《室内温湿度计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《室内温湿度计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、室内温湿度计室内温湿度计本项目通过单片机 AT89S52 控制数字温度传感器 DS18B20 和电容式相对湿度传感器 HS1101，实现对室内温度和相对湿度的测量，并且在液晶显示器LCD1602 上实时显示室内环境的温度和相对湿度。1项目功能说明系统具体功能需求如下所述： 实现对室内温度的测量，分辨率为 0.5 实现对室内相对湿度的测量，误差不大于3%RH 实现室内温度和相对湿度的本地显示2系统整体设计方案室内温湿度计的整体设计方案包括硬件设计方案和软件设计方案。硬件以微控制器为核心，外接晶振、复位电路、电源、温度测量电路、湿度测量电路、LCD 显示电路组成。硬件设计方案如图 1 所示。图图
2、1 系统硬件框图系统硬件框图系统软件整体设计流程如图 2 所示。图图 2 系统软件流程图系统软件流程图微控制器 模块晶振电源复位电路 温度传感器LCD 显示电路湿度传感器振荡电路开始转换温 度并获取温 度值获取湿度值定时器 T0、T1 初始 化； LCD1602 初 始化显示温度值 和湿度值3系统硬件设计3.1 微控制器模块鉴于系统对速度和成本的要求，本系统采用 51 系列单片机，具体选择美国ATMEL 公司生产的 AT89S52 为控制器。AT89S52 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 8k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器,
3、器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S52 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89S52 具有以下特点：与 MCS-51 产品指令系统完全兼容8k 字节在系统编程（ISP）Flash 闪速存储器1000 次擦写周期4.05.5V 的工作电压范围全静态工作模式：0Hz33MHz三级程序加密锁2568 字节内部 RAM32 个可编程 I/O 口线3 个 16
4、位定时/计数器7 个中断源全双工串行 UART 通道低功耗空闲和掉电模式中断可从空闲模唤醒系统看门狗（WDT）及双数据指针掉电标识和快速编程特性灵活的在系统编程（ISP 字节或页写模式）AT89S52 提供以下标准功能：8k 字节 Flash 闪速存储器，256 字节内部RAM，32 个 I/O 口线，看门狗（WDT） ，两个数据指针，三个 16 位定时/计数器，一个六向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S52 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系
5、统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。控制电路设计中采用的是单片机系统，该系统必须要是工作在一个最小系统（指单片机的可以的最小配置系统） 。AT89S51 的最小系统包括了外界时钟电路和复位电路，选定一定数量的 IO 口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出。根据功能选择一定的单片机端口添加外围的器件，具体电路如图 3 所示。XTAL1(19 脚)和 XTAL2(18 脚)是外接时钟引脚。当采用片内时钟振荡方式时，需要在这两个脚外接石英晶振和振荡电容，石英晶振的频率在 0-24MHZ 之间，典型值为 11.0592MHZ 或 1
6、2MHZ，振荡电容的值一般取 10pf-30pf，典型值为 30pf。这里石英晶振频率采用 11.0592M，振荡电容采用 30pf。RST（9 脚）是复位引脚。当输入连续两个机器周期以上的高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。其复位有自动上电复位和人工按钮复位两种。其实图 3 中的复位电路既能上电自动复位又能人工按钮复位。上电时，电容两端相当于是短路，于是 RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST 端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作；当按下按钮时，RST 端为高电平，由于按键按下释放时间在数毫秒，所以能够使单片机复位。EA(31 脚)是控
7、制单片机读取内部程序储存器和外部程序储存器的。当 EA 接高电平时，单片机读取内部程序储存器。当 EA 接低电平时，单片机直接读取外部 ROM。由于 89S52 有内部程序存储器，所以该引脚接高电平。图图 3 AT89S52 最小系统最小系统3.2 温度测量模块3.2.1 温度传感器概述温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早期使用的是模拟温度传感器，如热敏电阻。随着科技的进步，现代温度传感器已经走向数字化，外形小，接口简单，广泛应用在生产实践的各个领域。美国 DALLAS 半导体公司推出的数字化温度传感器 DS18B20 采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个 I/O 端口，无需任何外部
8、元件，直接将环境温度转化为数字信号，以数字码方式串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。3.2.2 DS18B20 介绍DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化为串行数字信号供处理器处理。DS18B20 温度传感器特性如下： 适应电压范围宽，电压范围在 3.0-5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通信。 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯
9、一的三线上，实现组网多点测量。 在使用中不需要任何外围器元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 测温范围-55+125，在-10+85时精度为0.5。 编程分辨率为 9-12 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温。 在 9 位分辨率时，最多在 93.75ms 内把温度转换为数字；在 12 位分辨率时，最多在 750ms 内把温度转换为数字。 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 负压特性。电源极性接反时，芯片不会因发热而烧坏，但不能正常
10、工作。其应用范围很广，有： 冷冻库、粮仓、储罐、电信机房、电力机房、电缆线槽等测温和控制领域。 轴瓦、缸体、纺机、空调等狭小空间工业设备测温和控制。 汽车空调、冰箱、冷柜以及中低温干燥箱等。 供热、制冷管道热量计量、中央空调分户热能计量等。3.2.3 DS18B20 与单片机的连接DS18B20 有两种封装：三脚 TO-92 直插式（用的最多、最普遍的封装）和八脚 SOIC 贴片式。在此，我们选用三脚 TO-92 直插式封装的 DS18B20 芯片。它有三个脚，分别为电源正极 VDD、信号输入输出 DQ 和电源负极 GND。DS18B20 是以单总线的方式与单片机相连接的。单总线技术是采用单条
11、信号线，既可传输时钟，又可传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。单总线通常要求外接一个约为 5K 的上拉电阻。本系统中采用 10K 的上拉电阻。本系统 DS18B20与单片机的连接如图 4 所示,DQ 与单片机 P2.2 相连。图图 4 DS18B20 与单片机的连接与单片机的连接3.3 湿度测量模块3.3.1 湿度概述湿度是指大气中的水蒸气的含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是指在一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量，单位
12、g/m,一般用符号 AH 表示。相对湿度是指气体（通常为空气）的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度的百分比，一般用符号%RH 表示。相对湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无量纲，在实际应用中多使用相对湿度这一概念。3.3.2 湿度传感器概述湿度传感器是能够感受外接湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号的器件。由湿度引起湿度传感器物理或化学变化的种类，可将湿度传感器分为电容式、电阻式和湿涨式。电容式是其高分子材料吸湿后引起介电常数发生变化；电阻式是其高分子材料吸湿后引起电阻率发生变化；湿涨式是其高分子材料吸湿后引起体积发生变化。通常对湿度传感器有下列要求：在各种
13、气体环境下稳定性好，响应时间短，寿命长，有互换性，耐污染和受温度影响小等。3.3.3 HS1101 湿度传感器介绍本系统选用 HS1101 湿度传感器来测量湿度，HS1101 是法国 Humirel 公司推出的一款电容式相对湿度传感器，该传感器广泛应用于办公室、家庭、汽车驾驶室和工业控制系统等，对空气湿度进行监测。与其它湿度传感器相比，它有着显著的优点： 无须校验的完全互换性 长期饱和状态，瞬间脱湿 适应自动装配过程，包括波峰、焊接、回流焊等 具有高可靠性和长期稳定性 特有的固态聚合物结构 响应时间快 适用于现行电压输出和线形频率输出两种电路HS1101 湿度传感器在电路构成上等效于一个电容器
14、件，采用侧面开放式封装，只有两个引脚，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大，但不允许直流方式供电，HS1101 湿度传感器外形如图 5 所示。图图 5 HS1101 湿度传感器湿度传感器将 HS1101 的电容量的变化量准确地转变为单片机易接受的信号的方法，常用有两种：一种是将 HS1101 置于运放与电容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大，再由 A/D 转换为数字信号，供单片机处理；另一种是将 HS1101 置于 555 振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，共单片机直接采集和处理。本系统采用 555 振荡电路的形式。HS1101 与 TLC555
15、 组成的振荡电路如图 6 所示。此电路为典型的 555 非稳态电路。HS1101 作为可变电容接在 TRIG（2 脚）与 THRES（6 脚）两引脚上。电源电压工作范围是+3.5V-+12V，本系统采用+5V。R3 是为了防止输出短路的保护电阻。R4 是做内部温度补偿，引入温度效应，使它与 HS1101 的温度效应相匹配。R4 必须为 1%精度,最大温度效应小于 100ppm 的电阻。由于不同型号的555 的温度效应不同，所以 R4 必须与相应型号的 555 芯片相匹配。为了保证在55%RH 的典型湿度值为 6660Hz(25)，R2 也必须做修正。对于 TLC555，R4 取909k,R2
16、取 576k。为了使输出方波占空比接近 50%，应使 R2R1，本系统 R1取 49.9k。图图 6 HS1101 与与 555 相连的振荡电路相连的振荡电路 该振荡电路输出的方波的频率 fout： Fout=1/(R1+2R2)C2 根据 HS1101 使用手册，该振荡电路输出的方波频率范围是 60337351Hz,所对 应的相对湿度为 1000%R。表 1 给出了一组相对湿度与电压频率的对应值。表表 1 1 相对湿度与电压频率的典型值相对湿度与电压频率的典型值%RH0102030405060708090100 Hz73517224710069766853672866006468633061866033输出电压频率与湿度关系为：)*440310. 3*011410. 3*936810. 11038. 1 ()55()(38263RHRHRHfoutRHfout其中，fout(55)是指在 55%RH 的典型湿度值时的
