温度测量及湿度检测

智能测控系统

课程大作业

作业题目：环境温度测量及湿度检测

学院名称：电气工程学院

专业班级：测控1303班

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学号： 0320

完成时间：2016-6 ****：**

目录

1 课程大作业内容

课题设计背景

随着科技的发展对对检测技术要求的不断增高,迫使新材料的开发及寻找检测能力的不断提升;传感器的种类与测量精度以及测量稳定性也发生了巨大的变化,从最初的接触式测温到非接触式测温,膨胀式、热电阻式以及热电偶式测温,使温度检测领域得到了快速发展;再加上单片机技术的不断发展,测量检测变得更加方便;温湿度传感器除电阻式、电容式湿敏元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等;湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检测环境湿度时,湿敏元件要长期暴露在待测环境中,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性;

在公共工作场所为了达到让人感到舒适的环境温度及湿度,往往需要对温度、湿度进行检测已达到最佳的效果;本课题以ds18b20温度传感器为温度检测器件,设计了一个对单点温度实时检测的单片机温度检测系统;以bsp_dht11湿度传感器为湿度检测器件;

课题设计的意义

1、该设计具有以下优点：

制作简单,便于使用,价格便宜,稳定可靠,功耗低省电;

2通过设计与制作可以达到这些目的：

熟悉MSP430单片机技术的应用范围；掌握MSP430单片机编程的特点,提高实践操作能力能够在制作过程中发现并改正错误;达到一定的解决问题的能力;提高了动手的能力;

设计目标

使用ds18b20温度传感器测量环境温度并完成A/D转换;bsp_dht11湿度传感器测量湿度,把数据发送到MSP430中进行转换用LCD进行显示;

2 系统设计方案

系统设计方案的选择是决定设计作品完整度与精度的重要前提,一个好的作品的完成需要选择比较多种方案,从多种方案中选择最优方案,才能使设计作品精度更高;本次设计主要从实用性,稳定性,精度等级,可靠性,经济性等方面进行考虑;在完成本次课程设计要求、目的的情况下尽可能的准确和经济的条件下进行选择;

温湿度传感器选型与论证

本设计采用测量精度高,性能稳定可靠的ds18b20温度传感器作为温度检测器件和bsp_dht11温湿度传感器作为湿度监测器件;尽管bsp_dht11也能够检测出环境温度,但该传感器的测温范围窄,精度不够,和要求测量的环境较为苛刻;因此选用较为精确的ds18b20来测量温度;该传感器具有适应性强检测迅速,受环境影响较小;且对温度可以接触和非接触测量均可;而其他传感器价格和测量条件较为苛刻因此不建议选取;

显示屏的选择与论证

方案一：采用LCD1602显示;

LCD1602是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD,能够同时显示16x02即32个字符;它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用;由于它不能显示汉字,而温度湿度的显示需要显示汉字,所以此方案不可行;

方案二：采用LCD5110显示;

LCD5110采用串行接口与主处理器进行通信,接口信号线数量大幅度减少,支持多种串行通信协议,传输速率高达4Mbps,可全速写入显示数据,无等待时间;它由84x48的点阵LCD组成,可显示汉字和字符;LCD5110工作电压,正常显示时工作电流200uA以下,而且接口简单,体积小便于安装携带,速度快,价格便宜;所以采用此方案,显示模块选择用LCD 5110;但屏幕色彩较暗,在光线较强的地方无法清晰的辨别;

方案三：采用TFT彩屏显示;

TFT-LCD采用低压应用,低驱动电压,固体化使用安全性和可靠性提高；平板化,又轻薄,节省了大量原材料和使用空间；低功耗,它的功耗约为CRT显示器的十分之一,反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右,节省了大量的能源；高亮度,高对比度,高响应速度;无辐射、无闪烁,对使用者的健康无损害;适用范围宽,从-20℃到+50℃的温度范围内都可以正常使用,寿命超过3万小时,且价格便宜因此本次设计采用TFT-LCD作为显示屏;

信号采集电路

ds18b20是一种64 位只读存储器储存器件的唯一片序列号;高速暂存器含有两个字节的温度寄存器,这两个寄存器用来存储温度传感器输出的数据;除此之外,高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器TH和TL,和一个字节的配置寄存器;配置寄存器允许用户将温度的精度设定为9,10,11 或12

位;TH,TL 和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器EEPROM,所以存储的数据在器件掉电时不会消失;ds18b20通过达拉斯公司独有的单总线协议依靠一个单线端口通讯;当全部器件经由一个3态端口或者漏极开路端口DQ引脚在ds18b20上的情况下与总线连接的时候,控制线需要连接一个上拉电阻;在这个总线系统中,微控制器主器件依靠每个器件独有的64位片序列号辨认总线上的器件和记录总线上的器件地址;由于每个装置有一个独特的片序列码,总线可以连接的器件数目事实上是无限的;ds18b20的另一个功能是可以在没有外部电源供电的情况下工作;当总线处于高电平状态,DQ与上拉电阻连接通过单总线对器件供电;同时处于高电平状态的总线信号对内部电容Cpp充电,在总线处于低电平状态时,该电容提供能量给器件;这种提供能量的形式被称为“寄生电源”;作为替代选择,ds18b20同样可以通过VDD引脚连接外部电源供电;如下图

s18b20的工作原理图

用户单片机发送一次开始信号后,DHT11 从低功耗模式转换到高速模式,待主机开始信号结束后,DHT11 发送响应信号,送出 40bit 的数据,并触发一次信采集;信号发送如图所示;

数据时序图