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1、温度湿度计设计工 学 部 信息工程系专 业电子信息工程班 级学 号姓 名指导教师沈阳航空航天大学北方科技学院2016年6月沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）任务书系部信息工程系专业电子信息工程班级 学号 姓名 毕业设计（论文）题目温度湿度计设计毕业设计（论文）时间 2016 年1月8日至 2016 年6月 10日毕业设计（论文）进行地点北方科技学院毕业设计（论文）的内容及要求: (一)题目要求设计一个由单片机控制的温度湿度测量电路，温度范围070摄氏度，湿度范围不限，具有上下限报警功能，报警值可以设定，其他功能自定。（二）毕业设计基本内容1、学习了解单片机系统的组成与工作原理。2、学
2、习了解温度和湿度传感器工作原理并各选一个。3、掌握Proteus和Keil uVision3软件，对所设计的“温度湿度计”电路进行编程、仿真和调试，若有条件可制作硬件电路。4、第4周上交开题报告(2000字以上)。5、翻译外文资料(3000字以上)。6、撰写毕业设计论文(8000字以上)。（三）参考文献数字电子技术基础高等教育出版社低频电子线路高等教育出版社基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真北京航空航天大学出版社MCS-51单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社指导教师年月日负责教师年月日摘要温度和湿度是两个最基本的环境参数，人们生活与温湿度息息相关。在日常生活、工业、医学、环境保护、
3、化工、石油等领域，经常需要对环境温度和湿度进行测量和控制。准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。因此，研究温湿度的测量方法和装置具有重要的意义。本论文介绍了一种以AT89C51为主要控制器件，以SHT11为数字温度传感器的新型数字温湿度计。本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。关键词：温湿度传感器； LCD1602； SHT11AbstractTemperature and humidity are two of the most basic environmental parameters, people living closely related to te
4、mperature and humidity. In daily life, industrial, medical, environmental protection, chemical, oil and other fields, often need to measure and control the temperature and the humidity of the environment. Accurate measurement of temperature and humidity in the bio pharmaceutical, food processing, pa
5、per and other industries is crucial. Therefore, the temperature and humidity measuring method and device has important significance.This paper introduces a kind of digital temperature and humidity based on AT89C51 as the main control device and SHT11 as digital temperature sensor. This design mainly
6、 includes the design of hardware circuit and the design of the system software.Key words: temperature and humidity sensor; LCD1602; SHT11目录1 绪论11.1 选题背景11.2 目的和意义11.3 技术要求和设计范围21.4 发展现状22 方案论证42.1 方案设计思路42.2 方案选择42.3 设计流程42.4 软件环境52.4.1 PROTEUS软件52.4.2 Keil C51软件63 过程论述83.1 AT89C51单片机最小系统83.1.1 AT89
7、C51单片机最小系统原理图83.1.2 电源引脚93.1.3 外接晶体引脚93.1.4 复位103.1.5 输入输出引脚113.2 LCD1602显示系统123.2.1 LCD1602显示系统123.2.2 液晶显示器简介123.2.3 LCD1602引脚功能说明133.2.4 LCD1602的指令说明及时序143.2.5 程序流程图(详细程序见附录163.3 SHT11传感器173.3.1 温湿度传感器电路图183.3.2 产品简介183.3.3 SHT11引脚193.3.4 传感器的通讯193.3.5 信号转换233.3.6 传感器原理流程图244 仿真与调试254.1 实验目的与原理25
8、4.2 仿真原理图254.3 系统仿真以及显示结果264.4 结果分析及测试总结27参考文献28致 谢29附录 总电路图30附录 程序311 绪论1.1 选题背景20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思
9、想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见之一的是传感器，温湿度显示报警系统是一种基于单片机的用数字电路技术实现温湿度控制的装置，在实践社会生产当中拥有广泛的应用。1.2 目的和意义随着社会的发展，人们对时间和环境中的温度及湿度的要求越来越高，尤其在日常的生活中和人们的生活和健康有着紧密的联系，特别是当人们乘坐公共交通工具时，温湿度以及实时时间和人们的出行都有着密切的联系。温湿度控制在日常生活中使用比较普遍, 如各种仪器控制箱、温室或生产车间的温度湿度
10、控制、空调列车车厢空气环境的控制等。常见的低端产品多采用机械指针式或水银柱式温湿度计, 体积小、质量轻、价格低、安装简便。但是, 此类产品测量精度低, 没有LED 显示屏, 不能向智能化方向发展, 不利于进行功能扩展，如不能自动报警。目前，虽然在工业生产中和科研实验中通过对温湿度测量来进行自动控制的设备越来越普及，应用场合也越来越多。但是，随之而来的问题是如何能够测得精确的温湿度以保证自动控制设备能够正确地发出控制指令来控制生产过程。另一方面，如果温度或者湿度过高过低可能会对一些设备中的一些半导体元器件造成损坏。因此，对于自动温湿度报警的需求也在逐渐增加。本文基于以上方面的考虑，研究并设计了一
11、种基于单片机的自动温湿度显示与报警系统。一般温湿度控制系统中的温湿度测量均采用热敏电阻与湿敏电容，这种传统的模拟式温湿度传感器一般都需要设计信号调理电路并经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性等方面也存在一定问题。这种传感器只适合那些测量点数较少，对精度要求不高的场合。因此设计出一款基于单片机的精度高、稳定性好、成本低的温湿度显示报警系统具有重要实际意义。1.3 技术要求和设计范围现代社会越来越多的实验都要求在严格的环境条件下完成，而温度和湿度是实验室最基本的环境条件，也是对实验影响较大的因素。一般温湿度控制系统中的温湿度测量均采用热敏电阻与湿敏电容，这种传
12、统的模拟式温湿度传感器一般都需要设计信号调理电路并经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性等方面也存在一定问题。这种传感器只适合那些测量点数较少，对精度要求不高的场合。因此设计出一款精度高、稳定性好、成本低的温湿度检测控制系统将具有一定的市场。本系统采用具有高精度、防干扰等优点的数字式传感器 SHT11，不需要外部元件，可适配各种单片机。这为开发新一代的温湿度测控系统提供了有利条件，同时也有助于将温湿度测控技术提高到新的水平。1.4 发展现状单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。（1）SCM即单片微型计算机阶段，主要是寻求最佳的
13、单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。（2）MCU即微控制器阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。（3）单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。智能温度传感器在20世纪90年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智
14、能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器、随机存取存储和只读存储器。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器，并且可通过软件来实现测试功能，温度计也越来越智能化。跟电子温度计一样湿度计随着湿度传感器的发展趋于成熟。随着智能检测系统的飞速发展，基于单片机的温湿度检测系统将多传感器系统结合在一起。如何把多传感器集中于一个检测控制系统，综合利用来自多传感器的信息，获得对被测对象的可靠了解和解释，以利于系统做出正确的响应、决策和控制以及报警，是智能检测控制统中需要解决的重要问题。2 方
15、案论证2.1 方案设计思路温湿度报警系统的设计以单片机AT89C51为核心，通过控制单片机的P1口的一些端口来调节当前温湿度的显示，完成了温湿度的显示报警功能，在程序中设置温湿度范围后，达到指定范围后通过报警器的蜂鸣来实现温湿度控制的效果，让LCD1602液晶屏接到单片机的串口上，赋值来控制1602的显示。因此，整个方案设计包含四个部分，即：单片机最小系统部分、显示部分、温湿度数据采集部分、报警部分。2.2 方案选择方案：单片机编程，用单片机设计电路，充分利用好AT89C51单片机的I/O口，使用软硬件结合的方式，具体的基本框图如图1所示：单片机AT89C51温湿度传感器被测对象显示部分报警部分图
