温湿度采集

LCD显示
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下所示: 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度 过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为 低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS 为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。
0 1 显示数据存贮器地址 计数器地址 要写的数据内容 读出的数据内容
字符发生存贮器地址
报警系统
蜂鸣器额定电流IB≤30mA，而对于STC89C52单片 机，P1口的灌电流为 1．6mA，拉电流为60µA， 由此可见，仅靠单片机的P1口电流是不能驱动 蜂鸣器的，必须使用集晶体管放大电路，为了使 单片机消耗的功率更小，所以使用 PNP型晶体 管9012。STC89C52采用的晶振电路采用 11．0592MHz的无源晶振，微调电容大小取 30pF。显示模块选用1602字符型液晶模块，是 目前工控系统中使用最为广泛的液晶屏之一，电 路图如图6所示。1602字符型液晶模块是点阵型 液晶，驱动方便，经编码后显示内容多样化。系 统的输入模块采用中断扫描的4×4矩阵键盘， 相比定时扫描方式，提高了MCU的使用效率。
湿度检测
湿度指的是相对湿度，用%RH表示。即气体中的所含的蒸汽量与其空气的相同情况下饱 和水蒸气量的百分比。测量湿度方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气中吸收 水分后引起的物理或化学的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、 电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之 发生变化而进行湿度测量的,本系统采用的HS1101用来测量湿度值 。HUMIREL 湿度传感器 HS1101基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于 办公自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合他 也可以得到很大的应用。 特点： 全互换性 在标准环境下不需校正 长时间饱和下快速脱湿 可以自动化焊接，包括波峰焊或水浸 高可靠性与长时间稳定性 专利的固态聚合物结构 可用于线性电压或频率输出回炉 快速反应时间
系统总体设计
3．系统总体设计 ． 3．1方案认证 ． 方案认证 3.11单片机控制模块的选择论证 单片机控制模块的选择论证
方案一：采用XC9000系列的FPGA。该类器件具有并行处理能力，能快速的响应外部的各种数字信号， 但在数据处理方面过于复杂，而且芯片价格较昂贵。 方案二：采用单片机作为控制核心，单片机数学运算功能较强。在程序相互调用方面，处理方便灵活， 性能稳定，适合实际应用。且单片机技术发展较为成熟，价格便宜。 基于以上分析，采用单片机控制可更为简便灵活地实现系统功能，故拟采用方案二。
小组成员： 葛金儒
09应电(6)班 金华楚 09应电(6)班 陈忠伟 09应电(6)班
指导老师： 郑晓青老师
ห้องสมุดไป่ตู้
目录
引言 系统总体设计 温度检测 湿度检测 LCD显示 报警系统 电路原理图 产品展示 结束
引言
随着计算机的日益普及与发展，越来越多的设备需要与计算机相连，通 过计算机进行控制、通信，或是对采集到的数据进行分析处理。在工业、农业、 国防等行业中迅速地得到应用。数据采集和监控系统是信息科学的重要分支之一， 它研究信息数据的采集、存储、处理等问题。是以传感器信号的测量与处理，以 微型计算机为基础形成的一门综合性的技术。其任务是对生产现场各种参数进行 采集，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应显示及打印。数据采 集系统一般时间需要很长、高速度的进行数据的采集，将会产生大量的数据，需 要组织、存储、处理数据。 温湿度是作为其中最普遍的物理量，所以对温度和湿度的采集时必不可少的； 比如一个粮仓的环境的监测系统，湿度和温度值是两个重要的显示和分析指标， 因为根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检查粮库各点的粮食温度和湿度， 以便及时的采取相应的措施。采用先进的技术监测这些环境因子，通过自动的监 测系统进行环境控制，降低生产成本，呈越来越流行的趋势。
温度检测
本系统采用的是3脚封装模式，DS18B20可通过两种方式供电：外加电 源工作方 式和寄生电源工作方式。前者需要外加电源，正负极分别接引脚 的VCC的和GND；后者不需要外加电源，当信号线为高时稳定电源的提供是 通过单线上的上拉电阻实现，总线信号为低时则由其内部的电容供电，在此 种方式下VCC接地。本系统采用3脚封装的DS18B20，引脚功能分别为地 GND、电源VCC、信号DQ，选用外加电源工作方式。采用此种方式能增强 DS18B20的抗干扰能力保证稳定性。 由于温度采集芯片DS18B20是在一根I/O线读写数据， DS18B20 I/O 因此对读写的数据有着严格的时序要求，DS18B20有 严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整 性，该协议有几种的时序：初始化时序、读时序、写 时序。所有时序都将主机作为主设备，单总线器件作 为从设备。而每次命令和数据的传输都需要主机主动启动写时序开始，如果要 求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。 数据和命令的传输都是低位在先。
系统总体设计 温湿度采 集系统
温度检测
湿度检测
LCD显示
温度检测
温度采集是整个系统的重点和难点，在众多的环境监测中，温敏元件由于成本低而 用的较多，但后续电路复杂，输出的模拟信号较弱，需要进行放大后再通过A/D 转换电路的到温度值，不仅复杂，而且提高了系统的功耗，降低整个系统的性能。 所以，本系统采用一款可编程单总线数字式温度传感器DS18B20进行温度采集。 以下为DS1820 的详细应用说明 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增。华氏 器件-67~+2570F，以0.90F 递增 温度以9 位数字量读出 温度数字量转换时间200ms（典型值） 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统
湿度检测
最大参数值如有所示 555电路的非平衡电阻 是做内部温度 电路的非平衡电阻R4是做内部温度 电路的非平衡电阻 补偿，目的是为了引入温度效应， 补偿，目的是为了引入温度效应，使它 的温度效应相匹配。 必须 与HS1101的温度效应相匹配。R4必须 的温度效应相匹配 象所有的R-C时钟电阻的要求一样，1% 时钟电阻的要求一样， 象所有的 时钟电阻的要求一样 的精度， 的精度，最大的温度效应应该小于 100ppm。由于不同型号的 。由于不同型号的555的内部温 的内部温 度补偿有所不同， 的值必须与特定的 度补偿有所不同，R4的值必须与特定的 芯片相匹配。。为了保证在55%RH的 。。为了保证在 芯片相匹配。。为了保证在 的 典型湿度值为6660Hz，R5也需要做稍 典型湿度值为 ， 也需要做稍 许修正。 许修正。
综上所述虽然方案一具有综合作用但是方案二的测试范围和精度都由于方案一故本模块采用方温湿度采集系统温度检测湿度检测lcd显示系统总体设计温度检测温度采集是整个系统的重点和难点在众多的环境监测中温敏元件由于成本低而用的较多但后续电路复杂输出的模拟信号较弱需要进行放大后再通过ad转换电路的到温度值不仅复杂而且提高了系统的功耗降低整个系统的性能
LCD显示
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x” ，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液 晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件， 如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子 产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用 符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一 般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码 管、液晶显示器。本系统采用的是1602LCD。
温度检测
DS18B20的读写时序和测温原理与 DS1820相同，只是得到的温度值的位数 因分辨率不同而不同，且温度转换时的延 时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温 原理如图3所示。图中低温度系数晶振的 振荡频率受温度影响很小，用于产生固定 频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系 数晶振 随温度变化其振荡率明显改变， 所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。 计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所 对应的一个基数值。计数器1对 低温度系 数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当 计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的 值将加1，计数器1的预置将重新被装入， 计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生 的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数 器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加， 此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。 图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温 过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1的预置值。
湿度检测
HS1101湿度检测传感器 其工作电路由555多 谐振荡器来实现，电源电压工作范围是+3.5V— +12V，R4是防止输出短路的保护电阻，C5用于平 衡温度系数。集成定时器555芯片外接电阻R5、R6 与湿敏电容HS1101，构成了对HS1101的充电回路。 7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对 HS1101的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到 片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器,即方 波发生器，并将相对湿度值转换成频率信号输出。 其周期计算如下： 充电 T1=C R5+R6 In2 T1=C（R5+R6）In2； 放电 T2=C*R5*In2； 由此可知输出方波频率为f=1/（T1+ T2）=1/[C* （2R5+R6）*In2]； 占空比D= T1/（T1+ T2）=R5+R6/ （2R5+R6）； 通常取R6<<R5，使得D≈50%，输出接近方波。空 气相对湿度通过555测量振荡电路，就转变为与之 呈线性的频率信号。用这种测量频率法测出方波信 号的频率，从而也就测出了空气中的相对湿度。
LCD显示
第16脚：背光源负极。 1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令 序号 指令 RS R/W D7 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 I/D S 4 显示开/关控制 0 0 0 C B 5 光标或字符移位 0 0 0 * * 6 置功能 0 0 0 0 * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 8 置数据存贮器地址 0 0 1 9 读忙标志或地址 0 1 BF 10 写数到CGRAM或DDRAM） 1 0 11 从CGRAM或DDRAM读数 1 1 D6 0 0 0 0 0 1 D5 0 0 0 0 0 DL D4 0 0 0 0 1 N D3 0 0 0 1 S/C F D2 0 0 1 D R/L *
3.12温度湿度检测模块的选择与论证 温度湿度检测模块的选择与论证
方案一：选用DHT11作为温湿度检测模块。DHT11是一款数字输出的复合传感器，包含一个电阻式感 湿元件和NTC式温度检测元件，可测20~90%RH湿度，误差5%RH，0~50摄氏度，误差2摄氏度。 方案二：选用DS18B20温度传感器和HS1101湿度传感器。DS18B20是一线式数字 温度传感器，具 有独特的单线式接口方式，测量范围在－55℃～125℃，－10℃～85℃，误差为-\+0.5℃。最高精 度可达0.0625℃。 HS1101是电容式湿度传感器，可测相对湿度范围在0%~100%RH，误差为-\+2%RH。 方案选择，有上述数据可知，根据设计要求（温度测量范围为-10-50℃，湿度为0-100%； 温度测量误差为0.1℃，湿度测量误差为3%；），从设计要求的精度来看，本方案更优。 综上所述，虽然方案一具有综合作用，但是方案二的测试范围和精度都由于方案一，故本模块采用方 案二。