論文題目： 溫濕度檢測系統的設計與實現目 錄前言 .31 溫濕度檢測系統的簡介 .41.1 系統的概述 .41.2 系統設計選題的背景 .41.3 系統的分類 .51.4 系統設計的內容與要求 .52 系統設計方案 .52.1 溫濕度檢測系統方案制定 .52.2 系統功能模塊分析 .62.3 仿真器件 .82.4 本章小結 .93 系統仿真調試 .9 3.1 PROTEUS對系統仿真 .93.2 誤差分析 .113.2 本章小結 .12總結 .12參考文獻 .13淮南師范學院 2014屆本科畢業論文1溫濕度檢測系統的設計與實現學生：徐祥（指導老師：王留留）（淮南師范學院電氣信息工程學院）摘 要: 溫濕度測量系統的測量的使用領域是寬廣的，在倉庫中、果園中、醫院內都有著重要的作用。這次的畢業設計是對溫濕度測量系統的研究、仿真和實現，對它以后發展和推動起了重要作用。這次的畢業設計，仔細的分析了國外與國內關于溫濕度檢測系統的發展情況與研究方向，闡述了當今現實生活中、工業中、農業中其存在的一些問題，在經過探討這些問題并提出合理的解決方案的之后，系統的設計一類關于單片機的溫濕度檢測系統，能夠比較穩定、長時間、準確的對那些有著特別要求的場所進行測量其溫度與濕度。硬件電路部分與軟件電路部分是該次畢業設計的兩大組成的部分，所設計的系統的基本原理如下：在某環境中，給予溫濕度傳感器模擬的溫度與濕度，這些模擬信號會通過溫濕度的檢測系統所涉及的電路，利用傳感器把這些處理的信號傳輸給核心部件單片機，然后單片機在處理這些信號，再傳輸到 LCD顯示出數字，從而實現對溫濕度的測量。關鍵詞: 溫濕度；SHT10 傳感器；單片機溫濕度檢測系統的設計與實現2前言當下的生活中，溫度與濕度的技術著重的被利用于特定的環境、環境溫度濕度要求比較高的區域，其使用的范圍與頻率還是比較多的。在以前，各種倉庫、蔬菜大棚、車間等相對環境空間內的溫度和相對濕度的信號采集即溫度和相對濕度的檢測，是利用傳統的具有指示溫度和濕度的檢測儀表。但是利用這種方法則需要工作人員來檢測控制，然后對那些不符合條件的相對環境空間進行溫濕度處理，比如通風、干燥、升降溫度等。當然這種方法對于工作人員來說是很浪費時間和精力的及工作效率就很低，而且通過這些儀表檢測出來的溫度和相對濕度誤差會很大。現如今隨著工業技術和微電計算機技術的飛快發展和不斷創新，倉庫這類的溫濕度檢測智能控制的儀器儀表已經開始慢慢地推廣使用了，正在逐步的代替以往的那些檢測儀器，其主要是以單片機為主的溫濕度智能控制，這類的溫濕度監測儀器的從成本和使用角度方面考慮，是最適合倉庫類的相對環境的溫濕度的檢測，更重要的是測量的溫濕度值比較準確。現如今的測量和控制方面的實現需要利用到傳感器，它是測量和控制類系統的重要部分。我們都知道那些原始被測信號若不利用儀器對其進行準確的捕捉及進行模數轉換，那么我們所需要的智能監測類系統將無法運行，而這方面問題的解決則是傳感器的功勞。如果在倉庫管理系統中增加溫濕度智能監測系統，那么對于工作人員來說，可以相對的減輕其工作量、倉庫貨物的儲備量和質量、減少管理方面的資金等，這對廣大倉庫管理者來說很有幫助。這次的畢業設計是通過一個與溫度與濕度都有關的儀器對某特定的環境下測量出的溫濕度，在多次的實驗之后系統的對所設計的方案進行誤差分析和改良;同時相關設備處理出現的溫濕度方面的問題，從而來達到對某一溫度和相對濕度的智能監控目的，操作人員能夠明確的觀察到溫濕度的變化，這樣溫濕度一直保持在設定的溫濕度范圍內。淮南師范學院 2014屆本科畢業論文31 溫濕度檢測的簡介1.1 系統的概述溫濕度測量技術在當今的工廠加工、醫療區域、農業區域中已經起來重要的位子，例如資源的節約、產品質量的提高、產品數目的提高，這些問題現在已經越來越受到外界的關注了。當今，知識信息和知識的工業化已經開始了飛一般的進步，溫度與濕度的問題影響的范圍距離已經不再之前談到的那些方面，它還體現在科技發展、衛生用品、醫藥衛生、國家安全基礎等多種方面。就上述幾個問題和情況，溫濕度檢測的準確性、穩定性、快速性、安全性這些方面的設計要求變得尤其重要。在最近幾年中，使用 SHT10控制的溫濕度傳感器和溫濕度數據的網上直接檢驗技術現已成為當下的一種發展方向和追求。本次畢業設計介紹和實現了一種單片機與自動化溫濕度傳感器互相結合，它們兩就組成了一種簡單的溫濕度檢測器系統。這種檢測系統具有以下的特點：易操作、制作成本低、準確性較高、持續時間長、較為穩定。1.2 系統設計選題的背景1.2.1國內外研究現狀關于我國國內溫濕度研究的時間相對于國外還是比較晚的，畢竟我國對于溫濕度檢測技術的研究才剛剛起步 。初期我國只運用了相對落后的溫濕度的微機控制測量技術，而這門技術還是在參考當時國外發展國家的檢測技術的基礎上，這門技術局限于測量單方面環境因素，不支持復雜、多項的環境控制。我國關于溫濕度檢測技術從對國外發達技術的學習，經過慢慢時間的不斷地實驗，現已經發展到微測量計算機應用的層次上。目前，國內用的技術基本上包括單片機，這種技術是利用單片機控制的溫濕度檢測的系統，過程與步驟都比較簡單，還不能實現多參數多回路的溫濕度控制系統，相對于那些發達的國家，技術還是比較落后。我國的溫濕度測量存在著下列問題：實現功能少、產量水平低，操作檢修步驟繁瑣。1.2.2國外外研究現狀關于國外溫濕度研究的時間相對于國內來說還是較早。國外初期首先設計出通過組合的形式的模擬式器件，運用了就地取材的方法，將其收集的信號進行一系列的指示并加以記錄。近階段世界各國都在研究與開發基于計算機的控制溫濕度系統，此系統受多因子的控制，其主要特點為精確性高、穩定性強。以后溫濕度發展趨勢向著無溫濕度檢測系統的設計與實現4人操作化、精度穩定化發展。1.3系統的分類水汽壓型：測出大氣中對某一裝置的總壓力，然后再測出大氣中的水汽對同一裝置的壓力，將測出的兩個壓力進行百分比的對比壓力，即可以得出溫濕度的大小值。電阻式濕度片：通過外界溫濕度變化與電阻值的關系的來設計出的測量儀器。當外界的溫濕度改變時，與其用電路連接的電阻也隨之改變。溫濕度片就是這里的核心器件，它可以感應到外界溫濕度的變化。干濕球溫度表：通過兩只完全相同的溫度表，使他們并列在一起，其中用一只溫度表測量氣溫，另外一支溫度表表頭需要纏繞著浸透過純蒸餾水的脫脂紗布，這兩種溫度表結合起來就是干濕球溫度表。1.4 系統設計的內容與要求對某一特定環境下用溫室度傳感器感受到溫度和濕度變化，把這種變化轉化為電信號輸入到單片機中，然后進行各端口的控制使其數據顯示在 LCD顯示屏上，完成了對倉庫額的溫室與濕度的測量。要求誤差在上下 10%之內。2 系統設計方案2.1 溫濕度檢測系統方案制定方案一溫濕度的檢測與溫濕度的顯示構成了溫濕度傳感器，溫濕度的傳感器有好多種，設計方案一中溫濕度傳感器選用的是 SHT10。為了營造無人看守狀態 ,本次設計中還應用了遠程通信系統。方案一中系統的控制核心是 AT89C52 單片機，它的主要作用是讀取溫濕度傳感器工作時的內部參數，測試的結果可以顯示在 LCD 上面。圖 1倉庫溫濕度檢測系統原理圖淮南師范學院 2014屆本科畢業論文5方案二此方案是溫度和濕度電路的設計，我們可以使用熱敏電阻和濕敏電阻之類的儀器來檢測，主要是利用它們的感溫效應和感濕效應。第一步是利用溫敏電阻與熱敏電阻的原理特性感應到外界濕度與溫度的變化并對其進行電流與電壓的采集，第二步是通過 A/D 模數的變化，第三步運行到了關鍵的部分單片機，最后是通過 LCD 屏幕顯示出測量的結果來，與此同時已經測量出來的溫濕度和之前設定的溫濕度進行比較。如果采用方案二的話，該方案涉及到了 A/D 數模轉換電路設計、感濕電路的設計和感溫電路的設計，這樣設計的步驟與程序比較繁瑣。綜合這兩種方案，方案一較為簡單明朗，運用所學的知識較多，故選擇方案一來實現溫濕度檢測系統的設計與實現。2.2 系統功能模塊分析2.2.1 中央控制單元本次溫濕度檢測系統設計中，由單片機組成的中央控制單元有十分重要的作用。這是整個系統的大腦，它發出操作命令指揮系統工作。該單片機不僅可以控制 LCD顯示屏幕的工作狀態，還可以時時刻刻管理著監測著外部環境的溫濕度的變化的溫濕度傳感器的工作狀態。依照所需設計的要求和控制的目的，本次畢業設計選擇了AT89C52 芯片，該芯片里面包含 4k Bytes ISP 的能多次燒入的 Flash 器件，是一類簡單高效率的 CMOS 8 位芯片。 AT89C52 芯片是使用了 ATMEL 公司廠家中的較為先進高級的控制與制作技術做為支持動力。AT89C52 芯片還包括 MCS-52 系統的操作命令與89C52 管腳的排列，其中較重要的 8位 CPU 和 ISP Flash 存儲單元是它的核心部件。AT89C52 芯片的系統功能具有巨大的優勢，它可以滿足設計中系統穩定運行的基本要求。AT89C52 芯片具 16 位 可 編 程 定 時 計 數 器 3 個 ， 有引腳 40 個， 全 雙 工 串 行通 信 口 2 個 ， 外 部 雙 向 輸 入 /輸 出 （ I/O） 端 口 32 個 ， 外 中 斷 口 2 個 ， 讀 寫 口 線 2個 ， AT89C52 芯片的管腳結構如下圖所示：圖 2單片機溫濕度檢測系統的設計與實現62.2.2 晶振電路模塊與復位電路模塊晶振電路模塊：單片機的工作條件是要在時鐘驅動的作用下才可以穩定的進行工作,所需的電容大小通常為 30PF。單片機工作時需要一個信號脈沖，晶振的作用就是提供這個信號脈沖。在時鐘驅動作用下，晶振電路所提供的信號脈沖就是單片機的工作速度。舉個例子來說明，一個頻率為 12MHZ的晶振電路芯片，它的工作速度是 12MHZ每秒的運行速度,和我們使用的電腦手機的 CPU一個道理。就于多大的頻率才能使單片機更好的更穩點的工作的問題，一般情況下其工作時所需要的頻率在 24MHZ左右，超過這個值，系統工作就不穩定了。單片機系統的工作速度取決于時鐘信號，其內部鑲有時鐘振蕩電路，在單片機的外部接通一個振蕩源就可以工作了。復位電路模塊:復位電路在設計的系統中起著重要的作用，它保障了設計的系統可以在穩定的環境下工作，復位電路的主要作用功能就是上電復位。當復位信號消除的時候，系統微機電路才可以穩定高效的工作，消除復位信號的條件是 VCC的電壓在4.7V與 5.2V之間，只有在提供穩定無誤差的時鐘信號才能實現本次的設計。下圖為其仿真圖：圖 3晶振電路和復位電路2.2.3顯示模塊LCD 顯示電路是本系統的功能具體體現的重要模塊，實現了對溫濕度檢測的液晶屏控制的功能。溫濕度顯示電路的組成有 SHT10溫濕度傳感器、LCD 液晶顯示屏幕。其顯示模塊先接受來自單片機處理后的信號，再將其結果顯示在液晶屏幕。下圖為其仿真圖：淮南師范學院 2014屆本科畢業論文7圖 4顯示模塊2.2.4溫濕度傳感器利用型號為 SHT10的溫濕度傳感器來測試倉庫的溫度和濕度。下圖為其仿真圖：圖 5 溫濕度傳感器仿真圖上三個按鍵： 來控制操作。當打到左邊時為濕度的調節，當打到右邊的時候為溫度的調節;是增大按鍵，是減小按鍵。2.3 仿真器件2.3.1溫濕度傳感器的選擇及介紹選擇 SHT10溫濕度傳感器.可同時測量溫度和濕度。精確度,高測量范圍大,便于遠距離測量。SHT10 是瑞士 Scnsirion公司推出的一款數字溫濕度傳感器芯片。SHT10溫濕度傳感器的接口是由 SCK與 DATA兩個串行接口組成的，它可以實現 CRC的校驗傳輸，而且準確性高。SHT10 溫濕度傳感器利用的是 SMD 表面貼片設計之后的封裝形式，管腳排列如圖 6 所示，SHT10 的引腳說明如下： NC 是空管腳，GND 是接地端線，SCK 是串行時鐘輸入 DATA，雙向串行數據線，VDD 電源端是 0.5V 至 5.5V 電源端。溫濕度檢測系統的設計與實現8圖 6 SHT10外形及引腳排列SHT10功能齊全，將溫度檢測電路、濕度檢測電路、數模轉化器、微信號處理這些功能全部集成到 SHT10芯片上面。講這些功能具體、聚集化，用起來較為方便、快捷。圖 7 SHT10 溫濕度傳感器 原理圖2.4 本章小結本章首先進行系統的方案論證。6 根據對系統功能的定義，初步完成了系統軟硬件的框圖設計。接著分別介紹和分析中央控制單元模塊、晶振電路模塊、復位電路模塊、顯示電路模塊以及主要器件的選型。3 系統仿真調試3.1 PROTEUS對系統仿真3.1.1軟件 Proteus概述Proteus 設計軟件是由英國 Labcenter 公司針對模擬電路單獨設計的一種仿真軟件。此軟件能在電腦系統中進行操作，可以有效的仿真出集成電路中許多的模擬器件。該軟件能實現各種單片機電路的仿真，具有 A/D