【正文】 信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計說明書（2015 /2016 學(xué)年第 2 學(xué)期） 課程名稱 ： 單片機應(yīng)用課程設(shè)計 題 目 ： 溫濕度監(jiān)測系統(tǒng) 專業(yè)班級 ： 自動化3班 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師 ：苗敬利、王立國、王靜爽、侯帥、何明星、趙奇 設(shè)計周數(shù) ： 2周 設(shè)計成績 ： 2016 年 7 月 6 日摘要 本設(shè)計實現(xiàn)的是單片機溫濕度測量與控制系統(tǒng)，通過在LCD1602上實時顯示室內(nèi)環(huán)境的溫度和相對濕度。系統(tǒng)采用集溫濕度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器為一體的DHT90傳感器芯片，通過單片機AT89C52處理進(jìn)行顯示，其它模塊包括了實時時鐘/日期產(chǎn)生電路和超限報警處理電路，對所測量的值進(jìn)行實時顯示和報警處理。 本文介紹了基于ATMEL公司的AT89C52系列單片機的溫濕度實時測量與控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)的設(shè)計，包括介紹了硬件結(jié)構(gòu)原理，并分析了相應(yīng)的軟件的設(shè)計及其要點，包括軟件設(shè)計流程及其程序?qū)崿F(xiàn)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實用，提高了測量精度和效率。 關(guān)鍵詞: 溫濕度；SHT10傳感器；單片機；DHT11傳感器1設(shè)計目的：制定溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的操作流程，指導(dǎo)溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的正確使用和維護(hù)，防止溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)操作不當(dāng)而造成損壞，并保證測試的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。2 溫濕度檢測的簡介 系統(tǒng)的概述 溫濕度測量技術(shù)在當(dāng)今的工廠加工、醫(yī)療區(qū)域、農(nóng)業(yè)區(qū)域中已經(jīng)起來重要的位子，例如資源的節(jié)約、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、產(chǎn)品數(shù)目的提高，這些問題現(xiàn)在已經(jīng)越來越受到外界的關(guān)注了。當(dāng)今，知識信息和知識的工業(yè)化已經(jīng)開始了飛一般的進(jìn)步，溫度與濕度的問題影響的范圍距離已經(jīng)不再之前談到的那些方面，它還體現(xiàn)在科技發(fā)展、衛(wèi)生用品、醫(yī)藥衛(wèi)生、國家安全基礎(chǔ)等多種方面。就上述幾個問題和情況，溫濕度檢測的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、快速性、安全性這些方面的設(shè)計要求變得尤其重要。在最近幾年中，使用SHT10控制的溫濕度傳感器和溫濕度數(shù)據(jù)的網(wǎng)上直接檢驗技術(shù)現(xiàn)已成為當(dāng)下的一種發(fā)展方向和追求。本次畢業(yè)設(shè)計介紹和實現(xiàn)了一種單片機與自動化溫濕度傳感器互相結(jié)合，它們兩就組成了一種簡單的溫濕度檢測器系統(tǒng)。這種檢測系統(tǒng)具有以下的特點：易操作、制作成本低、準(zhǔn)確性較高、持續(xù)時間長、較為穩(wěn)定。 系統(tǒng)設(shè)計選題的背景 關(guān)于我國國內(nèi)溫濕度研究的時間相對于國外還是比較晚的，畢竟我國對于溫濕度檢測技術(shù)的研究才剛剛起步 。初期我國只運用了相對落后的溫濕度的微機控制測量技術(shù)，而這門技術(shù)還是在參考當(dāng)時國外發(fā)展國家的檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，這門技術(shù)局限于測量單方面環(huán)境因素，不支持復(fù)雜、多項的環(huán)境控制。我國關(guān)于溫濕度檢測技術(shù)從對國外發(fā)達(dá)技術(shù)的學(xué)習(xí)，經(jīng)過慢慢時間的不斷地實驗，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展到微測量計算機應(yīng)用的層次上。目前，國內(nèi)用的技術(shù)基本上包括單片機，這種技術(shù)是利用單片機控制的溫濕度檢測的系統(tǒng)，過程與步驟都比較簡單，還不能實現(xiàn)多參數(shù)多回路的溫濕度控制系統(tǒng)，相對于那些發(fā)達(dá)的國家，技術(shù)還是比較落后。我國的溫濕度測量存在著下列問題：實現(xiàn)功能少、產(chǎn)量水平低，操作檢修步驟繁瑣。 關(guān)于國外溫濕度研究的時間相對于國內(nèi)來說還是較早。國外初期首先設(shè)計出通過組合的形式的模擬式器件，運用了就地取材的方法，將其收集的信號進(jìn)行一系列的指示并加以記錄。近階段世界各國都在研究與開發(fā)基于計算機的控制溫濕度系統(tǒng)，此系統(tǒng)受多因子的控制，其主要特點為精確性高、穩(wěn)定性強。以后溫濕度發(fā)展趨勢向著無人操作化、精度穩(wěn)定化發(fā)展。 水汽壓型：測出大氣中對某一裝置的總壓力，然后再測出大氣中的水汽對同一裝置的壓力，將測出的兩個壓力進(jìn)行百分比的對比壓力，即可以得出溫濕度的大小值。 電阻式濕度片：通過外界溫濕度變化與電阻值的關(guān)系的來設(shè)計出的測量儀器。當(dāng)外界的溫濕度改變時，與其用電路連接的電阻也隨之改變。溫濕度片就是這里的核心器件，它可以感應(yīng)到外界溫濕度的變化。 干濕球溫度表：通過兩只完全相同的溫度表，使他們并列在一起，其中用一只溫度表測量氣溫，另外一支溫度表表頭需要纏繞著浸透過純蒸餾水的脫脂紗布，這兩種溫度表結(jié)合起來就是干濕球溫度表。 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容與要求 對某一特定環(huán)境下用溫室度傳感器感受到溫度和濕度變化，把這種變化轉(zhuǎn)化為電信號輸入到單片機中，然后進(jìn)行各端口的控制使其數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上，完成了對倉庫額的溫室與濕度的測量。要求誤差在上下10%之內(nèi)。3 數(shù)據(jù)采集部分 采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。 鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測溫范圍200～650℃，百度電阻比W（100）=，R0為100Ω和10Ω，其允許的測量誤差A(yù)級為177。（℃+|t|），B級為177。（℃+|t|）。 銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于50～180℃測溫。 測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。 采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在1%—100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于177。2%RH；響應(yīng)時間小于5s； pF/℃。 大連北方測控工程有限公司生產(chǎn)的溫濕度傳感器DHT90，將兩者的功能集成在一起，并且輸出的是數(shù)字信號，不需要再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其溫度測量的范圍為40℃～℃，℃；測濕范圍為0～100%RH，%RH。 綜合上面各種設(shè)計的技術(shù)要求和傳感器的特性，考慮到設(shè)計簡約化，選擇使用傳感器DHT90，輸出的是數(shù)字信號，不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。4系統(tǒng)設(shè)計方案本系統(tǒng)由單片機主控電路，DHT11溫濕度采集模塊，1602液晶顯示模塊3部分組成，下圖為框架圖。液晶顯示1602單片機AT89C52傳感器 ：采用溫濕度一體化的傳感器DHT11采集溫濕度數(shù)據(jù)，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。DHT11原理圖 DHT11實物圖：由于本實驗proteus庫中無dht11模塊，使用sht11代替。為了營造無人看守狀態(tài),本次設(shè)計中還應(yīng)用了遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)。方案一中系統(tǒng)的控制核心是AT89C52單片機，它的主要作用是讀取溫濕度傳感器工作時的內(nèi)部參數(shù)，測試的結(jié)果可以顯示在LCD上面。 中央控制單元本次溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計中，由單片機組成的中央控制單元有十分重要的作用。這是整個系統(tǒng)的大腦，它發(fā)出操作命令指揮系統(tǒng)工作。該單片機不僅可以控制LCD顯示屏幕的工作狀態(tài)，還可以時時刻刻管理著監(jiān)測著外部環(huán)境的溫濕度的變化的溫濕度傳感器的工作狀態(tài)。依照所需設(shè)計的要求和控制的目的，本次畢業(yè)設(shè)計選擇了AT89C52芯片，該芯片里面包含4k Bytes ISP的能多次燒入的Flash器件，是一類簡單高效率的CMOS 8位芯片。AT89C52芯片是使用了ATMEL公司廠家中的較為先進(jìn)高級的控制與制作技術(shù)做為支持動力。AT89C52芯片還包括MCS52系統(tǒng)的操作命令與89C52管腳的排列，其中較重要的8位CPU和ISP Flash存儲單元是它的核心部件。AT89C52芯片的系