传感器课程设计.docx

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传感器课程设计

传感器项目制作设计

项目名称：

基于51单片机的室内温度、

湿度、光度的控制系统设计与制作

姓名：

班级：

电子信息工程技术

（2）班__

年级：

2011级

指导老师：

基于51单片机的室内温度、湿度、光度的控制系统

摘要

本文利用8051单片机设计一个温室的光、温、湿度控制系统，对给定的温、湿度进行控制并利用LCD液晶显示屏实时显示，并对室内的光度利用灯光照明进行控制。

系统stc89C52单片机为基础，通过数字及模拟式传感器对温度、湿度、光度进行检。

在设计中51单片机是整个系统的心脏，利用DS18B20温度传感器进行温度采集，采用HR202湿度传感器（电阻式传感器）采集湿度信号，通过PTC光敏电阻对光度进行检测。

【关键词】stc89C52温度传感器湿度传感器光敏电阻控制

一、绪论

1.1课题背景

当今，传感器在现代工业中被广泛运用，具有极其突出的地位。

传感器，即能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的期间或装置。

随着电子信息技术的发展，现代测量、自动控制等方面的技术在过敏经济和人类的日常生活中发挥着重大作用，所以，了解并运用传感器是不可或缺的！

本课题研究对象涉及知识面广泛，具有挑战性，更能拓展并加深对传感器的认识！

1.2立题的目的和意义

本课题以便于本团队人员认识传感器的，综合运用所学知识，了解本专业所学内容和团队合作的重要性。

同时，巩固所学知识，理解非电物理量如何转变为电信号，学习如何运用单片机技术。

1.3本系统主要研究内容

1）.光传感器

2）.湿度传感器

3）.温度传感器

二、系统总体分析与设计

2.1系统组成

系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。

传感器部分采DS18B20、HR202、光敏电阻分别检测温度、湿度、光度信号。

信号预处理电路包含电压比较器等电路。

处理器采用STC89C52单片机对模拟控制器进行控制，显示器采用LCD12864液晶显示屏显示。

系统原理框图如图所示：

系统原理框图

2.2处理方法

系统的设计以STC89C51单片机为核心，利用STC89C52的可编程控制完成待测信号频率的测量和对信号的处理。

（1）、传感器测量、采集：

①温度的测量：

温度的采集我们采用全数字温度转换及输出的常用传感器DS18B20，通过程序控制完成温度的采集、显示。

②湿度的测量：

我们采用HR202电阻型湿敏电阻，湿敏电阻是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，感湿范围宽，长期使用性能稳定，通过运算放大器对信号进行放大和处理，将湿度信号转换为高低电平，送往单片机IO口，通过单片机进行处理。

③光信号的采集：

我们采用光敏电阻进行采集，对采集到的光信号，通过两级LM358运算放大器进行放大和比较，将光信号转换为高低电平，送往单片机IO口，通过单片机进行处理。

（2）、传感器显示、模拟控制：

①显示：

采用中文字库液晶显示屏LCD12864显示屏

②控制：

给温度、湿度、光度设定一个正常值，当单片机检测到出现不正常的数值时，就会自动进行调节。

2.3系统工作原理

1、光敏传感器：

当没有光照时，光敏电阻LDR1就会达到最大，（比较电压设定为U3，输入电压为U2）比较器A1的U2端的电压比U3端的低，U1输出高电平，D1导通发光，信号通过运算放大器A2进行处理送往单片机IO口，通过单片机进行处理。

有光照时，当光度不断增加，可调电阻RV1的值不变时，光敏电阻的阻值不断减少，比较器A的U2端的电压就会随着不断增大，当U2端的电压达到大于U3端时比较器A输出低电平，D1就不导通说明没有电压输出，放大器没有信号放大输出。

A2为过零比较器，使A2输出单片机所需要的高低电平。

U3=（RV1/RV1+R3）*Vcc

U2=（LDR1/LDR1+R2）*Vcc

ΔU=U3-U2

2、湿度传感器：

当湿度的在正常值的范围内时，输出电平信号。

当湿度值超过了正常值范围时，湿敏电阻HR的阻值就会变化，电压也随之变化。

湿度的正常值可通过RV2和RV3进行调节和修改。

HR202湿敏传感器的阻值是随着湿度的增加而减小的。

当湿度过高时，湿敏电阻的阻值减小，r5两端的电压就会升高，当Ur4>Ur5（Ur4>Ur6）时，A3（A4）导通，A3（A4）输出低电平（高电平），通过A5（A6）过零电压比较器输出单片机所需要的电平信号。

当Ur4>Ur5,Ur4

3、温度传感器：

温度传感器18B20是全数字温度转换及输出的传感器，通过软件编程检测温度数据，并设置一个常温系数。

三、系统硬件电路设计

3.1.主要组件简介

3.1.1处理器STC89C52

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。

在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程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。

参数

1.工作电压4.5—5.5V

2.工作频率范围040MHz

3.用户应用程序空间为8K字节

4.片上集成512字节RAM

5.通用I/O口32个

3.1.2温度传感器

DS18B20的主要特征：

①.全数字温度转换及输出。

②.先进的单总线数据通信。

③.最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。

④.12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。

⑤.可选择寄生工作方式。

⑥.检测温度范围为–55°C~+125°C（–67°F~+257°F）⑦.内置EEPROM，限温报警功能。

⑧.64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。

3.1.3电阻型湿度传感器

特点

1）.优良的线性

2）.高性价比

3）.能耗低

4）.测量范围宽

5）.响应迅速

6）.抗污染能力强

7）.性能稳定

湿敏电阻是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，感湿范围宽，长期使用性能稳定，可以应用于仓储、车厢、居室内空气质量控制、楼宇自控、医疗、工业控制系统等方面。

阻抗特性（at25℃1VAC1kHz）

3.1.4光敏传感器

结构和原理

Ø结构：

光敏电阻又称光导管。

光敏电阻几乎都是用半导体材料制成的。

光敏电阻的结构较简单，在玻璃底板上均匀地涂上薄薄的一层半导体物质，半导体的两端装上金属电极，使电极与半导体层接触可靠，然后，将它们压入带有透明窗的管壳里，就构成了光敏电阻。

原理：

光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。

半导体的导电能力完全取决于半导体内载流子数目的多少。

当光敏电阻受到光照时，若光子能量大于该半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子能量后跃迁到导带，就产生一个电子—空穴对，使电阻率变小。

3.2单片机控制电路设计

3.3温度检测与信号转换电路

3.4光度检测与信号转换电路

3.5湿度检测与信号转换电路

3.6数据显示电路设计

3.7控制电路

3.8总电路图

四、软件系统设计

4.1系统初始化模块

本设计软件主要为主程序、数据处理显示程序、温度传感器DS18B20程序设计、控制电路程序设计五个部分。

4.2程序流程框图

YY

NNN

YNYN

五、总结

我们五人小组通过数个星期的设计，制作，调试，终于完成了基于51单片机的室内温度、湿度、光度的控制系统。

在制作的过程中，我们温故而知新，巩固了之前所学的模电，数电，电工的基础知识，更进一步地了解其中的知识，使得我们团队的人更熟练地运用以前的知识，真正做到学以致用。

本项目基本上按照本专业所学知识进行设计、制作的。

大致可分为湿度传感器模块、光传感器模块、温度传感器模块、单片机运用模块、显示电路模块等。

由各传感器模块采集信号发送至单片机处理后通过显示电路让人可直观看清信号数据。

各功能模块层次清晰，简洁明了。

同时，在本次设计中，我们也发现自己的许多不足。

首先，基础知识不够扎实，走了不少弯路。

其次，对本课题没有一完整的概貌，考虑不够全面，以至于碰到不少困难。

再者，我们还应该多掌握各方面知识，尤其是传感器应用方面的知识，不断提高自己的专业知识能力。

广东农工商职业技术学院课程设计成绩评价表

课程名称

传感器与检测技术课程设计

题目名称

学生姓名

学号

指导教

师姓名

职称

序号

评价项目

指标

满分

评分

1

工作量、工作态度和出勤率

按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。

15

2

课程设计质量

课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。

45

3

创新

工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。

15

4

答辩

能正确回答指导教师所提出的问题。

25

总分

评语：

指导教师：

年月日