【文章內(nèi)容簡介】 的信息顯示器件之一。不足之處在于其價格比較昂貴，驅動程序編寫比較復雜。本設計需要顯示溫度值和濕度值，還可顯示設置溫濕度數(shù)值報警數(shù)值的上下限，顯示數(shù)字較多，因此選用方案二液晶頻做輸出設備。 本章小結本章主要介紹溫濕度測量儀用到的主要芯片的選擇，如溫度傳感器、濕度傳感器、控制處理芯片、顯示輸出設備等。對比考慮各器件性能、特點、使用難易度、成本等因素，選擇適合本產(chǎn)品指標的元器件。第3章　系統(tǒng)整體設計本方案以STC89C52單片機系統(tǒng)為核心來對溫度、濕度進行實時控制和巡檢。各檢測單元能獨立完成各自功能，并根據(jù)主控機的指令對溫濕度進行實時采集。主控機負責控制指令的發(fā)送，并控制各個檢測單元進行溫度采集，收集測量數(shù)據(jù)，同時對測量結果進行整理和顯示。其中包括單片機、復位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設計。 系統(tǒng)總方框圖本設計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的。(1)信號采集 由溫度傳感器模塊和濕度傳感器模塊組成；(2)信號分析 由單片機STC89C52組成；(3)信號處理 由液晶顯示模塊、繼電器模塊和蜂鳴器模塊組成?！⌒盘柌杉? 溫度傳感器Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松組建傳感器網(wǎng)絡。新一代的“DS18B20”體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。 DS18B20DS18B20內(nèi)部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下: DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 DS18B20方框圖DS18B20依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM操作協(xié)議，才能進行存儲器和控制操作。因此，控制操作必須首先提供下面5個ROM操作指令之一：(1)讀ROM,(2)匹配ROM, (3)搜索ROM, (4)跳過ROM, (5)報警搜索。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設備。若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉換。寫TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀寫都是從最低位開始[5]。DS18B20主要特性DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55176。C~+125176。C，在10~+85176。C范圍內(nèi),精度為177。176。C。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等，支持3V~，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設定9~12位的分辨率，精度為177。176。C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！DS18B20工作原理，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1計數(shù)器1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值[10]。 DS18B20原理圖DS18B20基本應用電路DS18B20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。下面就是DS18B20幾個不同應用方式下的測溫電路圖：(1) DS18B20寄生電源供電方式電路圖，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 DS18B20寄生電源供電方式電路圖獨特的寄生電源方式有三個好處：1，進行遠距離測溫時，無需本地電源；2，可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM；3，電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫；要想使DS18B20進行精確的溫度轉換，I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時， 能量，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。因此，此電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。，為了使DS18B20在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到 E2存儲器操作時，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最 多10μS內(nèi)把I/O線轉換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。 DS18B20寄生電源強上拉供電方式電路圖(2) DS18B20的外部電源供電方式電路圖在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空 ，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85℃。 溫度傳感器模塊電路圖外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設計采用外部供電方式。因為本設計只用于測量環(huán)境溫度，所以只顯示0℃~+85℃。 濕度傳感器測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質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)生變化而進行濕度測量的。濕度是表示空氣中水蒸氣含量多少的尺度。在物理學和氣象學中，大氣濕度的表示方法是多種多樣的，而且都有各自的物理量和相應單位。在諸多方法中，習慣使用的是絕對濕度和相對濕度。(1)絕對濕度：絕對濕度定義為在每立方米濕空氣中，在標準狀態(tài)下所含水蒸汽的質量，以字符ρ表示，單位。再由氣體狀態(tài)方程式 （）可得 （）式中為空氣中水蒸氣的分壓力(帕)；T為空氣中的干球絕對溫度(K)；t為空氣中干球的攝氏溫度(℃)；為水蒸氣的氣體常數(shù)， =461。(2)相對濕度:相對濕度是指空氣中水蒸氣分壓力與同溫度下飽和水蒸汽壓力之比值。用r表示相對濕度為： （）式中和的單位采用毫巴(mb)時，由馬格奴斯經(jīng)驗公式計算飽和水蒸氣壓力: （）式中=?？諝庵兴魵夥謮毫Π聪铝泄接嬎悖? （）式中：為濕球溫度時飽和水蒸汽壓力；為干球溫度(℃)；為濕球溫度(℃)；P為大氣壓力(mb)；A是與風速v有關，通常按下列公式計算： （）可知，相對濕度為干球溫度、濕球溫度、風速、大氣壓力的函數(shù)，當大氣壓力變化不大時，對給定的檢測條件V不變，那么只要測得t ，t 即可得相對濕度[2]。2. CHR01濕敏元件簡介電阻型濕度傳感器可分為兩類：電子導電型和離子導電型。電子導電型濕度傳感器，也稱為“漲縮型濕度傳感器”，它通過將導電體粉末（金屬、石墨等）分散于膨脹性吸濕高分子中制成濕敏膜。隨濕度變化，膜發(fā)生膨脹或收縮，從而使導電粉末間距變化，電阻隨之改變。但是這類傳感器長期穩(wěn)定性差，且難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，所以應用較少。離子導電型濕度傳感器，它是高分子濕敏膜吸濕后，在水分子作用下，離子相互作用減弱，遷移率增加；同時吸附的水分子電離使離子載體增多，膜電導隨濕度增加而增加，由電導的變化可測知環(huán)境濕度。本設計選用阻抗型高分子濕度電阻，型號CHR01，其外型尺寸、。 CHR01CHR01型高分子濕度電阻的工作原理：由于水附在有極性基的高分子膜上，在低濕度下，因吸附量少，不能產(chǎn)生荷電離子，電阻值較高。當相對濕度增加時，吸附量也增加，吸附水就成為導電通道，高分子電解質的正負離子主要起到載流子作用，另外，由吸附水自身離解出的質子、水和氫離子也起電荷載流子作用，使高分子濕敏電阻的電阻值下降。它的工作電壓為交流1V，頻率為50Hz~2kHz，測量濕度范圍為20%~90%RH，測量精度177。5%，工作溫度范圍為0~+85℃，最高使用溫度120℃，阻抗在60%RH（25℃）時為30（21~）kΩ[12]?！嫦翪HR01的阻抗特性曲線，由下圖可知，在對精度要求不高的情況下，可以將其近似為線性關系。 0~+60℃阻抗特性圖3. CHR01濕敏元件應用電路在實際工作環(huán)境中，溫度不是一個恒值，隨著環(huán)境的變化而變化，變化的范圍很寬。而濕敏元件受溫度的影響不能忽略。濕敏元件的濕度溫度系數(shù)就是表示器件的感濕特性曲線隨環(huán)境溫度而變