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环境温湿度参数实时监测系统.docx
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环境温湿度参数实时监测系统.docx环境温湿度参数实时监测系统.docx环境温湿度参数实时监测系统.docx环境温湿度参数实时监测系统.docx环境温湿度参数实时监测系统.docx环境温湿度参数实时监测系统.docx环境温湿度参数实时监测系统.docx环境温湿度参数实时监测系统.docx环境温湿度参数实时监测系统.docx
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摘 要
采用单片机对温度、湿度等环境参数进行监测是一个工业生产中经常遇到的监测
问题,采用单片机不仅具有监测方便、操作简单等优点,而且可以在节约成本的同时
大幅度的提高监测质量。本文设计了单片机构成的环境温度、湿度参数实时监测装置,
本装置以单片机 AT89C51 为控制核心,采用独特的单总线数字式温度传感器 DS18B20
进行温度采集,采用湿敏电容 HS1101 对湿度参数进行采集。LCD 液晶显示屏对于当
前的温度值和湿度值进行实时的显示,可以方便用户直观的了解所测得的温度、湿度
环境参数值。用户可使用按键根据自身要求设定温湿度上下限,同时,报警装置可依
据用户的设定针对温湿度超限情况进行报警。
关键词:温湿度监测;超限报警;LCD 显示
Abstract
MCU is always used in industry measurement as temperature and humidity
measurement. With MCU, it can be more convenient and simple to complete the
measurement e(ciently. The paper designs a real-time temperature and humidity
measurement device based on MCU. The device adopts AT89C52 as the control.
The
device also make use of DS18B20 to obtain the digital temperature signal and
HS1101 to
gain the analogue humidity signal. In the design, LCD is used to display the
consumers the
real-time temperature and humidity clearly. The consumer can use the buttons to
change
the upper and lower limits of the temperature and humidity. And the alert in the
design
should work based on the limits set up by the consumers.
Keywords:temperature and humidity measurement; alert over-limit;
LCD
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前言
本课题研究的主要目的是设计一个能够提供环境的温度、湿度并具有对温度、湿
度超限报警功能的装置。人类的生存和社会中各项活动的展开与温度、湿度参数值密
切相关,随着科学技术的发展,人类在不同应用领域对温度、湿度的测量提出了越来
越高的要求。日常生活中,工厂、商场、银行、医院以及各类科研场所都需要符合操
作规定的温、湿度环境条件。居民家庭中更离不开对温度、湿度的监测,室内湿度一
般控制在 45%至 65%RH 之间,人体感觉比较舒适。而冬季供暖期的室内湿度通常仅为
10%—15%RH,在干燥的环境下呆久了,会使人皮肤紧绷,干燥上火,感觉不适,甚
至使人的呼吸系统抵抗力降低,从而引发或者加重呼吸系统的疾病。当空气湿度低于
40%RH 的时候,灰尘、细菌等容易附着在鼻部和肺部呼吸道黏膜上,刺激喉部引发
咳嗽,也容易发生呼吸道的其它疾病,由此可见湿度参数测量意义重大。工厂中,产
品装配过程历来都存在对装配环境中的温、湿度进行监测的问题。温、湿度参数监测
报警装置能对特定环境中的温、湿度参数进行监测并能对温、湿度超限情况及时给出
报警信号。该监测报警装置采用温、湿度传感器直接测量环境的温度、湿度,将采集
到的信号分别送入单片机,由液晶显示屏显示环境的温、湿度,并可以采用键盘输入
温、湿度上下限值,由报警装置完成温、湿度超限报警功能。文中对每个部分功能、
实现过程作了详细介绍,完成了课题所有要求。
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第 1 章 方案论证
1.1 课题的任务与要求
该题目旨在设计一个能够提供环境的温度、湿度并具有对温度、湿度超限报警功
能的装置,利用单片机及外围电路构成一个监测系统,达到如下要求:
1.能对环境的温度、湿度、静电进行实时检测;
2.检测得到的静电及温、湿度数据可以实时显示,静电测量的误差 10%,温
度测量的误差 1℃,湿度测量的误差 5%RH;
3.用户可以自行设定监测中的温、湿度上、下限,超限报警。
1.2 方案论证
根据本课题的任务与要求,提出两种方案进行论证。
1.2.1 方案一
由于课题中涉及温度、湿度两个量的监测,由此设计出应对本课题的方案一,即
采用一个温度传感器和一个湿度传感器对温、湿度进行分别测量。基于此设想装置的
基本工作原理是:温度、湿度传感器分别采集到两路信号送入单片机,由液晶显示器
实时显示环境的温度、湿度,并可通过键盘输入用户需设定的温、湿度上下限,当温、
湿度超限时启动报警装置报警,整个装置的控制核心采用单片机。在功能设计上可将
整个装置分为测量模块、CPU 模块、显示模块、键盘输入模块和报警模块几个部分。
方案一在元器件的选择上,选取 DS18B20 数字式温度传感器和 HS1101 湿敏电容
作为温、湿度信号的采集传感器。选取 1602 液晶显示屏显示温、湿度值。 DS18B20
是美国 DALLAS 公司生产的单总线数字式温度传感器,可直接将其测得的温度值传入
单片机,再通过 LCD 进行显示。而 HS1101 湿敏电容是将空气的湿度值转化为该湿敏
电容的电容值,电容值随湿度值的增大而增大,将该湿敏电容置于 555 振荡电路中,
电容值的变化可转为与之成反比的电压频率信号的变化,并可以直接送入单片机。采
用温度传感器 DS18B20 与电容式湿敏传感器 HS1101 的系统结构框图如图 2.1 所示。
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图 2.1 采用温度传感器 DS18B20、湿度传感器 HS1101 的系统结构框图
1.2.2 方案二
本方案与方案一的主要不同是采用了 SHT71 数字温湿度传感器, SHT71 是瑞士
Sensirion 公司推出的基于 CMOSens 技术的新型温湿度传感器。该传感器将 CMOS 芯片
技术与传感器技术结合起来, 发挥出强大的优势互补作用。包括一个电容性聚合体测
湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件,并在同一芯片上,与 14 位的 A/D 转换
器以及串行接口电路实现无缝连接。SHT71 数字温湿度传感器的引脚图如图 2.2 所示。
图 2.2 SHT71 数字温湿度传感器引脚图
由于 SHT71 数字温湿度传感器上除了温度、湿度敏感元件以外,还包括一个放
大器,A/D 转换器,OTP 内存和数字接口,所以系统框图得以简化,采用 SHT71 数
字温湿度传感器的系统框图如图 2.3 所示。
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图 2.3 采用 SHT71 数字温湿度传感器的系统框图
1.3 方案比较
在上述两种以传感器为主要区别的方案选择中,主要差别在于是否运用数字传
感器以及是否考虑将温度、湿度两个传感器合二为一。从性价比的角度分析,虽然方
案 1 中要采用两个单独的传感器温度传感器 DS18B20 和湿敏传感器 HS1101,看似有
些资源浪费,但方案 2 的 SHT71 传感器的单价已胜过方案 1 中两个传感器售价之和,
在购置传感器上的开销要大。因此,从性价比角度考虑,方案 1 更优。另一方面,电
容式湿敏传感器实用化程度高,工艺成熟,性能稳定,普遍用于各种情况下湿度测量,
且可以使用 555 振荡电路将其湿度变化对应的湿敏电容值的变化转化为脉冲频率送
入单片机。而 DS18B20 由于具有结构简单不需要外接电路、可用一根 I/O 数据线既
供电又传输数据、体积小、分辨率高、转换快等优点,被广泛用于测量和控制温度的
地方。从应用程度上来说,方案 1 的可操作性更强。
1.4 结论
通过上述方案比较最终确定选择方案 1 作为温湿度传感器的设计方案。
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