【正文】 日本、德國、美國處于國際領(lǐng)先地位，測量范圍可實現(xiàn)全濕范圍測量，且精度可達到177。溫度傳感器做為從 機可通過專用總線接口與主機進行通信。近幾年來，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)（ ATE）的發(fā)展，人們開發(fā)出將溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起的新型數(shù)字式集成溫度傳感器。激光測溫特別適于遠程測量和特殊環(huán)境下的溫度測量。石英晶體溫度檢測器的測量精度較高，一般可檢測到 ℃ ，可作標(biāo)準(zhǔn)檢測之用。不過它的缺點是線性不好，冷端需要溫度補償 [3]。熱敏電阻的另一分支是金屬氧化物半導(dǎo)體型熱敏電阻，作為測溫用的是負溫度系數(shù)熱敏電阻 (NTC),它由多種金屬氧化物粉混合燒結(jié)而成，其主要優(yōu)點是靈敏度高。代替它的有酒精溫度計和金屬簧片溫度計，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低。 21 世紀是人類全面進入信息電子化的時代，作為現(xiàn)代信息技術(shù)三大支柱之一的傳感器技術(shù)必將得到較大的發(fā)展。 溫濕度傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 在后工業(yè)化時代，信息技術(shù)對社會的發(fā)展及科技的進步起了決定性作用，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)構(gòu)成了信息技術(shù)的三大支柱。因此對于溫濕度控制器的設(shè)計有著很大的現(xiàn)實生產(chǎn)意義。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及工業(yè)化的進步 ,溫度和濕度不僅僅表現(xiàn)在以上幾個方面直接或間接影響著人類基本生活條件 , 還表現(xiàn)在對 生物制品、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)研究、國防建設(shè)等方面的影響。 本系統(tǒng)是硬件設(shè)計 ,可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)了對溫濕度的自動調(diào)節(jié)。這些溫濕度檢 測計的刻度間隔通常都很密，不容易準(zhǔn)確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準(zhǔn)，并且使用非常不方便。 I 基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 摘 要 隨著人們的生活及其生產(chǎn)水平的不斷提高，對生活環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的要求就顯的尤為重要 ,溫濕度的控制就是一個典型的例子，因此溫濕度檢測系統(tǒng)就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測系統(tǒng)，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中如果檢測得不準(zhǔn)確就會發(fā)生許多的生產(chǎn)事故。 要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。系統(tǒng)還應(yīng)用RS232 與上位機相連接，可以設(shè)置自動記錄溫度、濕度的相關(guān)的參數(shù)，也可以設(shè)置每隔一定的時間自動記錄，可用在氣象的觀察方面。針對以上情況，研制可靠且實用的溫濕度控制器顯得非常重要。 本文設(shè)計的是基于單片機 AT89S52 的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)，主要以廣泛應(yīng)用的DS18B20 和 HIH3610 作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、并能很好的進行顯示，可測試不同環(huán)境溫濕度的特點。傳感器技術(shù)是 2l 世紀人們在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個制高點，各發(fā)達國家都將傳感器技術(shù)視為現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。 傳統(tǒng)的溫度測量是從金屬 (物質(zhì) )的熱脹冷縮開始。在電氣時代主要發(fā)展了金屬熱敏電阻。過去陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書 ） 2 的缺點是一致性差，現(xiàn)由于改進配方問題基本解決，測量精度可達 %以內(nèi)，能滿足工業(yè)要求。 近年發(fā)展起來的有 PN 結(jié)測溫器件。光纖傳感器技術(shù)是本世紀 70 年代末發(fā)展起來的一門嶄新的技術(shù)，已開發(fā)了開關(guān)式溫度檢測器、輻射式溫度檢測器等多種實用型的品種。用氦氖激光源的激光作反射計，可測很高的溫度，精 度達 1%；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測器可測量更高的溫度，上限可達+3000℃ ，專門用于核聚變研究，但在工業(yè)上應(yīng)用還需進一步開發(fā)和實驗。數(shù)字式溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器 （或寄存器）和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（ CPU）、隨機存取存儲器（ RAM）和只讀存儲器（ ROM）。受半導(dǎo)體器件本身限制，數(shù)字式傳感器還存在一些不夠理想的地方。2%RH。目前，濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 發(fā)新一代濕度、溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。為了提高測控精度，必須使傳感器的精度盡可能地高。研究多功能集成傳感器是傳感器發(fā)展的一個重要方向。例如溫濕度一體化傳感器，一個芯片可同時檢測溫度和濕度。這種傳感器一般是計算機與傳感器相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)。 本文將信息采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息存儲技術(shù)及信息處理技術(shù)等相互融合，將溫室環(huán)境多種參數(shù)監(jiān)測和單片機控制理論相結(jié)合，提出一種切實可行的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可以全面、實時、自動地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動記錄、存儲和處理，并將有關(guān)信息根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用最有效方式送入計算機進行處理，并可對監(jiān)測系統(tǒng)進行遠程控制。 （ 3） 單片機的設(shè)計提高了系統(tǒng)的監(jiān)測速度，系統(tǒng)的可靠性、實時性都有很大 的 提高 。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書 ） 4 第一章緒論 ，介紹溫濕度傳感器的 發(fā)展?fàn)顩r。 第五章 是 總結(jié)與展望 。 系統(tǒng)功能的設(shè)計 系統(tǒng)要完成的設(shè)計功能如下 ： （ 1） 實現(xiàn)對溫室溫濕度參數(shù)的實時采集，測量空間多點的溫度。并具有存儲、遠程通信功能。間間隔，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器。 （ 2） 操作維護方便 在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計時，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書 ） 6 人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此單片機的選擇，對所設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)以及功能的擴展有著很大的影響。因此，在本次設(shè)計中選用了 ATMEL 公司的 AT89S52單片機。 目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有 Philips 公司的 I2C 總線 、 Motorola公司的 SPI總線 、 National Semiconductor 公司的 Microwireplus 總線 、 Dallas Semiconductor 公司的 1Wire 總線和 Siemens 公司的 Profibus 總線等。具有體積小、編程簡單、使用容易、測量精度高，并且不易受環(huán)境 干 擾等優(yōu)點。在傳感器通電工作后自動按一定速率對溫度進行檢測，并在片內(nèi)寄存器中存儲轉(zhuǎn)換的溫度值，主機可以在任意時刻讀出傳感器溫度值。測溫范圍為 40~+125℃ ，其誤差范圍：在 25℃ 時優(yōu)于 177。但是 MAX6575L/H 在其測溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測量時，必須對其進行非線性補償。 （ 4） DS18B20 是美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的 A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點，而且 可以通過總線供電，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高 。 濕度傳感器的選用 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書 ） 8 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型： （ 1） 線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有 HIH3605/36 HM1500/1520。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強、便于配數(shù)字電路或單片機、價格低等優(yōu)點。 常用的集成濕度傳感器主要有： （ 1） HIH3610 是美國 Honeywell 公司生產(chǎn)的具有信號處理功能的熱固聚酯電容式相對濕度傳感器，線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨特的多層結(jié)構(gòu)能非常好地抵抗環(huán)境的侵蝕，諸如濕氣、塵埃、臟物、油、及一些化學(xué)品。5%RH，濕度遲 177。濕度測試量程為 0~100%RH，精度達 177。故選用 HIH3610。 液晶顯示器在使用中有許多注意事項：不能對它長期施加直流電，否則易造成顯示器的老化；必須注意防潮；防止施加過大的壓力；對于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低；防止紫外線的 直接照射；要特別注意防靜電，焊接顯示器時烙鐵要接地。 綜上所述，本設(shè)計最終選用的集成溫度傳感器 DS18B20 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。該系統(tǒng)，可分為溫度測量電路，濕度測量電路，數(shù)據(jù)存儲及顯示電路，語音報警電路，見圖 21。傳感器所測量的非電量是處在不斷的變化之中，傳感器能否 將這些非電量的變化不失真地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，取決于傳感器的輸入 —— 輸出特性。 傳感器的動態(tài)特性 傳感器測量靜態(tài)信號時，由于被測量不隨時間變化，測量和記錄過程不受時間限制。傳感器動態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過時域、頻域以及試驗分析的方法確定，其動態(tài)特性參數(shù)如 :最大超調(diào)量、上升時間、調(diào)整時間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。 與其它溫度傳感器相比， DS18B20 具有以下特性 : （ 1） 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 5） 測量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行傳送 。 DQ： 數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳。低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器 1提供一 頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。以后計數(shù)器 l每一個循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。在計數(shù)器 2停止計數(shù)后，比較器將計數(shù)器 1中的計數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與 025℃ 進行比較，若低于 ℃ ，溫度寄存器的最低位就置 0， 若高于 ℃ ，就置 1，若高于 ℃ ，溫度寄存器的最低位就進位后置 0。 DS18B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)。測量結(jié)果存入溫度寄存 器中。單總線適用于單主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。 DS18B20 有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時 VDD 接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。但當(dāng)所測溫度超過 100℃ 時，DS18B20 的漏電流增大，傳感器從 I/O 線上 獲取的電流不足以維持 DS18B20 通訊所需的電流，此時只能選用外部供電方式。 基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 圖 34 濕度傳感器 HIH3610 外觀圖 主要特性 （ 1）熱固性聚合物電容傳感器，帶集成信號處理電路； （ 2） 3 針可焊塑封； （ 3）寬量程： 0~100%RH 非凝結(jié)，寬工作溫度范圍 –40~85℃ ； （ 4）高精度： 177。 （ 2） HIH3610 輸出電壓為： ] 0 6 [ 00 ?? RHVV i （ 31） 即輸出電壓 Vo 不僅正比于溫度測量值，且與電源電壓值 有關(guān)，若 Vi（ 3） HIH3610測量的濕度值還與環(huán)境溫度有關(guān)，故應(yīng)進行溫度補償，補償公式為： )(0 TRHRH ?? （ 32） 式中： T 為環(huán)境攝 氏溫度值。 RH 傳感器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個熱固塑料型電容傳感元件，其芯片內(nèi)具有信號處理功能。通常把 4 個端口稱為 P0~P3。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 八位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，使用 ATMEL 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。在 Flash 編程時，P0 口也用 來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ In）。對 P2 端口寫 “ 1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動四個 TTL 邏輯電平。 表 34 P3 口引腳的第二功能 引 腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） 0INT （外部中斷 0） 1INT （外部中斷 1） T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。在 Flash 編程時，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。這一位置 “ 1” ，引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） 基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。 在 Flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。復(fù)位對單片機來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準(zhǔn)備工作。RS232C 接口 (又稱 EIARS232C)是目前最常用的一種串行通訊接口。 RS232C 接口的特點 ： （ 1） 接口的信號內(nèi)容 實際上 RS232C 的 25 條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用 39 條引線。即要求接收器能識別低至 +3V 的信號作為邏輯 “ 0” ，高到 3V 的信號作為邏輯 “ 1” 。 由于 RS232C 接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點 : （ 1） 接口的信號