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温度湿度论文1

温湿度测量仪的设计

摘要

温度和湿度是两个最基本的环境参数，人们生活与温湿度息息相关。

在日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域，经常需要对环境温度和湿度进行测量和控制。

准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。

因此，研究温湿度的测量方法和装置具有重要的意义。

随着科技的不断发展，单片机技术已经普及到我们的工作、生活、科研等各个领域。

已经成为一种比较成熟的技术。

由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便等优点，目前已经渗透到我们工作和生活的方方面面。

本论文介绍了一种以AT89C51为主要控制器件，以SHT11为数字温度传感器的新型数字温湿度计。

本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。

关键词：

温湿度传感器；LCD1602；AT89C51；SHT10；

Abstract

Temperatureandhumidityarethetwomostbasicenvironmentalparameters,people'slifeiscloselyrelatedwiththetemperatureandhumidity.Indailylife,industry,medicine,environmentalprotection,chemicalindustry,petroleumandotherfields,weoftenneedtoenvironmenttemperatureandhumiditymeasurementandcontrol.Accuratemeasuringtemperatureandhumidityinbiologicalpharmacy,foodprocessing,papermakingindustriesisveryimportant.Therefore,thestudyofthetemperatureandhumiditymeasurementmethodandequipmenthasimportantsignificance.

Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,microcontrollertechnologyhasspreadtoourwork,life,scientificresearch,andotherfields.Hasbecomeamorematuretechnology.DuetothehighlevelofintegrationSCM,strongfunction,highreliability,smallvolume,lowpowerconsumption,easytouse,etc.,andhaspenetratedintoourworkandallaspectsoflife.

ThispaperintroducesakindofAT89C51asthemaincontroldevice,inordertoSHT11digitaltemperaturesensorfornewdigitaltemperatureandhumiditymeter.Thisdesignmainlyincludeshardwarecircuitdesignandsoftwaredesign.

Keywords:

Temperatureandhumiditysensor;LCD1602;AT89C51;SHT11;

目录

第一章引言3

1.1选题意义3

1.2方案的选择3

1.3论文的主要完成的工作4

第二章系统的硬件设计4

2.1系统框图的设计4

2.2主要芯片的选择及功能的介绍5

2.3主要模块的设计10

2.3.1AT89C51主控模块电路设计10

2.3.2键盘模块的设计10

2.3.3显示模块的设计11

2.3.4温度湿度检测模块的设计12

2.3.5小结12

第三章系统软件设计12

3.1软件整体设计12

3.2子模块设计13

3.2.1温度湿度检测子模块的设计13

3.2.2显示子模块的设计15

3.2.3键盘子模块设计15

3.2.4小结15

第四章系统调试15

4.1软件调试15

4.1.1仿真软件介绍16

4.1.2仿真电路17

4.1.3软件调试过程及结果分析18

4.2仿真结果21

毕业设计总结22

致谢23

参考文献23

附录A外文翻译—译文部分21

附录B外文翻译—原文部分28

附录C系统电路设计原理图31

一、引言

1.1选题意义

温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。

并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测及控制就非常有必要了。

温度、湿度是工业农业生产不可缺少的因素，但传统的方法是用温度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。

这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。

含有微型计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据存储，运算逻辑判断及自动化的功能，有着智能作用。

随着生产的发展，一个低成本和具有较高精度的温度湿度测量仪在许多领域会代替人工操作，自动控制各种仪器调整环境温度湿度。

目前市场上普遍存在的温湿度检测仪器大都是单点测量，而且温湿度信息传递不及时，精度达不到要求，不利于控制者根据温度、湿度变化及时做出决定，为此，本设计开发了一种能够同时测量多点，并实时性高、精度高，能够综合处理多点温湿度信息，并能进行温湿度控制的测控产品。

总之，环境温湿度的检测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。

1.2、方案的选择

方案一：

首先我们考虑到使用热敏电阻之类的器件利用其温感效应，再将随被温度变化的电压或者电流采集过来，进行A/D转换之后，就可以用单片机进行温度数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦，同时加上温度模块就更加复杂了。

模拟电路的累加对后期我们的数据采集精度也能达标。

方案二：

其次我们考虑用温度传感器再加上湿度传感器，在单片机的设计电路中，大多数都是使用传感器，所以这很容易想出来，温度传感器可以采用以一线制DS18B20，这个传感器可以在proteus元件库中找到方便后期仿真模拟，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换后，然后找到湿度传感器就可以满足设计要求。

方案三：

随着技术的发展，温湿度一体的传感器也越来越多，并且性价比越来越低，例如DHT11、SHT11等等。

经过查找，我们发现了proteus元件库中的SHT10这款温湿度传感器。

它具有前两个方案的优点有克服了前两个方案的缺点。

同时它也符合参数要求。

从以上三个方案，很容易看出，采用方案三，电路比较简单，同时也可以保证精度故采用了方案三。

1.3论文的主要完成的工作

本论文主要是完成一种低成本、低价格、功能齐全、及温度测量、温度显示、温度控制于一体的单片机温度控制系统的理论设计。

包括硬件电路和主要的软件设计。

研究的关键问题是：

室温的精确测量；温湿度采集器SHT10温湿度控制电路设计；单片机与温湿度检测电路、显示电路以及软件设计。

根据本设计所要完成的任务本论文完成了如下工作：

1介绍了研究和设计的背景和意义，调查并综述了当前温度控系统市场的国内外现状

2提出了符合设计要求的高精度温度控制系统方案，并阐述了其工作原理。

3完成了硬件电路的设计，它包括温度采集系统电路；包含AT89C51单片机，温湿度测量仪SHT10等芯片的接口电路；通过SHT10实现的温湿度控制采集电路;键盘接口和LED显示电路。

4基本完成了软件部分设计，它包括主程序流程图，显示子模块，温湿度检测子模块，键盘子模块，主程序清单。

2、系统的硬件设计

2.1系统框图的设计

此设计以AT89C51基本系统为核心的一套检测系统，其中包括单片机、温度检测、湿度检测、键盘及显示、系统软件等部分的设计。

本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的：

（1）信号采集：

由SHT10温湿度传感器及开关组成；

（2）信号分析：

由单片机AT89C51基本系统组成；

（3）信号显示：

由液晶LCD显示器和组成。

系统总体框图

2.2主要芯片的选择及功能的介绍

（1）、SHT10温湿度传感器

本设计共涉及两类数据——温度和湿度，因此需要两个传感器芯片，一个负责温度采集，另一个负责湿度采集。

若采用独立式传感器芯片，会给程序设计带来不便，也会给单片机增加负担。

因此，本设计选用一款集温度、湿度测量与一体的复合式传感器——SHT10。

数字温湿度传感器SHT10是一款含有已校准数字信号输出的复合式传感器。

芯片内部主要由相对湿度传感器，温度传感器，校准存储器，14位A/D转换器，信号放大器和I2C总线接口构成。

测湿精度±4.5%RH，测温精度±0.5℃。

SHT10具有温度和相对湿度测量，露点值计算输出，全部较准、数字输出，免外围电路，低功耗等优点。

是本设计理想的温湿 度测量与传输芯片。

（2）、单片机AT89C51

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），可灵活应用于各种控制领域。

由于器件采用了静态设计，可提供很宽的操作频率范围，频率可降至0。

可实现两个由软件选择的节电模式，空闲模式和掉电模式，空闲模式冻结CPU但RAM定时器，串口和中断系统仍然工作，掉电模式保存RAM的内容，但是冻结振荡器导致所有其它的片内功能停止工作。

由于设计是静态的时钟可停止而不会丢失用户数据，运行可从时钟停止处恢复。

AT89C51的制作工艺为CMOS，采用40管脚双列直插DIP封装，引脚说明如下：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0RXD（串行输入口）；

P3.1TXD（串行输出口）；

P3.2/INT0（外部中断0）；

P3.3/INT1（外部中断1）；

P3.4T0（记时器0外部输入）；

P3.5T1（记时器1外部输入）；

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）；

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）；

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

AT89c51 引脚框图：

（3）、1602液晶显示器

1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。

LCD1602的主要技术参数：

1、显示容量:

16×2个字符

2、芯片工作电压:

4.5—5.5V

3、工作电流:

2.0mA（5.0V）

4、模块最佳工作电压:

5.0V

5、字符尺寸:

2.95×4.35（W×H）mm

LCD1602引脚功能说明

LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，引脚功能如下表所示。

编号

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

1

VSS

电源地

9

D2

数据

2

VDD

电源正极

10

D3

数据

3

VL

液晶显示偏压

11

D4

数据

4

RS

数据/命令选择

12

D5

数据

5

R/W

读/写选择

13

D6

数据

6

E

使能信号

14

D7

数据

7

D0

数据

15

BLA

背光源正极

8

D1

数据

16

BLK

背光源负极

LCD1602引脚接口说明表

第1脚：

VSS为地电源。

第2脚：

VDD接5V正电源。

第3脚：

VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：

背光源正极。

第16脚：

背光源负极。

LCD1602指令说明及时序：

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表所示。

1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

（说明：

1为高电平、0为低电平）

序号

指令

RS

R/W

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

1

清显示

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

2

光标返回

0

0

0

0

0

0

0

0

1

*

3

置输入模式

0

0

0

0

0

0

0

1

I/D

S

4

显示开/关控制

0

0

0

0

0

0

1

D

C

B

5

光标或字符移位

0

0

0

0

0

1

S/C

R/L

*

*

6

置功能

0

0

0

0

1

DL

N

F

*

*

7

置字符发生存贮器地址

0

0

0

1

字符发生存贮器地址

8

置数据存贮器地址

0

0

1

显示数据存贮器地址

9

读忙标志或地址

0

1

BF

计数器地址

10

写数到CGRAM或DDRAM）

1

0

要写的数据内容

11

从CGRAM或DDRAM读数

1

1

读出的数据内容

LCD1602控制命令表

指令1：

清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。

指令2：

光标复位，光标返回到地址00H。

指令3：

光标和显示模式设置I/D：

光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:

屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电平则无效。

指令4：

显示开关控制。

D：

控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：

控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：

控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：

光标或显示移位S/C：

高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6：

功能设置命令DL：

高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：

低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:

低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。

指令7：

字符发生器RAM地址设置。

指令8：

DDRAM地址设置。

指令9：

读忙信号和光标地址BF：

为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：

写数据。

指令11：

读数据。

2.3主要模块的设计

本设计主要包含了四个模块，分别是：

AT89C51主控模块、键盘模块、显示模块和温度湿度检测模块。

下面需要分别对这些模块进行进一步的了解。

2.3.1AT89C51主控模块电路设计

MCS-51系列单片机是采用高性能的静态89C51设计由先进CMOS 工艺制造并带有非易失性 Flash 程序存储器全部支持12时钟和6时钟操作P89C51X2和P89C52X2/54X2/58X2分别包含128 字节和256字节RAM 32条I/O口线3个16位定时/计数器6输入4优先级嵌套中断结构1个串行 I/O口可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路。

电路如图所示：

2.3.2键盘模块的设计

当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。

如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

此次设计使用的事常用的按键手动复位电路如图所示。

上电后，由于电容C3的充电的作用，使RST持续一段时间的高电平。

当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。

2.3.3显示模块的设计

在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生，它已作为很多电子产品的通过器件，比方在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。

显示模块选用1602字符型液晶模块，它是目前工控系统中使用最广泛的液晶屏之一，由于它显示的质量高，电路图如下图所示，1602字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便，经过编程后显示内容多样化。

2.3.4温度湿度检测模块的设计

由于SHT10是一个串行器件，而AT89S51不具备IIC总线接口，故需要用单片机通用I/O口线来虚拟IIC总线，本设计利用P2.4来模拟时钟线，P2.5口线来模拟数据线。

为避免信号冲突，单片机应驱动DATA在低电平，需要加一个外部上拉电阻将信号提拉至高电平。

2.3.5小结

本章主要介绍系统整体设计，分为AT89C51主控模块电路、键盘模块、显示模块和温度湿度检测模块四个子模块的设计。

还在各个子模块中介绍了在各个子模块中具体用到了哪些芯片和电路的设计。

各个子模块的操作和实现的功能都有介绍。

还有就是介绍了有关一些主要芯片的功能简介。

3、系统软件设计

3.1软件整体设计

程序开始后，先对液晶模块显示进行初始化，通过延时一秒等待DHT11温湿度传感器启动。

DHT11温湿度传感器启动后，对其进行数据初始化后，进行温湿度信息的 采集、转化、处理，最后通过液晶显示器读出。

DHT11温湿度传感器经过一次数据采 集和处理后需返回次延时程序处理来重新初始化后采集温湿度数据。

具体流程图如图所示

3.2子模块设计

3.2.1温度湿度检测子模块的设计

单片机首先向SHT10发出启动传输命令，然后通过写总线子程序将温度测量指令（地址位000+命令位00011）或者湿度测量指令（地址位000+命令位00101）写入SHT10。

传感器正确接收到温（湿）度测量命令后，就会进行数据采集，单片机要等到测量完成（大概50ms）。

随后SHT10向单片机传送两字节测量数据（MSB和LSB）与1字节CRC校验码，单片机则通过读总线子程序将温湿度数据读取出来。

该子程序流程图：

3.2.2显示子模块的设计

LCD初始化机显示部分，在程序中应先对显示器进行初始化，然后循环调用SHT10模块采集的 数据对温度和湿度进行实时显示。

其LCD初始化机显示流程图如下图所示：

3.2.3键盘子模块设计

本设计的键盘设计主要是复位，当温湿度数据显示过后可以进行复位处理。

3.2.4小结

微型计算机在智能化电器发展中起着至关重要的作用，而单片机经济实用、开发简 便，因而在工业控制、家电智能化等领域占据了广泛的市场。

本次设计是基于单片机的 温湿度检测及显示的设计包括硬件电路和软件编程两部分。

在硬件选择方面，犹豫采用温湿度传感器SHT11，使电路链接更加方便，并且容易读 数，简化了设计。

显示电路比较了LED和LCD之后，发现LED显示的信息量较少，外接 电路复杂且耗电量大，而LCD正好弥补了LED的缺点，所以选择了用LCD来连接显示电 路。

在软件编程方面，初次完成的程序十分复杂