2013年设计-温湿度检测设计-开题报告.doc

广西科技大学Guangxi University of Science and Technology毕业设计开题报告课题名称 温湿度报警检测电路设计与实现系 别 计算机学院 专 业 通信工程 班 级 学 号 200900402022 姓 名 指导教师 2013年1月18日一、课题的来源、研究的目的意义及发展状况在生产中很多地方需要使用到各种精密的设备，这些设备的精密度高、价格昂贵，但特别容易受周围环境影响；为了保证产品的质量及设备的使用寿命，因而对其周围环境的非常苛刻，尤其普遍对温度、湿度的严格要求。随着时代信息产业及工业化的的发展进程，温度和湿度不仅仅表现在以上几方面对人类生活直接或间接影响着；在生物制品、医疗卫生、科学研究、国防建设等方面都有影响。针对以上情况，研制可靠且有针对性，实用性的温湿度控制器显得非常重要。但人们常使用由精度为1或0.1的酒精、煤油或水银等易挥发、有毒物质制成的温湿度检测仪来对温度进行测量和对湿度进行检测方法采用传统的物理模拟量。这些传统的温湿度检测系统量程刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且这些物质通常要达到热平衡时间长，因为它们的热容量比较大，准确度也不高，使用也非常不方便。而且由这些制作的温湿度传感器的非线性输出及一致性比较差，且使用测量温湿度的方法和手段相对也较复杂，给设计电路及调试带来很大的困难。况且传统的温湿度测量多采用模拟小信号传感器，信号调理电路复杂，温湿度值的标定也极其复杂，还要使用昂贵的标定仪器设备进行辅助1。本设计是基于STC89C52型单片机的温湿度检测和控制系统，主要以DHT11检测温度和湿度，数字温湿度传感器（DHT11）是一款温湿度复合传感器输出信号的是已校准数字信号。它采用了温湿度传感技术和数字模块采集技术，有效提高了产品的可靠性与长期稳定性。传感器（DHT11）内部有一个高性能8位单片机与一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元件相连接。因此该产品具有抗干扰能力强、超快响应速度、品质卓越、极高的性价比等优点。以LCD1602对温湿度的显示。在当今的工业化时代，信息技术对社会的发展及科技的进步起到了决定性作用，而计算机技术、通信技术、传感器技术构成了信息技术的三大部分。2l世纪高新技术发展方面的一个制高点传感器技术，在各国都将它视为现代高新技术发展的关键。我国从20世纪80年代以来也将传感器技术列入国家高新技术发展的重点方向，而从20世纪70年代未，日本和欧美国等西方国家就将传感器技术列为优先发展的高新技术，并列为国家科技和国防技术重点发展。而21世纪标志着人类全面进入信息电子化时代，作为三大支柱之一的传感器技术必将在信息技术中得到较快发展。我们传统的温度测量开始是从金属(物质)的热胀冷缩。熟知的水银温度计，至今仍是各种温度测量计量的标准。但它的缺点是只能近距离观测，而且水银是有毒物质。之后代替它的是酒精温度计和金属簧片温度计，虽然没有毒性，但测量的精确度不高。到了电气化时代金属热敏电阻的出现；如铜电阻、铂电阻、镍电阻等，有着稳定性好、耐高温的特点，如能承受达600700的铂电阻；但它们也有不足这处如灵敏度低，对环境要求比较严格，如传输线路长短不等时，需要对它进行温度补偿。之后又出现了金属氧化物半导体型热敏电阻，它由多种金属氧化物粉混合烧结而成，而作为测温用的是负温度系数热敏电阻(NTC)，这种半导体型热敏电阻优点是提升了灵敏度高，但一致性差（由于改进了配方这个问题已基本解决）；它的测量精度可达0.1%，已能满足工业要求。但更高的温度测量还需要使用热电耦，热电偶能测量的最高温度可达+3000，是目前冶炼工业不可缺少的检测仪器；不过缺点是线性不好，冷端需要进行温度补偿。而近年发展起来的PN结测温器件；该种类器件有着良好的特性在测量-50+150范围内，如响应时间快、体积小、价格低等；但一致性差、互换困难，而且PN特性结易受外界环境的影响，很难保证它的稳定性。如比较典型的石英晶体温度检测器，它测量精度一般高达0.001，可用作标准检测。到20世纪70年代末发展起来的新的技术光纤传感器技术，如开关式温度检测器、辐射式温度检测器等多种实用型的产品已问世。它们的检测精度在1以内，测温范围从绝对0+2000。激光测温器件适于精密测量。如用氦氖激光源的激光作反射计，可测的温度很高，且精度能达0.01；如用激光干涉和散射原理制作的温度检测器能测量的温度更高，可达+3000，但受氦氖激光器效率较低，功率不够大限制；因而，目前主要应用于核聚变研究，要在工业上应用还需有待进一步研究。随着又出现了利用在不同温度下，控制电压与温度的线性关系应用原理制成的微波波温度检测器，检测灵敏度达250kHz/，检测精度0.01，检测范围在201400。随着计算机、微电子和自动化技术的发展，将数字电路和传感器集成于一体的数字式温度传感器。数字式温度传感器内部集成有温度传感器、A/D转换器、信号处理器、寄存器（或存储器）等，有些还会带有中央控制器（CPU）、多路选择器、存储器（ROM、RAM）。数字式传感器在抗干扰能力、可靠性、分辨率、精度、稳定性及体积微小化方面都比模拟量传感器有很大优势，而且采用数字反馈方式的数字式传感器，转换精度不会受比较器的零点漂移温度和失调电压的影响，输出的相关量可以适配各种微处理器。目前，总线技术已实现了规范化、标准化，有单线总线、SPI总线、I2C总线等。主机通过专用总线接口与作为从机的数字式温度传感器进行数据通信。但数字式传感器受半导体器件自身相关特性限制，还存在一些不够理想的地方；如实际应用需要加修正值，测温范围在-50+l50之间。虽然目前还存在不足之处，但集成化、自动化和数字化的数字温度传感器，仍是温度传感器的发展方向。在湿度传感器研究方面处于国际领先地位，主要有日本和欧美等发达国家，传感器可实现全湿范围测量，精度在2%RH。而国内湿度传感器研究开始比较晚，且研究单位远比生产厂家多，主要的研制与开发传感器方向是陶瓷类、电解质类以及高分子类。随着科技不断进步，各种技术的跟进湿度传感器发展有了很大进步，像电阻式陶瓷湿度传感器，高分子电阻式湿度传感器上都取得了不错的研究成果；电阻式传感器稳定性好、精度高、且响应特性优秀，是比较被看重的技术发展方向。随着工业自动化控制的需要，国内外正在展开新一代湿度传感器的研究。目前的湿度传感器不断从简单的湿敏元件转向集成化、智能化、多参数检测等方向迅速发展，为新一代湿度、温度测控制系统发展提供了有利条件；同时，将湿度测量技术上升到新的水平。随着集成电路技术和光通信技术的发展，信息传输、处理技术也取得了突破性的进展，相对滞后的传感器技术也受到业界的普遍重视。因此，新时期传感技术将成为人们研究热点。传感器技术的发展将向：（1）高精确度，为了提高测控精度，必须使传感器的精度尽可能地高。（2）小型化，为各种测试场合提供尽可能小的尺寸，轻便的传感器。（3）高度多功能集成化，将传感器、放大器及温度补偿电路等集成在同一芯片上，减小体积，增强了抗干扰能力；或在一个芯片上集成多种功能敏感元件（同一功能的多个敏感元件）；做成温湿度一体化传感器，使用一个芯片就可以同时检测温度和湿度。（4）数字化，使传感器可以直接通过接口就能与计算机通信。（5）智能化，传感器是计算机与传感器相结合的复杂系统；智能化传感器不仅兼有检测、信息处理、推理、联想和控制等功能，而且还会具有逻辑功能，这些是传统传感器无法与其相题并论的；智能化传感器的出现将是世界在传感技术发展史上一次里程碑。二、本课题的研究内容和开发目标首先，确定系统设计的总体功能设计方案及需求，其次，要进行智能传感器的硬件电路的设计。在本设计中将信息采集技术、信息传输技术及信息处理技术等相互融合，将温室环境监测和单片机控制理论相结合，从而提出一种切实可行的温室环境监测系统，它可以全面、实时、自动地对监测数据进行自动处理，并将有关信息进行处理后展现出来。可以满足对作物生长状态实行全面、长期监测的需求。与传统监测系统相比，本设计具有以下功能或优点：（1）使用单片机做主控制核心提高了系统的监测速度，系统的可靠性、实时性都有很大的提高。（2）传感器使用智能型，可以更便捷的操作，更快速的数据采集。采用DHT11已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷，超小的体积、极低的功耗。（3）利用蜂鸣器，对超限进行报警。系统功能如下：（1）实现对温室温湿度参数的实时采集。由单片机对数据进行检测、数据处理实现温湿度的智能测量。（2）实现超限数据的及时报警。当系统采集的数据首先与系统初始化设定的温湿度的上下限进行比较，如超限就会发出报警；之后如有人为按键设定了温湿度上下限报警值，采集的数据就与刚设定的值进行比较。（3）现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力。（4）长时间测量数据功能。所使用的传感器测量指标为：测量温度范围：050，测量温度精度：2，测量湿度范围：20-90%RH测量湿度精度：5%RH 。三、进度计划与应完成的工作2013.2.202013.3.1 开题报告20133.12013.4.1 开发工具的选择和熟悉，系统调研和开发平台的构建20134.22013.4.20 系统代码编写、硬件调试、软件调试。20134.212013.5.10 完善系统，撰写论文。20135.112013.5.20 论文修改并逐步完善。20135.202013.5.24 论文定稿四、完成期限：2013.5.25五、主要参考文献、资料：【1】戴佳、戴卫恒、刘博文51单片机C语言应用程序设计北京：电了工业出版社2008【2】赵德安单片机原理与应用机械工业出版社.2010【3】李光飞、楼然苗、胡佳文等单片机课程设计实例指导北京：北京航空航天大学出版社2004【4】刘文涛单片机语言C51典型应用设计人民邮电出版社2001【5】靳桅、潘育山、邬芝权单片机原理及应用西南交通大学出版社2002【6