基于AT89S52单片机的温湿度控制

目录1 绪论 (3)1.1 设计背景 (3)1.2 温、湿度检测技术的发展和现状分析 (4)1.2.1 温度检测技术 (4)1.2.2 湿度检测技术 (5)1.3 系统简介 (8)1.3.1 系统功能简介 (8)1.3.2 系统设计简介 (8)1.4 本章小结 (9)2 方案选择 (9)2.1 控制模块 (9)2. 2 输入模块 (10)2. 3 显示模块 (10)2. 4 数据采集模块 (11)2.4.1 温度采集模块 (11)2.4.2 湿度采集模块 (12)2.5 本章小结 (12)3 数字信号处理 (13)3.1 数字信号处理简介 (13)3.2 数字滤波技术简介 (13)3.2.1 数据滤波技术的实现意义 (13)3.2.2 数字滤波与模拟滤波的区别 (14)3.3 列举三种数字滤波技术及在本文中的使用 (14)3.3.1 递推平均滤波法 (14)3.3.2 限幅滤波法 (15)3.3.3 限幅平均滤波法 (15)3.4 本章小结 (15)4 硬件设计 (17)4.1 系统外围器件介绍 (17)4.1.1 74LS164 (17)4.1.2 74LS08与门 (18)4.1.3 CD4024 (18)4.1.4 AT24C02 (19)4.1.5 ADC0809 (20)4.2 硬件设计及原理图 (23)4.2.1 LCM1602液晶显示及驱动 (23)4.2.2 数据采集模块 (25)4.2.3 串口通信模块 (34)4.2.4 电源模块： (34)4.2.5 报警电路 (35)4.3 总设计硬件图 (36)4．4 本章小结 (37)5 系统软件设计 (38)5.1 系统软件框图 (38)5.2 系统各模块流程图及部分程序 (39)5.2.1 初使化程序 (39)5.2.2 矩阵键盘扫描 (40)5.2.3 温湿度报警值设置模块 (43)5.2.4 温湿度值采集、处理及显示模块 (45)5.2.5 与PC机通信模块 (50)5.2.6 报警状态判断模块 (52)5.3 系统中两种数字滤波软件实现流程图 (53)5. 4 本章小结 (54)6 理论公式推导及系统测试 (55)6.1 湿度的推导公式过程： (55)6.2 系统干扰处理及系统测试 (57)6.2.1 系统干扰处理 (57)6.2.2 系统测试 (57)6.2.3 测试工具 (58)7 总结和致谢 (59)7.1 系统设计总结 (59)7.2 致谢 (59)参考文献 (60)附录一系统设计过程中的调试工具 (61)附录二部分单片机程序及注释 (61)附录三VB上位机通信平台程序 (71)1 绪论1.1 设计背景人类的生存和社会活动与温湿度密切相关。

随着现代化的实现，很难找出一个与温湿度无关的领域来。

据报道，我国每年有相当物品因存放在较高的温度环境或潮湿环境下，因侵害而受巨大损失。

在一些大型的仓库中，比如粮食的储存，我们知道粮食在储藏期间,由于受环境、气候和通风条件等因素的变化，粮仓内温度或湿度会发生异常，极易造成粮食的霉烂、或发生虫害；再如一些化学药品、精密仪器等其存放要求湿度为15%以下，而以往传统的控湿防潮方式和目前这些设备很难达到要求。

因此如何扩宽控湿的范围和精度一直是人们迫切的希望。

1.2 温、湿度检测技术的发展和现状分析1.2.1 温度检测技术温度是一种最基本的环境参数，人们的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了以下三个发展阶段：①传统的分立式温度传感器②模拟集成温度传感器③智能集成温度传感器目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。

集成温度传感器主要包括模拟集成温度传感器、智能温度传感器（亦称数字温度传感器）两大类。

模拟集成温度传感器是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。

模拟集成温度传感器的特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

其典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

智能温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。

它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。

目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。

智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。

有的产品还带多路转换器（MUX）、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

典型产品有DS18B20、MAX6654、LM76等。

本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法，并对以此传感器和AT89S52单片机为控制器构成的温度测量装置的工作原理及软硬件设计，作了详细的介绍和研究。

该装置适用于人们的日常生活和工、农业生产的温度测量。

1.2.2 湿度检测技术相比之下，测量湿度要比测量温度更复杂，这是因为温度是个独立的被测量，而湿度却受大气压强和温度的影响。

早在18世纪人类就发明了干湿球和毛发湿度计，而电子式湿度传感器是近几十年．特别是近20年才迅速发展起来的。

随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越来越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。

湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。

近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了很大的进步。

湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度、温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。

湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。

空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。

湿度传感器具有如下特点：湿度传感器的精度应达到±2%～±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%～±3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中测量的。

在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.2～0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。

温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。

采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。

湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。

多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。

校正湿度要比校正温度困难得多。

温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。

对市场上湿度传感器产品的几点分析：国内市场上出现了不少国内外湿度传感器产品，电容式湿敏元件较为多见，感湿材料种类主要为高分子聚合物、氯化锂和金属氧化物。

电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。

但是达到上述性能的产品多为国外名牌，价格都较昂贵。

市场上出售的一些电容式湿敏元件低价产品，往往达不到上述水平，线性度、一致性和重复性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感湿段变形严重。

无论高档次或低档次的电容式湿敏元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用漂移严重，湿敏电容容值变化为pF级，1%RH 的变化不足0.5pF，容值的漂移改变往往引起几十RH%的误差，大多数电容式湿敏元件不具备40℃以上温度下工作的性能，往往失效和损坏。

电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺，往往对环境的洁净度要求较高，有的产品还存在光照失效、静电失效等现象，金属氧化物为陶瓷湿敏电阻，具有湿敏电容相同的优点，但尘埃环境下，陶瓷细孔被封堵元件就会失效，往往采用通电除尘的方法来处理，但效果不够理想，且在易燃易爆环境下不能使用，氧化铝感湿材料无法克服其表面结构“天然老化”的弱点，阻抗不稳定，金属氧物陶瓷湿敏电阻也同样存在长期稳定性差的弱点。

氯化锂湿敏电阻，具有最突出的优点是长期稳定性极强，因此通过严格的工艺制作，制成的仪表和传感器产品可以达到较高的精度，稳定性强是产品具备良好的线性度、精密度及一致性，是长期使用寿命的可靠保证。

目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。

这些产品可分成以下三种类型：线性电压输出式集成湿度传感器。

典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。

其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。

线性频率输出集成湿度传感器。

典型产品为HF3223型。

它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。

这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。

频率/温度输出式集成湿度传感器。

典型产品为HTF3223型。

它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。

当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。