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1、目 录1 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 温湿度研究现状 .11.2.1 温度传感器 .11.2.2 湿度传感器 .21.3 课程设计目的 .32 方案比较选择 .32.1 温度传感器的选择 .32.2 湿度传感器的选择 .42.3 单片机的选择 .43 系统的设计 .53.1 数据采集 .53.1.1DS18B20 温度采集 .53.1.2SHT10 温湿度采集 .73.2 数据分析 .83.2.1AT89C52 内部结构 .83.3 数据处理 .114 软件编程仿真 .114.1 主程序 .114.2 测温度子程序流程图 .124.3 测湿度子程序流程图 .134.4 液晶显示子程
2、序流程图 .144.5 仿真结果 .145 课程设计心得 .15参考文献 .16附录 A DS18B20 程序 .17附录 B SHT10 程序 .2011 绪论1.1 课题背景湿度，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
3、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。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。温湿度测量仪器不断发展，种类多种多样。传统的模拟式湿度传感器需要设计信号调理电路、并需要经过复杂的校准、标定过程，测量精度难以得到保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不能满足要求，为此传感器生产厂家需要拥有高昂标准
4、及标定设备；现在的市场上大量存在的是新型智能型湿度传感器具备了数字校准温湿度功能，而且测量精度有了很大的提高。1.2 温湿度研究现状1.2.1 温度传感器现代温度传感器正在朝着数字化、高精度的方向发展。而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 类：(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领域有以下 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)
5、温度控制：适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(仅对内含 64 位 ROM 的单线总线智能温度传感器而言)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2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
6、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。智能温度传感器(亦称数字温度传感器)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。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(M
7、CU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。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 湿度传感器温度是个独立的被测量，而湿度受
8、温度、大气压强的影响，湿度的标准是个难题。但近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得的长足进步突破了这个难题。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
9、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。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。湿度传感器可分成以下三种类型：(1)线性电压输出式集成湿度传感器。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。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
10、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。它除具有 HF3223 的功能以外，还增加了温度3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。目前，湿度测量大体上三种方法：一是有两只特性一致的测温电阻组成的干湿球温度计；二是由湿度传感器组成的湿度测量仪；三是通风干湿球温度计。经试验表明带有湿度传感器的测湿仪只适用于稳定的湿度场测量，且测量的精度较低；铂电阻组成的干湿球温度计当湿度达到
11、 90RH 时误差较小，最大误差在 2以内，但在低湿情况下误差较大。所以在湿度测量中，大部分采用通风干湿表作为湿度标准。由于铂电阻的非线性会影响到测温精度，如果选用线性的热敏电阻作为通风干湿球的温度传感器件，相对湿度的测量准确度可优于 1RH。1.3 课程设计目的系统整体设计方案，综合比较几种温湿度测量方法，确立于温湿度传感器和 AT89C52单片机技术结合的方法，给出了总体设计框图，并且详细描述了各部分组成电路的，设计原理和方法，包括温度和湿度传感器输入电路、液晶显示电路以及其他扩展电路，完成系统硬件电路设计，实现温湿度的测量。2 方案比较选择2.1 温度传感器的选择方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50-180测温。方案二：采用 DS18B20，温度测量范围从-55- +125，-10-
