基于单片机的温湿度检测毕业论文.doc
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1、 编 号: 审定成绩: 毕业设计(论文)设计(论文)题目:基于单片机的温湿度检测学 院 名 称 :自动化学院学 生 姓 名 :专 业 :班 级 :学 号 :指 导 教 师 :答辩组 负责人 :填表时间: 年 月- 53 -摘 要随着科学技术的快速发展,人类社会取得了很大的进步。在生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境中的温湿度进行测量及控制。本检测仪采用技术成熟的DHT11和 DS18B20作为测量湿度和温度的传感器的一个智能化的温湿度测量装置。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元
2、件,并与一个高性能8位单片机相连接。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。控制芯片采用技术成熟,价位低廉的STC89C51单片机。LED显示电路,报警电路都由STC89C51单片机控制。最后设计了检测仪各个功能部分的软件程序。由本设计课题做成的温湿度检测系统结构简单、价格便宜、量程宽,具有较高的可靠性、安全性及实用性。【关键词】STC89C51单片机 DHT11数字温湿度传感器DS18B20温度传感器 LED显示 ABSTRACTWith the development of science and technology, human soc
3、iety has achieved great progress! In the life that occupy the home, industry, agriculture, national defense, weather, environmental protection and scientific research departments, such as aerospace, often need to the environment humidity and temperature measurement and control. The detector of an in
4、telligent humidity measuring device. The Detector adopts the technology DHT11 and DS18B20 as measuring the humidity and temperature sensor and temperature sensor. Each DHT11 sensors are accurate calibration of humidity in calibration. It uses a dedicated digital modules and acquisition of temperatur
5、e and humidity sensor technology to ensure that products with high reliability and excellent long-term stability。朗读显示对应的拉丁字符的拼音Detector chip adopt mature technology, powerful, price cheap popular STC89C51. LED display circuit, alarm circuit controlled by STC89C51. Finally the design of the system so
6、ftware program each function. By this design task to make the temperature and humidity of the detection detector structure is simple, cheap price, wide range, high reliability, safety and practicality.【Key words】STC89C51 DHT11 DS18B20 LED目 录摘 要IABSTRACTII前 言- 1 -第一章 概述- 2 -第一节 温湿度基本概念- 2 -第二节 温湿度检测的
7、目的及意义- 3 -第二章 电路设计- 5 -第一节 电路总体设计- 5 -一、单片机系统总体设计- 5 -二、单片机简介- 6 -第二节 各模块电路设计- 7 -一、电源电路设计- 7 -二、温度检测电路设计- 7 -三、湿度检测电路设计- 9 -四、显示电路设计- 10 -五、时钟电路设计- 12 -六、复位电路设计- 13 -七报警电路设计- 13 -第三章 本章小结- 14 -第三章 软件设计- 15 -第一节 主程序设计- 15 -第二节DS18B20的模块程序设计- 16 -一、DS18B20工作原理- 16 -二、DS18B20的工作时序- 16 -三、温度检测程序流程- 18
8、-四、显示模块编程- 18 -第三节 DHT11程序设计- 19 -一、DHT11的检测原理- 19 -二、湿度检测原理- 20 -三、湿度检测的程序框图- 22 -第四节 本章小结- 23 -第四章温湿度测系统测试- 24 -第一节 软硬件调试- 24 -一、keil简介- 24 -二、软件的调试过程- 25 -第二节 本章小结- 27 -结论- 28 -致 谢- 30 -参考文献- 31 -附 录- 32 -一、英文原文:- 32 -二、英文翻译:- 37 -三、工程设计图纸:- 42 -四、源程序:- 42 -四、源程序:- 43 -五、其他:- 54 -前 言温度是指物体冷热程度,微观
9、上是指物体分子热运动的剧烈程度。在整个宇宙当中,温度无处不存在。无论在地球上还是在月球上,也无论是在炽热的太阳上还是在阴冷的海王星上,这一切无不由于空间位置的不同而存在着温度的差异。湿度是表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少,则空气越干燥;水汽越多,则空气就越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下,常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。湿度表示气体中的水蒸汽含量,有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量,一般其单位是克/立方米,绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度;相对湿度是绝
10、对湿度与最高湿度之间的比,它的值显示空气中水蒸气的饱和度有多高。温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系,同时也是工农业生产中最常见最基本的工艺参数,例如机械、电子、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高,人们对自己的生存环境越来越关注。空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响,所以对温度、湿度的检测就非常有必要了。第一章 概述第一节 温湿度基本概念温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。在整个宇宙当中,温度无处不存在。无论在地球上还是在月球上,也无论是在炽热的太阳上还是在阴冷的冥王星上,这一切无不由于空间位置的
11、不同而存在着温度的差别。湿度是表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少,则空气越干燥;水汽越多,则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下,常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。湿度表示气体中的水蒸汽含量,有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量,一般其单位是克/立方米,绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度;相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比,它的值显示水蒸气的饱和度有多高。绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量,一般其单位是克/立方米。绝对湿度的最大限度是饱和状态下的
12、最高湿度。绝对湿度只有与温度一起才有意义,因为空气中能够含有的湿度的量随温度而变化,在不同的温度中绝对湿度也不同,因为随着温度的变化空气的体积也要发生变化。但绝对湿度越靠近最高湿度,它随温度的变化就越小。下面是计算绝对湿度的公式1.1: . (1.1)公式1.2 ( 1.2) 其中的符号分别是: e 蒸汽压,单位是帕斯卡 ,Rw 水的气体常数=461.52J/(kg K) ,T 温度,单位是开尔文 ,m 在空气中溶解的水的质量,单位是克。一台湿度计正在记录相对湿度相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比,它的值显示水蒸气的饱和度有多高。相对湿度为100%的空气是饱和的空气。相对湿度是50%的空气含
13、有达到同温度的空气的饱和点的一半的水蒸气。相对湿度超过100%的空气中的水蒸气一般凝结出来。随着温度的增高空气中可以含的水就越多,也就是说,在同样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度就会降低。因此在提供相对湿度的同时也必须提供温度的数据。通过相对湿度和温度也可以计算出露点。 以下是计算相对湿度的公式1.3。.( 1.3)其中的符号分别是: w-绝对湿度,单位是克/立方米,w,max-最高湿度,单位是克/立方米,e-蒸汽压,单位是帕斯卡,E-饱和蒸汽压,单位是帕斯卡,s-比湿,单位是克/千克,S-最高比湿,单位是克/千克。1 第二节 温湿度检测的目的及意义随着人们的生活及其生产水平的不断提高,对生
14、活环境和生产环境的要求就显得尤为重要,温湿度的控制就是一个典型的例子,因此温湿度检测系统就是现代生产生活中应运而生的一种智能、快捷、方便可靠的检测系统,特别是在工业生产中如果检测得不准确就会发生许多的生产事故。如化工生产中对温度的检测不当就会导致生产效率的的降低和产品质量的下降。而现在所使用的温湿度检测系统通常都是精度为1或0.1的水银、煤油或酒精温度计进行的温度检测和用传统的物理模拟量得方法进行的湿度检测。这些温湿度检测计的刻度间隔通常都很密,不容易准备分辨,读数困难,而且他们的热容量还比较大,达到热平衡所需的时间较长,因此很难读准,并且使用非常不方便。空气的温度越高,它容纳水蒸气的能力就越
15、高。虽然水蒸气可以与空气中的部分成分进行化学反应,或者被多孔的粒子吸收,但这些过程或反应所占的比例非常小。大多数的水蒸气是溶解在空气中的。干空气一般可以看作一种理想气体,但随着其中水汽成分的增高它的理想性越来越低。这时只有使用范德华方程才能描写它的性能。 在同一温度下真空中的水蒸气的饱和度与空气中的水蒸气的饱和度实际上是一样高的。假如饱和的空气的温度降低到露点以下和空气中有凝结核(比如雾剂)的话(在自然界一般总有凝结核存在),空气中的水就会凝结。云、窗户玻璃和其它冷的表面上的凝结水、露和雾、人在冷空气中哈出的汽等等许多现象就是这样形成的。偶尔(或在实验室中人工造成的)水蒸气可以在露点以下也不凝
16、结。这个现象叫做过饱和。空气中水蒸气的溶解量随温度不同而变化。一立方米空气可以在10下溶解9.41克水,在30下溶解30.38克水。空气湿度是指空气潮湿的程度,可用相对湿度(RH)表示。相对湿度是指空气实际所含水蒸气密度和同温下饱和水蒸气密度的百分比值。人体在室内感觉舒适的最佳相对湿度是,495l,相对湿度过低或过高,对人体都不适甚至有害。在冬天,我国北方采用火炉或暖气取暖,室内空气被加热会导致室内相对湿度降低。特别是北京等大城市一些集中供暖的住宅,由于室温较高,相对湿度常常低至10以下。在这种环境中居住,人易患呼吸道疾病和出现口干、唇裂、流鼻血等现象。这是因为,鼻子内部、呼吸道、肺部连同网状
17、肺泡是由支撑发状纤毛的黏膜覆盖,当空气相对湿度低于40时,纤毛的运动就会变得十分缓慢,于是灰尘易粘在粘膜上,刺激咳嗽,不利于排除病菌,从而导致呼吸道疾病的发生。另外,由于相对湿底低,人体表皮水分大量散失,导致人的皮肤弹性下降,另外,由于相对湿度低,人体表皮水分大量散失,导致人的皮肤弹性下降,加速皮肤衰老,出现表皮粗糙、细胞脱落等现象,一定程度上降低了皮肤抵抗病菌的能力。我国南方妇女皮肤细嫩、光润,主要原因之一是南方相对湿度高。相对湿度过低,还会导致木材水分散失,引起家具或木质地板变形、开裂和损坏;钢琴、提琴等对湿度要求高的乐器不能正常使用;文物、档案和图书脆化、变形。相对湿度过高,又易使室内家
18、具、衣物、地毯等织物生霉,铁器生锈,电子器件短路,地毯、壁纸发生静电现象,对人体有刺激,甚至诱发火灾。 随时了解人们生活环境的温湿度的动态有助于提高人们的生活水平。人们舒适的环境中才能提高工作、生活和休息的质量。第二章 电路设计第一节 电路总体设计一、单片机系统总体设计温湿度是是考虑环境最重要的因素。随着社会的发展,人们的环境的温度和湿度的要求越来越高。尤其温湿度检测系统是在环境试验、科学研究(诸如种植、养殖生物工程、化工工程)、工业生产等领域应用广泛的现场环境控制系统。他能模拟各种环境条件,即按照实际要求精确控制环境的温度和湿度,为研究不同的生化过程创造了良好的环境条件。因此,温湿度监测系统
19、广泛应用在科研、现代农业、医药、冶金、化工、林业、环境科学及生物遗传工程等领域。本检测仪以89C51为核心进行设计,运用单片机最小系统进行设计。首先设计检测电路。先考虑温湿度传感器,我通过资料查找到了DHT11数字式传感器。由于DHT11温度检测范围为050摄氏度,湿度检测范围为2090%RH。由于该传感器的温度检测范文比较小,所以本论文将选用另一个温度传感器,本检测仪选择了DS18B20数字式温度传感器。数字式传感器使用比较简单,由于它们输出的都是数字信号,所以不需要设计AD转换电路。该检测仪的显示用LED显示,LED显示电路简单、方便。本检测仪用4位LED数码管,数码管分为共阴极和共阳极两
20、种。使用数码管需要用锁存器,本系统运用的是74LS245锁存器。2检测后还应该针对特殊情况进行处理。例如当温度过高是就设计了蜂鸣器报警电路。该系统的结果框图为图2.1.温度检测电路湿度检测电路LED显示电路报警电路复位电路时钟电路单片机2.1框图结构二、单片机简介单片机是指一快半导体硅片上集成了微处理器,存储器,各种输入、输出接口(定时器/计数器,并行I/O口,串行口,A/D转换器以及脉宽调制器等),这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性,叫做单片机。89C51单片机是一种常用的51单片机.51单片机性能强大。是一种低功耗、高性能的芯片。扩展功能强大方便,可以通过I/O口进行扩展。单片机的引
21、脚图为如图2.2.图2.2 单片机引脚图引脚功能的说明: 电源引脚Vcc(40脚):典型值5V。Vss(20脚):接低电平。外部晶振X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时,X2接振荡信号,X1接地。输入输出口引脚:P0口:I/O双向口。作输入口时,应先软件置“ 1”。P1口:I/O双向口。作输入口时,应先软件置“ 1”。P2口:I/O双向口。作输入口时,应先软件置“ 1”。P3口:I/O双向口。作输入口时,应先软件置“ 1”。控制引脚:RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。RST/Vpd(9脚):复位信号输入端(高电平有效)。
22、2第二节 各模块电路设计 一、电源电路设计51单片机的工作电压在5V左右,5V的电源可以有多种设计方式实现。如干电池供电、继电器供电、普通变压器供电、还有USB供电等等。这些供电都是很常用的供电方式。由于USB接口的使用非常方便,它可以直接的于计算机相连或者用变压器相连供电。虽然USB接口的功能非常强大,它可以用作各种通信接口;但是当我们只是单一的用作电源接口时它的使用就非常简单。接口的1、4两线分别表示电源的正极和接地接口。我们使用的电压为5V,但是电压是指有效值。为了使该检测仪工作更加稳定。所以必须设计电源滤波电路,常用的滤波电路为电容滤波。本设计的滤波电路社如图2.3。3图2.3 滤波电
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