 旦 出現(xiàn)問題，不僅僅是糧食 資源 的浪費，更關(guān)乎到 市場供應(yīng)、 社會秩序的安全與穩(wěn)定。 故而，需要定期的對倉庫內(nèi)的溫濕度值進(jìn)行監(jiān)測。 國內(nèi)外發(fā)展情況 溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從 17 世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、 PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。 近年來，國內(nèi)外在濕度和溫度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。溫濕傳感器正從結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能簡單向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 開發(fā)新一代溫濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將溫 度、濕度測量技術(shù)提高到新的水平。國內(nèi)測量溫濕度 常 采用的主要方法有 :“ 溫 — 阻 ” 法和 “ 濕 — 阻 ” 法 ,即采用電阻型的溫濕度傳感器 ,利用其阻值隨溫濕度的變化測定空氣的溫度和相對濕度。受傳感器靈敏度的限制 ,這類溫濕度儀 器 的精度不可能很高 ,一般條件下還可以滿足需要 ,但是在環(huán)境實驗設(shè)備等對精度要求頗高的場合就難以滿足要求了。 目前 ，國外 對 溫濕度傳感器 技術(shù)的研究也 有了較大的 進(jìn)展 ，特別是用電阻式溫濕傳感器發(fā)展更快，人們不僅在電阻式陶瓷溫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。 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 根據(jù) 糧倉 環(huán)境，設(shè)計本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)為： （ 1）測溫范圍：－ 20— ＋ 45℃ ；濕度測量范圍為 0— 100%Rh （ 2） 溫度 測量精度： 177。 （ 3）濕度測量誤差： ≤ 4%Rh （ 4）可設(shè)置上、下限報警值，當(dāng) 溫濕 度超 過閾值 時，發(fā)出報警信號 （ 5）電源工作范圍： ～ 主要工作任務(wù) 在對各類濕度，溫度傳感器原理介紹的基礎(chǔ)上，根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計實際的任務(wù)要求，完成溫濕度傳感器芯片的選型，系統(tǒng)芯片的選擇，并設(shè)計顯示接口電路 、 電源電路 、報警電路 、部分功能電路 的程序。系統(tǒng) 開 始工作后，根據(jù)初始條件 讀取濕度值和溫度值，測量數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，將其與設(shè)定的濕溫度 值 比較， 如果 發(fā)現(xiàn) 當(dāng)前的溫濕度 超限，則發(fā)出報警信號，未超限時，系統(tǒng)顯示正常的濕溫度值。 1）完成多點溫濕度檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計； 2）選擇器件，進(jìn)行軟件設(shè)計； 3）完成實驗板調(diào)試，給出 PCB 圖。 本章小結(jié) 本章主要介紹了所選課題的研究意義、國內(nèi)外溫濕度測量的發(fā)展趨勢、系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)、及主要 工作 任務(wù)。溫濕度 監(jiān) 測是本設(shè)計的核心，也是以后 各 章節(jié)著重介紹的 內(nèi)容 。 2 系統(tǒng)方案選擇和工作原理 3 2 系統(tǒng)方案選擇和工作原理 系統(tǒng)綜述 根 據(jù)本設(shè)計第一章要求的性能指標(biāo)， 方案設(shè)計時 不僅要 考慮怎么樣實現(xiàn) 測量一定精度 的 溫濕度信號 值 的基本功能， 還要考慮 溫濕度超 過閾值 時系統(tǒng)的報警功能 。根據(jù)設(shè)計要實現(xiàn)的功能，還要考慮系統(tǒng)控制芯片擴(kuò)展口的分配。選擇 AT89S52 單片機(jī) 就能夠滿足設(shè)計要求。 AT89S52 單片機(jī) 的 P10 口為報警控制口， X X2作為晶振回路端口，RESET 口作為復(fù)位電路接口。最后還要考慮 設(shè)計系統(tǒng)選擇元器件的成本 。 作為家庭用的環(huán)境檢測類儀器，系統(tǒng)工作的可靠性，實用性，長久性指標(biāo)也是系統(tǒng)在設(shè)計時值得考慮的幾個因素。 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇 根據(jù)目 前國內(nèi)外市場上常用的各種 溫濕 度檢測儀器，結(jié)合本設(shè)計的設(shè)計任務(wù)要求 ， 能實現(xiàn) 本 設(shè)計要求的方案基本上有以下三種。 （ 1）純模式 這種方案所有的電路均采用模擬電路構(gòu)成，包括濕度，溫度信號的采樣、放大電路，報警電壓的電位調(diào)節(jié)設(shè)置，模擬比較器的選用以及驅(qū)動超限報警電路，模擬的電磁結(jié)構(gòu)的指針式顯示電路等，盡管這種電路也能起到溫度， 濕 度的實時測量與報警，但是不能獲得濕度，溫度的歷史數(shù)據(jù)，顯示方式也不夠直觀，在抗干擾性能上由于電路沒有足夠的判斷能力可能會增加誤報警從而引起 錯 誤動作，而且在價格上也無優(yōu)勢可言，由上述原理構(gòu)成的這 類儀表被稱之為第一代儀表，目前設(shè)計的儀表中極少使用這類結(jié)構(gòu)。 （ 2）數(shù)字式 這種方案在信號的采樣、放大電路、報警設(shè)置以及報警電路等環(huán)節(jié)與第一種方案區(qū)別不大，只是在放大電路后采用了 A/D 轉(zhuǎn)換電路，它將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后經(jīng)過驅(qū)動電路進(jìn)行數(shù)碼顯示，它最大的好處是顯示直觀，這是模擬式產(chǎn)品向智能式產(chǎn)品過渡的中間型產(chǎn)品，屬于第二代儀表，在上個世紀(jì) 80 年代的設(shè)計中大都 采用這 本種結(jié)構(gòu)的方案，在 日常生活中 看到的大都是未被替換的產(chǎn)品 。 在目前的設(shè)計中， 基本上是 不采用這種方案 的 。 （ 3）智能式 這是目前檢測類儀器首選的方案， 利用目前成熟的計算機(jī)技術(shù)，依靠計算機(jī)強(qiáng)大的處理能力，對數(shù)據(jù)前向通道采集到的濕度，溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、處理、存儲，并可采用十分簡單的方法通過顯示驅(qū)動芯片將顯示信息送出進(jìn)行數(shù)碼顯示 。 對 測量所得結(jié) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 果超限時 的報警處理可以按照測量時間的不同情況分別設(shè)置不同的報警值。系統(tǒng)將會對測量 回路 巡回監(jiān)測。 常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。用干濕球濕度計或毛發(fā)濕度計來測量濕度的方法，早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。這是因為測量濕度要比測量溫度復(fù)雜的多，溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響 。 所以濕度的測量比溫度的測量要復(fù)雜的多。 目前國內(nèi)外對溫度和濕度測量產(chǎn)品有很多，但是 大部分 的產(chǎn)品都是用紅外熱輻射的傳感器制作的 。這種產(chǎn)品 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴 并 不適用 于糧倉 。本設(shè)計使用比較常見的溫度濕度傳感器和價格便宜的電子元器件，實現(xiàn) 檢測 系統(tǒng) 的 智能化。 它還 具有較高的安全性，可靠性，適用于一般的家庭。 鑒于國外歐美等國家微電子技術(shù)的發(fā)展，在不少的測試領(lǐng)域，將一個系統(tǒng)的所有電路，包括 CPU 都集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個集成的系統(tǒng)，況且這也是目前儀表發(fā)展的方向。 所以本設(shè)計采用集成芯片 SHT11作為溫濕度傳感器。 鑒于以上 情況， 本課題考慮到國內(nèi)目前的現(xiàn)狀，構(gòu)成器件的來源以及微電子技術(shù)的發(fā)展 趨勢 ， 本設(shè)計 決定采用智能 化 的設(shè)計方案設(shè)計 。 從節(jié)約能源和成本及使用方便的角度考慮，每一個設(shè)計都要本著滿足設(shè)計要求的前提下，盡量簡單方便快捷的設(shè)計。這個原則適用各個領(lǐng)域。由于各種不可克服的誤差和適用環(huán)境的影響， 檢測儀表 都存在一定的誤差。不過我們還要竭盡所能的降低誤差，提高設(shè)計的精度。 系統(tǒng)工作原理 根據(jù)本課題的設(shè)計 要求 ，本系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 。 圖 該 測量系統(tǒng) 的 核心 是 AT89S52 單片機(jī) 。 濕度和溫度信號 檢測可以使用傳統(tǒng)的電阻式溫濕傳感器 測量 ，也可以采用集成的智能溫濕傳感器芯片測量。集成 傳感器芯片內(nèi)部 自帶有 信號放大電路。放大電路是提高單片機(jī)對信號進(jìn)行識別的有效方法，而且在復(fù)雜電路的各種設(shè)計領(lǐng)域中是最常用也是必須要采用的方法 。由溫濕度傳感器檢測到的溫濕度信號 經(jīng)過 芯片內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換 電路，將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后通過2I C總線 輸入通道傳送給單片機(jī)。為了提高測量的精度，提高信號的轉(zhuǎn)換質(zhì)量，作為模擬 信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的 A/D轉(zhuǎn)換 器，對其本身的性能要求也很高，因此 傳感器芯 AT89S52 單 片 機(jī) 報警電路 SHT11 溫濕度傳感器 穩(wěn)壓電路 顯示電路 復(fù)位電路 晶振回路 鍵盤 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 片內(nèi)要有 性能良好的 A/D 轉(zhuǎn)換器。作為智能化的檢測儀器， 由 LCD1602 實現(xiàn)的 顯示器使 人們直觀 的 觀看 到 測量到 的 溫度和濕度的值。在本設(shè)計系統(tǒng)中，正常情況下，顯示電路可以實時的顯示 糧倉 內(nèi)的溫度和濕度。當(dāng)溫度濕度超 過閾值 時，報警電路 可以立即 發(fā)出警報， 以便實現(xiàn)糧倉 溫度和濕度的調(diào)整。 本章小結(jié) 本章介紹了 設(shè)計 測量 儀器 的三種方式。最傳統(tǒng)的是純模式 。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，采用 這種設(shè)計 方案設(shè)計出來的產(chǎn)品由于自身的缺陷性已滿足不了當(dāng)今社會的要 求，所以 基本上被淘汰了 。數(shù)字式 檢測儀表 目前 在實際應(yīng)用 中也很少用到 。 智能式是目前 檢測儀表設(shè)計采用的主流方案 ，也是本設(shè)計 選用 的方式。 根據(jù)設(shè)計要求， 本章對系統(tǒng)工作的原 理也做了簡要說明。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 AT89S52 構(gòu)成的最小系統(tǒng) 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路 ）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。 在測控領(lǐng)域，使用最多還是 Intel 公司的 MCS51系列單片機(jī)。 MCS51 系列單片機(jī)是 8位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級識別功能的串行通訊接口（ UART），規(guī)范了功能單元的 SFR 控制模式及適應(yīng)控制器特點的布爾處理和指令系統(tǒng)。由于單片機(jī)具有較高的性能比，國內(nèi)尤以 MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛 。此系列單片機(jī) 易于開發(fā)、使用靈活、而且體積小、抗干擾能力強(qiáng)， 可以