温湿度检测仪的硬件设计

时间：2023-11-18 20:04:33     来源： wwwkaiyun.com

                                                                                            

  PAGE PAGE 15 温湿度检测仪的硬件设计 摘要：对温度和湿度的控制对于如今的社会研究是一个十分热门的项目，也是在工业和农业生产的过程中必须要考虑的关键要素。作为常见的控制要素，在系统中应考虑温度与湿度的影响，在所有的领域得到应用和发展。传统的对于温度和湿度的测试方法挺麻烦，通常是每隔一段时间就要人工使用温度计或者湿度计来对环境进行仔细的检测，这不可避免的会浪费一定的人力和时间，工作效率极其低，而且在发现情况时一定要采取一定的措施（升温、冷却、加湿、干燥等），人工操作也许会延误，还会有不可避免的误差和随机性。随着现代社会的生活节奏的逐渐加快，人们越来越需要一种更易于操作和计算准确的对环境进行仔细的检测的工具，由于对温度、湿度的检测十分普遍，还要保证价格合理，简单易操作。本次的设计就为了满足这一要求，结合单片机来进行设计，相对于人工操作来说准确率更高，而且简单易操作，减少了误差和随机性。 本次设计使用STC89C52单片机，包括HJ1602A液晶显示模块、DHT11温度与湿度传感器模块、按键模块以及报警模块，简单地实现对环境中温度和湿度的检测，使用户得到满足对环境所提出的不一样的要求。DHT11数字温度湿度传感器对环境中的温度与湿度进行采集，并显示到液晶屏上，通过人工手动设置对温度和湿度的要求，当所测试的结果不在要求的范围内时，就会发出滴滴的报警声并且发光二极管闪烁，这样的设计更加人性化，适合于不同的环境要求。 关键词：STC89C52单片机 DHT11温度湿度传感器 HJ1602A液晶显示报警 The hardware design of temperature and humidity detector Abstract: The controlling of the temperature and humidity for todays social studies is a very popular project. It is also must be considered the key elements in the process of industrial and agricultural production. As common control elements in the system should comprehensively considered the effect of temperature and humidity, they have been applied in various fields and development. The traditional test method of the temperature and humidity are more troublesome. The testing data is acquired by manual operation thermometer and hygrometer. But the test may not conform to the requirements of the environment to take certain measures, such as ventilation, cooling and dehumidification operation. With the artificial test method will be a waste of time and manpower, work efficiency is very low, there will be inevitable and random error. Speed gradually along with the pace of life in modern society, people more and more needs to be a more easy to operate and calculate accurately for environmental testing instrument, also cannot too expensive. Using single chip microcomputer to measure the temperature and humidity has high test accuracy, small volume, low price, simple and flexible working 。 What’s more, it can meet more job requirements. This design uses STC89C52 single chip microcomputer, including HJ1602A LCD displaying module, keys module ，DHT11 temperature and humidity sensor module and alarming module. It simply realize the environment temperature and humidity test to meet the requirements for the environment which hoped by different customers. DHT11 digital temperature humidity sensor collects t temperature and humidity in the environment, and display on the LCD screen. Through the manual setting of temperature and humidity requirements, when the test results are beyond the scope of requirement, it will send out drops of alarm and led flashing. Such design is more humanized and suitable for different environmental requirements. Keywords: Single chip microcomputer DHT11 sensor 1602 LCD screen STC89C52 Alarm 一、绪论 （一）研究背景 作为工业生产里最常见的工艺参数，温度、湿度与人类的生产、生活有着十分紧密的关系，对温度湿度的检测与控制被大范围的应用在机械、电子等各种领域之中。跟着社会水平的提高和科学技术的加快速度进行发展，人们对自己所生存的环境有了更深的认识，也逐渐对生活环境有了不同的选择。环境是否适宜，影响着人们的身体健康以及心情好坏，这也显示出对温度与湿度的检测和控制也慢慢变得重要。 由于人们对不同环境有了不同的要求，也就促使了各种高新技术的设计慢慢的变多。最初的检测温度和湿度的模式是通过比较机械的人工手段，通过按时的检查来保证环境中的变量在一定的范围内变化，为减少误差，需要更加频繁的重复，这样的工作模式效率十分低下，对人才的资源是一种浪费，而且并不十分科学，人为的因素不可避免的会造成一些意外事故，管理系统仅仅依靠人工而非智能是不完整的。这就需要一定的智能化操作发挥重要的作用，它能够大大减少工作人员的简单重复性操作，还能够保证一定的准确性，是因为智能化设计有着十分明显的优势。因此这次的设计意义十分重大。 （二）研究意义 显而易见，很多对温度和湿度的检测的设计不能离开8051单片机，通过对它进行一定的学习，就可以非常容易地实现对环境中的一些变量进行仔细的检测与报警。 对温度和湿度进行仔细的检测的系统，可以基于8051单片机进行设计，可以对温室内的温度及其变化进行精确且即时的反应，对于一些特别的条件，能够直接进行准确的操作，例如短时间内升温或者降温到特定的温度、在一些范围内保持恒温等。这个系统会被大范围的应用到各种有不一样的要求的环境当中，通过按键自主设置环境要求，更加人性化，提高了工作效率，这个系统对各种要求的实现提供了保障，通过安装温湿度检测装置对特定环境中的变量进行监控，使控制工作变得更及时和准确。 （三）研究内容 本系统所要完成的任务是： （1）人性化的设计。不同的用户会对环境又不一样的需求，可以在一些范围内，通过键盘输入对温度和湿度的特定上下限范围，并显示在显示屏上 （2） 能够即时、准确的将所处环境的温度和湿度采样值显示在屏幕上。 （3）对温湿度采样值准确判断是否在用户设定的范围内，如果超出设定的上下限，则立即启动报警器。 （四）工作原理 该电路的最关键部分是对特定环境的温度和湿度进行采样和显示，并检测是否在所设定的范围内。由于STC单片机实行指令的速率很快，对工作环境没有过高的需要，主控电路芯片选用STC89C52单片机；由于对温度和湿度单独测量的方式很复杂，我最终选择了DHT11数字温度和湿度传感器，相比之下DHT11数字温度和湿度传感器更加简洁方便。将各个器件连接成电路之后，DHT11数字温度和湿度的传感器对环境中的温度和湿度变量进行仔细的检测，由STC单片机对所测试出的数据来进行分析和处理，再将所测试出的数据发送至液晶屏，使多个方面数据显示在液晶屏幕上。将环境所需要的温度和湿度的范围（上限与下限）预先通过按键设置好。如果测试的结果不在环境要求的范围以内，超过上限或者下限，则蜂鸣器立即发出滴滴的报警声，同时发光二极管闪烁。在实际的工作中，应该有不同的提示方法，使工作人员更容易判断到底是温度报警还是湿度报警，以便于采取进一步的措施。在提醒工作人员环境变量超出预设范围时，应及时采取对应的措施，防止造成混乱。 总体来说，本次设计的硬件方面一共有五个模块，分别是按键模块、DHT11温度与湿度传感器模块、HJ1602A液晶显示模块、5V电源模块以及报警模块。由于元器件是集成的，功能比较强大，使得在连接电路时比较简便，制作硬件更方便快捷。 二、系统总体方案的设计 （一）功能要求 由DHT11传感器对所处环境进行温度和湿度的数据采集；DHT11温度与湿度传感器将数据发送至单片机做处理；通过HJ1602A液晶屏显示所采集到的温度和湿度的数据；根据不同的环境要求设定温度湿度上下限，接入蜂鸣器，若采集数据超过所设定的限制时立刻报警； （二）设计思路 电路的核心是STC89C52单片机，DHT11温度与湿度传感器采集温度和湿度信号，HJ1602A液晶屏显示，蜂鸣器报警。DHT11温度与湿度传感器是一个内置模数转换的数字温度和湿度传感器，可直接连入单片机，而HJ1602A液晶屏是直接插入与单片机相连接，这样的连接方式十分方便，就避免了一些繁琐的焊接过程。具体操作的步骤是：1、画出原理图，根据集成的元器件的参数进行设计，合理地将各个模块结合起来；2、根据要求完成温度与湿度的信息采集，并传送至单片机，同时在液晶屏上显示所测得的数据；3、按照每个用户对环境的要求设置温度和湿度的范围，判断当时的温度和湿度是否在范围内，如果超过限制则会发出滴滴的报警声和警示灯闪烁。 （三）方案选择 （1）传感器的选择方案 模拟温度控制器的集成电路的内部含有集成的温度传感器，对温度控制的实现通过可编程或者脉宽调制方式，温度的测量范围为 - 40至 + 125℃，测量误差为±1至±4.7 典型产品按照传感器通道数目来划分，可分为2通道的只能温度传感器（例如MAX6654）、3通道的智能温度传感器（例如MAX1805）、4通道的智能温度传感器（例如MAX1805、LM83）、5通道的智能温度传感器（例如MAX1668、AD7417和AD7817）和7通道的智能温度传感器（例如MAX6697/6698）。按总线形式的不同来划分，可分为采用I2C总线），采用SMBus总线接口的芯片（例如MAX1668、MAX1805、LM83、MAX6697和MAX6698）和采用SPI总线）。还可以与各种微控制器配合使用，从而构成超高的性价比的多通道温度测量系统。 单片智能湿度/温度传感器集成电路的典型产品有SHT11、SHT15、SHT71和SHT75。其芯片内部包含有电容式湿度传感器和能带隙温度传感器、14位模/数转换器、校准参数存储器、内部稳压器以及二线串行接口等电路，拥有相对应速度快，重复性好，稳定性高等特点。 集成的电容式的湿度传感器的典型产品有HS1100型和HS1101型，他们能够与不同的器件构成具有输出形式不同的检测相对湿度的电路。 选用DHT11温度湿度传感器。它所采用的数字采集技术和传感技术非常好，能够保证所做的设计稳定性较好，比较可靠。DHT11传感器有较高的品质、反应速度快、性能好价格低、抗干扰能力强。测量范围20%至90%RH，0℃至50℃。测温精度范围上下浮动 经上述分析，DHT11温度湿度传感器能达到设计的要求，简单方便，性价比相比来说较高，故选择DHT11。 （2）显示器的选择方案 对于不同厂家的产品以及不同的运用目的，显示器的核心液晶显示控制器有很多种类。各种控制芯片在编译和使用的过程中都不一样。但是，如果平板点阵式图形液晶显示器已经带有控制电路，不需要关心起控制核心的集成芯片。不论是哪一种型号的产品，他们的信号都大致相同。 HJ1602A液晶屏能够完全满足设计的要求。因此，最终选择HJ1602A液晶显示屏。 （3）单片机主芯片的选择方案 中央处理单元CPU集成在一块芯片上，是整个单片机系统的核心，具有运算能力和控制能力。美国的ATMEL公司所生产的AT89C51能够兼容工业标准的MCS-51指令集以及输出管脚，功能十分强大。 在指令系统方面，STC89C51系列单片机可完全兼容AT89C51系列单片机，AT89C51系列单片机在实际应用中也确实存在一些问题：AT89C51不带有ISP下载，一定要使用下载器， STC89C52能够用USB转串口来下载；STC单片机执行指令的速度比较快，约是AT的3-30倍，这使一些在 AT上好用的程序不一定在STC上好用，例如有些模块对时序有比较严格的要求，用STC在调试的过程中就要加长延时，大概是AT的10至30倍；STC单片机在电压低于5V时仍能战场工作，然而AT在这样的环境下不行。 综合各方面因素来考虑单片机的各部分性能以及本次设计的真实的情况，选择用STC系列芯片。 （四）总体设计框图 按照本次系统模块设计所要完成的任务要求，并结合真实的情况，初步设计的系统的方案如图2-1总体设计框图所示。 图2-1 总体设计框图 本次设计的系统有按键模块、HJ1602液晶显示模块、DHT11温度与湿度传感器模块、5V电源模块以及报警模块。在总系统的功能实现中，先将整体划分为不同的模块，根据元器件对每个模块进行设计，以单片机为核心，将各个模块结合起来，实现整体功能。 三、元器件介绍 （一）STC89C52芯片简介 STC89C52做了许多改进使芯片有传统51单片机所没有的功能，在单芯片上，应用经典的MCS-51内核，拥有8 位的CPU 和在系统可编程Flash，给许多嵌入式的设计的具体方案提供了很多简单方便的解决方法。 STC89C52单片机芯片引脚如图3-1所示。 图3-1 STC89C52芯片 （二）DHT11传感器简介 DHT11数字温度与湿度传感器应用了数字模块采集的技术和温度与湿度传感的度与技术，是一款温度和湿度检测的复合的传感器，可靠性很好，稳定性很好。DHT11这一款传感器的品质还是在很多种电路设计中被认可的，也有着较快的反应速度，表现出的抗干扰的能力较强，同时性价比也不错。它的串行连接模式是单线制的，使集成的系统在使用时变得更方便。DHT11数字温度与湿度传感器有较小的体积，功耗非常低，信号传输距离也比较远，这使它在很多电路设计中被使用。DHT11有四个单排的引脚，封装之后十分简便，在连接电路时不难发现这种封装形式的优越性。 DHT11传感器实物图如下3-2所示： 图3-2 DHT11传感器实物图 应用电路如图3-3所示。 图3-3 DHT11典型应用电路 （三）1602液晶显示屏简介 HJ1602A液晶显示屏是可以同时显示32个字符（即16列2行）的工业字符型液晶。在日常工作生活中，液晶显示十分常见。作为很多电子科技类产品的通用器件，液晶显示模块可以显示数字、图形和专用符号。单片机在人与机器相互交流的界面中的一般的输出方式有LED数码管、发光管、液晶显示器。LED数码管与发光管较为常用，使得硬件的设计与软件的编译都非常容易。 图3-4 液晶屏正面 图3-5 液晶屏背面 四、系统硬件设计 （一）概述 STC89C52芯片是最核心的部分， STC89C52与其他器件与装置相连接，然后通过软件的编译协调运行，来执行相应的指令，完成测量的任务，保证所有功能的实现；报警模块是对环境和温度和湿度进行实时检测，并设置要控制的温度盒湿度区间，即给定上下限值，判断采集数据是不是在范围内，若超出则立即报警；DHT11温度与湿度传感器能直接与单片机片接，集成的电路使得这块芯片能够较简单的实现对温度和湿度的检测，使得本次设计更加简易。 （二）按键模块设计 图4-1 单片机及按键模块原理图 通过按键选择设置温度上限或下限和湿度的上限或下限。S4为设置按键，选择所要设置的数据，第一次按键下设置键是设置温度上限报警值，第二次按键下设置键是设置温度下限报警值，第三次按键下设置键是设置湿度上限报警值，第四次按键下设置键是设置湿度下限报警值。S3为加一键，S2为减一键。温度测量范围：0-50摄氏度。湿度测量范围：20%-95%RH （三）DHT11传感器模块设计 相对于别的部分来说，DHT11温度与湿度传感器连接STC89C51最简单。由于测量范围电路小于20米，于是在传感器的Pin2口和电源之间连接一个5K上拉电阻。DHT11在接收到单片机的开始信号后，通过DATA口向单片机P1.5口发送湿度数据8bit整数部分和8bit小数部分，然后再发送温度数据。 DHT11传感器的电路原理图如下3-9所示： 图4-2 DHT11电路原理图 （四）HJ1602A液晶显示模块设计 液晶显示器适用于比较大的规模的集成电路的直接驱动，有较薄的厚度，在实现全彩色显示时非常容易。 图4-3 HJ1602A显示模块 （五）报警模块 （1）蜂鸣器介绍 蜂鸣器作为发声器件在计算机、电子玩具、电话机、定时器等电子科技类产品中被广泛的应用。蜂鸣器可大致分为压电式与电磁式，在电路中用“H”或“HA”来表示。 （2）蜂鸣器工作原理 通过按键设置环境和温度和湿度的上下限值后，如果实时温度超过限制就会发出滴滴的报警声，同时发光二极管亮起。 图4-4 蜂鸣器工作原理图 （六）电源电路 通过变压器把220V的交流电压转变为整流电路所需要的电压9V，将9V转换成单方向脉动的直流，通过全波整流，通过RC滤波电路将脉动直流电压滤除纹波，变成纹波较小的电压，通过7805输出所需要的5V电压。 图4-5 电源电路原理图 （七）整体电路 单片机主程序模块读取DHT11温度与湿度传感器所收集到的实时环境的信号，并分析和处理所收集到的数据，把处理之后的信号再发送至HJ1602A液晶显示模块，使环境的温度和湿度实时的显示在液晶屏幕上。通过按键设置温度和湿度的范围，当超过设置的范围时就会发出滴滴的报警声，发光二极管闪烁。 整体电路图如附录1所示。 五、系统软件设计 整体了解对所要设计的课题后，程序框架流程图要首先建立，把整个设计划分成不同的模块，逐个实现每个模块的功能，最终将每个子模块连接起来，构成总体的程序。主程序首先要初始化全局系统，再传给系统所采集到的温度和湿度指令。主流程图如图4-1所示： 图 5-1 主程序流程图 六、系统分析与调试 Keil软件是目前十分流行的开发MCS-51系列单片机的软件，可以用C语言在此软件上编写程序，十分方便。 Keil C程序运行如图6-1所示。程序烧录的运行图如图6-2所示。 图6-1 keil C运行图 图6-2 程序烧录的运行图 七、总结 本次设计的控制管理系统的核心是单片机，利用在Keil C的环境下编译代码，最终各项要求基本得到实现。虽然系统依然存在不足，比如温度和湿度的测量不够精确，不过总体上与最初的设想索要完成的要求相符合，基本达到了预期的结果 从确定毕业设计的研究题目，到后来查阅各种学习资料，经过几个月的学习，我接触到了一些本科阶段仅仅的书本知识所不能获得的一些知识，各种元器件的选择要求我一定要了解市场上的各种不同的元器件，并且明白他们的优缺点，能够正确的做出比较与判断，还要构思整个设计的思路，清晰地画出原理框图，并且按照设计的电路图焊出成品，这大大加深了我对理论知识的理解，也提高了动手能力。同时，我也一定要了解一定的软件编程，才能够与同组的同学配合好，在共同的学习中合作，沟通遇到的困难，大幅度的提升了我的团队协作能力。 对于温度和湿度的检测和控制，不能够再继续像从前一样，仅仅依靠人工按时巡回地检测，21世纪最珍贵的是人才，更多的人应该去进行更加有意义的工作和学习，简单地人工检测数据显得十分愚笨。要继续研究对外因的检测如何变得更便利与准确，在此基础上，才能够使得我们对自己所工作和生活的环境进行更好地控制，这不仅仅会极大地提高我们的工作效率，也会改善我们所处的环境，也实现了真正的以人为本。 在设计过程中，对于导师耐心的帮助和指导我表示十分感谢，这给我们增加了非常大的自信，在与导师不断的探讨中，我学到了很多，同时也被导师看问题的高度和广度所震惊，也使我明白只有不断的探索与学习才能够使导师如此富有经验。大学生活即将结束，我希望自己今后也能够像自己的导师一样不间断地积累，成为一个受人尊敬的人。 正文参考文献 [1] 戴胜华，杨世武，蒋大明.单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2005 [2] 蒋敦斌，李文英.非电量测量与传感器[M].北京.国防工业出版社,2005 [3] 康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006 [4] 冀捐灶，史军勇，张吉广．一种用单片机实现的实用型温湿度控制仪[J]． 仪表技术与传感器，2004，10：10～12 [5] 孟飞，罗爱斌. 多点温湿度测量仪的设计[J].北京：北京航空航天大学出版社，2008，1：49～51 [6] 张盛福等．智能温湿度测试仪[J]．电测与仪表，1992.3，P37～40 [7] 王振红，李洋，郝承祥.ISD4004语音芯片的工作原理及其在智能控制管理系统中的应用[J]. 电子器件2002年3月第25卷第1期. [8] 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材[M]. 北京：清华大学出版社，2003． [9]赵亮,侯国锐.单片机C语言编程与实例[M]. 北京:人民邮电出版社,2003. [10] 徐新艳.单片机原理、应用与实践[M]. 北京：高等教育出版社，2005． [11] 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2002. [12] 王千.实用电子电路大全[M]. 电子工业出版社，2001. [13] 冯博琴.微型计算机原理与接口技术[M]. 北京：清华大学出版社，2004. [14] 张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M]. 哈尔滨工业大学出版社，2004. [15] 张淑清，姜万录等.单片微型计算机接口技术及应用[M]. 国防工业出版社，2003. [16] 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2001. [17] 冯博琴.微型计算机原理与接口技术[M]. 清华大学出版社，2004. [18] 张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M]. 哈尔滨工业大学出版社，ference Record-IEEE Instrumention and Measurement Technology Conference,1999,124～129 [21] R.L.Geiger，P.E.Allen，N.R.Strader.VLSI.Design Techniques for Analog And Digitial Ciruits,McGraw-Hill Inc.1990. [22] ANALOG DEVICES.The technology of AT89C51[EB/OL].White Paper,Spe.28.2000. 附录一 整体电路图

  2022-2023学年译林版六年级英语上册期中测试卷(含答案) .pdf

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者