基于单片机的温湿度监测系统毕业设计.docx

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基于单片机的温湿度监测系统毕业设计

毕业设计任务书

课落款称基于单片机的温湿度监测系统

指导教师职称讲师

指导教师职称工程师

专业名称班级

学生姓名学号

课题需要完成的任务：

一、基于单片机设计一个温湿度监测系统，要求：

一、温度18~28℃，相对湿度40%~70%；二、用户能够设置系统温湿度报警值；3、检测取得的数据能够通过显示模块显示。

二、可行性方案分析及方案论述。

3、系统设计（各功能模块设计和接口电路设计）。

4、软件设计及调试。

5、电路原理图的绘制。

6、毕业论文撰写。

课题打算：

~查资料，初步方案设计；

~确信最正确方案；

~设计电路，绘制电路，写毕业论文。

~修改、完善毕业论文，并做答辩预备。

打算答辩时刻：

~

电子信息技术系（部、分院）

2012年12月10日

Abstract

Inrecentyears,withthecomputerpenetrationinthesocialfield,theapplicationofSCMistokeepatthesametime,traditionalcontroltestingupdateonCrescentbenefits.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolsystemofsingle-chipapplications,oftenasasingle-chipcorecomponenttouseonlysingle-chipisnotenoughknowledge,butalsothespecifichardwarestructureandthespecificfeaturesofapplicationsoftwareobjectscombinetomakeperfect.

Inthispaper,bothhardwareandsoftwareforautomaticcontrolofwatertemperatureontheprocess,inthecontrolofthemainapplicationoftheprocessofAT89C51,ADC0809,LEDdisplay,LM324comparator,butmainlythroughthedigitaltemperaturesensorDS18B20collectingambienttemperaturetosingle-chipmicrocomputerasthecorecontrolcomponents,andthroughfourreal-timedigitaldisplayofadigitalthermometertemperature.Softwareusingassemblylanguageforprogramming,sothattheimplementationofDirectivespeed,tosavestoragespace.Inordertofacilitatetheexpansionandchangestothedesignofmodularsoftwarestructure,sothatthelogicoftherelationshipbetweenprogramdesignmoreconcise,Hardwaresoftwareco-operationunderthecontrolofit.

Andsystematicprocessis:

Firstofall,bysettingthebutton,setthethermostattemperatureatthetimeofoperation,anddigitaldisplayofthetemperature.Then,intherunningtemperatureoftheprocessofsamplinganalogintotheA/Dconverterinthesimulation-digitalconverter,andthenconverteddigitalcontrolwithdigitaldisplay,thelastsingle-chipmicrocomputertocontroltheheaterusedforheatingorstopheatinguntilthetemperatureintheprovisionsundertheconstanttemperatureheating.

Keywords：

Single-chipmicrocomputersystem；Sensor；DataAcquisition；ADC；Temperature

调研报告

温湿度测量是现代检测技术的重要组成部份,在保证产品质量、节约能源和平安生产等方面起着关键的作用。

因此,能够确保快速、准确地测量温湿度的技术及其装置普遍受到各国的重视。

最近几年来,利用智能化数字式温湿度传感器以实现温度信息的在线检测已成为温湿度测技术的一种进展趋势。

介绍的温湿度检测系统,以智能化数字式温湿度传感器与PIC微处置器有机结合,组成了一种新型温湿度检测系统。

该系统具有性能靠得住、测温准确、结构简单、造价低廉等特点,并兼具线路简捷、利用灵活、抗干扰性好、可移植性强等优势,可在工程实际中取得普遍应用。

随着电子技术的进展，将组成CPU的部件集成在一块半导体芯片上，那个具有CPU功能的大规模集成电路芯片就称之为微处置器（MPU）。

微处置器的显现，推动了微型运算机的进展，同时也引发了电子设计技术领域的探到变革—电子技术专业人员，使之能够把微处置器部件像其他集成电路一样嵌入到电子系统中，使电子系统具有可编程序的智能化特点，开辟了运算机技术在电子技术领域应用的广漠大地。

 将微处置器、存储器、I/O电路集成到一块半导体芯片的技术再次推动了这种嵌入式技术的进展，单片微型运算机是这种设计技术中的一个典型代表。

单片机适用于测量和操纵领域，它以芯片形式嵌人到电子产品或系统中起到“电脑”作用，受到电子专业技术人员的青睐。

单片机以其体积小、靠得住性高、功能的专门化为特点。

沿着与适用微处置器不同的方向进展。

它的显现和进展，标志着单片嵌入技术已经成为电子系统设计的一个重要进展方向。

本课题要紧为采纳单片机实现数据搜集与温湿度检测的制作。

突出民用产品的低本钱多动能的特点。

依照选题要求应实现温湿度的测量，而且能够实现数字钟和测量部份的通过键盘进行操纵。

国内外测温湿技术及其进展趋势

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，常常需要对环境温度与湿度进行测量及操纵。

准确测量温湿度关于生物制药、食物加工、造纸等行业更是相当重要的。

相较之下，测量湿度要比测量温度更复杂，这是因为温度是个独立的被测量，而湿度却受大气压强和温度的阻碍。

目前，温湿度测量领域的新技术不断涌现，新产品也层出不穷。

要紧表此刻以下两方面：

（1）温湿度传感器正从分立元件向集成化、智能化、系统化的方向迅速进展，为开发新一代温湿度测控系统制造了有利条件；

（2）在温湿度测量系统中普遍采纳线性化处置、自动温度补偿和自动校准湿度等项新技术。

1引言

2整体方案设计

3单元电路设计和论证

4软件设计

5软硬件系统的调试

6附录

7参考文献

引言

单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能知足很多应用处合的需要，加上单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、利用方便、价钱低廉等特点，因此，在工业操纵、智能仪器仪表、数据搜集和处置、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日趋普遍，而且正在慢慢取代现有的多片微机应用系统。

单片机的潜力愈来愈被人们所重视。

专门是当前用CMOS工艺制成的各类单片机，由于功耗低，利用的温度范围大，抗干扰能力强，能知足一些特殊要求的应用处合，加倍扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的进展。

而此刻的单片机在农业上页有了很多的应用。

温度是日常生活、工业、医学、环境爱惜、化工、石油等领域最经常使用到的一个物理量。

测量温度的大体方式是利用温度计直接读取温度。

最多见到得测量温度的工具是各类各样的温度计，例如：

水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。

它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必需通过读取刻度值的多少来测量温度。

利用单片机和温度传感器组成的电子式智能温度计就能够够直接测量温度，取得温度的数字值，既简单方便，有直观准确。

1温度传感器的简介

集成温度传感器的介绍

在工农业生产、科学研究进程中，温度是需要测量和操纵的重要参数之一。

温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产进程中一个很重要而普遍的测量参数。

温度的测量及操纵对保证产品的质量、提高生产效率、节约能源、生产平安、增进国民经济的进展起到非常重要的作用。

由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各类传感器中居首位，约占50%.

温度传感器是通过物体随温度转变而改变某种特性来间接测量的。

很多材料、元件的特性都随温度的转变而转变，因此能做温度传感器的材料相当多。

温度传感器随温度转变而引发物理参数转变的有：

膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。

温度传感器的进展专门快，种类很多，随着生产的进展，新型温度传感器还会不断的涌现。

在此咱们用到的集成温度传感器。

温度传感器的进展历史

人们研究温度测量的历史已相当久远，所利用的传感器也种类很多。

近百年来，温度传感器的进展大致经历了以下三个时期：

传统的分立式温度传感器（含灵敏元件）；模拟集成温度传感器／操纵器；智能温度传感器（即数字温度传感器）。

分立式温度传感器

传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器，均属于分立式温度传感器，传感器本身确实是一个完整的、独立的感温元件。

此类传感器通常要配温度变送器，以取得标准的模拟量（电压或电流）输出信号。

利历时还需配上二次仪表，才能完成温度测量及操纵功能。

其要紧缺点是外围电路比较复杂、测量精度较低、分辨率不高、需进行温度校准（例如非线性校准、温度补偿、传感器标定等），另外它们的体积较大、利用也不够方便。

因此，分立式温度传感器将慢慢被淘汰。

模拟集成温度传感器

集成传感器是采纳硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。

模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。

模拟集成温度传感器的要紧特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价钱低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校难。

外围电路简单，它是目前在国内外应用员为普遍的一种集成传感器。

典型产品有AD590、AD59二、TMP17、LMl35等。

模拟集成温度操纵器

模拟集成温度操纵器要紧包括温控开关、可编程温度操纵器，典型产品有LM5六、AD22105和MAX6509。

某些增强型集成温度操纵器（例如TC652／653）中还包括了A/D转换器和固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似的地方，但它自成系统，工作时并非受微处置器的操纵，这是二者的要紧区别。

智能温度传感器

智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。

智能温度传感器是微电子技术、运算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和进展前途的一种新产品。

目前，国际上许多闻名的集成电路生产厂家己开发出上百种智能温度传感器产品。

智能温度传感器具有以下三个显著特点：

第一，能输出温度数据及相关的温度操纵量，适配各微操纵器（MCU）；第二，能以最简方式组成高性价比、多功能的智能化温度测控系统；第三，它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

智能温度传感器内部都包括温度传感器、AD转换器、存储器（或寄放器）和接口电路。

有的产品还带多路选择器、中央操纵器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

智能温度操纵器

智能温度操纵器是在智能温度传感器的基础上进展而成的。

智能温度操纵器适配备种微操纵器，组成智能化温控系统：

它们还能够离开微操纵器单独工作，自行组成一个温控仪，既能够工作在持续转换模式，亦可选择单次转换模式。

智能温度传感器／操纵器可普遍用于温度测控系绞、运算机及家用电器中。

内含温度传感器的专用集成电路

值得重视的是，目前配置有温度传感器的新型专用集成电路也己问世了。

例如，美国MAXIM公司最新研制的MAXl298和MAXl299型5通道12位ADC芯片，片内就集成了周密温度传感器，在—40到85℃范围内的测温精度可达±l℃。

MAXl298／1299的内部结构及外部电路如图1—1所示。

芯片中要紧包括七部份；内部温度传感器（用于测量本地温度），远程测温通道（外接2N3904型NPN晶体管，利用其发射结来测量远程温度），多路转换开关（即模拟输入转换器），12位ADC，内部基准电压源，时钟电路和3线串行接口电路。

该串行接口能与SPI总线、QSPI总线及MICROWIRE服总线兼容。

MAXl298和MAXl299具有两种输入方式：

差分输入或单端输入。

作差分输入时可组成3通道温控系统，单端输入时能组成5通道温控系统（不包括本地测温通道）。

当芯片温度或远程被测温度超过最高许诺温度时，通过串行接口可输出温度越限报警信号，再通过相应的操纵电路起到过酷爱惜作用。

其模拟输入端既可接电压信号，亦可接温度传感器。

图1-1MAX1298／1299的内部结构及外部电路图

智能温度传感器进展的新趋势

进入21世纪以后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高靠得住性及平安性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速进展。

提高测温精度和分辨率

在20世纪90年代中期最先推出的智能温度传感器，采纳的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨率只能达到1℃。

日前，国外己接踵推出多种高精度、高分辨率的智能温度传感器，所用的是9到12位A/D转换器，分辨率一样可达到℃。

专门是由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨率智能温度传感器，采纳13位A/D转换器，能够输出13位二进制数据，其分辨率高达℃，测温精度为±℃，为实现周密测量温度制造了有利条件。

为了提高多通道智能温度传感器的转换速度，也有的芯片采纳高速逐次逼近式A/D转换器。

以AD7817型5通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时刻别离仅为27μs、9μs。

不断增加测试功能

新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。

例如，DSl629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能加倍完善。

DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的EPROM存储器，可存储用户的短信息。

DSl629那么在片内集成了32字节的静态存储器（RAM）。

另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向进展，这就为研制和开发多路温度测控系统制造了良好条件。

智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，要紧包括单次转换模式、持续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作超级简便。

对某些智能温度传感器而言，主机（外部微处置器或单片机）还可通过相应的寄放器来设定其A/D转换速度（典型产品为MAX6654），分辨率及最大转换时刻（典型产品为DSl624）。

智能温度操纵器是在智能温度传感器的基础上进展而成的。

典型产品有DSl620、DS1623、TCN7五、LM7六、MAX6625。

智能温度操纵器适配各类微操纵器，组成智能化温控系统：

它们还能够离开微操纵器单独工作，自行组成一个温控仪，既能够工作在持续转换模式，亦可选择单次转换模式。

总线技术的标准化与标准化

与此同时，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、标准化。

目前所采纳的总线要紧有单线（1—Wire）总线、I2C总线、SMBμs和SPI总线。

第一种属于一线串行总线，第二、三种属于二线串行总线，第四种那么为三线串行总线。

上述温度传感器作为从机，可通过专用总线接口与主机进行通信，由于它们的总线接口符合标准化、标准化设计，利用户操作起来加倍简便。

靠得住性及平安性设计

传统的A／D转换器大多采纳积分式或逐次比较式转换技术，其缺点是噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差，分辨率较低、本钱较高，线性度也不够理想。

为了提高传感器的抗干扰能力，新型智能温度传感器（例如TMP03／04、LM74、LM83）。

普遍采纳了高性能的∑—?

式A/D转换器，它能以很高的采样速度和很低的采样分辨率将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨率。

∑—?

式A/D转换器不仅能滤除量化噪声，而且对外因元件的精度要求低；由于采纳了数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都可不能阻碍温度的转换精度。

这种智能温度传感器兼有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、本钱低等优势。

为了幸免当温控系统受到噪声干扰时显现误动作现象，在AD7416／7417/7817、LM75／7六、MAX6625／6626等智能温度传感器芯片内部，都设置一个可编程的“故障排队（faultqueue）”计数器，专门用来设定许诺被测温度值超过温度上、下限的次数。

仅当被测温度持续超过上限或低于下限的次数达到或超过所设定的次数n（n=1至4）时，才能触发中断端。

假设故障次数不知足上述条件或故障不是持续发生的，故障计数器就复位而可不能触发中断端。

这就意味着假设设定n＝3时，那么偶然受到一次或两次唤声干扰，都可不能阻碍温控系统的正常工作。

LM76型智能温度传感器增加了温度窗口比较器，超级适合设计一个符合ACPI（AdvanceConfigurationandPowerInterface，即“先进配置与电源接口”）标准的温控系统。

这种系统具有完善的过酷爱惜功能，可用来监控笔记本电脑和效劳器中CPU及主电路的温度。

微处置器最高可经受的工作温度规定为TH，台式运算机一样为75℃，高级笔记本电脑的专用CPU可达100℃。

一旦CPU或主电路的温度超出所设定的上、下限时，INT端当即便主机产生中断，再通过电源操纵器发出信号，迅速将主电源关断起到爱惜作用。

另外，当温度超过CPU的极限温度时，严峻超温报警输出端（T_CRIT_T入）也能直接关断主电源，而且该端还能够通过独立的硬件关断电源来切断主电源，以防主电源操纵失灵。

上述三重平安件爱惜方法已成为国际上设计温控系统的新观念。

为避免因人体静电放电（ESD）而损坏芯片，一些智能温度传感器还增加了ESD爱惜电路，一样可经受1000到4000V的静电放电电压。

一般是将人体等效于由100pF电容和Ω电阻串联而成的电路模型，当人体放电时，TCN75型智能温度传感器的串行接口端、中断/比较器信号输出端和地址输入端都可经受1000V的静电放电电压，LM83型智能温度传感器那么可经受4000V的静电放电电压。

最新开发的智能温度传感器（例如MAX6654、LM83）还增加了传感器故障检测功能，能自动检测外部晶体管温度传感器（亦称远程传感器）的开路或短路故障。

MAX6654还具有选择“寄生阻抗抵消”（ParasiticResistanceCancellation，英文缩写为PRC）模式，能抵消远程传感器引线阻抗所引发的测温误差，即便引线阻抗达到100Ω，也可不能阻碍测量精度。

远程传感器引线可采纳一般双绞线或带屏蔽层的双绞线。

开发虚拟温度传感器和网络温度传感器

（1）虚拟传感器

自20世纪90年代以来，一种全新模念的“虚拟仪器”正取得愈来愈普遍的应用。

虚拟仪器（VI）是测量仪器、运算机和软件这三者的有机结合。

它将仪器硬件（例如数字搜集系统、A/D、D/A装唤器、数字I/O）、运算机资源（如微处置器、存储器、显示器）、软件（如传感器标定、软面板、图形界面、数据处置、信息互换等）有机的结合起来，组成软硬结合、实虚共体的新一代电子测量仪器。

与此同时，“虚拟传感器”的概念也被人们所同意，这种传感器是基于运算机平台而且完全通过软件开发而成的。

利用软件来成立传感器模型、标定参数及标定模型，以实现最正确性能指标。

美国B﹠K公司最近已开发出一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其要紧特点是每只传感器都有唯一的产品序列号而且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。

利历时，传感器通过数据搜集接垒运算机，第一从运算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取，传感器设置和记录工作。

另外，专供开发虚拟传感器产品的软件工具也已经面市了。

如此在以后的产品设计进程中对元件选择能够均衡各类性能的要求来决定。

（2）网络温度传感器

网络温度传感器是包括数据传感器、网络接口和处置单元的新一代智能传感器。

那个地址讲的网络已经不限于传感器总线，还应包括现场总线、局域网和因特网。

数字传感器第一将被测温度转换成数字量，在传送给微操纵器作数据处置，最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间，传感器与系统之间的数据互换及资源共享。

一个散布式智能温度传感器系统是通过网络将每一个传感器节点、操纵节点和中央操纵器联系起来的。

其中传感器节点用来实现温度测量并将数据传输给网络上的其它节点。

操纵节点那么依照从网络读取的温度数据来确信适合的操纵方式。

以知足对温度操纵的需要。

传感器节点和操纵节点不仅相互独立，节点的数量可依如实际需要而定，而且能做到“即插即用”（Plug﹠Play）,在改换传感器节点时，也无需对传感器进行标定和校准，如此就极大的方便了用户。

2简介单片机

单片机AT89C51的简介

随着社会的进展，单片机以其体积小、靠得住性高、利用方便等特点在社会生活中达到普遍应用。

依照温度操纵的特点，本次设计采纳AT89C51单片机。

以下对其进行详细介绍。

AT89C51单片机是美国Intel公司的8位高级单片机系列。

也是目前应用最为普遍的一种单片机系列。

其内部结构简化框图如图2—1所示。

AT89C51系列单片机要紧有CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I\O接口电路及时钟电路等部份组成。

中央处置器CPU

中央处置器CPU是单片机的核心。

是运算机的操纵指挥中心。

同一样微机的CPU类似。

AT89C51单片机内部CPU包括操纵器和运算器两部份。

如图2-1AT89C51单片机内部结构简化框图。

运算器

AT89C51运算器电路以算术逻辑单元ALU为核心。

有累加器ACC、寄放器B、暂存器一、暂存器二、程序状态寄放器PSW和布尔处置机一起组成。

它要紧完成数据的算术运算、逻辑运算、位变量处置和数据传输等操作。

运算结果的状态由程序寄放器PSW保留。

算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄放器B

算术逻