环境温湿度参数实时监测系统Word格式.docx

1、 temperature and humidity measurement; alert over-limit; LCD本课題研兜的主要目的是设计一个能够提供环境的温度.谡度并具有对温度、湿 度翅限援警功能的裝置。人类的生存和祝会中各项活动的裟开与温度、湿度参救值矗 切相关，随着科学放术的发袈，人类连.不同应用领城对温度、湿度的测量提出了越来 越爲的要求。目常生活中，工厂、商场、银行、医俛.以及各类科研场所都需要符合操 作规岌的温、湿度环境条件。居氏家庭中更富不开对温度、湿度的监测，喳内湿度一 般控制柱45%至65%RH之间，人体威觉比较舒适。而冬季供醱期的宝内湿度通常仅 为10叹l15%RH

2、,在千燥的环境下呆久了，会使人皮肤紧绷，千燥上火，感觉不适， 甚至使人的呼吸糸统抵抗力吟低，从而引发或者加重呼双糸统的疾病。生空毛湿度低 于40%RH的肘候，灰尘、细前等彖易附着在鼻部和肺部呼吸道黏膜上，剌激猴部引 发咳嗽，也家易发生呼吸道.的其它疾病，由此可見湿度参数测量惫义重大。工厂中， 尹醃裝配过程分来都存蛊对裝配环境中的温、湿度进行监测的问題。温、湿度洪数监 测掖警装置能对特定环境中的温.逞度参数进行监测并能对温、湿度超限情况处肘给 出援警信号。该监测报警辕置采用温、逞度传感衆直接测量环境的温度、湿度，将釆 集列的信号分别送入单片机，由液晶显示屛显示环境的温、湿度，并可以采用键盘输 入

3、温、湿度上下限值，由报警装置兜成温、谡度起限掖警功能。丈中对每个部分功能、 实现过程作了详细介绍，兜成了课題所有要求。第1 +方余论证1.1诔题的任务与要求该題目旨蛊设计一个能够提供环境的温度、湿度并具有对温度、逞度起限掖警功能的装置，钊用单片机及外国电路构成一个监测糸统，达到如下要求：1.能对环境的温度、湿度、铮电进行实肘检测；2.检测得到的挣电及温、湿度数据可以卖肘显示，挣电测量的谋差v10%,温度测量的祺差VC,谡度测量的谖差5%RH；3.用户可以勺行设丸监测中的温、谡度上、下限，起限掖警。根据本课題的任务与要求，提出两种方案进行论证。1.2.1 ”一由于课題中莎及温度、湿度两个量的监测

4、，由此设计出应对本课題的方亲一，印 采用一个温度传感毋和一个湿度传感容对温、谡度进行分别测量。基于此设想装置的 基本工作原理是：温度、湿度传感器分别采集刘两路信号送入单片机，由液晶显示器 实肘显示环境的温度、湿度，并可通过键盘输入用户需设定的温、湿度上下限，生温、 湿度翅限肘总动援警装置援警，整个装置的技制核心采用单片机。症功能设计上可将 整个装蓋分为测量栈块.CPU模块、显示模块、健盘输入棋块和报警棋块几个部分。方元器件的选挣上，选取DS18B20数字式温度传感各和HS1101湿牧电家作 为温、逞度信号的采集传威怎。选取1602液晶显示屛显示温、谡度值。DS18B20是其 国DALLAS司生

5、尹的单总线数字式温度传感器，可直接将其测得的温度值传入单片 机，再通过LCD进行显示。而HS1101湿牧电彖是将空毛的湿度值转化为该湿牧电彖的 电家值，电彖值随谡度值的增大而增大，将该湿牧电彖置于555振荡电路中，电家值 的变化可转为与之成反比的电庄频率信号的变化，并可以直接送入单片机。采用温度 传感器D518B2O与电家式溟牧传威器HS1101的糸统结构桓图如图2所示。图2 采用温皮传感卷DS18B20、湿度传威森HS1101的糸统结构極图1.2.2方余二本方亲与方亲一的主要不同是采用了 SHT71救字温谡度传感器，SHT71是瑞士 Sensirion公司推出的基于CMOSens技术的新型温

6、谡度传感器。该传感器将 CMOS芯片 技术与传感器技术结合起来，发挥出强大的优势互补作用。包括一个电彖性聚合体测 湿牧感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并柱同一芯片上，与14伐的A/D转换 器以及串行接d电路实现无纯连接。SHT71数字温溟度传威器的引脚图如图2.2所示。引脚|名称描述1SCK串行时钟，输入口2VDD电源3GND地4DATA申行数据，双向卜丿桁 订） i x z 1 1/ 卜 10 2.2 SHT71数字温湿度传威森引脚图由于SHT71数字温谡度传感器上除了温度、谡度牧感元件以外，还包括一个放大器.A/D转换器，OTP内存和数字接d,所以糸统柜图得以简化，采用SHT71数

7、字温湿度传感器的糸统框图如图2.3所示。图23 采用SHT71欽字温溟度传感森的糸统框国13方余比较农上述两种以传感器为主要区别的方亲选择中主要差别心于是召运用数字传 感赛以及是否考虑将温度、溟度两个传威器合二为一。从性价比的角度分析，虽然方 1中要采用两个单独的传感器温度传感器DS18B20和湿牧传感器HS1101,看似有 些姿源涙妾，但方亲2的SHT71传感麥的单价已胜过方亲1中两个传感器隹价之和， 在购置传感务上的开销要大。因此，从性价比角度考虑，方令1臾优。另一方面，电 彖式湿牧传感器实用化程度盂，工艺成熟，性能稔龙，普遍用于各种恃况下湿度测量， 且可以使用555振荡电路将其溟度变化对

8、应的溟敎电家值的变化转化为脉冲频率送 入单片机。而DS18B20由于具有结构简单不當要外棲电路、可用一根I/O数据线阮 供电又传输数据、体积小、分辨率需、转换快等优点，彼广泛用于测量和控制温度的 地方。从应用程度上来说,方案1的可操作性更强。1.4姑论通过上述方亲比较最终确龙选挣方亲1作为温湿度传感器的役计方亲。第3章爱件糸统的设计与实现本糸统以单片机AT89C52为控制核心，以数字式温度传感容DS18B20作为温度检测元件，以湿牧电家HS1101作为湿度检测元件。本糸统症功能设计上可将整个裝温度以912住救字量读出温度数字量转换肘间200ms （典型值丿用户可岌义的非易失性温度援警设置报警捜

9、索命令识别并标志起过程序限定温度（沒度报警条件丿的赛件DS18B20引脚排列如图3.2所示。引脚排列DS1820S 16-PIN SSOPOS1S20PR35 PACKAGE图3.2 DS18B20引脚排刃图DS18B20的引脚说明表如在3所示。痕3 DS18B20引脚说朗表DQ散据I/OvDD可选弘。NC杳脚DS18B20有三个主要数字部件:）64佞激光ROM:2）温度传感器;3；非易夬性温度掖警紐发容TH和TL。DS18B20采用如下方式从单线通讯线上汲取能量：农信号统处于爲电平期间把能 量雋存淮.内部电彖里，准.信号线处于低电平期间谄耗电家上的电能工作，直到需电平 刘来冉给寺生电源（尅彖

10、丿充亀。DS18B20也可用外部+5V电源供电。DS18B20的结 构图如图3.3所示。图3.3 DS18B20结构图生DS18B2 0采用疥生亀源供电肘，所采用电路会A I/O o VDD引脚处于爲电平 肘“偷”能量。生有特定的肘间和电圧需求肘，I/O D要提供足够的能量。孑生电涼 有两个好处：1丿进行运距富测温肘，无需本地电涼；2）可以在没有常规电源的条件下读ROM。连.寺生电源模式下，单总线和DS18B20内部的电彖A大部分操作中能提供充分的 满足规主肘序和电庄的电流给DS18B2O。然而，当DS18B2O正在轨行温度转换戎从爲 速暂存器向EPPROM传送数据肘，工作电流可能爲达1.5m

11、A。这个电流可能会引起.连 摟单总统的貓上掘电阻的不可接受的庄舉，这需要灵大的电流，而此肘DS18B2 0内部 的电家无法提供。为了保证DS18B20有充足的供电而进行精确的温度转换，单总统线 必须连.转换期间徐证供电。有两种方法能够使DS18B2O淮.动态转换周期中获得足够的 电流供应。笫一种方法，生进行温度转换戎拷贝数据到EEPROM操作肘，给单总线线 提供一个强上拉。用漏极开路把单总线直接竝到电源上就可以卖现，A发出任何涉处 拷贝列暂存春的指令或启动温度转換的指令之后，必须准.最多10|45之内把I/O线转换 到强上拉。使用寺生电涼供电肘，V“d引脚必须棲地。DS18B20温度转换期间的

12、强上 拉供电原理图如图3.4所示。图3.4 DS18B20诅度转换期间的强上柱供屯虑理图另一种给DS18B20供电的方法是从Vdd引脚挂入一个外部电源，这样做的好戏是 单总线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持需电平。这样 在转换期间可以允许在单线总线上进行其他教据往来。另外，A单统总统上可以挂任 意多片DS18B20,而且如果它们却使用外部电源的话，可以让它们同肘进行温度转换。 禽注裔的是当加上外部电嫄肘，GND引脚不能悬空。Vo。供电原理图如图3.5所示。图3.5 DS18B20釆用VDD供电虑理图DS18B20通过一种片上测温枝术来测量温度，测温原理如下：用一个爲温度糸数 的振荡器确走一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度糸数的报荡器的 脉冲进行计数来得到温度值。计数器後预蓋到对应于-55C的一个值。如果计救器在 门周期结束前到达0,則温度芳存麥（同样