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1、多通道智能湿度测试仪设计多通道智能湿度测试仪设计摘摘 要要：为了实现对湿度的智能检测1，采用了一个智能湿度检测2装置的设计方案，该检测装置通过集成湿度传感器 SHT11 湿度的变化对应电流的变化，再将电流的变化转换为电压的变化，该电压信号经 SHT11 内部 A/D2转换器后将模拟信号转化为数字信号。最后将数字信号送入 AT89C51 单片机3，经过软件的控制，在 LCD上显示输出相应的湿度值，湿度检测范围是 15%100%RH，精度是 5%以内。当湿度超过所限定的范围可自动报警，通过 RS232 可将单片机的数据送至 PC 机做数据的综合处理和分析，上位机采用 VB 编程实现了时刻对湿度值的
2、监测记录，DS1302提供实时时钟。 关键词：关键词：集成湿度传感器，湿度检测，A/D，AT89C51，LCD，RS232Abstract: In order to realize the intelligent detection of humidity 1, using A design scheme of intelligent humidity testing, the testing device through integrated humidity sensor SHT11 humidity changes corresponding to the change of curre
3、nt and converts the change of the current to the change of voltage, the voltage signal by the SHT11 after internal of A/D2 converter converts analog signals into digital signals. Finally, the digital signal is sent to the AT89C51 single chip 3, which is controlled by the software, and the correspond
4、ing humidity value is displayed on the LCD, the humidity detection range is 15% 100% RH, and the accuracy is within 5%. When the humidity exceeds the limit the scope of the automatic alarm, through RS232 MCU data can be sent to the PC to do comprehensive treatment and analysis of data, PC using VB p
5、rogramming to achieve the moment the humidity value of monitoring records, provide real-time clock DS1302.Keywords: Integrated humidity sensor, humidity detection, A/ D, AT89C51, LCD,RS232目录目录1 前言前言12 整体方案设计整体方案设计22.1 方案论证.22.1.1方案一：干湿球法方案.22.1.2方案二：集成湿度传感器方案.22.2 方案比较.32.3 方案选择.33 单元模块设计单元模块设计53.1
6、湿度采集电路53.1.1 SHT11介绍.53.1.2 湿度采集电路53.2 RS232 多通道电路63.3 单片机电路.63.4 报警电路.73.5 LCD 显示电路.83.6 实时时钟 DS1302.84 软件设计软件设计104.1 下位机设计.104.1.1 主程序设计104.1.2 串口中断设计114.1.3 定时器设计114.1.4 数据采集设计124.1.5 超限报警设计134.2 上位机设计.145 系统调试系统调试155.1 硬件调试.155.2 软件调试.165.2.1 单片机电路调试165.2.2 上位机调试166 系统功能、指标参数系统功能、指标参数186.1 误差分析与
7、处理.186.2 减少误差主要方法.186.3 结论.187 设计总结设计总结198 谢辞谢辞209 参考文献参考文献21附录附录 1：电路总图：电路总图.22附录附录 2：软件代码：软件代码.231 前言前言湿度，表示大气干燥程度的物理量。在一定的湿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；若表示在湿蒸汽中水蒸气的重量占蒸汽总重量(体积)的百分比，则称之为蒸汽的湿度。在过程控制、质量控制、能源利用、健康及安全等诸多领域都扮演着重要的角色, 特别是许
8、多高科技领域, 如半导体制造、制药、电力和通讯等, 对湿度测量的要求越来越高。随着科学技术的发展, 现代湿度测量技术有了长足的进步。从传统的干湿球法4、露点法、电解法到各种电湿度测量方法再到吸收光谱法, 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。传统的模拟式湿度传感器一般不仅要设计信号调理电路, 还要经过复杂的校准和标定过程,其测量准确度难以保证。瑞士 SENSIRON 公司生产的温湿度传感器 SHT11 是具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度传感器, 可用来测量相对湿度、湿度和露点等参数。该传感器将 CMOS 芯片技术与传感器技术融合, 为开发高准确度
9、、高可靠性的数字温湿度传感器提供了测量元件。我们采用温湿度传感器 SHT115和单片机技术相结合的方法, 研制开发的多通道智能湿度测试仪设计, 具有准确度高, 体积小, 成本低, 操作简单方便, 湿度范围宽和响应速度快等特点。针对湿度的检测，在讨论湿度检测系统的设计方案的基础上，拟设计一个多通道智能湿度测试仪设计，包括硬件电路设计和软件设计。2 整体方案设计整体方案设计2.1 方案论证方案论证多通道智能湿度测试仪设计的整体思路是：利用流过集成湿度传感器电流随湿度线性变化的关系，将电流的变化转换为电压的变化，即 0时输出电压为 0V 显示在数码管上的数字为 000.0。当 100时输出电压为 1
10、00mV 通过 AD 转换器输出显示在数码管上的数字为100.0。即湿度在 0100时电压的变化就对应于湿度的变化，该电压信号经放大后通过A/D 转换器后将模拟信号转化为数字信号。最后将数字信号送入 AT89C51 单片机，经过软件的控制，在 LCD 上显示输出相应的湿度值，湿度检测范围是 15%100%RH，精度是5%，报警电路用蜂鸣器。针对智能湿度测试仪设计，可以采用两个方案，具体的方案见方案一和方案二。2.1.1 方案一：干湿球法方案方案一：干湿球法方案以 AT89C51 单片机为核心的湿度检测仪。该仪器根据干湿球法原理实现高精度测湿，以代替常规的常规的湿度传感器。干球湿球传感器传感器处
11、理器模拟开关A/DAT89C51单片 机键盘打印PC显示图 2.1 测湿整体方案一框图2.1.2 方案二：集成湿度传感器方案方案二：集成湿度传感器方案利用集成湿度传感器的电流与湿度的变化为线性的，我们将电流转换为电压的变化，通过放大电路输出送入 A/D 转换器 A/D 转换器输出后进入单片机系统，通过软件的控制，将电压对应于湿度的数值通过查表的方式得出结果,在 LCD 上显示出来。集成湿度传感器SHT11PC报警电路LCD显示电路AT89C51单片机模块时钟芯片DS1302RS232图 2.2 测湿整体方案二框图2.2 方案比较方案比较（1）方案一：干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、
12、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。 干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题。所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。（2）方案二：在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器年漂移量一般都在2%左右，甚至更高。一般情况下，生产厂商会标明 1 次标定的有效使用时间为 1 年或 2 年，到期需重新标定。 电子式湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，电子式
13、湿度传感器的长期稳定性和使用寿命不如干湿球湿度传感器。 湿度传感器是采用半导体技术，因此对使用的环境温度有要求，超过其规定的使用温度将对传感器造成损坏。 所以电子式湿度传感器测湿方法更适合于在洁净及常温的场合使用。2.3 方案选择方案选择综合方案一与方案二，方案二有以下几点优势：（1）能够感受环境中的湿度变化。（2）能够将环境中的湿度变化转化为电信号。（3）系统能够对采集到的湿度信号进行分析处理。（4）能够将环境中的湿度以相对湿度的形式显示出来便于观察记录。（5）系统反应快、灵敏度高、稳定性好，具有一定的抗干扰能力。（6）电路简单，操作方便、性价比高、实用性强。故，选择方案二来实现本次课程设计
14、。3 单元模块设计单元模块设计主要包括湿度采集电路、RS232 通信电路、单片机电路、报警电路、LCD 显示电路、实时时钟 DS1302。3.1 湿度采集电路湿度采集电路3.1.1 SHT11 介绍介绍SHT11 系列单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测湿元件，并与一个 14 位的 A/D 转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。图 3.1 SHT11 管脚图3.1.2 湿度采集电路湿度采集电路湿度检测系统采用 SHT11 智能化湿度传感器6。测量
15、相对湿度的范围是 0 100%，分辨力高达 0.03%，最高精度为 2% RH; 测量湿度的范围是40 123. 8，分辨率为01; 测量露点的精度 1。连接时，仅需要两条口线即可实现单片机和 SHT11 的双向通讯，在使用中不需要任何外围元件，被测湿度通过编程可实现 9 12 位的数字方式串行输出，测湿范围大、精度高。电路如图 3.2 所示，上拉电阻 10k，C 为电源退耦电容。图 3.2 湿度采集电路3.2 RS232 多通道电路多通道电路RS232 初始化 /* 初始化函数*/ void USART_Init(void) /*设置波特率*/ /UBRR=51; /UBRRH=(unsig
16、ned char)(baud8); / UBRRL=(unsigned char)(baud); UBRRL=(fosc/16/baud-1)%256; UBRRH=(fosc/16/baud-1)/256; /*接收器和发送器使能*/ UCSRB=(12.0V 之前，RST 必须保持低电平。 只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。I/O 为串行数据输入输出端(双向)。 SCLK 为时钟输入端。图 3.7 DS1302 管脚4 软件设计软件设计本系统的处理器是兼容 8051 指令集的高速单片机 AT89C51。为此，首选 Keil Vision 4 作为其开发工具。4.1 下位机设计下位机设计4.1.1 主程序设计主程序设计用 keil 与 proteus 进行联合仿真，当 SHT11 采集的湿度数据送入单片机内部后，单片机就采集数据，将
