【正文】 T89S52）為核心，配合溫度傳感器（ DS18B20）和濕度傳感器 (HIH3610)，以及相關(guān)的外圍電路組成的檢測系統(tǒng)，可以接收所測環(huán)境的溫度和濕度信號，檢測人員可以通過數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控環(huán)境的溫度和濕度情況。 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)。 關(guān)鍵詞 ： AT89S52 單片機，溫度傳感器，濕度傳感器， LED 顯示 II Design of Temperature and Humidity Detection Hardware System Based on Microproccessor ABSTRACT As people39。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、科學研究、國防建設(shè)等方面的影響。常用溫濕度傳感器的非線性輸出及一致性較差，使溫濕度的測 量方法和手段相對較復雜，且給電路的調(diào)試帶來很大的困難。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。另外和控制電路相連，可以進行加濕電路和除濕電路的控制，使溫度和濕度參 數(shù)在預先設(shè)定的范圍內(nèi)，不需要人的直接參與。 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。從 20 世紀 80 年代起，日本就將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)之首，美國等西方國家也將此 技術(shù)列為國家科技和國防技術(shù)發(fā)展的重點內(nèi)容。 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。水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的計量標準。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。如銅電阻、鎳電阻、鉑電阻等，它們的特點是穩(wěn)定性好、耐高溫，如鉑電 阻有的可達六、七百度。熱敏電阻的另一分支是金屬氧化物半導體型熱敏電阻，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。更高溫度測量需使用熱電耦。不過它的缺點是線性不好，冷端需要溫度補償 [3]。這類器件 的優(yōu)點是在 50℃ ~+150℃ 范圍內(nèi)有良好的特性，體積小、響應(yīng)時間快、價格低。石英晶體溫度檢測器的測量精度較高，一般可檢測到 ℃ ，可作標準檢測之用。檢測精度在 177。激光測溫特別適于遠程測量和特殊環(huán)境下的溫度測量。微波波溫度檢測器是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線性關(guān)系的原理制成的。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。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳感器在精度、分辨率、可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點，由于采用數(shù)字反饋方式，比較器的失調(diào)電壓和零點漂移不會影響溫度的轉(zhuǎn)換精度，而且，輸出的溫度數(shù)據(jù)和相關(guān)的溫度控制量可以適配各種微控制器。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。比如實際應(yīng)用時需加修正值，測溫范圍不寬，一般為 50～ +l50℃ 。國外在濕度傳感器研制方面起步較早，目前日本、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。國內(nèi)濕度傳感器研制與生產(chǎn)方面，開始于二十世紀八十年代，且研究單位多于生產(chǎn)廠家，多數(shù)從事電解質(zhì)、陶瓷類以及高分子類傳 感器的研制與開發(fā)。根據(jù)工業(yè)自動化控制的需要，國內(nèi)外正在開展新一代濕度傳感器的研制與開發(fā)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和光通 信技術(shù)的發(fā)展，信息的傳輸、處理技術(shù)有了突破性的進展，發(fā)展相對滯后的傳感器技術(shù)業(yè)已得到全世界的普遍重視。傳感器技術(shù)未來將向以下幾個方面發(fā)展： （ 1） 高精確度。 （ 2） 小型化。 （ 3） 多功能集成化。有兩種類型。另一種是在一 個芯片上集成多種功能敏感元件或同一功能的多個敏感元件。 （ 4） 數(shù)字化。 （ 5） 智能化。它兼有檢測、信息處理、推理、聯(lián)想和控制等各種功能，重點是具有邏輯功能，是傳統(tǒng)傳感器無法比擬的。 本課程設(shè)計的主要內(nèi) 容 本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作 :一是確定系統(tǒng)的總體功能設(shè)計方案 ， 二是進行智能傳感器的硬件電路 的設(shè)計 ， 三是單片機及通信接口的硬件電路設(shè)計。滿足了對作物生長狀態(tài)實行全面、實時、長期監(jiān)測的要求。 （ 2） 增加了輔 助存儲功能，在監(jiān)控計算機不工作的時候，采用多媒體存儲卡存儲采集據(jù)。 （ 4） 對模擬設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，為防止失真，采用了數(shù)據(jù)插值算法。 本論文結(jié)構(gòu) 本論文共有 五 章，分別對無線測溫系統(tǒng)硬件設(shè)計部分和監(jiān)控軟件部分進行詳細的介紹。 第二章是 系統(tǒng)總體設(shè)計方案的確定 ， 溫濕度傳感器，單片機， 顯示 模塊的選擇。 第四章 是系統(tǒng)的硬件設(shè)計和連接，包括顯示模塊的連接、溫度和濕度采集模塊和單片機的連接、報警電路的設(shè)計等。 基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 5 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 該系統(tǒng)以單片機為控制核心，采用溫濕度測量，通信技術(shù)，誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)，以溫濕度傳感器作 為測量元件，構(gòu)成智能溫濕度測量系統(tǒng)。選用的主要器件有 :溫度傳感器 DS18B20，濕度傳感器 HIH3610，單片機 AT89S52， 6 數(shù)碼管顯示模塊，MAX232，集成定時器 555 芯片等。 濕度根據(jù)測量空間或設(shè)備的實際需要，由多路溫度、濕度傳感器對關(guān)鍵溫、濕度敏感點進行測量，由單片機對各路數(shù)據(jù)進行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、存儲，實現(xiàn)溫濕度的智能、多空間點的測量。 （ 3） 現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力。 （ 4） 通信系統(tǒng)具有較高的可靠性、較好的實時性和較強 的抗干 擾能力。 （ 5） 長時間測量數(shù)據(jù)記錄功能 ： 可以根據(jù)需要設(shè)置數(shù)據(jù)記錄時。 要求達到的技術(shù)指標 ： 測溫范圍 ： 20℃ ~100℃ 測溫精度 ： ℃ 測濕范圍 ： 0100%RH 測濕精度 ： %RH 系統(tǒng)設(shè)計原則 要求單片機系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護方便、性價比高等特點。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮 ： 使用可靠性高的元器件 ； 設(shè)計電路板時布線和接地要合理 ； 對供電電源采用抗干擾措施 ；輸 入輸出通道抗干擾措施 ； 進行軟硬件濾波 ； 系統(tǒng)自診斷功能等。因此在設(shè)計時，要盡可能減少人機交互接口，多采用操作內(nèi)置或簡化的方法。 系統(tǒng)總方案的選定 主控制器方案的選型 單片機的選擇 單片機是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機的性能關(guān)系到整個系統(tǒng)的好壞。單片機種類很多，在眾多 51 系列單片機中，較為常用的是 ATMEL 公司的 AT89C51 和 AT89S52 單片機，AT89C51 片內(nèi) 4K， ROM 是 Flash 工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，片內(nèi)有 128 字節(jié)的 RAM。顯然這種單片機優(yōu)點更多，開發(fā)時間也大為縮短。 溫度傳感器選用 隨著溫度傳感器智能化、集成化技術(shù)的進步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速發(fā)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應(yīng)該把握以下幾點：外圍電路應(yīng)該盡量簡單；測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負載能力如何，能否滿足多點測溫的需要；占用 MCU 的 I/O 引腳數(shù)情況如何，因為 MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點溫度測量時，如果測量的點數(shù)超過了輸入通道時，就要添加多路復用器，這將增加成本和開發(fā)時間，應(yīng)盡量節(jié)約；與 MCU 的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡單，溫度測量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。 常用的數(shù)字溫度傳感器主要有： （ 1） AD7418 是 美國模擬器件公司（ ADI）推出的單片溫度測量與控制用集成電其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。2 ℃ ，轉(zhuǎn)換時間為 15~30ms。 AD7418 可以級聯(lián)至多 8基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 片在同一個 I2C 總線上。具有抗干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。 LM74 具有休眠模式，在休眠時消耗的電流不超過 10μA,適用于對功率消耗有嚴格限制的系統(tǒng)。 （ 3） MAX6575L/H 是美國 MAXIM 公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感 器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡單，調(diào)試容易，使用方便。3 ℃ 在 85℃ 時優(yōu)于 177。5 ℃ 。它最多允許在一根 MCU 的 I/O 總線上同時掛接 8 個MAX6575L/H 進行多點溫度測量。但是， MAX6575L 的遠距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在 5m以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個弊端。 DS18B20 的測溫范圍 55~+125℃ ，最高分辨率可達 ℃ ，由于每一個 DS18B20 出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其 ROM中，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。 由于 DS18B20 獨特的單總線接口方 式在多點測溫時有明顯的優(yōu)勢，占 MCU 的 I/O引腳資源少， MCU 的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠，所以，選用 DS18B20作 為溫度測量的傳感器。濕敏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。 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（ HIH360 HIH360 HIH3610 型）， Humirel 公司 HM1500、 HM15 HF322HTF3223 型）， Sensiron 公司（ SHT1 SHT15 型）。其主要特點是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應(yīng)速度快，重復性好，抗污染能力強。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，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。 （ 3） 頻率 /溫度輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為 HTF3223 型。當環(huán)境溫度變化時，其電阻值也相應(yīng)改變并且從 NTC 端引出，配上二 次儀表即可測量出溫度值。工作范圍：溫度 40~+85℃ ，相對濕度 0~100%RH，精度達到 177。 （ 2） HF3223 濕度傳感器是法國 Humirel 公司生產(chǎn)的專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)相對濕度傳感器，具有線性的頻率輸出，濕度測量范圍 10~95%RH，精度 177。%RH，溫度工作范圍 30~+80℃ ，溫度特性好，高可靠性與長時間穩(wěn)定性，在長時間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕，反應(yīng)時間 10s，對化學品有較高的抵抗性，浸水沒有影響。帶防護棒式封裝， 5VDC 恒壓供電， 1~4VDC 放大線性電壓輸出，便于用戶使用。3%RH（ 10~95%RH 范圍），防灰塵，可有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)，非常低的溫度依賴性，長期穩(wěn)定性好，反映時間 5s，廣泛應(yīng)用于機房監(jiān)控，智能樓宇，倉庫監(jiān)控等控制場合，價格實惠，是一款性價比極高的濕度傳感器。其主要特點是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應(yīng)速度快，重復性好，抗污染能力強。 顯示 模塊 的選用 顯示有串行和并行兩種方式。 顯示單元是人機交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器（ LCD）和數(shù)碼管顯示器（ LED）。 可見液晶顯示器在使用中有眾多的限制條件，但它同時也有一定的優(yōu)勢，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是 PA 級的。本系統(tǒng)由于要適合在不同環(huán)境條件下使用，所以選用數(shù)碼管顯示器。濕度傳感器是采用了 HIH3610 相對濕度傳感器它 是一種熱固聚脂電容式傳感器。 系統(tǒng)組成框圖 以單片機為控制核心，采用溫濕度測量，通信技術(shù)，誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測量元件，構(gòu)成智能溫濕度測量系統(tǒng)。選用的主要器件有 :溫度傳感器 DS18B20，濕度傳感器 HIH3610，單片機 AT89S52， 6 數(shù)碼管顯示模塊， MAX232，集成定時器 555 芯片等。 基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 3 系統(tǒng)的工作原理 傳感器的基本特性 在監(jiān)控系統(tǒng)中有各 種不同的物理量需要監(jiān)測和控制，這就要求傳感器能感受被測非電量并將其轉(zhuǎn)換成與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的電量。傳感器這一基本特性可用靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述 [7]。傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標有 :線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。而實際中大量的被測量是隨時間變化的動態(tài)信號，傳感器的輸出不僅需要精確地顯示被測量的大小，還要顯示被測量隨時間變化的規(guī)律，即被測量的波形。動態(tài)特性是指傳感器測量動態(tài)信號時，輸出對輸入的響應(yīng)特性。 溫度傳感器 美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號供微機處理，通過簡單的編程實現(xiàn) 9 位的溫度讀數(shù)。由于每一個 DS18B20 出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 （ 2） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多 個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 （ 4） 溫范圍 55℃ ~+125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書 ） 12 D