数字式温湿度传感器的应用设计毕业设计论文.docx
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数字式温湿度传感器的应用设计毕业设计论文
本科毕业设计
数字式温湿度传感器的应用设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
姓名
开题时间
学制
全日制本科（4年）
专业
电气工程及其自动化
指导教师
（导师组长）
论文题目：
数字式温湿度传感器的设计应用
开题报告内容：
一、选题的背景和意义
随着人类社会的进步和科技的发展，对自动化的要求也越来越高。
在生产和生活中对于温湿度的控制要求也越来越严格。
由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温湿度一体的复合传感器就会相应产生。
温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。
市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。
市场上常见的温度，湿度传感器以电压输出为主要表现形式，温度湿度与所表现出来的电压信号呈非线性的关系，且因为材料本身的差异，不同的传感器其非线性曲线也各不相同，缺乏一个产品应具备的通用性和互换性。
实际中的应用的温湿度传感器要具备以下特点：
1、敏感材料的特性岁温湿度的变化有较大的变化，而且该变化易于测量；
2、材料对温湿度的变化有较好一一对应关系，即对除温湿度外其它物理量的变化不敏感。
3、性能误差及老化小，重复性好，尺寸小；
4、有较强的耐机械、化学及热作用等特点；
5、与被检测的温湿度范围和精度相适应。
温湿度的测量在仓储管理、工业生产制造、智能化建筑、科学研究及日常生活中被广泛应用，传统的模拟式湿度传感器需设计信号调理电路并需要经过复杂的校准、标定过程，测量精度难以得到保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不尽人意。
SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSns技术的新型温湿度传感器。
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。
SHT71智能化数字传感器内部集成了相对湿度传感器、温度传感器、放大器、14位A/D转换器、校准存储器（E2PROM）、随机存取存储器（RAM）、状态寄存器、循环冗余校验码（CRC）寄存器、二线串行接口、控制单元、加热器及低电压检测电路。
这样就免去了传感器外围电路，保证了高可靠性和高稳定性，提高了看干扰能力。
而且不需
要经过复杂的校准、标定过程，测量精度得到保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面都不错。
在未来的大型温湿测控系统中将得到广泛的应用。
二、工作任务分析
本设计是利用SHT71传感器设计出一个可用到环境监测和控制的温湿度的控系统。
利用SHT71温湿度传感器对环境温度和湿度进行采集和处理，从而实现对环境温湿度的实时检测和控制。
本设计主要由SHT71温湿度传感器、AT89C52单片机、命令键盘、显示模块和控制模块组成。
主要任务是完成上述各个部分的电路搭设以及程序编写。
3、调研报告
目前温湿度传感器大多使用传统的模拟式传感器，传统的模拟式湿度传感器一般不仅要设计信号调理电路，还要经过复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证。
而数字式传感器由于具有强抗干扰性，高可靠性和便于计算机接口等特点，已经被越来越广泛的应用。
比较多人使用的是瑞士HOPEMICROELECTRONICS公司生产的FOST02/FOST02A温湿度传感器和瑞士SENSIRION公司的SHT7X/SHT1X系列温湿度传感器。
单片机方面主要是由51系列单片机和AVR单片机多让人们采用。
4、方案拟定与分析
本设计采用51系列的AT89C52单片机以及SHT71温湿度传感器。
由于学习过51单片机，对51单片机比较熟悉，所以就选择51系列的AT89C52单片机。
从性能的稳定性上考虑，选择使用SHT71温湿度传感器。
5、毕业论文撰写提纲及实施计划
5.1毕业论文撰写提纲
3.4.1SHT71传感器简介
5.2实施计划
2011年1月15日—2011年1月31日查阅资料，收集数据，数据分析
2011年2月1日—2011年2月23日拟定设计方案
2011年2月23日—2011年3月15日完成并提交开题报告
2011年3月16日—2011年4月15日完成基本电路搭设以及大部分程序编写
2011年4月15日—2011年5月28日完成并提交毕业设计
指导教师（导师组）意见：
签名：
年月日
审查小组意见：
审查小组负责人（签名）：
年月日
摘要
本文介绍了基于单片机系统的数字式温湿度传感器在社会生产和生活中的应用。
随着社会发展的日新月异，传感器在人们的生产和生活中的运用也越来越广泛。
由于许多场合需要同时使用温度传感器和湿度传感器，因此，作为复合传感器的数字式温湿度传感器被广泛运用于各个领域和行业。
本设计主要介绍以AT89C52单片机和SHT71温湿度传感器为基础所组成的系统，实现对温湿度的测量，并且通过制冷片的使用实现对温度的控制，完成各个部件的电路搭设，以及对各组成部分的编程工作。
本设计使用了键盘控制和LED数码管显示，体现对应的测控系统的设计方法和手段。
针对许多场合都要求对温湿度的控制，本设计以使用制冷片实现对温度的控制为例，体现控制系统的设计方法及应用。
软件部分采用的并不是传统的汇编语言编程，而是较为容易和快捷的C语言完成软件编程。
关键词：
单片机系统，数字式温湿度传感器，AT89C52，SHT71.
Abstract
Thesubjectofthisarticleistheapplicationofsingle-chipmicrocomputerinproductionandpeople’sdailylife.Asthequickdevelopmentofoursociety,Sensorplaysamoreandmoreimportantroleinourdailylife.AstemperaturesensorandHumiditysensorarebothrequiredonmanyoccasions,Humidity&TemperatureSensor,asacompoundsensor,arenowbeingusedinvariousfieldsandindustries.ThedesignismainlyfocusedonintroductionofthesystemwhichisbasedonAT89C52single-chipmicrocomputerandSHT71Humidity&TemperatureSensor.Thesystemcouldmeasurethetemperatureandhumidity,controltemperaturebytheusageoffilmcooling,finishtheelectriccircuitconnectionandtheprogrammingofeachcomponent.ThedesignmakesadvantageofkeyboardcontrolandLEDdigitalpipetoshowit.Atthesametime,itreflectsthedesignmethodandmeansofrelativecontrolsystem.Tosatisfytheneedforcontrollingtemperatureandhumidity,thedesignusesfilmcoolingtocompleteit,meanwhile,thedesignmethodofthecontrollingsystemanditsapplicationcanbeembodied.Asforthesoftwarepart,itdoesn’tusethetraditionalcompilationlanguageprogramming,butuseCLanguagetofinishthesoftwareprogramming,whichismucheasierandquicker.
Keyword:
single-chipmicrocomputer,HumidityandTemperatureSensor,AT89C52,SHT71.
第一章绪论
1.1选题的背景和意义
随着人类社会的进步和科技的发展，对自动化的要求也越来越高。
在生产和生活中对于温湿度的控制要求也越来越严格。
由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温湿度一体的传感器就会相应产生。
温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。
市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。
市场上常见的温度，湿度传感器以电压输出为主要表现形式，温度湿度与所表现出来的电压信号呈非线性的关系，且因为材料本身的差异，不同的传感器其非线性曲线也各不相同，缺乏一个产品应具备的通用性和互换性。
实际中的应用的温湿度传感器要具备以下特点：
1、敏感材料的特性随温湿度的变化有较大的变化，而且该变化易于测量；
2、材料对温湿度的变化有较好一一对应关系，即对除温湿度外其它物理量的变化不敏感。
3、性能误差及老化小，重复性好，尺寸小；
4、有较强的耐机械、化学及热作用等特点；
5、与被检测的温湿度范围和精度相适应。
温湿度的测量在仓储管理、工业生产制造、智能化建筑、科学研究及日常生活中被广泛应用，传统的模拟式湿度传感器需设计信号调理电路并需要经过复杂的校准、标定过程，测量精度难以得到保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不尽人意。
SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSns技术的新型温湿度传感器。
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。
SHT71智能化数字传感器内部集成了相对湿度传感器、温度传感器、放大器、14位A/D转换器、校准存储器（E2PROM）、随机存取存储器（RAM）、状态寄存器、循环冗余校验码（CRC）寄存器、二线串行接口、控制单元、加热器及低电压检测电路。
这样就免去了传感器外围电路，保证了高可靠性和高稳定性，提高了看干扰能力。
而且不需要经过复杂的校准、标定过程，测量精度得到保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面都不错。
在未来的大型温湿测控系统中将得到广泛的应用。
1.2本设计的内容与任务
目前温湿度传感器大多使用传统的模拟式传感器，传统的模拟式湿度传感器一般不仅要设计信号调理电路，还要经过复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证。
而数字式传感器由于具有强抗干扰性，高可靠性和便于计算机接口等特点，已经被越来越广泛的应用。
比较多人使用的是瑞士HOPEMICROELECTRONICS公司生产的FOST02/FOST02A温湿度传感器和瑞士SENSIRION公司的SHT7X/SHT1X系列温湿度传感器
单片机方面主要是由51系列单片机和AVR单片机多让人们采用。
本设计是利用SHT71传感器设计出一个可用到环境监测和控制的温湿度的控系统。
利用SHT71温湿度传感器对环境温度和湿度进行采集和处理，从而实现对环境温湿度的实时检测和控制。
本设计主要由SHT71温湿度传感器、AT89C52单片机、命令键盘、显示模块和控制模块组成。
主要任务是完成上述各个部分的电路搭设以及程序编写。
第二章单片机的选型
2.1单片机系统
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
目前多为使用的是AVR单片机和51单片机，两者相对而言，51单片机技术发展成熟，一直以来都有很多采用，大众对51单片机更为熟悉。
而近年来越来越多人选用AVR单片机，其原因是AVR单片机的性能更好，而且C语言编程方面比51单片机更容易。
由于我本人所熟悉的是51单片机，所以本设计选用的是51单片机，下面就介绍一下51单片机的性能和特点。
2.1.1MCS-51单片机
51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。
该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。
目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。
51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。
需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。
当前常用的51系列单片机主要产品有：
Intel的：
80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；
ATMEL的：
89C51、89C52、89C2051等；
Philips、华邦、Dallas、Siemens（Infineon）等公司的许多产品
2.1.2MCS-51单片机特点、功能简介
MCS-51系列单片机是Intel公司1980年推出的高性能的8位单片机，MCS-51的典型产品为8051.与8048系列相比，MCS-51系列单片机无论是在片内RAM/ROM容量、I/O功能、种类和数量，还是在系统扩展能力方面都有很大的加强。
MCS-51系列单片机采用模块化实际，各种类型的单片机都是在8051（基本型）的基础上通过增、减部件的方式获得的。
8051是片内ROM型单片机，内部具有4KB掩膜ROM。
在此基础上将掩膜ROM模块换成EPROM模块衍生出了8751（EPROM型），去除掩膜ROM模块衍生出了8031（无ROM型）。
上面三种类型称为MCS-51系列中的51子系列。
MCS-51的存储器
MCS-51单片机的存储器机构与常规的微型计算机的配置不同，它把程序存储器和数据存储器分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能。
系统的存储器用来存放程序和始终保留的常数，数据存储器常用来存放程序运行中所需的常数或变量。
MCS-51的存储器除了有程序存储器ROM和数据存储器RAM之分外，还有片内和片外之分。
片内存储器集成在芯片内部，是MCS-51的主要组成部分；片外存储器是外接的专用存储芯片，MCS-51只提供地址和控制命令，需要通过印刷电路板上的三总线才能联机工作。
（2）I/O接口
现在的单片机系列中普遍都有多种I/O口的型号，在I/O口的使用应从其功能和驱动能力上加以考虑，对于仅需增加少量的I/O口，最好是选用廉价的TTL或CMOS电路扩展，这样可提高单片机口线的利用率。
对于需扩展更多的I/O口，则可选用标准的I/O口扩展芯片8155、8255和8279等芯片，这些芯片的接口电路简单，编程比较方便，使用相对灵活，而且价格适中。
[5]
2.1.3扩展部分
MCS-51系列单片机具有较强的功能，其芯片内部集成了计算机的基本功能部件，如CPU、RAM、程序存储器、并行和串行I/O口以及定时/计时器等等。
使用非常方便。
通常情况下，对于小型的控制系统及检测系统，利用一片单片机就足够。
但是在许多情况下，对于一些特殊要求的应用系统，要考虑到传感器、伺候控制接口以及人机对话接口等的需要，最小应用系统常常不能满足要求。
往往还需要扩展一些外围芯片，以补充片内硬件资源的不足。
系统扩展是单片机应用系统硬件设计中最常遇到的问题。
系统扩展就是实现相应芯片的接口和编程。
MCS-51系统扩展有程序存储器（ROM）扩展、数据存储器（RAM）扩展、I/O口扩展、中断系统扩展以及其他特殊功能扩展。
（1）键盘部分
本设计需要通过键盘控制来实现对量的控制。
键盘是十分重要的人机对话的组成部分，是人向机器发出指令、输入信息的必需设备。
键盘分编码和非编码键盘。
键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现并产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD码键盘，ASCII码键盘等；靠软件识别的称为非编码键盘。
（a）独立式键盘
每一个按键的电路是独立的，占用一条数据线。
这种键盘占用硬件资源多，适合少量按键的情况。
独立式按键接口有中断方式的独立式按键工作状态和查询方式的独立式按键工作状态，都是按键直接与微处理器连接，通过读I/O口，判定个I/O口的电平状态，即可识别按下的按键。
（b）矩阵式键盘
相对于独立式键盘
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