基于单片机的便携式温度测量系统硬件设计终极版

毕业设计说明书题目基于单片机的便携式温湿度测量系统的硬件设计学院信息工程学院专业自动化专业学号姓名指导教师毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目基于单片机的便携式温湿度测量系统硬件设计学号26姓名专业自动化指导教师副教授系主任教授一、主要内容及基本要求采用AT89C52作为主芯片设计一种便携式温湿度测量系统硬件，其主要指标及功能如下1、编程实现单片机测量环境温湿度；2、温湿度传感器采用SHT11；3、温湿度数据可通过LCD1602显示；4、可通过键盘设定温湿度报警上下限；5、可通过无线传输模块与计算机通信，上位机同步显示测量参数；6、温度误差小于等于05度，湿度误差小于等于3；7、采用电池供电。毕业设计说明书的要求1、字数8000字以上；2、设计说明书中给出设计方框图、软件流程图、调试结果图等，要求图清晰且大小合适；3、设计说明书内容主要包括理论基础介绍、设计方案阐述、系统软件设计、系统调试及结果等。二、重点研究的问题1、温湿度测量硬件系统设计；2、无线通信设计；3、硬件可靠性设计。三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研2012121201302292开题报告、制订设计方案20130301201303153系统硬件设计20130316201304154分析、调试等20130416201304305写出初稿20130501201305106修改，写出第二稿20130511201305187写出正式稿20130518201305258答辩20130526四、应收集的资料及主要参考文献1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，20032杨将新,李华军,刘东骏单片机程序设计及应用从基础到实践M电子工业出版社,20063王千实用电子电路大全M电子工业出版社，20014杨加国,谢维成单片机原理与应用及C51程序设计第2版M清华大学出版社,20095谭浩强C程序设计（第三版）M清华大学出版社,20056沈德金MCS51系列单片机接口电路与应用程序实例M北京航空航天大学出版社,19907张艳丽,杨仁弟数字温湿度传感器SHT11及其应用J工矿自动化,20076第3期8赵健,吴顺伟基于单片机的温湿度测量系统的研究与设计M电子技术20069ATMEL8BITMICROCONTROLLERWITH8KBITESINSYSTEMPROGRAMMABLEFLASHST89C52M200110AJVANDERWALAPPLICATIONOFFUZZYLOGICCONTROLININDUSTRYFUZZYSETSANDSYSTEMSJ1995湘潭大学毕业论文（设计）评阅表学号2009550336姓名陈明良专业自动化毕业论文（设计）题目基于单片机的便携式温湿度测量系统硬件设计评价项目评价内容选题1是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2难度、份量是否适当；3是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2是否有综合运用知识的能力；3是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4是否具备一定的外文与计算机应用能力；5工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价该文选题符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的，难度适中，与社会生产实际结合紧密。体现了该生的文献查阅和综合归纳资料的能力，具备一定的研究方案设计和研究方法自学运用的能力，具备一定的外文与计算机应用能力，能够综合运用所学知识进行一定的分析。该文立论基本正确，论述较充分，结构合理，设计、计算、分析处理合理，技术用语基本准确，符号统一，图表完整、正确，具有一定的实用价值。评阅人年月日湘潭大学毕业论文（设计）鉴定意见学号2009550336姓名陈明良专业自动化毕业论文（设计说明书）28页图表26张论文（设计）题目基于单片机的便携式温湿度测量系统的硬件设计内容提要本系统主要由硬件设计及软件设计两部分组成，系统通过温湿度检测电路，把采集到的信号传给单片机，通过单片机来处理采集到的信号，通过LCD显示出来，并运用无线模块将数据传送到上位机。如果温湿度太高或太低，报警电路会自动报警。它以AT89C52单片机为核心，采用SHT11集成温湿度传感器实现一种智能、快捷、方便的温湿度测量系统，整个系统由温湿度检测电路、无线发射电路、LCD显示电路、电源电路、键盘电路、报警电路和单片机等组成。设计的系统结构简单紧凑，功耗较低，抗干扰能力强，总体性能比较好，符合智能仪器仪表小型化的潮流，为今后开发高性能和商品化的温湿度测量仪器奠定了良好的基础。指导教师评语陈明良同学理论基础尚可，有一定的独立分析和解决问题的能力。在毕业设计过程中能服从老师的安排，较为积极主动的工作。在规定的时基本完成了老师下达的任务。毕业设计选题符合专业要求，对所选课题有自己的见解，能提出自己的观点和看法，并能在设计中有所实现，论文结构基本合理。同意其参加答辩，建议评为中等指导教师年月日答辩简要情况及评语经答辩小组答辩，一致认为该生答辩陈述观点正确、思路清晰、回答问题准确无误，毕业设计工作量饱满，较好的完成了设计任务，毕业设计说明书质量较好，建议毕业设计成绩评为中等。答辩小组组长年月日答辩委员会意见经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为。答辩委员会主任年月日目录摘要IABSTRACTII第一章引言111综述112国内外研究现状1121国外研究现状1122国内研究现状113温湿度检测的发展状况以及存在的问题2第二章系统总体设计321系统功能及指标要求322系统硬件设计分析323系统软件设计分析4第三章系统硬件部分设计531主芯选型532温湿度测量电路的设计8321SHT11简介9322SHT11主要性能特点9323SHT11工作原理10224SHT11输出特性10325运行条件11326安装注意事项11327SHT11与单片机连接1133LCD显示电路设计12331LCD1602简介12332LCD1602的特性12333LCD1602引脚功能13334指令集13335LCD1602与单片机连接1334无线发射电路的设计14341XL03232AP2V11无线模块简介14342XL03232AP2V11端口定义及电气特性15343XL03232AP2V11无线模块参数设置16344XL03232AP2V11无线模块与单片机的连接1735键盘电路设计17351键盘工作原理18352独立式键盘与单片机的连接1836报警电路设计1937电源电路及其抗干扰措施19371PC817光耦元件分析193727805稳压管介绍20373电源电路设计及其抗干扰分析20第四章调试与使用2241基本功能调试2242本系统数据精度分析24第五章总结26参考文献27附录A硬件原理图28附录B实物展示图28附录C开题报告、中期检查表、学生答辩记录表29基于单片机的便携式温湿度测量系统硬件设计摘要本设计主要由硬件电路和软件电路两部分组成，系统通过温湿度检测电路，把采集到的信号传给单片机，通过单片机来处理采集到的信号,通过LCD显示出来，并运用无线模块将数据传送到上位机。如果温湿度过高或过低，报警电路会自动报警。它以AT89C52单片机为核心，采用SHT11集成温湿度传感器实现一种智能、快捷、方便的温湿度测量系统，整个系统由温湿度检测电路、时钟电路、LCD显示电路、键盘电路、报警电路和单片机等组成。设计的系统结构简单紧凑，功耗较低，抗干扰能力强、总体性能比较好，符合了智能仪器仪表小型化的潮流，为今后开发高性能和商品化的温湿度测量仪器奠定了良好的基础。关键词单片机；温湿度；SHT11传感器；无线模块THEHARDWAREDESIGNOFSINGLECHIPMICROCOMPUTERBASEDPORTABLETEMPERATUREANDHUMIDITYMEASUREMENTSYSTEMABSTRACTTHISDESIGNMAINLYBYTHEHARDWARECIRCUITANDSOFTWARECIRCUITTWOPARTS,THESYSTEMTHROUGHTHETEMPERATUREANDHUMIDITYDETECTIONCIRCUIT,GATHERINGTHESIGNALTOTHEMICROCONTROLLER,THROUGHTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERTOHANDLETHECOLLECTEDSIGNALS,THROUGHTHELCDDISPLAYANDUSETHEWIRELESSMODULETRANSFERSTHEDATATOTHEHOSTCOMPUTERIFTHETEMPERATUREANDHUMIDITYTOOHIGHORLOW,THEALARMINGCIRCUITWILLAUTOMATICALLYALARMAT89C52SINGLECHIPMICROCOMPUTERTOITASTHECORE,ANDADOPTINGTHEINTEGRATEDSHT11TEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORIMPLEMENTANINTELLIGENT,FASTANDCONVENIENTTEMPERATUREANDHUMIDITYMEASUREMENTSYSTEM,THEWHOLESYSTEMCONSISTSOFTEMPERATUREANDHUMIDITYDETECTIONCIRCUIT,CLOCKINGCIRCUIT,LCDDISPLAYCIRCUIT,KEYBOARDCIRCUIT,ALARMCIRCUITANDSINGLECHIPMICROCOMPUTERETCTHEDESIGNOFTHESYSTEMSIMPLEANDCOMPACTSTRUCTURE,LOWPOWERCONSUMPTION,THEANTIINTERFERENCEABILITYSTRONG,OVERALLPERFORMANCEISBETTER,INLINEWITHTHEINTELLIGENTINSTRUMENTSMINIATURIZATIONTRENDINFUTUREFORTHEDEVELOPMENTANDCOMMERCIALIZATIONOFHIGHPERFORMANCEOFTEMPERATUREANDHUMIDITYMEASUREMENTINSTRUMENTHASLAIDAGOODFOUNDATIONKEYWORDSSCMTHETEMPERATUREANDHUMIDITYSHT11SENSORTHEWIRELESSMODULE第一章引言11综述温湿度测量是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量，提高产品产量，节约资源和安全生产方面起着非常重要的作用。因此，能够确保快速、准确的测量温湿度的技术及其装置受到各国的重视。随着信息产业的发展及其工业化的进步，温度和湿度不仅仅表现在以上几个方面直接或间接影响人类基本生活条件，还表现在对生物用品、医药卫生、科学研究、国防建设等方面的影响。针对以上情况，实现对温湿度的准确可靠测量显的尤其重要。近年来，利用智能化数字式温湿度传感器以及实现温湿度信息的在线检测已成为温湿度检测技术的一种发展趋势。本文介绍的温湿度检测系统，以智能化数字式温湿度传感器与52单片机有机结合，构成一种温湿度检测系统。该系统具有性能可靠、测温准确、结构简单、价格低廉，抗干扰能力强等优点，可在工程实际中得到广泛应用。12国内外研究现状121国外研究现状国外对温湿度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温湿度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。122国内研究现状我国对于温湿度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温湿度测控技术的基础上，才掌握了温湿度室内微机控制技术，该技术仅限于对温湿度的单项环境因子的控制。我国温湿度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温湿度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。13温湿度检测的发展状况以及存在的问题传统的温度和湿度检测系统主要有以下几种水汽压（E）是水汽在大气总压力中的分压力。它表示了空气中水汽的绝对含量的大小，以毫巴为单位。相对湿度（RH）湿空气中实际水汽压E与同温度下饱和水汽压E的百分比，相对湿度的大小能直接表示空气距离饱和的相对程度。空气完全干燥时，相对湿度为零。相对湿度越小，表示当时空气越干燥。当相对湿度接近于100时，表示空气很潮湿，越接近于饱和。露点（或霜点）温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。干湿球温度表用一对并列装置的、形状完全相同的温度表，一支测气温，称干球温度表，另一支包有保持浸透蒸馏水的脱脂纱布，称湿球温度表。发湿度表（计）利用脱脂人发（或牛的肠衣）具有空气潮湿时伸长，干燥时缩短的特性，制成毛发湿度表或湿度自记仪器，它的测湿精度较差，毛发湿度表通常在气温低于10时使用。电阻式湿度片利用吸湿膜片随湿度变化改变其电阻值的原理，常用的有碳膜湿敏电阻和氯化锂湿度片两种。前者用高分子聚合物和导电材料碳黑，加上粘合剂配成一定比例的胶状液体，涂覆到基片上组成的电阻片；后者是在基片上涂上一层氯化锂酒精溶液，当空气湿度变化时，氯化锂溶液浓度随之改变从而也改变了测湿膜片的电阻。薄膜湿敏电容是以高分子聚合物为介质的电容器，因吸收（或释放）水汽而改变电容值。它制作精巧，性能优良，常用在探空仪和遥测中。露点仪能直接测出露点温度的仪器。使一个镜面处在样品湿空气中降温，直到镜面上隐现露滴（或冰晶）的瞬间，测出镜面平均温度，即为露（霜）点温度。它测湿精度高，但需光洁度很高的镜面，精度很高的温控系统，以及灵敏度很高的露滴（冰晶）的光学探测系统。使用时必须使吸入样本空气的管道保持清洁，否则管道内的杂质将吸收或放出水分造成测量误差。随着智能检测系统的飞速发展，基于单片机的温湿度检测系统将多传感器系统结合在一起。如何把多传感器集中于一个检测控制系统，综合利用来自多传感器的信息，获得对被测对象的可靠了解和解释，以利于系统做出正确的响应、决策和控制，是智能检测控制系统中需要解决的首要问题。在温湿度要求严格的场合，利用多传感技术可以提高系统的可靠性和精度，亦可以提高系统的时间空间的覆盖范围。第二章系统总体设计21系统功能及指标要求采用AT89C52作为主芯片设计一种便携式温湿度测量系统硬件，其主要指标及功能如下1、编程实现单片机测量环境温湿度；2、温湿度传感器采用STH11；3、温湿度数据可通过LCD1602显示；4、可通过键盘设定温湿度报警上下限；5、可通过无线传输模块与计算机通信，上位机同步显示测量参数；6、温度误差小于等于05度，湿度误差小于等于3；7、采用池供电。22系统硬件设计分析根据任务需求，可设计硬件框图如图21所示。电源电路为系统供电。单片机作为主芯，处理温湿度测量电路传送过来的数据。经过处理后数据由显示电路显示，并可由键盘电路设置数据上下限，超过限度经过报警电路报警。最后数据经无线发射电路传送到上位机进行进一步处理。AT89C52单片机无线发射电路LCD显示电路报警电路附属电路温湿度测量电路键盘电路电源电路图21系统整体框图23系统软件设计分析系统软件设计应与硬件系统相结合，必须根据具体的硬件电路来设计与之相对应的软件。系统软件设计采用模块化的思路，分别进行编译、调试、最后通过主程序将各模块连接起来，这样有利于程序的修改和调试。根据硬件设计框图，本课题将软件设计分成五个模块，分别是温湿度采集程序，LCD显示程序，按键处理程序，温湿度显示程序，无线模块发送数据程序。最后通过主程序进行初始化与串接在一起，如图22所示。系统初始化温湿度采集LCD显示按键处理温湿度显示无线模块发送数据图22系统总体流程图第三章系统硬件部分设计31主芯选型本系统利用52单片机为核心，连接电源模块、温湿度采集与转换模块、LCD显示模块、无线发射模块、键盘控制模块、报警模块及其附属电路，以实现对温湿度的精确、稳定的测量。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可反复擦写的FLASH只读程序存储器和256BYTES的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52提供以下标准功能8K字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16为定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信接口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节点工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。主要特性与MCS52兼容8K字节可重复擦写FLASH闪速存储器1000次写/擦循环周期全静态工作0HZ24MHZ三级加密程序存储器锁定2568位内部RAM32个可编程I/O线3个16位定时器/计数器8个中断源可编程串行UART通道低功耗的闲置和掉电模式图31AT89C52引脚排列图管脚说明VCC供电电压。GND接地。P0口P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。与AT89C51不同之处是，P10和P11还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P10/T2）和输入（P11/T2EX）。FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。外接晶体引脚XTAL1、XTAL2当使用单片机内部振荡电路时，这两个引脚用来外接石英晶体和微调电容，如图32（A）所示。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，XTAL1引脚接地，XTAL2接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻）；对于CHMOS单片机，XTAL2引脚接地，XTAL1接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻），如图32（B）和（C所示）。A内部时钟方式（B）HMOS工艺外接时钟（C）CHMOS工艺外接时钟图32MCS52外界晶体电路复位方式MCS52单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现2个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平，系统内部复位。复位有两种方式上电复位和按钮复位，如图33所示。A上电复位（B）按钮复位图32MCS52复位电路32温湿度测量电路的设计本系统需要将温湿度物理量转化为电量传输到单片机中进行处理与储存。温湿度传感器能将温度量和湿度量转化为容易测量处理的电信号。温湿度传感器的选择考虑到各种因素，比如测量范围、测量精度、时漂和温漂、使用环境等各种因素。本系统要求温度误差不超过05，湿度温差不超过3。RST单C1GNDV3WPB321SHT11简介SHT11是瑞士SENSIRION公司推出的基于COMSENSTM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，从而发挥出它们强大的优势互补作用。322SHT11主要性能特点将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、I2C总线接口全部集成于一芯片（COMSENSTM技术）。可给出全校准相对湿度和温度值输出。带有工业标准的I2C总线数字输出接口。具有露点值计算输出功能。具有卓越的长期稳定性。湿度值输出分辨率为14位，温度值输出分辨率为12位，并可编程为12位和8位。小体积（765508235MM），可表面贴装。具有可靠的CRC数据传输校验功能。片内装载的校准系数可保证100互换性。电源电压范围2455V。电流消耗，测量时550UA，平均为28UA，休眠时为3UA。SHT11温湿度传感器采用SMDLCC表面贴片封装形式，管脚排列如图34所示，其引脚说明如下由于将传感器与电路部分结合在一起，该传感器具有比其它的温湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能，保证了传慼器的长期稳定性，而A/D转换的同时完成，则降低了传感器对干扰噪声的敏感程度。其次在传感器芯片内装载的校准数据保证了每一只温湿度传感器都具有相同的功能，即具有100的互换性。最后，传感器可直接通过I2C总线与任何类型的微处理器、微控制器系统连接，节省了单片机的I/O接口线，降低了成本。图34SHT11引脚图GND接地端DATA双向串行数据线SCK串行时钟输入VDD0455V电源端NC空管脚323SHT11工作原理SHT11的湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的微型结构检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还可抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单一的个体，因而测量精度较高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器之间随温度梯度变化引起的误差CMOSENSTM技术不仅将温湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大器、模/数转换器、校准数据存储器、标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片内。SHT11传感器的内部结构框图如图35所示。SHT11的每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。SHT11传感器的校准系数预先存在OTP内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个14位的A/D转换器相连，可将转换后的数字温湿度值送给二线I2C总线器件，从而将数字信号转换为符合I2C总线协议的串行数字信号。图33SHT11传感器的内部结构框图224SHT11输出特性（1）湿度值输出SHT11可通过I2C总线直接输出数字量湿度值，其相对湿度数字输出特性曲线呈一定的非线性，为了补偿湿度传感器的非线性，可按如下公式修正湿度值RHLINEARC1C2SORHC3SORH式中，SORH为传感器相对湿度测量值，系数取值如下12位SORHC14,C200405,C3281068位SORHC14,C20648,C372104（2）温度值输出由于SHT11温度传感器的线性非常好，故可用下列公式将温度数字输出转换成实际温度值TD1D2SOT当电源电压为5V，且温度传感器的分辨率为14位时，D140,D2001,当温度传感器的分辨率为12位时，D140,D2004。（3）露点计算空气的露点值可根据相对湿度和温度值来得出,具体的计算公式如下LOGEW06607775T/2373TLOG10RH2DP066077LOGEW2373/LOGEW816077（4）温湿度分辨率和精度默认的测量分辨率分别为14BIT（温度）、12BIT（湿度），也可分别降至12BIT和8BIT。通常在高速和超低功耗的应用中采用该功能。SHT11的测温精度为04，测湿精度为3RH。325运行条件测量量程以外的温度会使湿度信号暂时地偏移3。然后传感器会慢慢返回到校准条件。若将芯片在湿度小于5环境下加热24小时到90，芯片就会迅速恢复高相对湿度、高温度坏境的影响，但是，延长强度条件会加速芯片的老化。326安装注意事项由于大气的相对湿度与温度的关系比较密切，因此，测量大气温度时的要点是将传感器与大气保持同一温度，如果传感器线路板上有发热元件，SHT11应与热源保持良好的通风，为減少SHT11和PCB之间的热传导，应使铜导线最细并在其中加上窄缝，同时应避免使传感器在强光或UV下曝晒。传感器在布线时，SCK和DATA信号平行且相互接近，或信号线长于10CM时，均会产生干扰信息，此时应在两组信号之间放罝VDD或GND。327SHT11与单片机连接单片机P20口连接SHT11DATA口进行数据的读取，单片机P21口连接SHT11芯片的SCK口。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA口在低电平。需要一个外部上拉电阻（例如10K）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已经包含在微处理器的I/O口电路中，如图36所示。图34SHT11与单片机连接图33LCD显示电路设计331LCD1602简介1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个57或者511等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。332LCD1602的特性1602液晶显示器为若干58或511的点阵显示字符。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。1602液晶主控制驱动电路为HD44780或其他全兼容电路。提供各种控制命令,如清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。具有字符发生器的ROM可显示192种字符（160个57点阵字符和32个510点阵字符）。有80字节显示数据存储器DDRAM。内建有192个57点阵的字型的字符发生器CGROM。8个可由用户自定义的57的字符发生器CGRAM。333LCD1602引脚功能表31LCD1602引脚功能表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2DATAI/O2VDD电源正极10D3DATAI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DATAI/O4RS数据/命令选择端H/L12D5DATAI/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6DATAI/O6E使能信号14D7DATAI/O7DODATAI/O15BLA背光源正极8D1DATAI/O16BLK背光源负极334指令集1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置初始化001110000X38设置162显示，57点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置初始化00001DCBD显示1有效、C光标显示1有效、B光标闪烁1有效；000001NSN1读或写一个字符后地址指针加1光标加1，N0读或写一个字符后地址指针减1光标减1，S1且N1当写一个字符后，整屏显示左移，S0当写一个字符后，整屏显示不移动；数据指针设置数据首地址为80H，所以数据地址为80H地址码027H，4067H；其他设置01H显示清屏，数据指针0，所有显示0；02H显示回车，数据指针0。335LCD1602与单片机连接单片机P0口连接LCD1602的D0D7口，P13P15口连接LCD1602的RS、R/W、E引脚，配合单片机内部程序，可实现对温湿度数据的实时显示、温湿度上下限的显示及显示模式的控制。LCD1602液晶显示器的VSS、BLK直接接地，VDD、BLA直接接5V电压，VL引脚通过一个可调电阻接地，通过调节电阻大小可实现对显示器的亮度调节，如图37所示。图35LCD1602与单片机连接图34无线发射电路的设计341XL03232AP2V11无线模块简介XL03232AP2V11是UART接口半双工无线传输模块，可以工作在433MHZ公用频段。符合欧洲ETSI（EN3002201和EN3014393），满足无线管制要求，无需申请频率使用许可证。本模块专为用于各种串口设备之间的无线通讯，如电脑，单片机，各种机器设备串口等，可以直接在原来的有线连接上升级为无线链接，无需额外编程，完全兼容有线通讯串口协议，使用简单方便灵活。XL03232AP2V11的各项参数如输出功率、串口速率、工作频率、产品ID，数据格式等相关参数可以通过软件设置，客户如无特别说明模块默认参数为96008N1。可支持TTL或232串口电平。XL03232AP2V11运用广泛，可运用与智能家庭、家居应用和无线传感、安全系统；控制处理、无线数据连接、遥测、小型无线网络；车辆监控、防盗；机器人控制，飞思卡尔智能车控制无线抄表、门禁系统、小区传呼；工业数据采集系统、生物信号采集、水文气象监控；汽车四轮定位等。342XL03232AP2V11端口定义及电气特性表32XL03232AP2V11电气特性表产品型号XL03232AP2工作频率427441M调制方式FSK发射功率12DBM/17DBM/22DBM/27DBM默认27DBM接受灵敏度114DBM48KBPS工作电压5V谐波60DBC杂散60DBM串口速率12K/24K/48K/96K/192K/384KBPS默认96K发射电流420MA27DBM接受电流22MA接口数据格式8N1用户接口电平TTL/232工作温度3070工作湿度1090相对湿度，无冷凝外形尺寸29MM45MM参考距离2000M（开阔地测试距离10个字节12KPBS速率）表33XL03232AP2V11无线模块端口定义表管脚定义说明电平1VCC电源5V2GND地GND3TXD模块数据输出，接用户的RXDTTL4RXD模块数据输入，接用户的TXDTTL5SET设置时拉低，平时悬空6GND地GND7NC343XL03232AP2V11无线模块参数设置模块在出厂时一般都会按客户要求设置好相关参数，并做相应的数据通讯测试，如果客户没有明确要求的话，模块默认工作电压是5V，串口96008N1。当客户有更改相应参数的需要的时侯可用本店提供的设置软件来做相关参数的设置，设置成功后数据保存在模块内部，掉电保存相关设置，以后模块就会按新参数来通讯。设置前请先把模块的SET管脚拉低接地，连上电脑串口，然后给模块上电，打开设置软件，填入需要的相关参数即可。XL03232AP2模块在参数配置状态时，用户可以使用本公司提供的设置软件根据自己的需求设置一些参数。如用我公司232接口板进行参数配置前，先必须将“SETTINGSWITCH”开关设置到ON状态。在电池扣端供电范围是7V9V。上电以后，设置模块上的绿灯常亮，并且XL03232AP2模块上的红灯常亮。此时，XL03232AP2模块在参数配置状态中。在参数配置时，必须用“串口设置”的默认值来完成参数的读写过程。在参数配置时PC端使用标准的RS232或USB接口。图36无限模块参数设置页面选择用于选择相应的COM口。RFPOWER选择模块功率。COMDATA选择串口速率（此速率一般建议小于RFDATA的速率）。RFDATA选择空中速率。COMPARITY选择数据格式。FREQBANDS选择工作频段。RFFREQ选择工作频率。PRODUCTID设置模块ID号，相同的ID才可以互通。设置好相关参数后点击写入按键即可，如需了解模块的相关参数，点击读取。按键，模块的参数就会在“读取参数”这栏显示出来。XL03232AP2模块在只能工作在某一个频段范围内，如434MHZ频段的模块不能工作在868MHZ频段和915MHZ频段。客户购买的时候必须选择自己需要的频段范围。RF频率与频段选择是相对应的1、当频段选择434MHZ时，RF的频率范围为427441MHZ。2、段选择869MHZ时，RF的频率范围为856882MHZ。3、段选择915MHZ时，RF的频率范围为902928MHZ。344XL03232AP2V11无线模块与单片机的连接单片机串口为TTL电平，可以直接和模块相连，如图39所示。XL03232AP2V11无线模块的TXD口接单片机的RXD口，RXD口接单片的TXD口，设置键悬空，本课题使用默认设置参数。根据单片机内部程序可实现与XL03232AP2V11无线模块的串口通信并将温湿度数据传送到上位机进一步处理、存储。图37无限模块与单片机连接图35键盘电路设计本系统除了开始按键，还需要四个按键，一个关断按键，一个模式切换按键，一个数值增加按键，一个数值减小按键。按键一端接地一端接高电平及相应的单片机口，按下相应的单片机口读到一个低电平作为输入，按键断开时相应单片机口无输入。351键盘工作原理键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。它的结构和产生的波形如图310所示。A（B）图310键盘工作原理图图310（A）中，当按键开关未按下时，开关处于断开状态，P11输出为高电平；当按键开关按下时，开关处于闭合状态，P11输出为低电平。352独立式键盘与单片机的连接独立式键盘就是个按键相互独立，每个按键各接一根I/O接口线，每根I/O接口线都不会影响其它I/O接口线。因此，通过检测I/O接口线的电平状态就可以容易的判断出哪个按键被按下了。本次设计只需用到四个键，所以采用独立式键盘，在程序设计中采用查询方式来判别是否有键按下。图38键盘电路图36报警电路设计在微型计算机控制系统中，为了生产的安全，在紧急情况或参数指标超限时要进行及时的报警，以便操作人员及时修改一些重要的参数或系统部位，采取紧急措施，确保生产的安全性。其方法是将检测值与设定值进行比较，如果高于上限值或低于下限值则进行报警，否则就正常显示。本系统利用发光二极管作为警报信号。发光二极管本身有2V压降，且流过电流不能超过20MA，在这个5V系统中，需要一个分压电阻才能满住要求。本系统选用200电阻与发光二极管串联，流过电流在150MA左右，满足要求。按键电路如图312所示。图39报警电路与单片机接口本系统报警电路采用四个独立的二极管串接电阻组成，当某一项数据超过限定值时，对应的二极管就被点亮。37电源电路及其抗干扰措施本系统采用外接电池供电，电压大小为7,2V，而本系统单片机、LCD、无线模块等最佳工作电压都在5V左右，所以采用稳压管设计电源电路。稳压管结构简单、使用广泛、性能稳定，符合本系统要求。为了防止外部电源干扰，本系统又采用PC817光耦元件，该元件结构简单、使用广泛、性能稳定，符合系统要求。371PC817光耦元件分析PC817是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。如图313。1、阳极2、阴极3、发射极4、集电极图310PC817内部框图当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电光电”的转换。普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。3727805稳压管介绍电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO220的标准封装，也有9013样子的TO92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。78系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压为输出电压的34V以上。373电源电路设计及其抗干扰分析PC817光耦元件输入端口之间压降在12V左右，流过电流控制在520MA，所以R2、R3选择500。PC817的输出端压降为12V左右，R6选择竟可能大，可以限制流过PC817输出端的电流保护元件，也可以是功耗降低，PU/R，R越大功耗越小。为稳定7805输出电压，并联C3电容滤除纹波，并联C4稳压。本电路利用KAI1按键开启系统，经过光耦、三极管、稳压管输出稳定5V电压。该电压除了输入到单片机、液晶显示器、无线模块等，也输入到发光二极管FAGUANG5，点亮该发光二极管并作为系统工作讯号。当KAI1按键松开，单片机P10口输出高电平到Q1三极管基极，Q1三极管导通实现电源电路的自锁功能。PC817光耦元件、7805稳压管的使用，克服了电网及系统本身的干扰。图311电源电路设计图第四章调试与使用41基本功能调试首先，我们进行控制温度上下限的调试与报警电路的调试。通过模式键和加减键将温度上下限分别设成3040，4540，3025，如图41（A）、图41（B）、图41（C）。图41（A）测得的温度是3272，温度符合要求，报警灯不亮；图41（B）测得的温度是3523，温度低于下限，绿色报警灯亮；图41（C）测得温度3111，温度高于上限，红色报警灯亮。我们可以得出结论，本系统可以实现温湿度上下限的可调并可以实现报警系统。（A）温度符合要求（B）温度低于下限（C）温度高于上限图41温度上下限与报警电路调试展示图接着，我们进行无线接收功能的测试。将无线接收模块通过USB口连接PC，PC上提前安装好串口调试助手3，打开系统即可实现无线传输数据，如图42、图43所示。如图42所示，上位机正在显示接收到的温湿度数据。此系统除了传送温湿度数据还可传送露点数据，以温度，湿度，露点的顺序传送到上位机显示。串口调试助手3可以关闭串口不传送数据，也可以停止显示。通过软件界面中的保存显示按钮即可保存温湿度数据，地址可调。界面中也可设置数据的显示格式，设置无线数据发送的方式等。图42无线模块结构展示图43无线接收界面图42本系统数据精度分析本实验利用高精度温湿度计H2005与本系统测得的温湿度数据进行比较，研究本系统的实用性、准确性、稳定性。2013522温湿度数据如表41。表412013522温湿度数据表时间（H）H2005温度（）测量温度（）绝对误差（）H2005相对湿度（）测量相对湿度（）绝对误差（）112932923007533527061229529240264854622313302302600643143403143153171021413400131532732500203893701916324326902938636323173293306016367355121832132360263723601219304302701347845127202742765025641626152125625820228067822422246257501583782611温湿度计H2005是高精度且稳定的温湿度计，湿度误差在2内，温度温差在03内，可以反映当时当地的实际温度并作为该系统的标准量。由数据可得，本系统测得数据与标准量误差不大，可以测得当时当地的温湿度。由SHT11资料查得该传感器湿度误差30RH，温度误差在25是04，所以该系统本身有不可避免的误差。从表41可以知道该系统的温度误差不超过05，湿度误差不超过3，符合该课题任务要求，在可接受范围内。第五章总结鉴于温湿度检测的重要性，本课题利用52单片机技术，设计了一套实时、全面、科学的温湿度检测系统。本次毕业设计基于单片机的温湿度测量系统的研究与设计，已经基本完成。通过这次毕业设计，我掌握了一些实践性质的设计的基本步骤首先，对市场上温湿度测量系统要有初步了解，并了解其研究现状及存在的不足，本设计方案的可利用程度等等，明确设计的任务及要达到的