温湿度测控仪设计

1、室内温、湿度仪的设计专业：计算机应用技术 摘要：本系统以单片机和相应的芯片为核心，以多个温湿度传感器作为测量元件，温度传感器将采集到的温度值送入单片机中进行数据处理得到摄氏温度值；将湿度传感器接入多谐振荡器电路中，测量输出频率，根据频率与湿度的关系计算出相对湿度值，测量结果输出到液晶显示模块进行显示，自动将温、湿度值控制在设定值范围内，从而实现时时显示室内的温度和湿度，利用8051单片机内部的定时/计数器进行中断，配合软件延时实现时、分、秒的计时，通过功能键能够实现数据的存储、查询、上传功能，通过功能键实现外中断和定时中断等功能。abstract: the system with the si

2、ngle chip computer and corresponding chip as the core, with a plurality of temperature and humidity sensor as measuring element, a temperature sensor will be collected temperature values into the microcontroller for performing data processing to get the celsius temperature value; the humidity sensor

3、 access multivibrator circuit, measuring the output frequency, based on frequency and humidity relation to calculate relative humidity value, measured results of the output to a liquid crystal display module for display, automatic temperature, humidity control in the range of set value, thus always

4、show that the indoor temperature and humidity, using 8051 scm internal timer / counter interrupt, combined with software implementation, minutes, seconds chronograph, through the function key to achieve data storage, query, upload function, through the function key realization of external interrupt

5、and timer interrupt function. 关键词：温湿度、定时/计数器、数据、单片机keywords:temperature and humidity、timer / counter、data、microcontroller目 录1绪论31.1引言31.2系统方案比较和论证31.2.1温湿度传感器的选择41.2.2 时钟芯片的选择52 系统主要器件选型及依据62.1 单片机at89c5162.2时钟芯片ds130272.3温湿度传感器sht1082.4数码管驱动及键盘控制芯片ch451103、系统的硬件设计103.1时间日期显示设计113.2 数码管驱动及键盘控制123.3

6、温、湿度测控模块134、系统软件设计134.1 lcd显示：154.2时间初值输入：154.3外部中断设定：174.4定时器的中断：174.5温湿度测量：185、工作总结:19附录a21第 21 页 共 21 页石家庄信息工程职业技术学院09级计算机应用技术专业毕业论文1绪论1.1引言 改革开放以来，人们对生活质量要求显著提高，对美丽的植被和花卉的需求量也急剧上升，这对以种植植被为生计的园林工人是一种机遇，同时也对传统的手工植被种植是一个挑战，而基于单片机的温湿度控制系统对解决这些问题有着非常重大的意义。目前种植植被一般都用温室栽培，为了充分的利用好温室栽培这一高效技术，就必需有一套科学的，先

7、进的管理方法，用以对不同种类植被生长的各个时期所需的温度及湿度等进行实时的监控。温湿度控制对于单片机的应用具有一定的实际意义，它代表了一类自动控制的方法。而且其应用十分广泛。 8051单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度控制系统的实例也很多。使用8051单片机能够实现温度全程的自动控制，而且8051单片机易于学习、掌握、性价比高。使用8051型单片机设计温度控制系统，可以及时、精确的反映室内的温度以及湿度的变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式，在湿度控制方面也是如此。将此系

8、统应用到温室当中无疑为植被的生长提供了更加适宜的环境1.2系统方案比较和论证 当将单片机用作测控系统时，系统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，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转化，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量.1.2.1温湿

9、度传感器的选择方案一：采用热电阻温度传感器和chr-01湿敏电阻。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯、复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按iec标准测温范围-200650，百度电阻比w（100）=1.3850时，r0为100和10，其允许的测量误差a级为（0.15+0.002t），b级为（0.3+0.005t）。铜电阻的温度系数比铂电

10、阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。chr-01湿敏电阻适用于阻抗型高分子湿敏传感器，它的工作电压为交流1v，频率为50hz2khz，测量湿度范围为20%90%rh，测量精度5%，工作温度范围为0+85，最高使用温度为120，阻抗在60%rh（25）时为30（2140.5）k。采用555时基或rc振荡电路，将湿度传感器等效为阻抗值，测量振荡频率输出，振荡频率在1khz左右。方案二：采用sht10温湿度传感器芯片，sht10是一款高度集成的温湿度传感器芯片 ， 提供标定的数字输出。它采用专利的cmosens 技术，确保产品具有极

11、高的可靠性与卓越的长期稳定性。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、超快响应、抗干扰能力强、极高的性价比等优点。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式储存在 otp内存中，在标定的过程中使用。两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用的首选。 综合比较方案一与方案二，方案一虽然比方案二成本低廉，但电路复杂，且不易达到测量要求，方案二具有更高的抗干扰能

12、力和精度，电路结构简单，选择方案二作为本设计的温湿度传感器。1.2.2 时钟芯片的选择方案一：ds1302 ds1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片ds1302，则能很好地解决这

13、个问题。方案二：用ttl集成门电路和压力传感器来实现，这种设计同样采用压力传感器，但是控制电路采用集成门电路，电路主要由振荡器，分频器，计数器，译码器，显示电路组成。它的特点在于精度高，抗干扰能力强，允许的工作电压范围大，不需要编程，但同时也在产品体积大，硬件结构复杂，工作不可靠，技术老化，成本相对较高的缺点。这种设计目前在市场上已经基本淘汰。综上比较选择方案一，选用时钟芯片ds1302.据上述设计要求和系统方案的选择，该系统的硬件设计应充分考虑性价比,用最少的器件设计出满足要求的硬件电路。系统的总体设计框图如图1.1所示。本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟

14、信号，和a/d模拟数字转化芯片的性能，我们设计了以8051基本系统为核心的一套检测系统，其中包括温湿度检测、时钟电路、lcd显示、ch451可控的数码管显示和键盘、系统软件等部分的设计。cpulcd显示温湿度检测存储器led显示键盘ch451时钟电路图1-1 系统框图2 系统主要器件选型及依据2.1 单片机at89c51at89c51是一种带4k字节flash存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低电压、高性能cmos 8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一种带2k字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机

15、。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示 ：图2-1 at89c51管脚图主要特性如下：与mcs-51 兼容 4k字节可编程flash存储器 数据保留时间：10年 全静态工作：0hz-24mhz 三级程序存储器锁定 1288位内部ram 32可编程i/o线 两个1

16、6位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2.2时钟芯片ds1302ds1302 内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态ram,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路。提供秒分时日日期.月年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过am/pm 指示决定采用24 或12 小时格式。ds1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:1 res 复位,2 i/o 数据线,3 sclk串行时钟。时钟/ram 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信.ds1302 工作时功耗很低

17、,保持数据和时钟信息时功率小于1mw.ds1302 是由ds1202 改进而来,增加了以下的特性.双电源管脚用于主电源和备份电源供应vcc1,为可编程涓流充电电源附加七个字节存储器图22时钟芯片ds1302实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力; 8 位暂存数据存储ram;串行i/o 口方式使得管脚数量最少;宽范围工作电压2.0 5.5v;工作电流2.0v 时,小于300na;读/写时钟或ram 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式;8 脚dip 封装或可选的8 脚soic 封装根据表面装配;简单3 线接口;与ttl 兼容vcc=5v;

18、可选工业级温度范围-40 +85;与ds1202 兼容;在ds1202 基础上增加的特性;对vcc1 有可选的涓流充电能力;双电源管用于主电源和备份电源供应;备份电源管脚可由电池或大容量电容输入;附加的7 字节暂存存储器;2.3温湿度传感器sht10本系统选用sht10温湿度传感器，由于该芯片具有以下优点：1、相对湿度和温度测量；2、全标定输出，无需标定即可互换使用；3、卓越的长期稳定性；4、两线制数字接口，无需额外部件；5、基于请求式测量，因此低能耗6、超快响应时间图23温湿度传感器sht10传感器性能说明：参数条件mintypmax单位湿度分辨率0.50.0030.003%rh81212b

19、it重复性0.1%rh互换性可完全互换非线性度原始数据3%rh线性化1%rh量程范围0100%rh响应时间1/e(63%)缓慢流动空气4s迟滞1%rh长期稳定性典型值1%rh/yr温度分辨率0.040.010.010.070.020.02f121414bit重复性0.10.2f量程范围-40123.8-40254.9f响应时间1/e(63%)530s图24传感器性能表2.4数码管驱动及键盘控制芯片ch451ch451 是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及p 监控的多功能外围芯片。ch451 内置rc振荡电路，可以动态驱动8位数码管或64位led，具有bcd译码、闪烁、移位等功能；同时还

20、可以进行64 键的键盘扫描；ch451 通过可以级联的串行接口与单片机等交换数据；并提供上电复位和看门狗等监控功能。图25 ch451显示驱动内置大电流驱动级，段电流不小于25ma，字电流不小于150ma。 动态显示扫描控制，直接驱动8 位数码管或者64 位发光管led。 可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者bcd 译码方式。 数码管的字数据左移、右移、左循环、右循环。 各数码管数字独立闪烁控制。 通过占空比设定提供16 级亮度控制。 支持段电流上限调整，可以省去所有限流电阻。 扫描极限控制，支持1 到8 个数码管，只为有效数码管分配扫描时间键盘控制 内置64 键键盘控制器，基于88

21、矩阵键盘扫描。 内置按键状态输入的下拉电阻，内置去抖动电路。 键盘中断，低电平有效输出。3 系统的硬件设计系统硬件电路图如图3-1所示，at89c51单片机硬件系统实现如下功能：（1）控制时钟芯片ds1302读取日期和时间，设置初值；（2）控制ch451显示数值；（3）控制温湿度检测和显示；（4）控制24c02实现数据存储和查询。（5）控制lcd显示时间和温湿度at89c51lcd显示温湿度检测存储器led显示键盘ch451时钟电路图3-1 时钟电路3.1时间日期显示设计电路如图3-3所示，该时钟电路可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时。ds1302实时时钟具体控制方法如下：（1）的p10

22、口连接ds1302的i/o口，作为串行数据的输入和输出口；（2）的p11口连接ds1302的sclk口,给ds1302提供读写数据的脉冲信号；（3）的p14口连接ds1302的rst口，起到时钟芯片的复位作用。图3-2 时钟电路3.2 数码管驱动及键盘控制ch451检测到有效的按键，则记录下该按键代码，并通过dout 引脚产生低电平有效的键盘中断，此时单片机可以通过串行接口读取按键代码；，单片机只要给出二进制数bcd 码，由ch451 将其译码后直接驱动数码管显示对应的字符。具体控制方法如下：（1）单片机的p12口连接ch451的load口，作为串行数据加载；（2）单片机的p35口连接ch45

23、1的din口, 作为串行数据输入；（3）单片机的p34口连接ch451的dclk口，作为串行接口的数据时钟；(4) 单片机的int1口连接ch451的dout口，作为串口数据的输出和键盘中断；(5) ch451的rst1口连接外部按键，起到上电复位和看门狗复位的作用。电路图如下：图33 ch4513.3 温、湿度测控模块主要是通过温湿度传感器对环境温度进行实时的检测并将数据传输到cpu中，从而实现对温湿度的实时显示。电路图如下：图34 温湿度传感器4、系统软件设计本系统实现的功能为：键盘初始化，当按下a键，数码管显示hello，lcd显示初始时间和温湿度，摁下b键，等待设置时间初值，20*年*

24、月*日*时*分*秒星期*，其中*键为自己设定的初值，共13个值，一次按下这13个值我们便设定好了时间日期，摁下c键在数码管上显示之前我们输入的*所代表的那13个值，实现了数据的存储和查询，摁下d键，延迟2秒钟，在数码管上显示02，实现了定时器的功能，摁下e键显示温湿度值，实现温湿度检测及显示功能。主系统程序流程图如图所示：开始系统初始化开中断判断是否有键盘中断是否是a是否是b是否是d是否是c是否是e等待中断显示初始数据开始设置初值存储器读写定时中断温湿度显示ynnnnyyyyyn图41 软件系统总流程4.1 lcd显示：把代码烧进板子里时lcd初始化，判断a键是否按下，如果没按下则等待按键，如

25、果按下a键则lcd清屏，数码管上显示一个小笑脸，可以继续按其他的键a键是否按下开始lcd初始化等待中断nlcd设置读写标志regtlag=1清屏y源dsb02的内容是否flag读写操作显示图424.2时间初值输入：按下b键，键盘清零，等待按键，开始设置初值，时间显示为20*年*月*日*时*分*秒星期*，其中*为我们要设定的时间值，共13个值，按下键值，先判断是否大于0，如果大于在判断是否小于9，若都满足则继续判断是否已经按完13个键，若是则等待按下a键，显示设定的时间值，否则返回等待按键。开始按下b键键盘清零等待按键判断按下的键值是否大于0判断按下的键值是否小于9判断是否按完13个键等待按a键显示设定的时间结束yyynnn图434.3外部中断设定：通过不同的按键值