溫濕度測量(一)

溫濕度測量(一)

目  錄
設計任務  ………………………………………………（4）
方案論證與比較 ………………………………………（4）
總體方案  ………………………………………………（4）
系統硬件設計  …………………………………………（5）
系統軟件設計  …………………………………………（10）
系統測試與分析…………………………………………（13）
設計總結 …………………………………………………（13）
參考資料 …………………………………………………（14）
附錄…………………………………………………………（15）

摘要
 本溫濕度測量系統，以AT89S52單片機為核心，由語音發聲、溫濕度采集、串行口、遙控電路、LED靜態顯示電路等功能模塊組成�；�于題目基本要求，本系統對語音報數、溫濕度采集、LED靜態顯示電路進行了重點設計。此外，擴展了單片機外圍接口，加入了串口，為以后擴展功能預留了空間。本系統吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過軟件來實現，使電路簡單明了，系統穩定性大大提高。本系統不僅成功的實現了要求的基本功能,而且增加了一些功能，進行了一定的創新。本溫濕度測量系統的最大優點為溫濕度測量的精度已經達到了工業標準，不僅成本低而且具備了市面上溫濕度計的一切功能。 
關鍵字：單片機   LED靜態顯示   遙控   語音 

This degree of humidity measures system, with the AT89 S52 single slice machine for core is give out sound by the speech, degree of humidity collect, the string go the function mold pieces, such as, the remote control electric circuit and the LED static state manifestation electric circuit...etc. to constitute. According to topic basic request, this system numbers off to the speech, degree of humidity collect, the LED static state manifestation electric circuit carried on the point design. Expanded a single slice machine outer circle to connect in addition, join a string, is hereafter expanded function to reserve space. This system absorbed the hardware software to turn of thought, greatly parts of functions pass software to carry out, making the electric circuit understand in brief, the system  stability  raises consumedly. This system not only succeed of carry out the basic function of [with] request, and increase some functions, carry on certain innovation. This degree of humidity measure the biggest advantage of the system as the accuracy that degree of humidity measure to have already come to a the industry standard, not only the cost is low and had the whole functions of hygrometer on the market. 
Key word: Single slice the machine    LED static state    manifestation control from a distance    a speech 

 

 

設計任務
 1.1設計任務 
    設計一個溫度濕度實時測量的儀器
 1.2設計基本要求
    能夠適時地測量溫度、濕度并由LED數碼管顯示出來
 1.3發揮
    我們利用遙控器控制語音芯片，準確地播放溫度值、濕度值
二、方案論證
 2.1 顯示部分:
 方案一：動態顯示，
 動態顯示，此種顯示的優點是使用硬件少，價格低，線路簡單。但占用單片機時間長，只要單片機不執行顯示程序，就立刻停止顯示。方案二：靜態顯示，
 靜態顯示，雖然使用元件多，且線路比較復雜，但是顯示占用機時少，顯示可靠，用起來比較方便。適合于單片機長時間做其他工作不管理顯示的情況。
 鑒于上述原因, 我們采用方案二
2.2 溫濕度采集部分
 方案一：采用熱敏電阻、濕敏電阻。但濕、熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差，對于檢測要求精度高的溫濕度是不適用的。
 方案二：采用集成溫濕度傳感器。集成溫濕度傳感器測量精度高，能把溫度轉化成數字，測得的溫濕度值的存儲在自帶RAM中，單片機直接從中讀出數據轉換成十進制就是溫度，使用方便。
 基于溫濕度傳感器的以上優點，我們決定選用方案二 。
2.3語音部分
 ISD1420語音芯片能實現要求的放音功能，而且價格也不高。
2.4控制發音部分
 方案一：采用按鍵。比較簡單。
 方案二：采用遙控器，比較方便。
 為方便著想，我們選擇方案二。
三、總體方案
 3.1  工作原理:
 利用單片機AT89S52單片機作為本系統的總控模塊。一片AT89S52單片機可把由DHT90讀來的數據利用軟件計算出溫濕度，再把數據傳輸到靜態顯示模塊，實現溫度、濕度的顯示。通過串口把溫濕度數據傳輸到另一片AT89S52上，在通過遙控器控制語音電路發音，報出測到的溫濕度數據。
 3.2 電路原理圖:
 電路原理圖如下圖所示

 圖一 電路原理圖
四、系統硬件設計（單元電路設計及分析）
 4.1 AT89S52單片機最小系統：
 最小系統包括晶體振蕩電路、復位開關和電源部分。圖2為AT89S52單片機的最小系統。如圖二。
圖二

 4.2 溫濕度測量模塊:
 DHT90接口電路圖
 圖三

 4.3LED顯示模塊：
 采用靜態顯示，如圖四所示。

圖四  顯示模塊電路圖
介紹一下用到的主要芯片：
 4.3.1. 74LS47  TTL BCD—7段高有效譯碼-驅動器
引腳圖：
圖五
 74LS47真值表

輸入 輸出 
LT RBI RBO A B C D a b c d e f g 
H H H L L L L L L L L L L H 
H X H L L L H H L L H H H H 
H X H L L H L L L H L L H L 
H X H L L H H L L L L H H L 
H X H L H L L H L L H H L L 
H X H L H L H L H L L H L L 
H X H L H H L H H L L L L L 
H X H L H H H L L L H H H H 
H X H H L L L L L L L L L L 
H X H H L L H L L L H H L L 
H X H H L H L H H H L L H L 
H X H H L H H H H L L H H L 
H X H H H L L H L H H H L L 
H X H H H L H L H H L H L L 
H X H H H H L H H H L L L L 
H X H H H H H H H H H H H H 
表 1
 4.3.2. 74LS373三態同向八D鎖存器
引腳圖：
圖六
真值表：
輸出控制 時鐘 D 輸出
 
L  H H 
L  L L 
L L X Q0 
H X X Z 
 Z 高阻態            表 2
 4.3.3. 74LS244  八同向三態緩沖器-----線驅動器
引腳圖：
圖七

真值表：
輸入 輸出 
G A Y 
L L L 
L H H 
H X Z 
表3
4.4電源選擇：
 電路圖如圖八
 
 
圖八
 
 
4.5.語音電路
 
圖九
4.6.遙控部分
 
4.7總電路圖：

五、系統軟件設計
程序流程圖：
(1)、第一個單片機：

(2)、第二個單片機：

 串口中斷：

  
 INT0中斷：

系統測試與分析
測試數據：
溫度
實際溫度（攝氏度） 20.5 25.3 16.7 14.5 18.7 
測試溫度（攝氏度） 20 25 17 14 19 

濕度

實際濕度（%） 35 47 57 65 67 
測試濕度（%） 37 49 58 66 70 
經測試，所測數據均符合要求，達到原定標準。

七、設計總結
 經過小組成員半年來的奮斗，完成了題目所要求基本部分，另外還做進了一些新的功能，很好的完成了溫度濕度測量的基本要求，通過這次課程設計掌握了很多新的知識。
 通過設計本系統，我們學到了很多關于單片機，傳感器和電路設計方面的許多知識，將理論與實踐相結合是一個很有難度的事情，在這次實驗中，我們不斷地查找很多專業方面的知識和實驗儀器設備，以及學術論文，學到了如何查閱科技論文，和很好的利用科技知識，將知識和實際生活所需結合起來，使我們懂得學的東西有所用，有所長�？茖W研究是一件很艱苦也是一件很有成就感的工作，在這次實驗中有很深的體會。以后要多加思考和動手，及時將所學的知識由于實際的工作和學習中，讓知識活起來，讓腦子動起來，為將來的工作學習打下堅實的基礎。

八、參考資料
  1．《基于單片機結構的智能系統設計與實現》 沈紅衛  編  電子工業出版社
 2．《單片機原理與接口技術》 黃惠媛  編  海洋出版社
 3．《單片機應用技術》  周平  伍云輝  編  電子科技大學出版社
 4．《8051單片機實踐與應用》 吳金戌 沈金陽 郭庭吉  編  清華大學出版社
 5．《電子設計競賽賽題解析》 黃正謹等編  東南大學出版社 

九、附錄
 數字溫濕度傳感器  DHT 90
 介紹_ 利用SHT1x 加工而成
 用途—相對濕度、溫度測量和露點測量
 優點：
 _ 全標定輸出，無需標定即可互換使用
 _ 卓越的長期穩定性
 _ 兩線制數字接口，無需額外電路
 _ 基于請求式測量，低能耗
 _ 超小尺寸
 _ 自動休眠
 _ 超快響應時間
 _ 比SHT7x 更低的價格
 DHT9x 產品概述
 DHT90是利用SHT1x 傳感器，重新在國內封裝得到。因為SHT1x 不方便手工焊接，很容易在焊接的時候，由于溫度過高造成傳感器直接損壞，因此我們采用了DHT90溫度濕度傳感器。它利用回流焊機，極為精確地控制焊接溫度，保證傳感器不會在焊接過程中受損。焊接完成后逐一對傳感器進行電性和精度檢測，以確保每一個傳感器都是合格的。DHT9x 采用標準的2.54mm 插針，可以直接與標準2.54mm 插座配合使用。DHT9x 外形接近SHT7x，性能和SHT7x 完全一樣，價格又比SHT7x 便宜很多，是替換SHT7x 的理想產品。
 

                                    
 1.  傳感器性能說明

2.典型應用電路

 2.1 電源引腳
 SHTxx 的供電電壓為2.4~5.5V。傳感器上電后，要等待11m 來完成“休眠”狀態。在此期間無需發送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF的濾波電容。
 2.2 串行接口 (兩線雙向)
 SHTxx 應用的的串行接口技術，在傳感器信號讀取及電源損耗方面都做了優化處理；但與I2C 接口不兼容。
 2.2.1 串行時鐘輸入 (SCK)
 SCK 用于微處理器與SHTxx 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。
 2.2.2 串行數據 (DATA)
 DATA 三態門用于數據的讀取。DATA 在SCK 時鐘下降沿之后改變狀態，并僅在SCK 時鐘上升沿有效。數據傳輸期間，在SCK 時鐘高電平時，DATA 必須保持穩定。為避免信號沖突，微處理器應驅動DATA 在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如：10kΩ）將信號提拉至高電平（參見圖2數據采集電路）。上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O 電路中。詳細的IO 特性，參見表5。
 2.2.3 發送命令
 在程序開始，用一組“ 啟動傳輸”時序表示數據傳輸的初始化。它包括：當SCK 時鐘高電平時DATA 翻轉為低電平，緊接著SCK 變為低電平，隨后是在SCK時鐘高電平時DATA 翻轉為高電平。
 
 圖 1 “啟動傳輸”時序
 后續命令包含三個地址位（目前只支持“000”），和五個命令位。SHTxx 會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個SCK 時鐘的下降沿之后，將DATA下拉為低電平（ACK 位）。在第9 個SCK 時鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復高電平）。
            表一

 2.2.4 測量時序(RH 和 T)
 發布一組測量命令（‘00000101’表示相對濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后，控制器要等待測量結束。這個過程需要大約11/55/210ms ，分別對應8/12/14bit 測量。確切的時間隨內部晶振速度，最多有±15%變化。SHTxx 通過下拉DATA 至低電平，表示測量的結束�？刂破髟谟|發SCK 時鐘前，必須等待這個“數據備妥”信號。接著傳輸2 個字節的測量數據和1 個字節的CRC 奇偶校驗。uC 需要通過下拉DATA 為低電平，以確認每個字節。所有的數據從MSB 開始，右值有效（例如：對于12bit 數據，從第5 個SCK 時鐘起算作MSB；而對于 8bit 數據，首字節則無意義）。用CRC 數據的確認位，表明通訊結束。如果不使用CRC-8 校驗，控制器可以在測量值LSB 后，通過保持確認位ack 高電平，來中止通訊。在測量和通訊結束后，SHTxx 自動轉入休眠模式。
 警告：為保證自身溫升低于0.1℃，SHTxx 的激活時間不要超過15%（例如，對應12bit 精度測量，每秒最多進行3 次測量）。
 2.2.5 通訊復位時序
 如果與SHTxx 通訊中斷，可以利用下列信號時序復位串口：
 當DATA 保持高電平時，觸發SCK 時鐘9 次或更多。在下一次指令前，發送一個“傳輸啟動”時序。這些時序只復位串口，狀態寄存器內容仍然保留。
 
 
 圖 2 通訊復位時序
 2.2.6 CRC-8 校驗
 數字信號的整個傳輸過程由8bit 校驗來確保。任何錯誤數據將被檢測到并清除。
 
 3.測量時序舉例
 
 4.測量時序概覽
 (TS = 啟動傳輸)
 5.時序圖
 
 
 6.輸出轉換為物理量
 6.1 相對濕度
 為了補償濕度傳感器的非線性以獲取準確數據，建議使用如下公式修正讀數：
 SORH c1 c2 c3
 
  6.2 濕度轉換系數
 簡化的修正算法，可參閱應用說明“相對濕度與溫度的非線性補償”。濕度傳感器對電壓基本上沒有依賴性。
 
 圖3 從 SORH 轉換到相對濕度
 相對濕度對于溫度依賴性的補償由于實際溫度與測試參考溫度25℃ (~77℉)的顯著不同， 應考慮濕度傳感器的溫度修正系數：
 SORH t1 t2
 
 附表 1 溫度補償系數
 相當于 ~0.12 %RH /℃ @ 50 %RH
 6.3 溫度
 由能隙材料PTAT (正比于絕對溫度) 研發的溫度傳感器具有極好的線性�？捎萌缦鹿�式將數字輸出轉換為溫度值：
 
 
 附表2、溫度轉換系數表

【溫濕度測量(一)】相關文章：

一種溫濕度采集模塊的設計及應用研究03-07

煙葉烤房溫濕度自動控制儀的設計03-19

脈搏測量數字顯示(一)03-07

單片機構成的環境溫濕度實時測控裝置設計03-20

電容數字測量儀(一)03-07

實驗一轉速測量與控制(一)03-08

絲杠摩擦力矩動態測量系統設計(一)03-08

高速公路施工測量控制與管理(一)03-08

人體傳統測量與非接觸人體測量的比較研究03-07