【正文】 the temperature and humidity testing, but because of personal factors such as lack of experience, the design of some deficiencies, there are certain practical products from the gap, there are some aspects need to be improved.KEY WORDS：STC12C5410AD MCU, Sensor, LED, Temperature and humidity目　錄前　言 1第1章 溫濕度檢測儀總體技術(shù)方案 2167。軟件部分則采用采用模塊化的方法將其分成幾個部分，然后逐模塊設計程序，用匯編語言來實現(xiàn)，使各部分結(jié)合起來協(xié)調(diào)工作,最終實現(xiàn)對環(huán)境中溫濕度的實時檢測?；诖藛纹瑱C的溫濕度檢測儀可以實時、準確的測量環(huán)境中的溫度和相對濕度?；赟TC12C5410AD單片機的溫濕度檢測儀摘 要隨著社會的發(fā)展，人們對環(huán)境中的溫度和濕度的要求也越來越高，尤其是在醫(yī)學、電子電力、航天航空、食品發(fā)酵等領(lǐng)域中對溫濕度的要求尤其嚴格，鑒于如此設計出一個能夠精確、穩(wěn)定、實時測量出環(huán)境中溫濕度的實用型溫濕度檢測儀顯得尤為重要。本溫濕度檢測儀是以STC12C540AD單片機的為核心控制芯片，該單片機自帶A/D轉(zhuǎn)換器、有很好的抗干擾能力、響應速度快。本檢測儀的硬件部分的設計采用了以帶有A/D轉(zhuǎn)換器的STC12C5410AD單片機為核心控制器件，以高靈敏度AD590電流輸出型的二端式集成溫度傳感器為溫度數(shù)據(jù)獲取元件和濕度傳感器THS11采集環(huán)境中的相對濕度，模擬輸入接口接入鍵盤實現(xiàn)人機交換功能，并用LED作為顯示設備的硬件設計方案。該溫濕度檢測儀能夠基本完成的溫濕度檢測，但由于個人經(jīng)驗不足等因素，本設計還有一些不足之處，離產(chǎn)品實用還有一定的差距，還有一些方面需要進一步完善。 溫濕度檢測儀的主要性能指標及其工作原理 2167。 溫濕度檢測儀的工作原理 2167。 溫濕度檢測儀應用軟件系統(tǒng)的設計方案 3167。 溫濕度檢測儀的硬件電路設計 7167。 濕度檢測電路 8167。 主程序模塊設計 11167。 溫度檢測模塊程序設計 12167。 鍵盤掃描和LED顯示模塊程序設計 19167。 LED顯示部分程序設計 23結(jié)　論 27參考文獻 28致　謝 29附　錄 30 前　言在日常實際生產(chǎn)生活中，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機房、航空航天、電力等工業(yè)部門對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，對環(huán)境溫、濕度的控制以及對工業(yè)材料的水分值的監(jiān)測與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一。在這個發(fā)展過程中，以單片機為核心控制器的溫濕度檢測以體積小、操作簡單、性能穩(wěn)定、測量精度高等諸多有點正逐步進入生產(chǎn)生活的各個方面。先根據(jù)實際生產(chǎn)生活的需要提出溫濕度檢測儀的設計功能要求，然后由這些具體要求和現(xiàn)有的設計條件設計出了適合的硬件原理圖，盡量采用模塊化的方法將其分成幾個部分，然后分模塊設計程序，最使各部分結(jié)合起來協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)功能要求。論文的第一章介紹了溫濕度檢測儀的主要性能指標及其工作原理，主要介紹了溫濕度檢測儀的硬件設計總體方案和溫濕度檢測儀的應用軟件系統(tǒng)的總體設計方案；第二章主要介紹了溫濕度檢測儀的硬件電路設計，重點介紹了溫度檢測電路、鍵盤LED顯示電路和濕度檢測電路；第三章主要介紹了基于STC12C5410AD單片機的濕度檢測儀的軟件設計，軟件設計部分采用模塊化設計，重點介紹了濕度檢測模塊程序設計中鍵盤掃描、LED顯示以及對濕度的頻率的線性化處理和溫度補償。本文中的基于STC12C5410AD單片機的濕度檢測儀就是針對這一需求而設計的。在此設計過程中，本設計綜合分析了不同用戶在不同場合的不同需求，經(jīng)研究之后，采用了以含有A/D轉(zhuǎn)換器的STC12C5410AD單片機為核心控制器件，以高靈敏度溫度傳感器和濕度傳感器為數(shù)據(jù)獲取元件的方案。167。 性能指標1. 相對濕度測量精度和范圍： 177。1℃，檢測范圍0~50℃；3. 可有用戶自行校準儀表的測量精度，無需硬件調(diào)整；4. LED實時顯示；5. 可手動記錄測量的相對濕度與溫度的結(jié)果；6. 電源：DC12V177。 溫濕度檢測儀的工作原理加載有相應程序的STC12C5410AD單片機定時采集溫度測量電路電壓信號和相對濕度測量電路輸出的頻率信號，并對濕度的頻率進行線性化處理和溫度補償，從而獲得溫度和相對濕度數(shù)據(jù)，分別將這些數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)存儲器中， 然后送LED顯示屏顯示。 167。電阻的電壓輸入到STC12C5410AD單片機中，經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，有應用軟件處理得到環(huán)境溫度。鍵盤輸入電路與LED顯示電路實現(xiàn)人機對話的功能。167。主程序的內(nèi)容包括：主程序的起始地址，中斷服務程序的起始地址，有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序相互調(diào)用，主程序是整個程序的框架，決定了檢測儀的工作性能。鍵盤、顯示模塊完成檢測儀的檢測數(shù)據(jù)的顯示功能，反映出要檢測的的數(shù)據(jù)。這個系統(tǒng)主要由STC12C5410AD單片機、溫度測量電路、相對濕度測量電路、鍵盤輸入電路與LED顯示電路。 溫濕度檢測儀STC12C5410AD單片機電路的設計該檢測儀的設計是以STC12C5410AD單片機為核心部件，STC12C5410AD單片機是與MCS51單片機完全兼容的高速單片機，它包含了高性能的8路10位或8位ADC、80C51MCU內(nèi)核、10KB EEPROM程序存儲器、512B EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、等片內(nèi)資源，同時還具有PWM波形輸出的功能，它可以說是傳統(tǒng)51單片機的升級版，在與傳統(tǒng)51的兼容的前提下加入了更多的功能，這些硬件資源大大簡化了本設計的電路設計。，并對濕度的頻率進行線性化處理和補償，從而獲得溫度和相對濕度數(shù)據(jù)，分別將這些數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)存儲器中， ，并可以用LED顯示屏顯示出來。工作電壓： – （5V 單片機）、具有通用I/O 口（27/23 個），復位后為： 準雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口） 分別可設置成四種模式：準雙向口/ 弱上拉，推挽/ 強上拉，僅為輸入/ 高阻，開漏，同時每個I/O 口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不得超過55mA；STC12C5410AD 單片機I S P （在系統(tǒng)可編程）/ I A P （在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；時鐘源：外部高精度晶體/ 時鐘，內(nèi)部R/C 振蕩器，用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時鐘，常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器頻率為： ～ ，精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應認為是4MHz ～ 8MHz。STC12C5410AD單片機的時鐘電路采用的是內(nèi)部的時鐘電路，利用單片機內(nèi)部的振蕩電路，并在XLAT1和XLAT2兩引腳間外接石英晶體和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。圖21 STC12C5410AD單片機的引腳排列和基本外圍電路圖STC12C5410AD單片機的復位電路采用的開關(guān)復位電路，開關(guān)S9未按下是上電復位電路，上電復位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導通）狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開關(guān)按下時是RST端有兩個機器周期以上的高電平從而使STC12C5410AD內(nèi)部復位?；赟TC12C5410AD單片機的溫濕度檢測儀的原理圖見附錄。 溫濕度檢測儀的硬件電路設計該溫濕度檢測儀的硬件系統(tǒng)由以下部分組成：電源部分、相對濕度測量電路、溫度測量電路、鍵盤掃描電路、LED顯示電路、與PC機通信的RS232轉(zhuǎn)換電路，各部分設計如下。 溫度檢測電路溫度檢測電路主要由AD590傳感器、電阻和放大器組成，具體電路圖如圖12所示?！妫混`敏度1μA/℃，溫度每變化1℃，其輸出電流變化1μA；輸出零點為熱力學溫標零點。通過AD590的參數(shù)可以看出，它完全適合本設計的需要，同時AD590性能穩(wěn)定，即便經(jīng)過很長一段時間它的漂移量也很小，而且工作電路簡單直觀。電阻上的電壓信號經(jīng)放大器放大后輸入到STC12C5410AD單片機帶有A/，單片機通過采集這個端腳的電壓，然后根據(jù)電壓值，通過軟件處理修訂后就可以得出實際的溫度值。 濕度檢測電路相對濕度測量電路如圖23所示，它由NE555構(gòu)成的振蕩器組成，濕度傳感器THS11的電容隨環(huán)境相對濕度的變化而變化，從而導致振蕩器的振蕩頻率變化。THS11是一種電容式濕度傳感器，它的電容值隨環(huán)境濕度的變化而變化，它具有：測量范圍廣（0～100%）RH；適用性好，可在（－40℃～100℃）溫度下工作；精度高（2%）；響應速度快（5s），恢復時間短（10s）；長期穩(wěn)定好（年漂移量僅為177。綜合以上優(yōu)點本設計采用次傳感器作為濕度檢測的傳感器。該測量電路的測量精度為 177。不足之處是相對濕度傳感器THS11及其它元件的離散性導致了調(diào)試困難，需進一步研究解決。 其它模塊電路設計鍵盤模塊采用動態(tài)掃描的方式，鍵盤掃描電路輸出端和LED顯示器段碼控制端口共用74HC164的輸出Q0~Q7。2口通過電阻、三極管與數(shù)碼管的共陽極連接。1口控制CLOCK脈沖信號。用LED 顯示器顯示十六進制數(shù)和空白及小數(shù)點的顯示段碼。這種轉(zhuǎn)換可以通過硬件譯碼器或軟件進行譯碼。LED顯示電路圖如圖212所示。 通過簡單變壓器輸出的電壓首先經(jīng)過CC2的濾波后，再經(jīng)過集成穩(wěn)壓塊7805的電壓變換后又濾波一下，形成穩(wěn)定的5V電源，可以共單片機使用，經(jīng)過7805之前的部分可以接到AD590的正端就可以使AD590正常的工作，從而實現(xiàn)了本設計的用電需求。 主程序模塊設計主程序是控制和管理的核心，主要完成在系統(tǒng)上電后進行定時和中斷圖31 主程序流程圖處理操作的初始化。主程序設計框圖如上圖31。初始化對單片機的工作非常重要，因為單片機經(jīng)過復位以后一些狀態(tài)字，寄存器的初值可能是隨機分配的值也可能是全置0或置1，程序在運行過程中，程序狀態(tài)字起著重要的作用，為了不影響程序的正常運行初始化是十分必要的。 溫濕度檢測模塊程序設計167。t式中I為AD590輸出電流信號，單位為1uA電流。Kt為轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為1uA/K。R溫度檢測模塊程序如圖32，首先讀取測量電路的溫度電壓VT，并將這一電壓信號作為溫度轉(zhuǎn)換參數(shù)進行電壓→溫度轉(zhuǎn)換，具體轉(zhuǎn)換方法為：把經(jīng)過A/D的所得的數(shù)字電壓值VT作如下計算T = KT（VTV0）式中T為需要測量的環(huán)境實際溫度值，參數(shù) V0為環(huán)境溫度為0℃時A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓值，參數(shù)KT為環(huán)境溫度與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓的轉(zhuǎn)換系數(shù)：KT = 1/( Kt它們均作為常量存儲在單片機的片內(nèi)數(shù)據(jù)EEPROM中。當環(huán)境溫度從T1變化到T2時，重復以上過程，單片機同時記錄下相應的A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量V2。儀表的應用軟件根據(jù)KT=（T1T2）/（V1V2）和V0=VT1T1/KT計算出KT和V0 的值，并存儲在單片機的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器中，既完成該儀表的溫度測量精度的校正。 本設計中所用的單片機自帶AD轉(zhuǎn)換器，無需再另加轉(zhuǎn)換器。由于本單片機可以提供8位和10位兩種AD轉(zhuǎn)化，但是在本設計中為求檢測結(jié)果的精確性本設計選用了10位AD轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)化精度要比8位高出數(shù)倍，同時又采用穩(wěn)定的5V電源為單片機供電，進一步確保了檢測的準確性。取ADC_DATA 的8 位為ADC 轉(zhuǎn)換的高8 位,取ADC_LOW2 的低2 位為ADC 轉(zhuǎn)換的低2 位,則為10 位精度。結(jié)果 ADC_DATA[7:0] = 256 x Vin / Vcc。 共8 路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。需作為A/D 使用的口需先將其設置為高阻輸入或開漏模式。由于單片機對數(shù)據(jù)的采集只能是電壓或者頻率，AD590對溫度的檢測是電路的大小來反映的，要將這個電流值讀到單片機里面來就必須先把這個電流轉(zhuǎn)變成電壓，本設計中是通過一個電阻將這個值變成電壓的，而單片機的AD采樣范圍必須是它的工作電壓范圍內(nèi)，即0~5 V，所以通過計算就可以確定電阻的值，這個過程是經(jīng)過反復的實驗確定的，如果阻值過小就使得采樣值不精確，如果阻值過大則完全不能進行采樣過程后面的數(shù)據(jù)處理就更沒法進行。當AD轉(zhuǎn)換器將采樣的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字值后，單片機將這個數(shù)字值進行簡單的處理就可以得到要檢測的溫度值，本設計將溫度對電壓的變化大體堪為近似的線性關(guān)系，把采集到的數(shù)字量是將5V的電壓分成1024個等分，則每變化一個溫度就可以對應一個數(shù)字電壓量的變化，就可以通過這個數(shù)字量直接對應出環(huán)境溫度，當然這里的溫度值是熱力學溫度值，還要進一步的轉(zhuǎn)化常用的攝氏度溫度來顯示。由于單片機中數(shù)據(jù)的處理全部是用二進制數(shù)表示的，這種表示方法不適合我們平時的讀數(shù)習慣，還得先將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閷氖M制數(shù)來顯示，到此時一次溫度檢測才算完成，程序可以返回進行重復檢測來實現(xiàn)實時反應環(huán)境溫度的功能。167。濕度傳感器THS11的電容值隨溫度的變化導致振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，所以可以通過測量振蕩器輸出頻率，獲得相對濕度值。當環(huán)境中的相對濕度不同時，相同溫度條件下的振蕩頻率差異比較大，且這種差異是非線性的。從圖33可以看出，對于不同的環(huán)境濕度，振蕩頻率的溫度補償系數(shù)也是不同的。(fRH/fRH0)式中Δf RH0的值為297/65（Hz/℃）；fRH0是溫度為0℃時相對濕度為0%RH的振蕩頻率，其值為7588（Hz）；fRHX是溫度為0℃時相對濕度為X%RH的振蕩頻率。從圖3可以看出，相對濕度在20%RH—80%RH范圍內(nèi)線性度較好，兩端的線性較差。當相對濕度值升高時，振蕩器輸出頻率會隨之降低，而且它們之間的這種變化是非線性的。但是由上面的關(guān)系，可以采用軟件的方法進行溫度補償和線性化處理，來實現(xiàn)高精度地測量相對濕度。由于振蕩頻率隨環(huán)境相對濕度變化是非線性的，這給濕度轉(zhuǎn)換帶來了困難，因此需