基于单片机的温湿度检测毕业论文之欧阳家百创编Word格式.docx
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温度：
怀抱物体冷热的物理量，是国际单位制中7个基本物理量之一。
在生产和科学研究中，许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行的，人们的生活也和他密切相关。
湿度：
湿度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行暗示较为困难。
对湿度的暗示办法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值（重量或体积）等等。
日常生活中最经常使用的暗示湿度的物理量是空气的相对湿度。
用%RH暗示。
在物理量的导出上相对湿度与温度有着密切的关系。
一定体积的密闭气体，其温度越高相对湿度越低，温度越低，其相对湿度越高。
其中涉及到庞杂的热力工程学知识。
1.2温度与湿度与人们日常生活的关系
冬季温度为18至25℃，湿度为30%至80%；
夏天温度为23至28℃，湿度为30%至60%。
在此规模内感到舒适的人占95%以上。
在装有空调的室内，室温为19至24℃，湿度为40%至50%时，人会感到最舒适。
如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响，最适宜的室温度应是工作效率高。
18℃，湿度应是40%至60%，此时，人的精神状态好，思维最敏捷。
1.3温湿度的行业应用
食品行业：
温湿度对食品贮存来说至关重要，温湿度的变更会带来食物蜕变，引发食品平安问题温湿度的监控有利于相关人员进行及时的控制。
档案管理：
纸制品对温湿度极为敏感，不当的保管会严重降高档案保管年限利用如LTM8901系列+LTM8662+LTM8520即可组成环境监控系统，配上排风机，除湿器，加热器，即可坚持稳定的温度，避免虫害，湿润等问题。
温室年夜棚：
植物的生长对温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会停止生长、甚至死亡利用LTM8901C+LTM85202，配合气体传感器，光照传感器等可组成一个数字化年夜棚温湿度监控系统，控制农业年夜棚内的相关参数，从而使年夜棚的效率达到极致。
植物养殖：
各种植物在不合的温度下会表示出不合的生长状态，高质高产的目标要依靠适宜的环境来包管。
药品贮存：
根据国家相关要求，药品保管必须依照相应的温湿度进行控制。
根据最新的GMP认证，对一般的药品的温度存储规模为030℃。
烟草行业：
烟草原料在发酵过程中需要控制好温湿度，在现场环境便利的情况下可利用LTM8590等无线温湿度传感器监控温湿度，在环境庞杂的现场内，可利用RS485等数字量传输的LTM8901C进行检测控制烟包的温湿度，避免产生虫害，如果操纵不当，则会造成原料的年夜量损失。
工控行业：
主要用于暖通空调、机房监控等。
楼宇中的环境控制通常是温度控制，对用控制湿度达到最佳舒适环境的关注日益增多。
1.4温湿度传感器使用注意事项
湿度传感器是非密封性的，为呵护丈量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。
也避免在粉尘较年夜的环境中使用。
为正确反应欲测空间的湿度，还应避免将传感器安顿在离墙壁太近或空气不流通的死角处。
如果被测的房间太年夜，就应放置多个传感器。
有的湿度传感器对供电电源要求比较高，不然将影响丈量精度。
或者传感器之间相互干扰，甚至无法工作。
使用时应依照技术要求提供合适的、合适精度要求的供电电源。
传感器需要进行远距离信号传输时，要注意信号的衰减问题。
当传输距离超出200m以上时，建议选用频率输出信号的湿度传感器。
在实际使用中，由于灰尘、油污及有害气体的影响，使用时间一长，电子式湿度传器会产生老化，精度下降，电子式湿度传器年漂移量一般都在±
2%左右，甚至更高。
一般情况下，生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年，到期需重新标定。
2系统总体计划
2.1系统总体计划原理框图
图21系统原理框图
2.2系统计划简介
该系统要以为89S52单片机为控制核心，读取温湿度传感器DHT11的值和DS1302的值再对其进行处理，并显示。
按键输入温湿度的规模，如果温湿度传感器检测得的值超出了按键输入设定的规模，就启动报警。
以坚持环境的温度在一定的规模。
其中系统电源为正5V供电。
3硬件电路设计
3.1电源电路设计
供电电路采取的是直流线性稳压器组成。
一般直流稳压电源的组成如下图：
电子设备的直流稳压一般是由交流电网供电，经变压、整流、滤波、稳压等环节酿成稳定的直流电，如图21所示就是直流稳压电源的组成框图。
图31电源电路设计图
图32直流稳压电源框图
直流稳压电源由变压、整流、滤波和稳压电路4部分组成。
各部分作用如下：
变压：
将电网供电的220V交流电压通过变压器或其它电路变换成所需要的交流电压。
整流：
将正弦交流电酿成双标的目的脉动直流电，电路一般由二极管构成。
滤波：
将脉动的直流电酿成脉动很小的平直的直流电，电路一般由电容、电感及电阻元件构成。
稳压：
一般由稳压管、三极管或稳压器构成电路，进一步减少直流电源的脉动，并包管输出的直流电压在交流电压或负载变动时能基本坚持稳定。
三端集成稳压器稳压直流稳压电源电路。
图中CW7812为输出+12V的三端集成稳压器，该电路具有结构简单、输出电压稳定的特点。
集成稳压器是将取样电路、基准电路、比较放年夜电路、调整电路、启动电路和呵护电路集成在一个硅片上的稳压电路。
它体积小、重量轻、价格昂贵，具有使用便利、功能体系完整、呵护功能健全、工作平安可靠的特点，因此获得了广泛的应用。
集成稳压器的种类很多，其中以三端集成稳压器应用最为普遍，三端集成稳压器又分为固定式和三端可调式两种。
。
图33三端稳压器应用电路
图中C1的作用是旁路高频干扰信号，在输入线路较长时抵消线路产生的电感效应，避免电路形成自激振荡；
C2的作用是消除负载电流跃变时引起输出电压的较年夜摆荡。
接线时，应使C1和C2尽量靠近稳压器，引脚不克不及接错，公共端不克不及悬空，以免损坏变压器。
二极管的选用:
在半波整流电路中，二极管的电流与负载的电流相等，即
ID=I0（31）
所以在选用二极管时，二极管的最年夜整流电流IF应年夜于负载电流I0。
二极管在电路中接受的最高反向电压URmax为交流电压的最年夜值，即
URmax=U2m=
U2（32）
所以，二极管的最高反向工作电压URM应年夜于URmax。
所以我们选用1A/100V的整流桥。
3.2单片机最小系统设计
本系统主要采取AT89C51单片机，AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许法度存储器在系统可编程，亦适于惯例编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决计划。
AT89C51具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗按时器，2个数据指针，三个16位按时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操纵，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。
失落电呵护方法下，RAM内容被保管，振荡器被解冻，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
图34单片机最小系统
最小系统构成的基本条件是:
1.电源
89S52单片机的电压为4.0V5.5V。
我们采取电脑的USB进行供电，电脑以及手机充电器一般输出电压为5V，可以为单片机正常供电。
2.晶振
晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。
本系统主要采取的是12M晶振，配合2个30pF的电容构成晶体振荡电路。
3复位
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不成少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位，复位电路通过电容加给RST端一个长久的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST真个高电平继续时间取决于电容的充电时间。
另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。
如果系统在上电时得不到有效的复位，则法度计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被界说的位置开始执行法度。
3.3显示电路设计
显示电路主要采取4位共阳8段数码管，采取静态扫描方法显示。
其原理图如下所示。
数码管主要有共阳、和共阴两种类型。
在这里我们先用的是共阳数码管，主要是由于单片机I/0的驱动能力有限，无法直接驱动4位8段数码管，所以必须采取共阳的数码管，并接上四个三极极管8550。
此处三极管主要起开关作用。
控制数码管的哪一位导通。
在实际的单片机系统中，往往需要多位显示。
静态显示是一种最罕见的多位显示办法，应用很是广泛。
用数码管显示信息时，由于每个数码管至少需要8个I/O口，如果需要多个数码管，则需要太多I/O口，而单片机的I/O口是有限的。
在实际应用中，一般采取静态显示的方法解决此问题。
所有数码管的段选全部连接在一起，如何能显示不合的内容呢？
静态显示是多个数码管，交替显示，利用人的视觉暂留作用使人看到多个数码管同时显示。
在编程时，需要输出段选和位选信号，位选信号选中其中一个数码管，然后输出段码，使该数码管显示所需要的内容，延时一段时间后，再选中另一个数码管，再输出对应的段码，高速交替。
在静态显示法度中，各个位的延时时间长短是很是重要的，如果延时时间长，则会呈现闪烁现象；
如果延时时间太短，则会呈现显示暗且有重影。
图35显示电路
以前在学习单片机时，写法度由于没有控制好延时的时间，招致数码管显示有重影，后面经过频频的调试，发明当延时的时间取到13ms时，数码管重影与闪烁现象消失。
所以在处理数码管的法度时，应该把各个位的延时设置成2ms。
这样才干让数码管显示清楚。
图36数码管内部接法
8个发光二极管的阳极共同接到正电源上，阴极接到单片机。
单片机正常工作时，给接单片机的I/O口置低电平，发光二极管亮，显示管上面显示出数字。
假如数码管全亮时，即8个LED全亮，这时的电流可达
Imax=4
8
ILED=32ILED（公式一）
一般LED正常工作时的电流为3mA.所以最年夜驱动电流为
ILED=32ILED=32
3=96mA（公式二）
而我们所选用的单片机无法提供96mA的驱动电流，所以此处不克不及用共阻数码管。
必须用共阳的数码管。
数码管限流电阻计算
静态驱动就是给单独每4位数码管中的每一位供电。
这样每个LED都有足够的电流，亮度也相应的比较高。
静态扫描驱动就是把原本供给一个LED灯的电流，同时分给了N个灯，所以它的亮度会有所降低。
固然在同时供给两个led灯电流时不是平均的分派电流，而是电流不竭地在两led间扫描，其扫描频率达到了每秒钟100次，也就是说电流在1/100秒内是供个其中一个led，在下一1/100秒内是供给了另一个led。
其实这两个led是在不竭的亮灭，只是人眼的视觉暂留效果让我们觉察不到它们在不竭的亮灭，只要扫描频率达到了每秒64次以上，人眼就辩白不出来了。
由上面的阐发可以获得限流电阻R的值
（公式三）
若我们想让这个4位数码管的每位工作时的电流ILED为8mA.Uled为正常工作时的电压取1.7V。
则我们可以得出限流电阻的取值为
（公式四）
所以我们选取100欧的限流电阻。
这样4位中的每一位工作时的电流约为8mA.在包管LED能亮的同时不会被烧坏。
3.4温湿度传感器电路设计
温湿度传感器DHT11简介：
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用数字模块收集技术和温度传感器技术。
产品特性
1.湿温度传感器的一体化结构能相对的同时对相对湿度和温度进行丈量。
2.数字信号输出，从而减少用户信号的预处理承担。
3.单总线结构输出有效的节省用户控制器的I/O口资源。
并且，不需要额定电器元件。
4.共同的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。
全部校准。
5.编码方法为8位二进制数。
40bit二进制数据输出。
其中湿度整数部分占1Byte，小数部分1Byte；
温度整数部分1Byte，小数部分1Byte。
其中，湿度为高16位。
最后1Byte为校验和。
6.卓越的长期稳定性，超低功耗。
4引脚装置，超小尺寸。
7.各型号管脚完全可以互换。
丈量湿度规模从20％RH到90％RH；
丈量温度规模从0℃到50℃。
8.
适用规模包含恒湿控制，消费家电类产品，温湿度计等领域。
图37DHT11引脚图
图38温湿度检测电路
上图所示为温湿度传感器DHT11的应用电路，其中1脚接到电源端，二脚接单片机的I\O口，三脚为空脚，4脚接地。
DHT11的供电电压为3.5~5.5V。
传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。
电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。
DHT11数字湿温度传感器连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。
另外，建议连接线长度短于20时用5K上拉电阻,年夜于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。
3.5DS1302电路设计
DS1302时钟芯片简介
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，可以通过串行接口与单片机进行通信。
实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操纵可通过AM/PM标记位决定采取24或12小时时间格式。
DS1302与单片机之间能简单地采取同步串行的方法进行通信，仅需三根I/O线：
复位（RST）、I/O数据线、串行时钟（SCLK）。
时钟/RAM的读/写数据以一字节或多达31字节的字符组方法通信。
DS1302工作时功耗很低，坚持数据和时钟信息时，功耗小于1mW。
DS1302的引脚结构
图39DS1302引脚结构
DS1302含充电电路，可以对作为后备电源的可充电电池充电，并可选择充电使能和串入的二极管数目，以调节电池充电电压。
DS1302的工作原理：
DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚（RST）置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。
数据在时钟（SCLK）的上升沿串行输入，前8位指定拜访地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操纵时输出数据，写操纵时输出数据。
时钟脉冲的个数在单字节方法下为8+8（8位地址+8位数据），在多字节方法下为8加最多可达248的数据。
DS1302硬件电路设计
图310DS1302硬件电路设计
图310中，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。
在主电源关闭的情况下，也能坚持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较年夜者供电。
当Vcc2年夜于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源，外接32.768KHz晶振。
RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST输入有两种功能：
首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；
其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。
当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操纵。
如果在传送过程中RSTS置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变成高阻态。
上电动行时，在Vcc年夜于即是2.5V之前，RST必须坚持低电平。
若其中有在SCLK为低电平时，才干将RST置为高电平，I/O为串行数据输入端（双向）。
SCLK始终是输入端。
3.6按键输入电路设计
按键电路主要采取了点触式的机械按钮，此种按键在按下时会有颤动现像，所以在设计电路时，在按按键上面加了一个电容，当按下按键时对此电容充电，只有在电容布满电时，连接到单片机的I\O口的电平才会变更。
避免了按键的颤动。
图311按键输入电路
按键颤动现象
不管是按钮开关还是闸刀开关，在操纵时，其实不是想像中的那么理想。
实际上，操纵开关时会有很多不确定状态，也就是噪声。
在此将介绍开关操纵的实际状态，以及避免不确定状态的对策。
图312电路的颤动
图中所示，这种非预期状态称为颤动而这种忽高忽低的情况就是噪声。
按键颤动消除
如果要避免这种颤动现象，可以利用一个简单的RC电路来抑制。
开关第一次接触时即将电容短路，使电容快速度充放电（放电电阻为0），电容两端电压迅速为0；
开关弹回（开路）时，整个电路形成RC充路，其时间常数为RC，电容两真个电压VC为
公式6
通常低电平可以界说为0.3×
VCC以下，如果电容两真个电压主Vc低于0.3×
Vcc，即可视为低电平，而颤动的效应自然消失，因为此
<
0.3,两边减1可得
0.7再把两边改号，小于变年夜于，即
>
0.7.两边取对数可得。
t/RC>
ln0.7=0.035公式8
颤动的时间约在10ms到20ms之间，以10ms为例，
若我们选取R=10K，则
C>
（1×
106）/0.0357≈2.8uF公式9
故我们选取相近的3.3uF电容。
软件颤动消除
硬件去颤动会增加电路的本钱，而我们只要在软件上下点功夫，可以避开那1020ms的颤动。
我们通常只要在读入第一个状态的输入信号时即执行1020ms的延迟函数，内容如下
Voiddebouncer（void）
{
inti
for（i=0;
i<
2400;
i++）;
}
采取软件去颤动的方法，当按键比较多时，我们可以节约年夜量的硬件电路本钱同时也可以增加系统的可靠性。
3.7报警电路设计
图313报警电路
此模块为单片机的报警提示部分，当单片机检测到过超出设定值时，法度控制连接报警电路的那个引脚输出低电平，此时三极管8550导通，蜂鸣器收回报警声，提示用户所测得的温湿度超出了设定的规模。
4法度设计
4.1系统法度流程图
图41系统软流程图
法度设计主要分为以下几个子法度，DHT11数据读取，DS1302数据读取，数码管显示，按键输入，报警。
法度开始后，首先对各模块进行初始化，然后读取按键数值，若此时没有输入数据规模，则读取DHT11与DS1302的数值。
读取数值之后，判断DHT11数值的规模是否超出设定的规模，若没有超出，则显示DS1302与DHT11的数值。
若超出，则启动报警电路。
4.2DHT11法度设计
用户主机发送一次开始信号（低电平）DHT从低速模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束（拉高）后,DHT发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号收集,用户可选择读取部分数据。
注意：
总线线空闲状态为高电平，主机把总线线拉高等待DHT响应,主机把总线线拉低必须年夜于18毫秒，包管DHT能检测到起始信号。
DHT接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送低电平响应信号。
主机发送开始信号结束后,延时等待2040us后,读取DHT的回应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可，总线线由上拉电阻拉高。
4.3DS1302法度设计
NO
YES
DS1302在每次进行读、写法度前都必须初始化，先把SCLK端置“0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲；
DS1302的控制字的位7必须置1，若为0则不克不及把对DS1302进行读写数据。
对位6，若对法度进行读/写时RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0，位1至位5指操纵单位的地址。
位0是读/写操纵位，进行读操纵时，该位为1；
该位为0则暗示进行的是写操纵。
控制字节总是从最低位开始输入/输出的。
S1302控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不克不及把数据写入DS1302中，位6如果0，则暗示存取日历时钟数据，位1暗示存取RAM数据；
位5至位1指示操纵单位的地址；
最低有效位（位0）如为0暗示要进行写操纵，位1暗示进行读操纵，控制字节总是从最低位开始输出
数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。
同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。
5系统仿真与调试
5.1protues简介
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不但具有其它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
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