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1、 毕业设计说明书（2013届）基于电池供电的数字式温湿度计学生姓名 应奕军 学 号 0401090141 系 别 信息与电子系 专业班级 电信 0901 指导教师 梁伟 完成日期 2013.05.18 基于电池供电的数字式温湿度计摘要设计了一台数字式温湿度检测仪表，它具有体积小、功耗低、精确度高等特点。采用了低功耗的P89LPC922单片机，能隔一段时间唤醒主程序检测湿温度，通过这种手段降低了MCU系统的平均功耗。使用了微功耗的SHT11数字式温湿度传感器，传感器采用专利的Cozens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。它包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温
2、元件，可以与14 位的A/D转换器以串行接口电路实现无缝连接。显示器部分采用的是段式LCD。时钟芯片使用的是具有串行接口的DS1302。电源部位选用了锂电池配合微功耗高性能的稳压器，可以提供稳定的电源。其中最关键的是使用了P89LPC922单片机中的看门狗唤醒功能进行编程，控制系统的功耗。通过理论上对系统中各模块的功耗控制，最终实现了系统微功耗。经过测评温度检测精度优于1度，分辨率0.1度；湿度检测精度优于3%，分辨率1%，而且低耗。不足之处是该仪器必须应用于对环境要求较好的场所。关键词 数字式温湿度计；低耗； 稳定；SHT11； P89LPC922IDESIGN OF PORTABLE HY
3、GROMETER AND THERMOMETERABSTRACT Design a digital temperature and humidity instrumentation, it has small size, low power consumption, high strength and other characteristics of accuracy. To do this requires the use of low-power P89LPC922 microcontroller, once in a while to wake up to the main progra
4、m to detect wet temperature, by this means reducing the average power consumption of the MCU system. SHT11 digital temperature and humidity sensor using a micro-power sensor uses patented the Cozens technology, to ensure that products with high reliability and excellent long-term stability. It inclu
5、des a capacitive polymer hygrometric sensor, a temperature measurement element with a bandgap material, with 14-bit A / D converter to the serial interface circuit connected seamlessly. The display portion of the segment LCD. The clock chip using a serial interface the DS1302. Power site selection o
6、f the lithium battery with micro-power, high-performance regulator, can provide a stable power supply. One of the most critical is the the P89LPC922 microcontroller watchdog wake-up functions can be programmed to control the system power consumption. By theory, the power consumption of each module i
7、n the system control, and ultimately the system micro-power. After evaluation of temperature detection accuracy is better than 1 degree, 0.1 degree resolution; the humidity detection accuracy better than 3%, 1% resolution, and low power consumption. The downside is that the instrument must be applie
8、d to the environment requires a better place.Keywords Portable Hygrometer; Micro Power; Power; SHT11; P89LPC922 II目录摘要IABSTRACTII1. 前言11.1 国内外温度、湿度检测技术的现状11.1.1 温度测量方面11.1.2 湿度测量方面21.2 温度、湿度检测技术的发展趋势32.设计步骤42.1 预期功能42.2 预期指标42.3 设计框图43.各个模块方案论证与比较53.1 控制系统核心53.2 显示电路53.3 传感器选择63.4 电池的选择73.5 稳压电源电路的选
9、择73.6 能外部时钟芯片的选择83.7 内存芯片84.各理论分析与计算94.1 仪器功耗估算94.2 湿度补偿计算94.3 温度补偿计算104.4 露点计算104.5 结论115.各模块组件的设计分析与论证125.1 MCU小系统125.1.1 P89LPC922的特性125.1.2 P89LPC922引脚图125.1.3 MCU小系统的设计135.2 温湿度传感器145.2.1 SHT11的主要特性145.2.2 SHT11的原理155.3 DS1302155.4 电源166.各软件选用及算法177. 程序设计结构框图187.1主程序结构框图188.系统调试198.1 单片机小系统调试19
10、8.2 SHT11的调试198.2 DS1302的调试199.注意事项209.1 MCU小系统SHT11使用注意要求2010.主要测试工具及元器件清单2110.1 元器件清单2110.2 主要测试环境和工具2110.3 测试数据2110.3.1 功耗测试2110.3.2 温度精度测试2110.3.3 湿度精度测试2211.设计总结2312.附录24附录1 电路原理图24附录2 主程序代码25参考文献31致谢321. 前言 1.1 国内外温度、湿度检测技术的现状1.1.1 温度测量方面温度是生产生活中非常重要的一个物理量，温度测量仪器的接触和非接触式接触式温度测量仪器的两种通常是热电偶，热电阻，
11、双金属温度计，非接触一般远红外线温度计。它们是基于在其转换成电信号的物理参数的变化引起的温度变化的原则。随着测量技术的不断发展，各种新的检测技术的发展和应用，温度测量有了实际的重大进步。描述如下。 (1) 热电阻温度传感器。该传感器以电阻作为温度敏感元件。根据不同敏感材料可分为热电阻和热敏电阻。热阻一般由半导体材料制成的，如铂，铜，镍等金属材料，而热敏电阻是以半导体为材料的陶瓷元件，如锰，镍，钻或其他金属氧化物和其它化合物由不同比例的烧结制作的。由于铂电阻温度范围宽，线性好，精度高，生产误差小，结构简单，所以铂电阻温度传感器成为统一的国际标准，已广泛应用于许多场合的温度测量和控制，测量精度可以
12、达到0.001。(2) 热电偶温度传感器。热电偶温度测量是基于热电动势的影响制成的感测器。这里的热电动势效果被定义为A，B是两个不同的导体，以形成一个闭合回路，在回路中产生的两个结型电动势的，如果温度，形成热电流，转换成为电信号。它具有结构简单，易于制造，易于使用和高精度测量。所以已被广泛用于热电偶温度传感器中的温度测量。 在1927至1968年国际实用温标国际温标中规定，将铂金铂铑热电偶作为为630.74至1064.43 C温度范围内的标准仪器。热电偶的优点为体积小，快速高效。但是主要缺点是输出信号之间的和非直线的关系，示值，下限温度的灵敏度较低。每段首行缩进2字符，行距固定值20磅。正文用
13、小4号宋体，西文和数字用小4号Times New Roman。按照GB31003102及GB7159-87的规定使用，即物理量符号、物理常量、变量符号（如：a(t) , (i-1)ThtiTh , m , n）用斜体，计量单位（如：tkm）等符号均用正体。（设置字体快捷键ctrl+D)(3) PN结型温度传感器。集成电路型温度传感器是利用sensor. Silicon的晶体管的基极 - 发射极电压与温度的关系（即，一个半导体PN结的温度特性的）来作为极温度检测，温度测量。其中激发，信号处理电路和放大器电路集成封装在小管壳，构成集成电路温度检测元件。它具有体积小，重量轻，精度高，温度范围为最常见
14、的50至150的温度范围内。在文献中它的电流输出温度传感器的可达0到20摄氏度范围内，可精确到1.06A/，线性误差小于0.2稳定度为0.02/4B。(4) 石英晶体温度传感器。它根据LC或Y切割石英晶片的谐振频率产生的特性随温度变化来制成温度传感器。 所谓的P技术，就是自动补偿石英晶片非线性，所以测量的精度是非常高的，一般可以检测精确到到0.001可以用于标准的测试使用。在超高精度的测量中，大都采用的标准铂电阻温度传感器。例如：美国国家实验室（NIST）一般使用标准铂电阻温度传感器来校准纳米测试设备，测试精度为0.001。美国工业哈特15XX系列超高精度温度测量仪表的感测探头也有标准铂电阻温
15、度传感器。国内，清华大学以石英晶体作为温度测量元件的传感器，根据温度变化的模拟量转换为数字温度值，可以计算出测量频率即石英晶体振荡频率，它可以测量温度为0.001的变化量。1.1.2 湿度测量方面在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早己无法满足现代科技发展的需要。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，将湿度测量技术提高到新的水平。目前，湿敏传感器的种类很多，大体上可以分为三类:电解质湿度传感器、半导体陶瓷湿度传感器以及有机高分子聚合物湿度传感器。(1)电解
