基于单片机的温湿度采集系统Word文档格式.docx
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Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,computertechnologyhasenteredintoourwork,scientificresearchandlife,foroursocietytomakeenormouscontribution,alltowardsthedigitalcontrol,intelligentcontroldirection.Thedesignisbasedonthesinglechipmicrocomputer（AT89S52）asthecore,withthetemperaturesensorandthehumiditysensor（AD590）（HIH-3610）,andrelatedperipheralcircuitsofthedetectionsystem,canreceivethemeasurementofenvironmentaltemperatureandhumiditysignals,thetestingpersonnelcanthroughthedigitaltubedisplaydata,real-timemonitoringoftheenvironmentaltemperatureandhumidityconditions.Allmeasurementoperationscanbecontrolledthroughahostsoftware,temperatureandhumiditysensormeasuringsignal,thecircuitisconvertedtoelectricalsignals,thenthroughcertainamplificationbyTLC549A/Dconversionchiptothesingle-chipmicrocomputerfordataprocessing,theprocessingfortheanalysissoftwareofevacuationofdisplaydevice.
Thesystemincludesthesystemhardwareandsoftwaredesign,highreliability,simplestructure,realizestheautomaticregulationoftemperatureandhumidity.SystemisusedRS232andPCconnected,cansetupautomaticrecordingoftemperature,humidityoftherelevantparameters,butalsocanbesetatacertaintimeautomaticrecording,availableinmeteorologicalobservation.
Keyword:
AT89S52SCM,temperaturesensors,humiditysensors,A/Dconversion,LEDdisplay
前言1
第一章仿真软件简介2
1.1PROTEUS2
1.1.1PROTEUS的功能特点8
第二章系统总体设计方案10
2.1温湿度测控的方法及元器件的选定10
2.1.1器件的选定10
2.2设计的总体方案及其意义11
2.2.1总体设计11
第三章系统硬件设计方案12
3.1主控制电路和测温时控制电路12
3.1.1主控制电路12
3.1.2测温时控制电路13
3.1.3系统相空间轨迹分析13
3.2主要模块的电路15
3.2.1蜂鸣器电路
3.2.2晶振电路15
3.2.3显示电路16
3.2.4传感器电路17
3.2.5复位电路17
第四章系统软件设计方案结论23
4.1系统流程图
4.1.1按键检测的流程图
4.2编程思想
4.3源程序
结论
参考文献
英文翻译
前言
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及湿度进行测量，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的，传统的温度计是用水银显示的，虽然结构简单，价格便宜，但是精度不高，而且不易计数，但是采用单片机进行控制，不仅具有控制方便，简单灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标，用LCD显示起来会更加的直观方便。
采用DHT11数字温湿度传感器作为检测元件，能够同时检测温度和湿度，它不仅仅易于焊接，而且只有四个管角，减少了外围电路的设计。
DHT11传感器包括一个电容式聚合体测湿原件和一个能隙式测温元件。
DHT11能够直接独处被测温湿度值，同时单片机可以把测量的数据通过串口传到计算机，来完成控制。
带来了极大的方便，用单片机控制的温湿度不仅硬件电路相对简单，而且测量精度高。
单片机作为主控制器，主要负责处理由温湿度传感器送来数据，并把处理好的数据送向显示器模块，数据温湿度传感器主要用来采集周围的环境参数，并把所采集到得数据送向单片机，按键电路主要是用来完成单片机的复位操作和温湿度初始值的设定。
蜂鸣器电路就是用三极管来实现的，用来判断周围的温度或者湿度是否超出设定数值，显示电路主要用来显示当前的温湿度。
总之无论是在日常生活中还是在工业，农业方面都离不开温湿度的测量，因此研究温湿度的测量具有相当重要的意义。
第一章仿真软件简介
1.1Proteus简介
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
1.1.1功能特点
Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：
multisim）的功能。
这些功能是：
1．原理布图
2．PCB自动或人工布线
3．SPICE电路仿真
革命性的特点
1．互动的电路仿真
用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
2．仿真处理器及其外围电路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型
上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。
1.1.2内容丰富
1．Proteus可提供的仿真元器件资源：
仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
2．Proteus可提供的仿真仪表资源：
示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。
理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
3．除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。
这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
4．Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。
这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
第二章系统总体设计方案
2.1温湿度测控的方法及元器件的选定
本设计要实现的功能是：
实时显示当前环境的温湿度，并且允许用户设定温湿度阈值，当环境温湿度超过阈值时，系统会以蜂鸣器鸣响的方式进行报警提示。
依据功能设定，本系统主要分为以下三个模块：
温湿度采集模块
数据处理模块
用户交互模块
其中温湿度采集模块使用的是DHT11数字温湿度传感器，它使用单总线方式，接口简单，而且无需另外校准。
分辨率为8bit，完全能够满足日常环境温湿度的检测要求。
数据处理模块使用的是AT89S51单片机，其完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。
用户交互模块主要由按键、1602点阵液晶和蜂鸣器构成。
其中按键用于用户设定温湿度阈值，1602用于数据显示，蜂鸣器用于提示用户。
按照系统的设计功能所要求的，温湿度监控系统原理图如下图2.1所示：
图2.1温湿度监控系统框图
2.1.1器件选定
将单片机用作测控系统时，总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。
对于测量系统而言，其核心任务是怎么样获得准确的被测信号；
而对测控系统来说，不可缺少的环节是对条件的监测和对被控对象状态的测试，传感器是实现测量与控制的第一环节，是测控系统的关键部分，一切准确的测量和控制都将在传感器对于原始信号的准确可靠的转换和捕捉，工业生产过程的自动化测量和控制，基本主要依赖各种传感器来控制和检测生产过程中的各种量，使系统和设备在最佳状态正常运行，从而保证生产的高质量和高效率。
（1）温湿度传感器
①SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。
该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。
共主要特点如下：
1高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；
2提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高；
3测量精度可编程调节，内置A／D转换器（分辨率为8～12位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择）；
4测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能；
5封装尺寸超小（7.62mm×
5.08mm×
2.5mm），测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；
高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。
②SHT11的引脚功能
SHT11温湿度传感器采用SMD（LCC）表面贴片封装形式，接口非常简单，引脚
名称及排列顺序如图1所示。
图1SHT11引脚图图2SHT11实物图
各引脚的功能如下：
◇脚1和4--信号地和电源，其工作电压范围是2.4～5.5V；
◇脚2和脚3--二线串行数字接口，其中DA-TA为数据线，SCK为时钟线；
◇脚5～8--未连接。
③SHT11的内部结构和工作原理
温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上，其内部结构如图2所示。
该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件。
这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大；
然后进入一个14位的A／D转换器；
最后经过二线串行数字接口输出数字信号。
SHT11在出厂前，都会在恒湿或恒温环境巾进行校准，校准系数存储在校准寄存器中；
在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。
此外，SHT11内部还集成了一个加热元件，加热元件接通后可以将SHT11的温度升高5℃左右，同时功耗也会有所增加。
此功能主要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证两个传感器元件的性能。
在高湿（>
95％RH）环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。
加热后SHT11温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。
微处理器是通过二线串行数字接口与SHT11进行通信的。
通信协议与通用的I2C总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器I／O口模拟该通信时序。
微处理器对SHT11的控制是通过5个5位命令代码来实现的。
（2）单片机
①描述
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS的8位单片机，片内含4K的可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚，它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制的领域【8】。
引脚图如下图2.8所示：
图2.8AT89S52引脚图
越性
AT89S52提供以下的功能标准：
8K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，2个16位定时/计数器，32个I/O口，1个串行通信口，1个5向量两级中断结构，另外，AT89S52还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式，闲散方式停止中央处理器的工作，可允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位,在AT89S52上新增加的功能使AT89S51性能有了较大提升，它的价格甚至更低，它的工作频率可达33MHz，比AT89S52的工作频率更高，ISP在线编程功能的优越性在于它不必要将芯片从工作状态下分离，特别是在改写存储器内的程序，这是一个相当方便简单的功能，它不需要像AT89S52那样外接看门狗计时器单元电路，由于它内部具有双工UART串行通道内部集成看门狗计时器，它具有全新的加密算法，大大加强的程序的保密性，有效的保护知识产权不被侵犯,它向下完全兼容51全部字系列产品[8]。
（3）LCD1602
①字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块
②LCD1602主要技术参数：
，如图表2.4所示
表2.41602的主要技术参数
工作电压:
4.5—5.5V
容量
16×
2个字符
最佳工作电压
5.0V
工作电流
2.0mA
字符尺寸
2.95×
4.35（W×
H）mm
③引脚功能说明如下图表2.5所示：
表2.5引脚接口说明表
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表编号
符号
引脚说明
1
VDD
正极
2
VSS
地
3
VL
液晶显示偏压
4
RS
数据/命令选择
5
R/W
读/写选择
6
E
使能信号
7～13
D0～D6
数据
14
D7
15
BLA
背光源正极
16
BLK
背光源负极
1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通指令编程来实现的。
`
⑤管脚图，如图2.9所示：
图2.9LCD1602的管脚图
其中实物图如图2.10所示
图2.101602字符型液晶显示器实物图
LCD1602主要有两种，主要区别在于是否背光，它的控制器主要为HD44780，带背光的比不带背光的厚，在应用中是否带背光并不影响使用，两者尺寸差别如下图
2.11所示：
图2.111602LCD尺寸图
1602LCD的RAM地址映射及标准字库表
液晶显示模块是一个比较慢的显示器件，因此在执行指令之前要首先确认模块的忙标志处于低电平，表示空闲，不然此指令失效，输入显示字符地址后会显示字符，图2.12是1602的内部显示地址。
图2.121602LCD内部显示地址
第三章系统硬件设计方案
单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能,硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起,这种设计方法可以降低系统设计的复杂性，本系统主要硬件设计包括电源电路、蜂鸣器电路、晶振电路，LCD显示电路以及温湿度传感器电路[11]。
3.1主控制电路和测温时控制电路
本次硬件的核心就是AT89S52，其他的外围电路都是围绕它所设计的。
数字温湿度传感器的DHT11的DATA口连接单片机AT89S52的P3.0口。
显示电路就是把LCD1602和单片机的P0口分别相连，当温度或湿度高于预设值的时候蜂鸣器蜂鸣报警，增加单片机的输出能力，增加单片机的输出电流，故使用电阻排来完成。
本系统采用的是上电复位，充电之后，RST被拉至高电平，单片机进入工作状态。
AT89S52中有一个用于构成内部正当其的放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器构成自激振荡器，他们与电容C1，C2接在放大器的反馈电路中构成并联震荡电路，虽然电容没有一个严格的要求，但是电容的大小会轻微影响振荡频率的高低、温度稳定性以及振荡器工作的稳定性。
具体的原理图如图3.1：
图3.1系统电路原理图
3.2主要模块的电路
3.2.1蜂鸣器电路
微型计算机控制系统中，为了安全起见，对于一些重要的参数或系统，都设定有紧急状态报警系统，以便于提醒操作人员注意，或者采取紧急措施，本设计采用把计算机采集的数据进行数据处理、标度变换、数字滤波之后，与该参数上下限与给定值进行比较，如果高于上限值则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示。
本设计采用峰鸣音报警电路。
如图3.2所示。
蜂鸣器额定电流≤30Ma,而对于AT89S52单片机，P3口的灌电流为15mA,由此可见，仅靠单片机的P3口电流是不能驱动蜂鸣器的，必须使用晶体管放大电路，为了使单片机的功率更小，所以使用PNP型晶体管,当外部环境的温度或者湿度超过预设值的时候，基级变为低电平，蜂鸣器导通鸣叫。
图3.2.1蜂鸣器电路
3.2.2晶振电路
单片机系统都有晶振，在单片机系统中晶振的作用非常大，全称叫做晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生所需时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机的运行速度就会越快，单片机的一切指令执行都是建立在单片机晶振所提供的时钟频率。
在通常的工作条件下，普通的晶振频率的绝对精度可以达到百万分之五十，高级晶振精度更高，有些晶振还可以由外加的电压在一定范围内调整频率，称为压榨振荡器，在共振的状态下晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
单片机晶振的作用是为系统提供及本周的时钟信号，通常一个系统共用一个晶振，以便于各部分保持同步，有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而是通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率，可以用于同一个晶振项链的不同锁相环来提供的。
单片机AT89S51的晶振电路采用无源晶振，微调电容取22uf。
图3.3即为蜂鸣器电路。
图3.3晶振电路
3.2.3显示电路
在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生，它已作为很多电子产品的通过器件，比方在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。
显示模块选用1602字符型液晶模块，它是目前工控系统中使用最广泛的液晶屏之一，由于它显示的质量高，电路图如图3.4所示，1602字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便，经过编程后显示内容多样化。
图3.4显示电路
3.2.4传感器电路
DHT11是数字型温湿度传感器，可直接以数字方式传输所采集的当前环境温湿度，DHT11采用的是单总线通信，因此只需将单片机的一个I／O端口与DHT11的通信接口连接就可以实现数据的采集和传送，相对于其他电路来说比较简单。
如图3.4所示：
图3.5传感器电路
3.2.5复位电路
本次设计采用的是上电复位，而51单片机采用的都是高电平复位，当RST引脚上出现了两个周期以上的高电平就会触发内部复位，这里的EA端与复位电路无关，由于数据都放在了内部存储器，所以连接EA只是直接拉高引脚，如图3.6所示：
如图3.6复位电路
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