【正文】 資源，進而做出了最合適系統(tǒng)的設計方案選擇。線性電壓輸出式集成濕度傳感器HIH3610，采用恒壓供電，內置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好，抗污染能力強。但其抗腐蝕能力都不是很理想，且濕度的檢定法較為復雜，線性都不好。普通的濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。用它作為本設計傳感器模塊最恰當不過，故選擇方案二。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V～，使系統(tǒng)設計更靈活、方便，體積更小?，F(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。另外，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為55℃～+125℃，在10～+85℃范圍內，誤差為177。DS18B20是集傳感元件和轉換電路于一體的小芯片上。另外，溫度與輸出電壓量是非線性的，讀出的是模擬量，需要A/D轉換器進行轉換才能送給數(shù)碼管顯示，從而增加了軟硬件的負擔。熱敏電阻的溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性度較大，因此在使用時要進行線性化處理，線性化處理雖然能改善熱敏電阻的特性曲線，但比較復雜。顯示亮度高，可顯示的內容豐富，故采用LCM1602作為輸出顯示將是最佳的解決方案。特點：成本相對LED較高，顯示內容豐富，與單片機可以直接接口。2. 3 顯示模塊方案一、采用LED數(shù)碼管顯示。若采用矩陣式按鍵，可以方便地輸入一個溫度值，使操作界面更具人性化，節(jié)約了寶貴的I/O口資源。2. 2 輸入模塊方案一：采用獨立式按鍵作為輸入模塊，其特點：直接用I/O口構成單個按鍵電路，接口電路配置靈活、軟件結構簡單，但是當鍵數(shù)較多時，占用I/O口較多；方案二：采用矩陣式鍵盤作為輸入電路，其特點：電路和軟件稍復雜，但相比之下，當鍵數(shù)越多時越節(jié)約I/O口。但是其價格往往比普通單片機貴。方案二、采用如新華龍公司C8051系列或ATMEL公司ATmega系列等高檔八位單片機作為本系統(tǒng)控制核心。 此外，空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。AT89S52是一款高性能、低功耗8位單片機，片內含8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。其特點是支持ISP在線可編程寫入技術。2 方案選擇 控制模塊方案一、采用ATMEL公司產(chǎn)品AT89S52單片機作為系統(tǒng)控制模塊。與PC機的通信，采用的是串行異步通信方式，從單片機TXD和RXD端的TTL電平到PC機的標準RS232電平的轉換，系統(tǒng)采用美信公司的MAX232芯片。系統(tǒng)擴展了一個片外存儲器EEPROM用以保存系統(tǒng)設置的報警值，故而具有掉電數(shù)據(jù)不丟失的功能。并且顯示屏在系統(tǒng)的設置模式下顯示按鍵輸入值，具有顯示輸入對錯提示的功能。 系統(tǒng)設計簡介圖1 系統(tǒng)結構圖系統(tǒng)采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機作為控制器。 系統(tǒng)簡介 系統(tǒng)功能簡介本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如下：對環(huán)境溫、濕度數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、顯示以及通過控制器串行口上傳至上位PC機，并且可以在上位PC機VB控制平臺上顯示實時采集到的溫、濕度值，繪制出溫、濕度波形。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號輸出端，利用負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器。它采用模塊式結構，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時的輸出頻率為8750Hz（型值），當上對濕度從10%變化到95%時，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。線性頻率輸出集成濕度傳感器。典型產(chǎn)品有HIH3605/36HM1500/1520。目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為Honeywell公司（HIH360HIH360HIH3610型），Humirel公司（HM1500、HM15HF322HTF3223型），Sensiron公司（SHT1SHT15型）。電容式濕敏元件抗腐蝕能力也較欠缺，往往對環(huán)境的潔凈度要求較高，有的產(chǎn)品還存在光照失效、靜電失效等現(xiàn)象，金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻，具有濕敏電容相同的優(yōu)點，但塵埃環(huán)境下，陶瓷細孔被封堵元件就會失效，往往采用通電除塵的方法來處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環(huán)境下不能使用，氧化鋁感濕材料無法克服其表面結構“天然老化”的弱點，阻抗不穩(wěn)定，金屬氧物陶瓷濕敏電阻也同樣存在長期穩(wěn)定性差的弱點。市場上出售的一些電容式濕敏元件低價產(chǎn)品，往往達不到上述水平，線性度、一致性和重復性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感濕段變形嚴重。電容式濕敏元件的優(yōu)點在于響應速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定，國外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。溫度標定往往用一根標準溫度計作標準即可，而濕度的標定標準較難實現(xiàn)，干濕球溫度計和一些常見的指針式濕度計是不能用來作標定的，精度無法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴格，一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設備時，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。多數(shù)濕敏元件難以在40℃以上正常工作。采用單片機軟件補償，或無溫度補償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補償?shù)男Ч?，非線性的溫漂往往補償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補償才會獲得真實的補償效果。濕敏元件除對環(huán)境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，～%RH/℃范圍內，而且有的濕敏元件在不同的相對濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，長期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產(chǎn)品很少，一般都在177。3%RH的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃177。5%RH，達不到這個水平很難作為計量器具使用，濕度傳感器要達到177。 濕度傳感器具有如下特點： 濕度傳感器的精度應達到177。濕度傳感器分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。近年來，國內外在濕度傳感器研發(fā)領域取得了很大的進步。隨著時代的發(fā)展，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機房、航空航天、電力等工業(yè)部門，越來越需要采用濕度傳感器，對產(chǎn)品質量的要求越來越高，對環(huán)境溫、濕度的控制以及對工業(yè)材料水份值的監(jiān)測與分析都已成為比較普遍的技術條件之一。 濕度檢測技術相比之下，測量濕度要比測量溫度更復雜，這是因為溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受大氣壓強和溫度的影響。本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結構特征及控制方法，并對以此傳感器和AT89S52單片機為控制器構成的溫度測量裝置的工作原理及軟硬件設計，作了詳細的介紹和研究。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ATE）的結晶。其典型產(chǎn)品有AD590、AD59TMP1LM135等。模擬集成溫度傳感器是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個發(fā)展階段：①傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器②模擬集成溫度傳感器③智能集成溫度傳感器目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向飛速發(fā)展。因此如何擴寬控濕的范圍和精度一直是人們迫切的希望。據(jù)報道，我國每年有相當物品因存放在較高的溫度環(huán)境或潮濕環(huán)境下，因侵害而受巨大損失。目 錄1 緒論 3 設計背景 3 溫、濕度檢測技術的發(fā)展和現(xiàn)狀分析 3 溫度檢測技術 3 濕度檢測技術 4 系統(tǒng)簡介 6 系統(tǒng)功能簡介 6 系統(tǒng)設計簡介 6 本章小結 72 方案選擇 8 控制模塊 82. 2 輸入模塊 82. 3 顯示模塊 92. 4 數(shù)據(jù)采集模塊 9 溫度采集模塊 9 濕度采集模塊 10 本章小結 103 數(shù)字信號處理 11 數(shù)字信號處理簡介 11 數(shù)字濾波技術簡介 11 數(shù)據(jù)濾波技術的實現(xiàn)意義 11 數(shù)字濾波與模擬濾波的區(qū)別 11 列舉三種數(shù)字濾波技術及在本文中的使用 12 遞推平均濾波法 12 限幅濾波法 12 限幅平均濾波法 12 本章小結 134 硬件設計 14 系統(tǒng)外圍器件介紹 14 74LS164 14 74LS08與門 15 CD4024 15 AT24C02 16 ADC0809 17 硬件設計及原理圖 19 LCM1602液晶顯示及驅動 19 數(shù)據(jù)采集模塊 20 串口通信模塊 27 電源模塊： 28 報警電路 28 總設計硬件圖 294．4 本章小結 305 系統(tǒng)軟件設計 31 系統(tǒng)軟件框圖 31 系統(tǒng)各模塊流程圖及部分程序 31 初使化程序 31 矩陣鍵盤掃描 32 溫濕度報警值設置模塊 34 溫濕度值采集、處理及顯示模塊 37 與PC機通信模塊 40 報警狀態(tài)判斷模塊 42 系統(tǒng)中兩種數(shù)字濾波軟件實現(xiàn)流程圖 435. 4 本章小結 446 理論公式推導及系統(tǒng)測試 45 濕度的推導公式過程： 45 系統(tǒng)干擾處理及系統(tǒng)測試 46 系統(tǒng)干擾處理 46 系統(tǒng)測試 46 測試工具 477 總結和致謝 48 系統(tǒng)設計總結 48 致謝 48參考文獻 49附錄一 系統(tǒng)設計過程中的調試工具 50附錄二 部分單片機程序及注釋 50附錄三 VB上位機通信平臺程序 601 緒論 設計背景人類的生存和社會活動與溫濕度密切相關。隨著現(xiàn)代化的實現(xiàn)，很難找出一個與溫濕度無關的領域來。在一些大型的倉庫中，比如糧食的儲存，我們知道糧食在儲藏期間,由于受環(huán)境、氣候和通風條件等因素的變化，糧倉內溫度或濕度會發(fā)生異常，極易造成糧食的霉爛、或發(fā)生蟲害；再如一些化學藥品、精密儀器等其存放要求濕度為15%以下，而以往傳統(tǒng)的控濕防潮方式和目前這些設備很難達到要求。 溫、濕度檢測技術的發(fā)展和現(xiàn)狀分析 溫度檢測技術溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人們的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。集成溫度傳感器主要包括模擬集成溫度傳感器、智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）兩大類。模擬集成溫度傳感器的特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等優(yōu)點，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。智能溫度傳感器是在20世紀90年代中期問世的。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。有的產(chǎn)品還帶多路轉換器（MUX）、中央控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。典型產(chǎn)品有DS18BMAX665LM76等。該裝置適用于人們的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫度測量。早在18世紀人類就發(fā)明了干濕球和毛發(fā)濕度計，而電子式濕度傳感器是近幾十年．特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè)。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，也將濕度測量技術提高到新的水平?？諝庵械乃羝接诟袧癫牧虾?，元件的阻抗、介質常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。2%～177。2%～177。10℃）和潔凈的氣體中測量的。2%左右，甚至更高。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補償式。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。校正濕度要比校正溫度困難得多。對市場上濕度傳感器產(chǎn)品的幾點分析：國內市場上出現(xiàn)了不少國內外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見，感濕材料種類主要為高分子聚合物、氯化鋰和金屬氧化物。但是達到上述性能的產(chǎn)品多為國外名牌，價格都較昂貴。無論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長期穩(wěn)定性都不理想，多數(shù)長期使用漂移嚴重，濕敏電容容值變化為pF級，1%，容值的漂移改變往往引起幾十RH%的誤差，大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能，往往失效和損壞。氯化鋰濕敏電阻，具有最突出的優(yōu)點是長期穩(wěn)定性極強，因此通過嚴格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達到較高的精度，穩(wěn)定性強是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度及一致性，是長期使用壽命的可靠保證。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：線性電壓輸出式集成濕度傳感器。其主要特點是采用恒壓供電，內置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好，抗污染能力強。典型產(chǎn)品為HF3223型。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。典型產(chǎn)品為HTF3223型。當環(huán)境溫度變化時，其電阻值也相應改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值。系統(tǒng)下位機可以和上位機聯(lián)合工作，又可以單獨工作，即通過矩陣鍵盤可以對系統(tǒng)溫、濕度報警值進行設置并存儲，利用LCM1602對系統(tǒng)采集到的溫濕值進行顯示等功能。其顯示界面采用LCM1602顯示溫濕度傳感器所檢測到的實時數(shù)值，它是2行16列字符型液晶顯示模塊。數(shù)據(jù)采集部分分別用到DALLAS公司的DS18B20數(shù)字溫度傳感器，用到Honeywell公司的HIH3610濕度傳感器配合ADC0809作為系統(tǒng)濕度采集部分。另外系統(tǒng)的控制器在處理報警時，采用定時器T0中斷，在中斷程序中查詢當前有沒有報警申請、處于哪一類報警申請，從而產(chǎn)生不同的控制信號，驅動蜂鳴器發(fā)出不同的報警聲音。 本章小結本章主要介紹