專業綜合實習報告---溫濕度檢測

1、<p><b>　　《專業綜合實習》</b></p><p><b>　　報告</b></p><p>　　設計題目：溫濕度檢測</p><p>　　專 業： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　年 級：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　溫濕度監測系統主要由溫濕度傳感器SHT10，AT89S52單片機和鍵盤顯示電路三部分組成，采用軟件編程。使其達到了整個系統的溫度測量誤差優于0.5℃,相對濕度測量誤差優于4%的預期指

3、標.</p><p>　　關鍵詞：溫度；濕度；傳感器；單片機</p><p>　　隨著科技的不斷發展，溫濕度的測量在倉儲管理、生產制造、氣象觀測、工農業生產、科學研究以及日常生活中被廣泛應用，傳統的模擬式濕度傳感器一般不僅要設計信號調理電路,還要經過復雜的校準和標定過程,其測量精度難以保證，且在線性度、重復性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。為了克服這些缺點，本設計采用瑞士Sensiri

4、on公司生產的具有I2C總線接口的單片全校準數字式相對濕度和溫度傳感器SHT10，SHT10芯片傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。傳感器將CMOS芯片技術與傳感器技術融合,為開發高集成度、高精度、高可靠性的溫濕度測控系統提供了解決方案。確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換的特點。</p><p>　　1 溫濕度監測系統設計原理<

5、/p><p>　　1.1 溫濕度監測系統總體框圖</p><p><b>　　圖1總體框圖</b></p><p>　　該系統主要由AT89S52單片機系統，溫濕度采樣電路，鍵盤顯示電路等三部分組成。</p><p><b>　　1.2設計要求</b></p><p>　　本題

6、目是設計制作一個溫濕度監測系統，基本功能是能夠檢測出室內溫度和濕度；能夠顯示溫度、濕度。</p><p>　　1.3 總體方案論證</p><p>　　本題目需要重點研究的問題</p><p>　　1）.溫度及適度的數據采集</p><p>　　2）.程序的時序分析</p><p><b>　　解決問題的思路

7、：</b></p><p>　　方案一：采用傳統的傳感器將溫度赫和濕度轉換成模擬的電信號，然后進行線性補償。</p><p>　　方案二：采用現成的帶有A/D轉換功能的SHT10溫濕度傳感器直接輸出的數字信號，與單片機通信。SHT10傳感器默認的測量溫度和相對濕度的分辨率分別為14位、12位,通過狀態寄存器可以降至12位、8位。濕度測量范圍是0～100%RH,對于12位的分辨率

8、為0.03%RH,測溫范圍為- 40℃～ + 123.18℃,對于14位的分辨率為0.01℃。其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產生相對濕度、溫度的信號,然后經過大,分別送至A /D轉換器進行模數轉換、校準和糾錯,最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數據送至微控器,再利用微控器完成非線性補償和溫度補償。</p><p>　　相比方案一和二，方案二的電路簡單易于操作。</p><p>　　

9、3）程序的流程圖分析</p><p>　　由于SHT10傳感器的驅動程序比較復雜，采用子程序調用的方法進行調試，在主程序中只進行函數調，這樣使得程序更加明了。</p><p><b>　　2系統硬件結構</b></p><p>　　本設計的原理是一個基于單片機AT89S52與溫濕度傳感器等技術相結合主體，利用數字溫濕度傳感器SHT10 對環境溫

10、濕度進行檢測，實現對環境溫濕度的測控。將它的輸出由單片機的軟件對其進行校正處理，所得到的結果最終送給液晶顯示模塊1602進行顯示。設計原理圖如下：</p><p>　　2.1溫濕度傳感器 SHT10</p><p><b>　　產品概述</b></p><p>　　SHT1x(包括SHT10,SHT11和SHT15)屬于Sensirion溫濕度

11、傳感器家族中的貼片封裝系列。傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標定的數字信號。傳感器采用專利的CMOSens?技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉換器以及串行接口電路實現無縫連接。因此，該產品具有品質卓越、響應迅速、抗干擾能力強、性價比高等優點。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進行標定，

12、校準系數以程序形式儲存在OTP內存中，用于內部的信號校準。兩線制的串行接口與內部的電壓調整，使外圍系統集成變得快速而簡單。微小的體積、極低的功耗，使SHT1x成為各類應用的首選。SHT1X提供表貼LCC封裝，可以使用標準回流焊</p><p>　　接。同樣性能的傳感器還有插針型封裝（SHT7X）和柔性PCB封裝（SHTA1）</p><p><b>　　接口定義</b>

13、;</p><p><b>　　引腳名稱描述：</b></p><p><b>　　1 GND地</b></p><p>　　2 DATA串行數據,雙向</p><p>　　3 SCK串行時鐘,輸入口</p><p><b>　　4 VDD電源</b>&

14、lt;/p><p><b>　　NC NC必須為空</b></p><p>　　電源引腳(VDD,GND)</p><p>　　SHT1x的供電電壓范圍為2.4-5.5V,建議供電電壓為3.3V。在電源引腳（VDD，GND）之間須加一個100nF的電容，用以去耦濾波。SHT1x的串行接口，在傳感器信號的讀取及電源損耗方面，都做了優化處理；傳感器不能

15、按照I2C協議編址，但是，如果I2C總線上沒有掛接別的元件，傳感器可以連接到I2C總線上，但單片機必須按照傳感器的協議工作。圖10:典型應用電路,包括上拉電阻RP和VDD與GND之間的去藕電容。.</p><p>　　串行時鐘輸入(SCK)SCK用于微處理器與SHT1x之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態邏輯，因而不存在最小SCK頻率。</p><p>　　串行數據(DATA)</

16、p><p>　　DATA引腳為三態結構，用于讀取傳感器數據.當向傳感器發送命令時,DATA在SCK上升沿有效且在SCK高電平時必須保持穩定。DATA在SCK下降沿之后改變。為確保通訊安全，DATA的有效時間在SCK上升沿之前和下降沿之后應該分別延長至TSU and THO–參見圖11。當從傳感器讀取數據時,DATA TV在SCK變低以后有效，且維持到下一個SCK的下降沿。為避免信號沖突，微處理器應驅動DATA在低電平

17、。需要一個外部的上拉電阻（例如：10kΩ）將信號提拉至高電平。上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O電路中。詳細的I/O特性，參見表2。</p><p><b>　　電氣特性</b></p><p>　　電氣特性，如能耗，高、低電平，輸入、輸出電壓等，都取決于電源。表2詳細解釋了SHT1x的電氣特性，若沒有標明，則表示供電電壓為5V。</p><p&

18、gt;　　2.2鍵盤及數字顯示部分 </p><p>　　設計中采用1602液晶顯示器，液晶顯示器程序編寫容易，下圖是液晶顯示器與單片機接口的原理圖。</p><p>　　在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下

19、幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。 </p><p>　　在單片機系統中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優點：顯示質量高、數字式接口 、體積小、重量輕 、功耗低 、</p><p>　　1602LCD 主要技術參數： </p><p>　　顯示容量:16×2 個字符 </p><p>　　芯片工作電壓:4.5—5.5V

20、</p><p>　　工作電流:2.0mA(5.0V) </p><p>　　模塊最佳工作電壓:5.0V </p><p>　　字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm </p><p><b>　　引腳功能說明 </b></p><p>　　1602LCD 采用標準的 14

21、腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，</p><p>　　第 1 腳：VSS 為地電源。 </p><p>　　第 2 腳：VDD接 5V正電源。 </p><p>　　第 3 腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 </p><p&

22、gt;　　第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 </p><p>　　第 5 腳：R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和 R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W為低電平時可以寫入數據。 </p><p>　　第 6 腳：E端為使

23、能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。 </p><p>　　第 7～14腳：D0～D7為 8 位雙向數據線。 </p><p>　　第 15腳：背光源正極。 </p><p>　　第 16腳：背光源負極。</p><p><b>　　3.軟件設計</b></p><p>　　

24、本次程序主要用C語言編程，較其他編程語言清楚，易懂。有主控程序和子程序組成。主要包括以下幾個模塊:</p><p>　　(1) 主程序初始化:主要完成系統上電后進行定時器和LED液晶模塊，通信電路的初始化。初始化完成后,系統將正常運行,并進行</p><p>　　(2) 鍵盤掃描、顯示子程序:提供人機信息交換接口，完成溫濕度的上下限值的設定與顯示功能。</p><p&g

25、t;　　濕度控制子程序：AT89S51比較溫濕度預設值和實際值的大小。</p><p><b>　　4.結論</b></p><p>　　該溫濕度測控系統采用SHT10為測量元件,大大簡化了軟硬件的設計,系統結構簡單緊湊,調試安裝方便,性價比極高。且由于SHT10 的極好的性能特點,提高了系統的穩定性和測量精度。SHT10是單片集成的數字溫濕度傳感器，所有信號的調理由

26、芯片完成，采用I2C 總線實現通信，并直接輸出數字信號。該系統電路結構簡單、檢測準確、穩定性好，實現了對溫濕度參數的測控。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 軍勇,冀捐灶,楊寶強 基于AT89C2051的溫濕度控制儀 </p><p>　　[2] Sensirion 公司.SHT11 數據手冊.

27、 </p><p>　　[3] 孟臣, 李敏 溫濕度傳感器SHT11及其在單片機系統的應用 </p><p>　　[4] 沙占友 集成化智能傳感器原理與應用. 　</p><p>　　[5]   魏立峰 單片機原理與應用技術[M].北京:北京大學出版社 </p><p>　　[6] 何小艇 電子系統設計.浙江

28、:浙江大學出版社</p><p>　　[7] 康光華.電子技術基礎(第五版) . 北京:高等教育出版社,2007年6月</p><p>　　[8] 王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京:北京航空航天大學出版社,1999.</p><p>　　[9] 譚浩強. C 程序設計[M].北京:清華大學出版社,1999 年12 月第2 版</p>

29、<p>　　[10] 沈任元,吳勇.常用電子元器件手冊[M].機械工業出版社附錄</p><p>　　主函數（main.c）：</p><p>　　#include<tou.h></p><p>　　typedef union //定義共用同類型</p><p><b>　　{ </b>

30、</p><p>　　unsigned int i;</p><p><b>　　float f;</b></p><p><b>　　} value;</b></p><p><b>　　//延時函數</b></p><p>　　void delay(

31、int z)//z為毫秒數</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=125;y>0;y--);</p><p><

32、b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned int temp,humi;</p><p>　　value humi_val,temp_val;//定義兩個共同體，一個用于濕度，一個用于溫度</p

33、><p>　　//float dew_point; //用于記錄露點值</p><p>　　unsigned char error; //用于檢驗是否出現錯誤</p><p>　　unsigned char checksum;//CRC </p><p>　　uchar wendu[6]; //用于記

34、錄溫度</p><p>　　uchar shidu[6]; //用于記錄濕度</p><p>　　LCD_Initial(); //初始化液晶 </p><p>　　GotoXY(0,0); //選擇溫度顯示位置</p><p>　　Print("TEMP: %C");

35、 //5格空格</p><p>　　GotoXY(0,1); //選擇濕度顯示位置</p><p>　　Print("HUMI: %RH"); //5格空格</p><p>　　s_connectionreset(); //啟動連接復位</p><p><b>　

36、　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　error=0; //初始化error=0，即沒有錯誤</p><p>　　error+=s_measure((unsigned char*)&temp_val.i,&checksum,TEMP); //溫度測量&l

37、t;/p><p>　　error+=s_measure((unsigned char*)&humi_val.i,&checksum,HUMI); //濕度測量</p><p>　　if(error!=0) s_connectionreset(); ////如果發生錯誤，系統復位</p><p><b>　　els

38、e</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　humi_val.f=(float)humi_val.i; //轉換為浮點數</p><p>　　temp_val.f=(float)temp_val.i; //轉換為浮點數</p&

39、gt;<p>　　calc_sth10(&humi_val.f,&temp_val.f); //修正相對濕度及溫度</p><p>　　// dew_point=calc_dewpoint(humi_val.f,temp_val.f); //計算e dew_point</p><p>　　temp=temp_val.f*10;&l

40、t;/p><p>　　humi=humi_val.f*10;</p><p>　　GotoXY(5,0);//設置溫度顯示位置</p><p>　　wendu[0]=temp/1000+'0'; //溫度百位 </p><p>　　wendu[1]=temp%1000/100+'0';

41、 //溫度十位</p><p>　　wendu[2]=temp%100/10+'0';//溫度個位</p><p>　　wendu[3]=0x2E;//小數點</p><p>　　wendu[4]=temp%10+'0';//溫度小數點后第一位</p><p>　　Print

42、(wendu);//輸出溫度 </p><p>　　GotoXY(5,1);//設置濕度顯示位置 </p><p>　　shidu[0]=humi/1000+'0'; //濕度百位</p><p>　　shidu[1]=humi%1000/100+'0'; //濕度十

43、位</p><p>　　shidu[2]=humi%100/10+'0';//濕度個位</p><p>　　shidu[3]=0x2E;//小數點</p><p>　　shidu[4]=humi%10+'0';//濕度小數點后第一位</p><p>　　Print(shidu);

44、//輸出濕度 </p><p><b>　　} </b></p><p>　　delay(800); //等待足夠長的時間，以現行下一次轉換 </p><p><b>　　}</b></p><