家用温湿度检测仪设计.docx

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家用温湿度检测仪设计

单片机原理及接口技术课程设计（论文）

题目：

家用温湿度检测仪

院（系）：

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

起止时间：

课程设计（论文）任务及评语

学号

学生姓名

专业班级

题目

家用温湿度检测仪

课程设计（论文）任务

设计任务

设计一个家用温湿度检测仪，具有以下功能：

1、自动监测室内温度与湿度；

2、温度、湿度采用液晶屏显示；

3、当湿度低于设定值30%RH时，自动启动超声波加湿设备；

设计要求：

1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适单片机、传感器等；

2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图与软件流程图；

3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。

进度计划

1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。

（2天，分散完成）

2、选择传感器、单片机等元器件型号。

（1天，实验室完成）

3、绘制硬件电路图。

（1天，实验室完成）

4、按系统的控制要求，编写软件程序。

（3天，分散2天，实验室1天）

5、上机调试、修改程序、答辩。

（2天，实验室完成）

6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成）

指导教师评语及成绩

摘要

现代人的生活方式发生了很大的变化，尤其是对自己生活环境的要求更加严格，比如温度，湿度，光线强度等。

多数人希望能够将这些信息数字化，以使自己能更加准确的掌握自己所处环境的情况，因此研究温湿度的测量方法与控制有了重要的意义。

本系统式基于STC89C52单片机为核心，集传感器、数据采集、处理、电机驱动于一体的温度湿度控制系统，非常适合家庭温度湿度监控。

DS18B20数字温度传感器灵敏度高，精度高，硬件电路非常简单，可以直接与单片机相连。

HS1101湿度传感器测量范围大，灵敏度高。

HS1101电容传感器，在电路构成中等效为一个电容器件，其电容量随着所测空气的湿度的增大而增大。

加上一个555定时器，可以产生频率随湿度变化的方波，通过单片机的计数器，可以实现频率的测量，进而可以计算出湿度值。

单片机将采集的温度与湿度值用数码管显示。

当湿度过低时，就启动超声波加湿器。

本系统成本低廉，性能可靠，精度较高，工作稳定，比较好的完成了题目的各项要求。

关键词：

单片机，DS18B20,HS1101,555定时器，数码管

第1章绪论

1.1概述

在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对温度与湿度进行厕灵及控制。

准确测量温湿度罪业生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。

因此研究温湿度的测量方法与控制具有重要的意义。

测量温湿度的关键是温湿度传感器，在温湿度测量技术不断发展的今天，温湿度传感器也正在朝集成化、智能化、系统化方向发展。

数字式温湿度计最大的优势在于读数方便，能够满足许多场合的要求，为人们提供一种高效、低成本的数字化测量工具。

具有广阔的前景与较高的推广价值。

1.2任务要求

1.自动监测室内温度与湿度；

2.温度、湿度采用液晶屏显示；

3.当湿度低于设定值30%RH时，自动启动超声波加湿设备

4.湿度测量范围（%RH）0～100，精度5%RH；

5.温度测量范围15℃～40℃，精度5%

第2章课程设计的方案

2.1系统组成总体结构

图2.1系统总体框图

2.2方案论证

2.2.1温度传感器的选择

根据设计要求温度传感器测量范围是15~40℃，所以选择方案如下：

方案一：

采用热电偶类型的温度传感器进行测量。

方案二：

采用辐射式温度传感器对温度进行测量。

方案三：

采用DS18B20进行温度测量。

这3种温度传感器都是比较常用的温度传感器，但是辐射式传感器主要是用来测量运动中的物体的温度，相对价格较高，而热电偶是温度传感器的测量范围很大，在这个设计中不太合适，因此选用DS18B20。

DS18B20有较好的测量精度与线性度。

而且DS18B20可以直接与单片机引脚连接不需要过程转换。

2.2.2湿度传感器的选择

湿度传感器分为电阻式与电容式两种，且形成的湿敏器件湿敏电阻与湿敏电容都各有其优点。

湿敏电容具有灵敏度高、产品互换性好、形影速度快、湿度低滞后量小、便于制造，其精度一般比湿敏电阻要低。

但电阻对湿度的敏感因而限制了器件在较大温度范围内的应用，因而本设计采用电容式湿度传感器。

法国Humirel公司生产的HS1101电容式湿度传感器，测量范围0%~100%RH，其误差不大于±2%RH，响应时间小于5S,且长期稳定。

所以基于此传感器，设计方案如下：

方案一：

将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转化为电压频率信号，直接被单片机处理。

方案二：

HS1101在电路中相当于一个电容元件，它的电容量随着空气湿度的增大而增大，为了能将电容的变化转化成电压的比那话，设计振荡电路，但是为了消除影响因素，还要设计消除零点电容影响电路、整流电路、积分电路、放大电路等。

综合以上因素，选择方案一。

2.2.3单片机的选择

目前，市场上有多重类型的单片机，根据设计要求得出以下方案：

方案一：

选择PIC单片机，AVI单片机等，他们都自带EEPROM，往往价格昂贵。

方案二：

本设计采用ATMEL公司生产的AT89S51单片机，AT89C51是一种低功耗，高性能的CMOS8位单片机，性价比非常高。

因此AT89C51是此设计首选的一款单片机。

2.2.4数码管的选择

数码管的显示有两种方法：

一种是静态显示，一种是动态显示。

由于单片机的输出电流太小（只有几mA）不能驱动数码管发光，所以这里必须有驱动显示模块。

所以设计方案如下：

方案一：

采用静态显示，选用串行转并行芯片74LS373作为数码管的驱动。

静态显示实现起来简单。

方案二：

采用动态显示，讲几个数码管的段选线同时接到单片机的I/O口，节省了单片机的I/O资源。

综上，为了简单选用方案一。

第3章硬件设计

3.1单片机最小系统设计

AT89C51单片机最小系统由复位电路、晶振电路、电源构成。

这些电路是单片机正常工作的必要条件。

本设计中使用的是11.0592MHz的晶振频率。

图3.1时钟电路

3.2传感器设计

3.2.1温度传感器的设计

DS18B20与单片机的连接电路如下

图3.2.1DS18B20电路

3.2.2湿度传感器的设计

图为HS1101的外围电路以及与单片机的连接图。

通过这个电路可以直接输出与湿度相关的频率，并直接与单片机的定时器1相连。

实现频率的测量。

图3.2.2HS1101外围电路

3.3数码显示模块

本系统采用74HC573锁存器控制6个数码管显示温度与湿度值

图3.3数码显示电路

3.4电机驱动电路

图3.4电机驱动电路

第4章软件设计

4.1主程序设计

图4.1主程序流程图

4.2定时中断设计

Y

N

Y

图4.2定时中断流程图

第5章总结

这是第二次进行课程设计，有了上次的经验，明白在课程设计中分工合作非常重要，这样才不会浪费时间，也能在合作中展示个人能力。

由于我个人比较对软件感兴趣，因此，在初次讨论分组的时候选择了负责软件部分——程序的编写。

我们都知道在编写程序之前，最重要的画程序流程图。

流程图反应了程序的思想，结构，步骤。

而画流程图必须要了解硬件设计者的想法以及设计方案。

因此在开始的时后，我主要是与负责硬件部分的同学沟通，了解与分析他们的设计思路以及实现的功能。

这时初步的流程图即可绘制出来。

接下来就是构思详细的流程图。

由于我们使用的51系列单片机，是学习中经常使用的芯片，比较熟悉。

因此结合设计好的Protel图，将使用到的引脚摘出来，结果了解分析，清楚了本次编写程序时主要用到的单片机的I/O口，定时器/计数器等功能。

此时主程序的流程图就很容易绘制出来了。

本次课程设计使用了2种传感器——DS18B20、HS1101。

由于这两种传感器都可以通过电路直接输给单片机数字信号，不用使用AD，这就使得程序简单一些了。

DS18B20内置ROM区，在工作之前要求单片机写数据，而且时序要求严格，才能读出数据。

第一次接触这个传感器，认真学习搜集来的资料，结合本次设计的需要，在已有的程序基础进行修改。

HS1101主要是应用外部计数方式进行湿度的转换。

子程序的流程图写好后就可以着手编写程序了。

根据以前的编程经验，写的时候最好是模块化。

其次，还要注意加注释，这样其他同学在看的时候就以明白每部分实现的功能是什么。

程序写好后与负责硬件的同学一起调试。

我们分别先测试每个传感器的显示，在调试的过程中却出现很多问题，比如尽管编译是程序没有错误，但下载到单片机后却没有达到预期效果，开始排错，确定硬件正常后，就仔细检查程序。

原来是在写程序的时候粗心多写了分号使得程序移植在循环处执行。

通过这次课程设计，我学到了很多。

虽然没有参与硬件方面，没有动手焊接与画电路图，但是却提高了在编程方面的能力，增强经验。

也让我明白，即使程序写的没错误，但是在实际应用中还是会出现各种问题，这次的课程设计让我加强了我在调试时的排错能力。

总之，只有把理论与实际操作结合才能做好事情。

参考文献

[1]郭天祥，《51单片机C语言教程》，北京：

电子工业出版社，2009

[2]谭浩强等,《C程序设计》（第二版），北京：

清华大学出版社，1999

[3]胡向东，《传感技术》，重庆大学出版社，2006

[4]张国雄，《测控电路第三版》，北京：

机械工业出版社，2007

[5]钟富昭，《8051单片机典型模块设计与应用》，北京：

人民邮电出版社，2007

附录

附录Ⅰ

系统原理图

附录Ⅱ

主程序如下：

ORG0100H

LJMPMAIN

ORG001BH

LJMPINTT1

ORG0300H

MAIN:

SETBEA

SETBET1

MOV80H,#60

MOV81H,#20

MOVR0,30H

MOVTMOD,#01H

MOVTH1，#00111100B

MOVTL1，#10110000B

SETBTR1

TBUFEQU40H

初始化设置结束，开始采集并显示

KONG:

MOVP2,00000000B

SETBP3.6

LCALLDELAY

CLRP3.6

JBP3.2，W1

SJMP$

W1：

SETBP3.7

MOV70H,P2

MOVA,70H

MOVB,#256

DIVAB

MOVB,200

MOVAB

MOVB,#64H

DIVAB

MOV51H,A

MOVA,B

MOVB,#0AH

DIVAB

MOV52H,A

MOV53H,B

MOVP2,00000001B

SETBP3.6

LCALLDELAY

CLRP3.6

JBP3.2，W2

SJMP$

W2:

SETBP3.7

MOV71H,P2

MOVA,71H

MOVB,#256

DIVAB

MOVB,200

MOVAB

MOVB,#64H

DIVAB

MOV56H,A

MOVA,B

MOVB,#0AH

DIVAB

MOV57H,A

MOV58H,B

DELAY:

MOVR7，#100

DELAY1:

MOVR6，#24

NOP

DELAY2:

DJNZR6，DELAY2

DJNZR7，DELAY1

RET

定时中断程序：

INTT1：

MOVTH1，#00111100B

MOVTL1，#10110000B

MOVR1，80H

MOVR2,81H

REL2：

DJNZR2，REL

MOV81H,#20

MOVR1，#81H

DJNZREL2

MOV80H,#60

MOVR1,80H

DJNZR0，DEL2

LJMPREL0

REL:

MOV20H,R2

LJMPREL0

REL0：

RETI