数字温湿度计的设计.docx

1、数字温湿度计的设计 智能仪器仪表课程设计题 目 SHT10数字温湿度计的设计 学院(部) 机械工程学院 专 业 测控技术与仪器 学生姓名 刘娅丽 学 号 201210114122 年级 2012级 指导教师 莫莉 职称 讲师 2015 年 6 月 8 日摘要温湿度是一种最基本的环境参数，温湿度的测量方法和装置对现在的生活、生产具有重要的意义。此温湿度测量系统是基于温湿度传感器SHT10、单片机STC89C52对温度湿度分别测量并通过液晶1602显示屏经行显示。使用新式智能的温湿度传感器STH10来实现对温度、湿度的监测,该传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并

2、在同一芯片上，与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高，本系统具有可读性高，稳定性高，反应速度快，测量值准确的特点。关键词：单片机；SHT10温湿度传感器；LCD1602显示目 录第一章 绪论 11.1 课题的研究背景 11.2 课题的研究内容及目标 1第二章 系统方案设计 22.1 设计目的及要求 22.2器件选择 2第三章 系统的硬件设计与实现 4 3.1 单片机部分 4 3.1.1 AT89C52单片机概况 4 3.1.2 最小系统原理图 43.2 传感器部分 43.2.1 SHT10产品概述 43.2.2 管脚说明

3、53.2.3 传感器模块电路图 53.3 显示模块 63.3.1 1602LCD的基本参数及引脚功能 6 3.3.2 1602LCD主要技术参数： 6 3.3.3 引脚功能说明 6 3.3.4 1602LCD的指令说明 7第四章 软件设计 84.1主程序流程图 84.2 SHT10传感器程序设计 94.2.1 启动传输 94.2.2 连接复位 94.3 液晶程序设计 12总结 13参考文献 14附录一 电路图 15附录二 程序代码 16第一章 绪论1.1 课题的研究背景温度与湿度与人们的生活息息相关。尤其是在工农业生产、气象、国防、科研等部门，必须经常、精确的对环境温度进行监测和控制。此外，在

4、制药，造纸准及温湿度测量，食品加工和其他行业是必要的。比较传统的温度计使用水银制作显示，构造简单、价格低廉，缺憾是精确度不高，不宜读数。传统的干湿球温度计的显示方法，不仅复杂，测量精度不高。而选用单片机对温湿度实施监控和测量，不单单具有节制便利，单一灵活的特点，而且可以大大提高温度控制的灵活性的优点。用LED数码管显示温度和湿度值，看起来更直观。测量温度和湿度最重要的就是传感器。温度和湿度的测量过去是分离的。传感器的成长历经了三个阶段：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，从模拟到数字温度传感器的模型的方向，从集成化向智能化，网络化的发展。温度传感器也经历过这样

5、的阶段走向数字化、智能化。1.2 课题的研究内容及目标温度和湿度探测器是以AT89C52单片机为核心控制芯片，该芯片具有良好的抗干扰能力，快速响应。使用此单片机构成的温湿度检测仪能够定时、无误的监测周围的温度和相对湿度。 使用高灵敏度收集湿敏电阻阻值变化，然后经由单片机从而得到相应湿度，这就是本检测仪的硬件部份的设计；DHT11数字温度传感器对温度的实时采集和直接控制监测。并用LCD显示屏作为显示设备的硬件设计方案。软件部分选用模块化的方式分成几个个体，一个个进行程序设计，最后连接各部分一起协调工作，从而实现实时监测周围温湿度的目的。第二章 系统方案设计2.1 设计目的及要求温度、湿度是工业和

6、农业生产的主要环境参数。是否能够及时、准确地测量很重要。如果单片机来对温度进行控制，利用高精度的温度，湿度控制，强湿功能，体积小，价格低，简单灵活，很好的满足工艺要求。要求如下：1、实现温度和湿度的测量；2、按电源键进行测量；3、温度测量要求：，具有8路模拟输入通道，每一通道每秒检测100次4、温度的测量范围、精度：0200，测量精度为1。系统测量环境温度为20。5、湿度测量要求：具有8路模拟输入通道，每一通道每秒检测100次6、湿度测量范围、精度：0100%RH，测量精度为1%RH。系统测量环境温度为20。7、在LCD显示屏上显示数据和结果；2.2器件选择 2.2.1传感器选择使用数字温湿度

7、传感器SHT10。湿度测量范围： 0100%RH；温度测量范围：40 + 85；湿度测量精度：2%相对湿度0.2温度测量精度。该传感器价格很便宜。温度和湿度都达到或超过了标题的精度要求，属于低功率传感器。 2.2.2显示器选择使用LCD1602液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。它具有体积小、低功耗、显示丰富等优点。电路连接简单，价格也便宜。 2.2,3 单片机选择 采用AT89C52单片机，AT89C52是一个低电

8、压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的

9、Flash存储器可有效地降低开发成本。它既经济又有较大的内存，能很好的达到设计要求。2.3系统总体方案 1 方案一用湿敏传感器和温度传感器采集环境温湿度数据，经放大滤波、A/D转换后，数据送入单片机进行处理，再用数码管显示。此方案电路较复杂，也不便于调试。 2 方案二采用数字温湿度传感器SHT10采集温湿度信号，AT89C52单片机作为处理器，温度、湿度显示在LCD1602上。此方案电路简单，易于调试，抗干扰能力强。综合考虑，选择方案二作为系统总体方案。图2-1 系统结构框图第三章 系统的硬件设计与实现3.1 单片机部分 3.1.1 AT89C52单片机概况AT89C52有40个引脚，32个外

10、部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 3.1.2 最小系统原理图图3-1 单片机最小系统3.2 传感器部分 3.2.1 SHT10产品概述SHT10数字温湿度传感器是一种复合传感器，它包含已校准数字信号输出。通过特殊的数字模块采集技术和温湿度传感技术，以确保产品拥有相当高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器由一个电阻式感湿元件与一个NTC测温元件组成，跟

11、一个高性能的8位单片机相连接。因此，产品品质优良，响应速度快，抗干扰能力强，性价比很高。而且它的每次校准都在及其标准的温湿度实验室中进行。将所测的校准系数用程序存储在OTP内存中，当需要处理检测到的信号时，传感器会自动调用这些标准系数。单线串行接口，很容易和快速的系统集成。它的优点是体积小、低功耗、最高20米以上的远距离信号传递，使它能够在最为严格的场合使用。 3.2.2 管脚说明1：电源负极，电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。2：串行数据，DATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在S

12、CK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平（参见图2）。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。3：串行时钟输入，SCK用于微处理器与SHTxx之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因此不存在最小SCK频率。4：SHTxx的供电电压为2.45.5V。传感器上电后，要等待11ms以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。 3.2.3 传感器模块电路图图3-2 传感器电路图3.3 显示模块 3.3.1 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器

13、大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图4-5所示：图3-3 LCD尺寸图 3.3.2 1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm 3.3.3 引脚功能说明 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3-1所示:表3-1 引脚功能编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数

14、据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极 3.3.4 1602LCD的指令说明 1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表3-2所示：表3-2 指令说明序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01B

15、F计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容第四章 软件设计4.1主程序流程图 N Y 温湿度修正 显示图4-1 程序流程图4.2 SHT10传感器程序设计 4.2.1 启动传输图4-2 启动传输时序程序：DATA=1; SCK=0; _nop_(); SCK=1; _nop_(); DATA=0; _nop_(); SCK=0; _nop_();_nop_();_nop_(); SCK=1; _nop_(); DATA=1; _nop_(); SCK=0; 4.2.2 连接复位图4-3 连接复位时序程序：unsigned

16、char i; DATA=1; SCK=0; for(i=0;i0;i/=2) if (i & value) DATA=1; else DATA=0; SCK=1;_nop_();_nop_();_nop_(); SCK=0; DATA=1; SCK=1; error=DATA; _nop_();_nop_();_nop_(); SCK=0;DATA=1; return error;/返回：0成功，1失败 读函数：char s_read_byte(unsigned char ack) unsigned char i,val=0; DATA=1; for (i=0x80;i0;i/=2) SCK

17、=1; if (DATA) val=(val | i); _nop_();_nop_();_nop_(); SCK=0; if(ack=1)DATA=0; else DATA=1; _nop_();_nop_();_nop_(); SCK=1; _nop_();_nop_();_nop_(); SCK=0; _nop_();_nop_();_nop_(); DATA=1; return val; 4.3 液晶程序设计 4.3.1 LCD1602部分时序说明 表4-1 液晶时序说明读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉

18、冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无 4.3.2 1602LCD的一般初始化（复位）过程写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置总结 此次课程设计中，难点在于SHT10温湿度传感器的使用，即对它的时序控制、初始化以及字节读写方法，任何一个环节出错或是时序控制不到位的话就不能得到正确的数据。一旦学会了正确的使用方法，就能感觉到它带来的便利是热电偶不能比拟的，以后再次使用的话就能很快上手了。利用温度传感器获取被控对象指

19、标，通过温度传感器将需要测量的温度信号转化为数字电信号，再经单片机转换成显示器可以识别的信息，最后显示输出。起初，我制订了合理的规划，绘制了与课题相关的硬件原理图，分析了单片机的各I/O端口。然后进行程序设计的分析，设计绘制流程图，并按照流程图，进行程序段的编写。接下来把所有的程序段组合在一起综合分析，最后烧录到单片机上进行硬件调试。 在这整个过程当中，我遇到了重重困难。如程序里括号及分号的错误；编程中共用体的语句的使用；18B20上电温度误判；由于没有合理的考虑到字节的长度的问题导致一系列的错误等问题。通过多次分析和调试，查阅互联网资料最终成功解决。 单片机不是只要学好怎样写程序就够了，还要

20、对硬件有所了解，要把软件与硬件相结合才，期间还要经过多次的失败，需要相当的耐心和细致的思考来排除一切困难，一步一步地解决问题。 总的来说，自己从这次独立的课程设计中收获了一些知识与经验，一些从书本中学之不来的东西，不是说理论无用，而这恰恰是在理论的土壤中开出的花朵，是在理论的肩膀望见的更宽广的道路！自主动手动脑实践，成功来之不易！参考文献1 谢光忠、蒋亚东等. 温湿度智能数据采集控制系统的研制:传感器技术 20004.2 丁元杰.单片微机原理及应用.北京:机械工业出版社.1993.3 余永权.MCS-51系列单片机应用技术.北京：北京航空航天出版社.2002.4 刘勇.数字电路.北京电:子工业

21、出版社.2004.5 王法能.单片机原理及应用（简明修订版）. 北京:科学出版社.2001. 6 赵伟军.PROTEL 99 SE 教程.北京:人民邮电出版社.2004.7 黄 强.模拟电子技术北京:科学出版社.2003. 8 陈晓文.电子电路课程设计.北京:北京电子工业出版社. 2004.附录一 电路图图一 电路仿真图附录二 程序代码#include #include #include /Keil library #include /Keil library #define LCD_DB P0sbit LCD_RS=P20; sbit LCD_RW=P21; sbit LCD_E=P22;s

22、bit SCK = P26; /定义通讯时钟端口Sbit DATA = P27; /定义通讯数据端口 typedef union unsigned int i; /定义了两个共用体 float f; value;enum TEMP,HUMI; /TEMP=0,HUMI=1#define noACK 0 /用于判断是否结束通讯#define ACK 1 /结束数据传输 #define STATUS_REG_W 0x06 /000 0011 0 #define STATUS_REG_R 0x07 /000 0011 1 #define MEASURE_TEMP 0x03 /000 0001 1 #

23、define MEASURE_HUMI 0x05 /000 0010 1 #define RESET 0x1e /000 1111 0 #define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid LCD_init(void); /初始化函数void LCD_write_command(uchar command); /写指令函数void LCD_write_data(uchar dat); /写数据函数void LCD_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat);/显示字符,X（0-15),y(1-2)void

24、 LCD_disp_str(uchar x,uchar y,uchar *str);/LCD1602显示字符串函数void delay_n10us(uint n); /延时函数/初始化LCD1602 void LCD_init(void) delay_n10us(10); LCD_write_command(0x38); delay_n10us(10); LCD_write_command(0x0c); delay_n10us(10); LCD_write_command(0x06); delay_n10us(10); LCD_write_command(0x01); delay_n10us(

25、100); /LCD写指令 void LCD_write_command(uchar dat) delay_n10us(10); LCD_RS=0; /指令 LCD_RW=0; /写入 LCD_E=1; /允许 LCD_DB=dat; delay_n10us(10); LCD_E=0; delay_n10us(10); /LCD写数据void LCD_write_data(uchar dat) delay_n10us(10); LCD_RS=1; /数据 LCD_RW=0; /写入 LCD_E=1; /允许 LCD_DB=dat; delay_n10us(10); LCD_E=0; delay

26、_n10us(10);/LCD1602显示一个字符函数void LCD_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat) uchar address; if(y=1) address=0x80+x; else address=0xc0+x; LCD_write_command(address); LCD_write_data(dat);/LCD1602显示字符串函数void LCD_disp_str(uchar x,uchar y,uchar *str) uchar address; if(y=1) address=0x80+x; else address=0xc0+x

27、; LCD_write_command(address); while(*str!=0) LCD_write_data(*str); str+; void delay_n10us(uint n) uint i; for(i=n;i0;i-) _nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();/延时10us12M晶振 /*定义函数*/void s_transstart(void); /启动传输函数void s_connectionreset(void); /连接复位函数char s_write_byte(unsigned char value);/DHT90写函数char s_read_byte(unsigned char ack); /DHT90读函数char s_measure(unsigned char *p_value, unsigned char *p_checksum, unsigned char mode);/测量温湿度函数void calc_dht90(float *p_humidity ,float *p_temperature);/温湿度补偿/启动传输函数 void s_transstart(void) / generates a transmission start / _