室内温湿度检测系统.docx
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室内温湿度检测系统
摘要
伴随着人们生活水平的不断提高，人们对生活环境的要求也越来越高，而温度和湿度是影响人们生活环境的重要因素，因此对于室内温度和湿度的检测在日常生活中就显得尤为重要。
室内温湿度检测系统的出现给人们的生产生活带来了极大的方便，本文主要阐述了温湿度检测系统的硬件设计和软件设计。
该系统采用温湿度传感器和单片机技术。
可以以数字形式直接显示温度值和湿度值，该系统使用方便、读数直观。
文章主要讨论了一种基于YX-HT-300U温湿度模块的系统设计。
文章从硬件和软件两方面展开了论述，硬件部分首先谈到了系统整体设计，然后从单片机芯片AT89C52的硬件接口电路做出分析和论述，同时增设键盘接口模块，LED显示模块，蜂鸣器报警模块，YX-HT-300U能同时测量相对湿度及温度，文中又论述了YX-HT-300U的性能、结构、工作原理、命令格式及功能，保证了系统设计的高性能；软件系统的设计主要给出了针对各个应用模块的设计思路和设计框架，并对各部分程序进行解释说明。
最后，文章对本次设计做出了总结，并对于设计过程中出现的问题做出了详细的讲解。
关键词：
单片机；YX-HT-300U温湿度传感器；显示；报警
Abstract
Asthepeople’slivingstandardisenhancing,thepeople’slivingconditions'requestaregettinghigherandhigher.Thetemperatureandhumidityistheimportantfactorwhichaffectspeople'slivingenvironment.Therefore,theindoortemperatureandhumiditytestinghasbecomeparticularlyimportantinthedailylife.
Theindoortemperatureandhumiditydetectionsystemgivestheappearanceoftheproductionandlivingconveniencebroughtabouttremendous.Thesystemhasusedthehumituresensorandthemonolithicintegratedcircuittechnology.Itmaydemonstratethetemperatureandthehumidityvaluedirectlybythedigital.Thesystemoperatesveryeasy,andthereadingisdirect-viewing.ThearticlemainlydiscussedthesystemwhichbasedontheYX-HT-300Uhumituremodule.Thearticlemainlyelaboratesoverallthesystem'sdesignfromthehardwarepartandthesoftwarepart.Thehardwareparttalksaboutthesystemoveralldesignfirstly.ThenithasmadetheanalysisandtheelaborationfromthemonolithicintegratedcircuitchipAT89C52hardwareinterfaceelectriccircuit,Simultaneouslyadditionallybuildsthekeyboardinterfacemodule,theLEDdisplaymoduleandthebuzzerwarningmodule.YX-HT-300Ucansimultaneouslysurveytherelativehumidityandthetemperature.ThearticlealsoelaboratedtheYX-HT-300Uperformance,thestructure,theprincipleofwork,theformsoffieldordersandthefunction.Ithasguaranteedthesystemdesignhighperformance.Thesoftwaresystem'sdesignhasmainlygiveninviewofeachapplicationmoduledesignmentalityandthedesignframe,butcarriesontheexplanationexplanationstovarioussubprograms.
Finally,thearticlemadeoutthesummaryofthisdesign.Andthearticlehasexplainedtheproblemsofthedesignprocessindetail.
Keywords:
Monolithicintegratedcircuit;YX-HT-300Uhumituresensor;demonstration;warning
第1章绪论
1.1室内温湿度检测系统的作用与意义
随着经济社会的发展，人们对生活环境的要求越来越高，本设计具有一定的使用价值，该温湿度测量系统的最大优点是利用YX-HT-300U温湿度传感器采集现场的温度和湿度，然后驱动ADC0809来完成温度传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。
本系统以单片机AT89C52为核心，由7279键盘显示、YX-HT-300U温湿度采集、蜂鸣器报警、x5045上电复位功能、ADC0809的A/D转换器芯片等模块组成。
本设计吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。
单片机接受转换好的数据后，存入指定内存单元，由INTO中断服务程序完成。
每次驱动A/D转换后等待外部中断1，中断到来说明转换完成，通过中断服务程序读取转换到的数据。
温湿度测量的精度已经达到了一定的标准，不仅成本低而且具备了市面上家用及生产生活的一系列功能。
1.2单片机的发展趋势与应用
1.2.1单片机的发展趋势
随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路等元器件，从而构成了“单芯片微型计算机”，简称单片机。
单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用的计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。
单片机的发展PC系统中的CPU一样历经几代的过程，由于单片机的巨大市场空间和广泛的应用范围，世界各大芯片厂商纷纷推出自己的单片机产品，但是单片机远没有PC中的CPU更新速度快，大体经历了4位机、8位机、16位机、32位机的发展过程，其中8位机在市场上一直是主流产品。
1976年Intel公司率先推出8位机MCS-48系列，1980年又推出了内部功能单元集成度强的8位机MCS-51系列产品，其性能大大超过并取代了MCS-48系列产品。
如计算速度为MCS-48系列的10倍，时钟12MHz时钟指令周期可为1us。
由于8位机可以一次处理一个ASCⅡ码，因而一问世便显示出其强大的生命力，广泛应用于显示、终端键盘、打印、字处理、工业控制等。
虽然再8位机发展应用过程中出现了16位机、32位机，乃至64位机，但是8位机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占领着单片机市场的主导地位。
所以各大芯片生产厂家商纷纷生产与MCS-51兼容或不兼容的单片机产品。
1.2.2单片机的应用领域
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：
（1）在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
（2）在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
（3）在家用电器中的应用
可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。
（4）在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。
（5）单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
（6）在各种大型电器中的模块化应用
某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。
在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。
此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途[13]。
1.3毕业设计的目的与意义
毕业设计过程是实现本科培养目标要求的重要阶段，是基础理论学习深化与升华的重要环节，是全面检验学生综合素质与实践能力培养效果的主要手段，是学生毕业及学位资格认证的重要依据，是衡量高等学校教育质量和办学效益的重要评价内容。
做好毕业设计工作，对提高本科生全面素质具有重要意义。
毕业设计的基本教学目的是培养学生综合运用所学知识和技能，提高分析与解决实际问题的能力，在实践中培养学生用于探索的创新精神，严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。
毕业设计包括开题报告、答辩和评分等全过程。
在毕业课题阶段中，仍需要进一步培养学生具有从事科学研究工作和综合试验技能或专门技术工作的初步能力，初步掌握科学研究的基本方法。
具体可归纳为：
（1）对资料、信息的获取及独立分析的能力，本专业外文的阅读和翻译能力。
（2）综合运用所学知识的技能，解决实际问题的能力。
（3）较好地掌握本门科学的基础理论、专门知识和基本技能及方案论证的能力。
（4）培养学生的创新意识和创新精神，继承和发现探索与创造能力。
（5）使用计算机（包括索取信息、数据处理、多媒体软件应用等）的能力。
（6）撰写论文的能力及开题报告、论文答辩时的口头表达能力。
第2章系统整体设计方案
2.1任务要求及设计思想
2.1.1任务要求
完成一个室内温湿度检测系统的整体设计
2.1.2系统的设计思想
本设计是利用AT89C52单片机实现温湿度自动检测与报警，温度范围在0℃至60℃之间，湿度测量范围在10%至95%，温度测量误差小于2%，湿度测量误差小于5%。
随机显示所采集的温湿度，可以设定温度的范围，对周围环境的温湿度进行有效检测与报警。
具体设计思想是：
先利用键盘设定上限温度和下限温度，并可以切换温湿度显示。
再利用YX-HT-300U温湿度传感器采集周围环境中的温湿度值，并将现场温湿度非线性信号转化为电信号进行调理使之满足A/D转换要求，然后驱动ADC0809来完成温湿度传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。
将采样值和设定值进行比较，如果超出了设定范围就进行蜂鸣器报警，如果高于最高温湿度或是低于最低温湿度，蜂鸣器开始报警。
本设计基本上满足了温湿度检测与报警的要求，具有超调量小，采样值与设定值基本一致，操作简单等优点。
单片机控制温湿度自动检测报警系统的出现，对实现温湿度自动检测报警是一个巨大的推动，具有普遍的实用意义。
该系统已渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。
2.2系统结构设计
2.2.1所用元件与工具
单片机AT89C52、X5045、HD7279、ADC0809、三极管、蜂鸣器、两片基准电压源LM336-5.0、PROTEL软件制图、数字万用表等。
2.2.2主体方案设计
本设计是利用AT89C52实现温湿度的自动检测与报警。
通过YX-HT-300U温湿度传感器对周围环境的温度和湿度进行采集，再利用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。
通过HD7279键盘显示设置系统的上下限，当温湿度超出设置范围时，蜂鸣器开始报警。
整体框图如图2.1：
2.1整体框图
第3章系统硬件设计方案
3.1AT89C52单片机简介
（1）概述：
AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能
CMOS8位单片机，它完全兼容标准型的AT89C51，并
在AT89C51的基础上增加了128B的片内RAM，4KBFlash
存储器，T2定时器等功能。
器件采用ATMEL公司的高密
度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统
及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器
（CPU）和Flash存储单元[14]，功能强大的AT89C52单片
机适合于许多较为复杂控制应用场合，如图3.1。
（2）主要性能参数：
①与MCS-51产品指令和引脚完全兼容
②8KB的ROM
③1000次擦写周期3.1AT89C52管脚图
④全静态操作：
0Hz－24MHz
⑤三级加密程序存储器
⑥256＊8字节内部RAM
⑦32个可编程I/O口线
⑧3个16位定时/计时器
⑨8个中断源
⑩可编程串行UART通道
（3）功能特性：
AT89C52提供以下标准功能：
8KB的Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
从图中可看出，引脚的区别是由于增加定时器2而引起的。
有区别的只有P1.0、P1.1两个引脚，这两个引脚在不使用定时器2时仍可作为静态I/O接口使用,在单片机使用定时器2时，P1.0,P1.1还可能承担着外部计数脉冲输入，外部触发信号输入，可编程方波输出等功能[5]。
3.2YX-HT-300U温湿度传感器简介
3.2.1温度及相对湿度的概念
（1）温度：
是指物体的冷热程度，是表示物体内分子热运动（不规则的自由运动）强度的物理量。
（2）相对湿度：
是指一定温度及一定空间的空气中水蒸气量和饱和水蒸气量之比。
国家标准中规定用%表示，但人们习惯上常表示为：
%RH。
（3）人体最适宜的温湿度范围是：
相对湿度为45%-65%。
温度为11℃和32℃。
所以在本设计中设置的温湿度上下限报警值为人体最适宜的温湿度范围。
3.2.2温湿度模块介绍
本次设计用YX-HT-300U温湿度模块，该模块具有精度高、湿滞小、耐高湿、互换性好、抗污染、微型化等优点，是包括相对温湿度传感器（YX-HS系列）与信号处理电路的一体化产品。
模块采用直流供电，相对湿度以电压信号形式输出；模块同时提供以电阻形式输出的温度信号。
该模块常用于气象（探空）、农业（大棚）、仓储（粮库）、空调、加湿器、除湿机、记录（显示）仪表、数字温湿度计等。
（1）YX-HT-300U如图3.2
3.2YX-HT-300U
（2）电气指标
①供电电压（输入）DC5V±5%
②消耗电流约2Ma（最大5mA）
③使用范围0～60℃，95%RH以下
④湿度测量范围10～95%RH
⑤保存-10～+70℃，95%RH以下
⑥湿度精度±5%RH（范围：
1.64～1.95V，at25℃，60%RHVin=DC5V）
⑦湿度输出特性（参考）
⑧湿度输出特性热敏电阻（C16T·45）R（25℃）=50k欧±5%，B（25/50）=3970K±2%
⑨温度依存性（参考）±5%RH（Vin=5VCD，40～80%RH10～40℃范围，25℃为基准）
（3）测量范围：
温度测量：
0-60℃湿度测量范围：
10-95%
湿度输出特性：
（@25℃）
相对湿度（%RH）
10
20
30
40
50
60
70
80
90
输出电压（V）
0.32
0.63
0.93
1.22
1.51
1.80
2.10
2.41
2.72
温度输出特性：
热敏电阻（C16T·45）R（25℃）=50k欧±5%
B（25/50）=3970K±2%
温度（℃）
0
10
20
25
30
40
50
60
阻抗
（k欧）
165.9
100.5
62.62
50.00
40.20
26.45
17.85
12.30
（4）接线方法如图3.3：
1电源DC5V
2湿度输出DC0～3.0V
3地线GND
4温度输出50k欧（at25℃）
注：
正负极切勿接反
图3.3接线方法图
（5）相对湿度输出特性曲线（温度：
25℃输出电压：
DC5V）
如图3.4：
图3.4相对湿度输出曲线
3.3AT89C52单片机与HD7279接口设计
3.3.1HD7279芯片简介
（1）HD7279的主要特点
①与CPU间采用串行接口方式,仅占用4根端口线；
图3.5HD7279管脚图
②内部含有译码器，可直接接收BCD码或16进制码，同时具有两种译码器方式，实现LED数码管位寻址和段寻址，消隐和闪烁性等多种控制指令，编程灵活；
③循环左移和循环右移指令；
④内部含有驱动器，无需外围元件可直接驱动LED；
⑤具有级联功能，可方便的实现多于8位显示或多于64键的键盘接口；
具有自动消除抖动并识别按键键值的功能[11]。
（2）HD7279的引脚说明
HD7279为28引脚标准双列直插式封装（DIP）[15]，如图3.5，单一的+5V供电,其引脚排列如主板所示。
DIG0-DIG7分别为8个LED数码管的位驱动输出端[5]。
SA-SG分别为LED数码管的A-G的输出端。
DP为小数点的驱动输出端。
HD7279与微处理器仅需4条接口线，其中非CS为片选信号（低电平有效），RC引脚用于连接HD7279的外接振荡元件，其典型值为R=1.5千欧，C=15pF。
非RESET为复位端。
该端由低电平变成高电平并且保持25ms即复位结束。
通常,该端接+5V即可。
3.3.2接口设计
7279是可编程的键盘和显示接口器件[5]，如图3.6。
键盘和显示器实现人机交互。
键盘和显示器由7279管理，实现5按键和4显示器的功能。
如下图所示是HD7279与AT89C52单片机的典型接口电路。
HD7279应连接共阴式数码管。
因为采用循环扫描的工作方式,如果采用普通的数码管，亮度有可能不够，则可采用高亮度或超高亮度的型号[14]。
数码管的尺寸亦不宜选得过大，一般字符高度不超过1in（0.0254m），如使用大型的数码管，应使用适当的驱动电路。
HD7279需要一个外接的RC振荡电路以供系统工作，外接振荡元件为典型值（R=1.5千欧，C=15pF）。
如果芯片无法正常工作，首先检查此振荡电路。
在印制电路板布线时，所有元件，尤其是振荡电路的元件应尽量靠近HD7279，并尽量使电路连线最短。
单片机通过KEY引脚电平来判断是否有键按下，在使用查询方式管理键盘时，该引脚接至单片机的1位I/O口如主板所示P1.7；如果使用中断方式，该引脚应接至单片机的外部中断输入端（非INT0或非INT1）。
同时应该将中断触发控制位设置成下降沿有效的边沿触发方式。
若置成电平触发方式，则应注意在按键时间较长时可能引起的多次中断问题[5]。
单片机与HD7279引脚的连接和相关的地址分配如下：
（1）CS2：
片选端,低电平有效，与P1.4相连；
（2）CLK:
串行时钟输入端，与P1.5相连；
（3）DATA:
串行数据输入/输出端，与P1.6相连；
图2-2-2HD7279
（4）KEY:
按键有效信号端，与P1.7相连。
图3.6AT89C52与HD7279连接电路图
3.4AT89C52单片机与X5045的接口设计
3.4.1X5045芯片简介
X5045是单片机系统电路的一个辅助芯片，
它将复位，电压检测，看门狗定时器和块锁保护
的串E2PROM功能集合成一个芯片内；采用SPI串行外设接口方式，降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，提高了系统的可靠性[8]。
（1）功能与特点
X5045有4种基本功能:
上电复位,看门狗定时器，低电压检测和SPI串行E2PROM。
①上电复位
当器件通电并超过Vcc门限电压（内部门限值Vtrip时），X5045内部的复位电路将会提供一个约为200ms复位脉冲（引脚RESET）让微处理器能够正常复位。
②看门狗定时器
看门狗定时器对微处理器提供了一种对外界干扰而引起程序陷入死循环或“跑飞”状态的保护功能。
X5045内部的一个控制寄存器中有两位可编程位决定了定时周期的长短。
当系统出现故障时，在设定的时间内如果没有对X5045进行访问，则看门狗定时器以RESET信号作为输出响应,即变为高电平，延时约200ms以后RESET由高电平变为低电平。
非CS的下降沿复位看门狗定时器[5]。
③低电压检测
工作过程中X5045监测电源电压下降并且在电源电压跌落到Vcc门限电压（Vtrip）以下时，会产生一个复位脉冲,复位脉冲保持有效直到电源电压降到1V以下。
如果电源电压在降落到VTRIP后延时约200ms，复位信号消失,使得微处理器可以继续工作。
④串行E2PROM存储器
X5045的存储器部分是具有Xicor公司的块锁保护CMOS4KB串行E2PROM。
它被组织成8位的结构，由一个四线构成的SPI总线方式进行操作,一次最多可写16B[10]。
3.4.2接口设计
利用X5045串行E2PROM存储4通道的测量值上下限和报警上下限（保护参数）[1]。
单片机与X5045引脚的连接如图3.8：
（1）CS1:
片选端,低电平有效，与P1.0相连；
（2）SO:
串行数据输出端，与P1.1相连；
（3）CK:
串行时钟输入端，与P1.2相连；
（4）SI:
串行数据输入端，与P1.3相连[13]。
图3.8AT89C52与X5045连接电路图
3.5AT89C52单片机与ADC0809的接口设计
3.5.1ADC0809转换
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