基于proteus的温湿度测量系统设计学士学位论文.docx

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基于proteus的温湿度测量系统设计学士学位论文

毕业设计

基于PROTEUS的温湿度测量系统设计

摘要

温度和湿度是两个最基本的环境参数，与人们的生活息息相关。

在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对环境温度和湿度进行测量和控制。

准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。

因此研究温湿度的测量和控制方法具有重要的意义。

本设计实现的是单片机温湿度测量和控制系统，通过LCD显示所测量的温湿度。

系统采用集温湿度传感器与A/D转换器于一体的SHT11芯片，通过单片机进行处理显示，其它模块包括了实时时钟/日期产生电路和超限报警处理电路，对测量的值进行实时显示和报警处理。

文章介绍了基于ATMEL公司的AT89C51系列单片机的温湿度实时测量与控制系统和显示系统的设计，包括介绍了硬件结构原理，并分析了相应的软件的设计及其要点，包括软件设计流程及其程序的实现。

系统结构简单、实用，提高了测量精度和效率。

关键词：

AT89C51、SHT11、LCD、DS1302、温湿度控制

ABSTRACT

Temperatureandhumidityaretwobasicenvironmentalparameterswhicharecloselyrelatedtopeople’slives.Intheindustrialandagricultureproduction,meteorology,environmentalprotection,nationaldefense,scientificresearchandotherdepartments,weoftenneedtomeasureandcontrolthetemperatureandhumidityoftheenvironment.Accuratemeasurementoftemperatureandhumidityinthepharmaceutical,foodprocessing,papermakingandothersectorsisessential.Sothemethodoftemperatureandhumiditycontrolandmeasurementisofgreatsignificance.

ThedesignimplementationofmeasurementandcontroltemperatureandhumidityisMCUsystem,throughwhichthetemperatureandhumiditymeasurementLCD.SystemadoptssettemperatureandhumiditysensorandA/DconverterforSHT11chipmicrocontrollerprocessing,throughthatothermodulesincludingreal-timedisplayandalarm.ThepaperintroducestheATMELcompanybasedonAT89C51single-chipseriesoftemperatureandhumiditymeasurementandcontrolsystemandreal-timedisplaysystemdesign,includingthehardwarestructureandprinciple,andthecorrespondingsoftwaredesign,includingthedesignofthesoftwareanditskeyprocessandprocedure.Systemstructureissimple,practical,andimprovethemeasuringprecisionandefficiency.

Keywords:

AT89c51,SHT11、LCD、DS1302、temperatureandhumiditycontrol

第1章绪论

1.1研究的目的及意义

温度和湿度与人们的生活息息相关。

在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对环境温度与湿度进行测量及控制。

准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业都是至关重要的。

传统的温度计是用水银柱来显示的，它的精确度不高，不易读数。

而采用单片机对温湿度进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温湿度控制的技术指标。

用LCD来显示温湿度的数字看起来更加直观。

采用SHT11数字温湿度传感器作为检测元件，能够同时测试温度和湿度。

SHT11传感器可以直接读出被测的温湿度值。

同时单片机可以把测量出的数据通过串口传到计算机上，来完成工业中的自动控制，给工业生产带来了极大的便利。

用单片机控制的温湿度计不仅硬件电路简单，而且测量精度比较高。

用液晶显示测量值看起来比较美观。

无论在日常生活中还是在工业、农业方面都离不开对周围环境进行温湿度的测量。

因此，研究温湿度的测量具有非常重要的意义。

1.2国内外研究情况

测量温湿度的关键是温湿度传感器。

过去测量温度与湿度是分开的。

随着技术的进步和人们生活的需要出现了温湿度共测的传感器。

温度传感器的发展经历了3个阶段：

传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。

目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向发展。

温度传感器也是经历了这样一个阶段逐渐走向数字智能化。

现今国内外用的最多的温湿度传感器是SHTXX系列。

SHT11温湿度传感器应用于专利的工业COMS过程微加工技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝链接，从而具有超快响应，抗干扰能力强，性价比极高等优点。

采用SHT11数字温湿度传感器与单片机AT89C51相连比较容易，而且电路比较简单，软件设计也比较简单。

所以，本设计以SHT11数字温湿度传感器为例，介绍基于SHT11数字温湿度传感器的设计，该设计适用于人们的日常生活及工农业生产中用于温湿度的测量。

1.3系统内容的设计

1.3.1系统的主要性能指标

根据生活和一般工业环境，设计本产品的主要技术指标为：

·测温范围：

20—＋80℃；湿度测量范围为30—90%Rh

·温度测量精度：

±0.5ºC

·湿度测量误差：

≤4%Rh

·可设置上、下限报警值，当湿度温度超限时，发出报警信号

·电源工作范围：

DC4.5～5.5V

1.3.2主要工作任务

根据本毕业设计实际的任务要求，选择合适的温湿度传感器，完成温湿度的测量，并设计显示电路模块、时钟电路模块、超限处理模块、复位电路模块的程序。

系统开始工作后，根据初始条件读取湿度值和温度值，测量数据经处理后，将其与设定的温湿度值比较，如果发现当前的温湿度超限，则发出报警信号，未超限时，系统显示正常的湿温度度值。

1.4方案论证

方案一：

采用单总线的DS18B20的温度传感器和HS110X相对湿度传感器组成测量和控制系统。

方案二：

采用集温湿度传感器和A/D转换器于一体的SHT11芯片构成温湿度的测量和控制系统。

由于传统的模拟式温湿度传感器一般不仅要设计信号调理电路，还要进行复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证，并且使用分立的温度传感器和湿度传感器测量电路比较麻烦。

而SHT11是具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，集温湿度传感器和A/D转换器于一体，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点，使用起来比较方便，且电路简单。

该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术融合，为开发高集成度、高精度、高可靠性的温湿度测控系统提供了解决方案。

因此本设计采用方案二。

本设计核心部件为AT89C51，信号采集及处理部分由SHT11构成，进入单片机经处理后通过LCD1604显示温湿度，信号显示采用的液晶屏为5×7点阵，一行可显示16字，四行。

其他组成部分为实时时钟发生电路，产生与现在相同的时间和具体日期，通过LCD1604液晶模块显示。

在软件设计部分有对测量的温湿度进行上下值的设定，当测量超过限定值时，通过超限报警处理电路对其进行处理，分别显示不同的二极管灯亮，蜂鸣器产生长鸣。

硬件中包括一个开关，为复位开关。

开机后，所有器件初始化，DS1302产生实时时间和日期，温湿度传感器SHT11开始进行温湿度测量和计算，最后通过两个LCD液晶显示器显示结果。

在测量结果中有超过设定的温湿度上下限的，通过超限模块做出反应。

电路主要包括了AT89C51控制模块、SHT11温湿度测量模块、DS1302时间模块、LCD显示模块、超限处理模块。

其他是一些附件，比如复位、晶振电路。

图1.1整体电路框图

第2章工具简介

系统单片机代码采用C语言编写，并用Keil软件检查程序有无错误，在Proteus仿真软件上进行仿真。

2.1C语言

2.1.1C语言的优点

C语言的运算符丰富，它包括的范围相当广泛，使得C语言的运算类型极其丰富，并且表达方式的类型多样化，能够实现在高级语言中不能实现的运算，它有32个关键字，9种控制语句。

和汇编语言一样，它能够对位，字节和地址进行操作；数据类型很丰富，能实现各种复杂的数据类型，同时还加入了指针的概念，使得效率更高，同时支持图形编辑，以及多种显示器等；它所应用的结构式语言，这种方式会让程序有层次，一目了然，同时语法显示不严格，设计自由度高；C语言提供给用户的方式是一函数的形式，它们可以方便调用，使得程序完全结构化；地址的访问上，能够访问物理地址，对硬件进行直接操作；适用范围广，能够适用于多种操作，例如：

DOS、UNIX等，同时适用于多种机型。

2.1.2C语言的缺点

它的缺点主要是数据封装的安全性不高，因此这一点也成为了C语言和C++的最大的区别，另一方面由于语法以及变量的类型没有严格限制，也造成了较低的安全性，再者从应用角度来说，它比较其他的高级语言来说较为难以掌握。

2.2Proteus简介

Proteus软件是来自英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件，Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等。

Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。

此系统受益于15年来的持续开发,被《电子世界》在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品—“TheRoutetoPCBCAD”。

Proteus产品系列也包含了革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。

用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、

RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。

其功能模块:

一个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真；ARESPCB设计。

PROSPICE仿真