基于单片机的温湿度采集器的设计Word文档下载推荐.docx

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湿度，表示大气干燥程度的物理量。

在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；

水汽越多，则空气越潮湿。

空气的干湿程度叫做“湿度”。

在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。

湿度表示气体中的水蒸汽含量,有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。

绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米，绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度；

相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高。

1.2　国内外发展状况

1.2.1温度传感器

集成温度传感器是目前应用范围最广、使用最普及的一种全集成化传感器。

其种类很多，大致可分为以下5种：

1、模拟集成温度传感器；

2、模拟集成温度控制器；

3、智能温度传感器；

4、通用智能温度控制器；

5、微机散热保护专用的智能温度控制器。

集成温度传感器的主要应用有以下3个方面：

1.温度测量：

可以构成数字温度计、温度变送器、温度巡回检测仪、智能化温度检测系统及网络化测温系统。

2.温度控制：

用于智能化温度测控系统、工业过程控制、现场可编程温度控制系统、环境温度监测及报警系统、中央空调、风扇温控电路、微处理器及微机系统的过热保护装置、现代办公设备、电信设备、服务器中的温度测控系统、电池充电器的过热保护电路、音频功率放大器的过热保护电路及家用电器。

3.特殊应用：

例如，热电偶冷端温度补偿、测量温差、测量平均温度、测量温度场、电子密码锁及液晶显示器表面温度监测等。

模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。

模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

智能温度传感器（又称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。

它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。

目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。

智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。

有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；

进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。

例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。

DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。

另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。

智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线总线、I2C总线、SMBus总线和SPI总线。

1.2.2湿度传感器

湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。

湿度传感器主要分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都是在基片上涂覆感湿材料形成感湿膜。

空气中的水蒸汽吸附在感湿材料上后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。

近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。

湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。

湿敏元件是最简单的湿度传感器。

湿敏元件主要分为电阻式、电容式两大类。

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。

湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。

湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。

当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。

目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。

这些产品可分成以下三种类型：

（1）线性电压输出式集成湿度传感器；

典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。

其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。

（2）线性频率输出集成湿度传感器；

典型产品为HF3223型。

它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。

这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。

（3）频率/温度输出式集成湿度传感器；

典型产品为HTF3223型。

它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。

当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。

2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化温度/温度传感器，其外形尺寸仅为7.6（mm）×

5（mm）×

2.5（mm），体积与火柴头相近。

出厂前，每只传感器都在温度室中做过精密标准，标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。

它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。

测量相对温度的范围是0~100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为±

2%RH。

测量温度的范围是-40℃~123.8℃，分辨力为0.01℃。

测量露点的精度。

1.3　设计要求及主要技术指标和技术瓶颈

本设计以STC89C52单片机为核心来对多点温湿度进行实时巡检。

各检测单元（从机）能独立完成各自功能，同时能根据主控机的指令对温湿度进行时时采集。

并将采集来的信息通过液晶屏显示清晰的呈现给用户，如果采集的信息超出了预设范围，闪烁灯和蜂鸣器都将给出报警示意用户，以便做出及时决定。

本系统能够同时检测多路温湿度，检测温度范围-55℃~+95℃。

根据实际需要，检测点数可以扩展。

系统采用CHR-01湿敏电阻，使用模拟电路，将湿度信号变为电压信号输出，传输给单片机进行分析、处理和控制显示。

湿度检测范围为20％~90％RH，其检测精度为±

5％。

此外，本系统还具有报警模块，可设定温度湿度报警上下限，当检测到任何温度湿度超过温度湿度报警上下限就进行报警。

1、能够同时检测多路温湿度，检测温度范围-55℃~+95℃。

2、湿度检测范围为20％~90％RH，其检测精度为±

3、具有报警模块，可设定温度湿度报警上下限，当检测到任何温度湿度超过温度湿度报警上下限就进行报警。

第2章　方案的分析论证

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换，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。

2.1　温度传感器

采用DS18B20，温度测量范围从-55℃~+125℃，-10~+85℃时测量精度为±

0.5℃，测量分辨率为0.0625℃，电源电压范围从3.3~5V。

它支持“一线总线”的数字方式传输，可组建传感器网络。

而且，无需进行线性校正，使用非常方便，接口简单，成本低廉。

与传统的热敏电阻温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式，可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量。

它具有体积小、接口方便、传输距离远等特点，内含寄生电源。

系统有如下特点：

（1）不需要备份电源，可通过信号线供电；

（2）送串行数据，不需要外部元件；

（3）零功耗等待；

（4）系统的抗干扰性好，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备过程控制、测温类消费电子产品等。

2.2湿度传感器

采用CHR-01湿敏电阻。

CHR-01湿敏电阻适用于阻抗型高分子湿度传感器，它的工作电压为交流1V，频率为50Hz~2kHz，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120℃，阻抗在60%RH（25℃）时为30（21~40.5）KΩ。

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。

2.3控制芯片的介绍与分析

2.3.1单片机

在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。

目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。

在8位单片机中又以MCS－51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。

MCS－51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。

使用MCS－51单片机系列完全可以实现产品要求的指标，电路简单，调试容易，所以本设计采用MCS－51单片机。

下面是我所采用的方案。

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

2.4输出显示设备的介绍与分析

电子设计中常用的输出显示设备有两种：

数码管和LCD。

本设计需要显示温度值和湿度值，还可显示设置温湿度数