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1、西安工程大学本科毕业设计(论文)摘 要随着科学技术的日新月异，人类社会取得了长足的进步，在居家生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中的温度和湿度进行测量和控制。本设计设计了一个智能化的温湿度测量应用系统。本系统采用成熟的DHT11作为测量湿度的传感器，采用精度高的DS18B20作为温度传感器，控制芯片采用技术成熟，功能强大，价位低廉大众化的宏晶STC89C52单片机。DHT11数字温湿度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，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感器技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性，传感器包括一个电阻式感湿元件和一
2、个NTC测温元件，温度信号由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20进行检测，DS18B20的测温范围是-55+125，可以程序设定912位的分辨率。并与一个高性能8位单片机相连接，每个DHT11传感器都在精确的湿度较验箱中进行校准，校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。DS1302是一种高性能、低功耗带RAM的时时钟芯片，可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时。LCD12864显示电路，发光报警，继电器电路都由STC89C52单片机控制。为了提高系统的抗干扰性能，对湿度，温度的检测采用了硬件抗干扰
3、和软件抗干扰的综合方法。最后设计了系统各个功能部分的软件程序。由本设计课题做成的温湿度检测系统结构简单、价格便宜、量程宽，具有较高的可靠性、安全性及实用性。关键字:STC89C52,DS18B20, DS1302, RHT11,温湿度控制ABSTRACT With the rapid development of science and technology, human society has achieved great progress! In the life that occupy the home, industry, agriculture, national defense,
4、environmental protection and scientific research departments, such as aerospace, often need to the environment humidity and temperature measurement and control. The design of an intelligent humidity measuring the application systems. The system adopts the technology DHT11 and DS18B20 as measuring th
5、e humidity and temperature sensor. temperature signal from the bus line digital temperature sensor DS18B20 provided, DS18B20 in -55+125 range resolution of the inherent temperature 0.5 .Control system chip adopt mature technology, powerful, price cheap popular STC89C52.Each DHT11 sensors are accurat
6、e calibration of humidity in calibration. In the form of calibration coefficient of the program memory, OTP store in the sensor signal detection in the internal process to call this calibration factor. Wire system, system integration serial interface becomes easy.DS1302 is a chip with read access me
7、mory which can accurate time such as year, month, week and day. LCD12864 display circuit and light alarm circuit controlled by STC89C52. The system can be designed to provide a stable working voltage of power supply circuit. Finally the design of the system software programs each function. By this d
8、esign task to make the temperature and humidity of the detection system structure is simple, cheap price, wide range, high reliability, safety and practicality. Keywords: STC89C52, DS18B20, DS1302, Temperature and humidity control目 录第1章 概 述11.1 课题研究背景11.2 系统的设计要求11.3 系统基本方案11.3.1各模块电路的方案选择及论证21.3.2系
9、统各模块的最终方案5第2章 系统的硬件设计62.1 数字温湿度检控器的总体结构设计62.2 检测模块的硬件设计62.3 时钟模块的硬件设计142.4 键盘输入模块的硬件设计172.5 显示模块的硬件设计182.6 报警输出执行模块的硬件设计25第3章 温湿度检控器设计的调试273.1硬件检测调试273.2 软件检测调试273.2.1 液晶LCD12864显示器检测调试273.2.2 时钟芯片DS1302检测调试273.2.3 温度传感器DS18B20检测调试283.2.4 温湿度传感器DHT11检测调试283.2.5 按键部分检测调试283.2.6 报警测试检测调试283.2.7 调试结果28
10、总 结30致 谢31参考文献32附录1:系统硬件原理图33附录2:元件清单35西安工程大学本科毕业设计(论文)第1章 概 述1.1 课题研究背景随着科学技术的日新月异，人类社会取得了长足的进步，在居家生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中的温度和湿度进行测量和控制，尤其是对一些仓库，对温湿度的检测与控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题，单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温湿度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高，组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。本文设计了一种基于
11、STC89C52单片机的温湿度测量和控制装置，能对环境温湿度进行测量，并能根据温湿度给定值给出上下限，控制执行机构，实现调节环境温湿度的目的。1.2 系统的设计要求本系统采用数字传感器DS18B20、DHT11对温湿度进行检测，把检测到的温湿度送到单片机，采用单列七按键对温湿度进行设定分别为温度上下限，湿度上下限设定及加减1，通过实时温湿度与设定的温湿度进行比较，如果不符合要求，通过发光二极管报警。同时由继电器控制调节装置的开断来调节温湿度，来达到我们实际的要求。用DS1302时钟芯片做时间模块部分。LCD12864显示当前温度湿度值以及时间。1.3 系统基本方案根据题目要求系统模块分可以划分
12、为：温湿度采集模块，键盘输入模块，显示电路模块，报警调节模块及主控制器模块组成，系统的框图如图1-1所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。1.3.1各模块电路的方案选择及论证1）控制器模块根据题目要求，控制器主要用于对温湿度测量信号的接受和处理、控制继电器来控制外设对象以满足设计要求、控制显示电路对温湿度值实时显示以及控制键盘实现对温湿度值的设定等。对控制器的选择有以下三种方案：控制器模块键盘输入模块检测模块报警输出执行模块显示模块时钟模块图1-1 系统基本模块方框图方案一：采用FPGA作为系统控制器。FPGA功能强大，可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它
13、将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的I/O口方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统控制核心。由温度传感器送来的温度信号，经FPGA程序对其进行处理，控制报警装置动作。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且其成本偏高，引脚较多，硬件电路布线复杂。方案二：采用模拟运算放大器组成PID控制系统。对于温湿度控制是足够的。但要附加显示、温度设定等功能，要附加许多电路，稍显麻烦。方案三：采用宏晶公司的STC89C52作为系统控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活
14、、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。基于以上分析拟订方案三，用STC89C52作为控制核心，对温湿度采集和实时显示以及报警调节装置进行控制。2）报警输出执行模块根据题目，要对空间环境进行报警，当然温度湿度过高时，通过控制部分对环境温度湿度进行处理，让其自然冷却。达到理想要求。由于对报警的要求不是很高，原因是当报警发生后控制部分立刻进行调节，考虑到简化电路的设计，我们选择有发光二极管进行报警。对调节装置控制模块是通过一个开关来达到控制空调，排气扇达到调节环境的目的。有以下两种方案：方案一：采用光电耦合器控制。光电耦合器：是用LED或激光二
15、极管作触发器件,以可控硅或晶体管作为开关器件,所以光电耦合属于无触点开关器件,具有使用寿命长,速度快,噪音低,体积小,触发电压低,价格低等优点.但也有通过的电流小,电压低等缺点,多用于控制小电流,低电压的场合。方案二：采用继电器控制。继电器:是用电磁感应原理,通常采用一个线包,在给线包加电时,将磁场力通过微型机械传动机构转换成机械力.从而带动触点的吸合与断开。所以继电器也称为电磁开关,由于其是通过金属触点来传送控制电压或电流,因此可以通过大电流与高电压。综上所述我们选择方案二。3）检测模块温度信号为模拟信号，本设计要对温度进行控制和显示，所以要把模拟量转换为数字量。该温度采集模块有以下五种方案：方案一：利用热电阻传感器作为感温元件，热电阻随温度变化而变化，用仪表测量出热电阻的阻值变化，从而得到与电阻值相应的温度值。最常用的的是铂电阻传感器，铂电阻在氧化介质中，甚至在高温的条件下其物理，化学性质不变。由铂电阻阻值的变化经小信号变送器XTR101将铂电阻随温度变化的转换为420mA线形变化电路，再将电流信号转化为电压信号，送到A/D转换器ADC0809.即将模拟信号转换为数字信号。该方案线性度优于0.01。方案二：采用温度传感器AD590K。AD590K具有较高精度和重复性，良好的非线性保证
