温湿度检测方案

空气温度湿度检测”

方案可行性分析报告

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摘要：介绍了一种基于湿敏电容HS1101温度传感器DS18B20勺空气温度湿度检测系统，对方案设计、元器件选型、硬件结构和软件设计等几部分内容进行了详细说明。该系统能实现温度采集、显示、报警和报警限设置功能，可广泛应用于仓储、农业和运输等。该系统具有良好的稳定性和精度，抗干扰能力强，易于扩展且实用。

关键词：HS1101 DS18B20温度湿度检测；传感器；

1. 总述

随着国民经济的迅速增长，温度湿度测控在生产生活中起着举足轻重的作用。温度湿度检测装置应用范围广，其广泛应用于工厂车间、实验室、农业种植养殖以及人居环境的改善。

以蔬菜大棚为例，以蔬菜大棚代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚的温度和湿度参数直接关系到蔬菜和水果生长。国外的温室

设施已经发展到了比较完备的程度，并且形成了一定的标准。而当今大多数对大棚的温度、湿度的检测和控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大以及由于测控不及时的弊端，容易造成不可弥补的损失。结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。快捷高效的对温度湿度进行测控，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。

2. 方案设计与选择

在选择元器件方面，温度传感器选取DS18B20数字温度传感器，湿度传感器选取

HS1101湿敏电容。使用1602液晶显示屏分别显示温度值、湿度值。附加键盘输入及报警装置。

DS18B20是美国Dallas公司推出的数字式温度传感器，它能够直接读出被测温度，并且可根据简单的编程实现9~12位的数值读数方式。

HS1101湿敏电容可以将空气中的湿度值转化为湿敏电容的电容值，电容随湿度的增大而增大，将该湿敏电容置于555振荡电路种，电容值的变化可以转化为与之成反比的电压频率信号的变化，这时就可以送入单片机。

方案结构框图如下：

2.1温度传感器的选择

方案1：使用传统的热敏电阻作为温度敏感元件，热敏电阻的主要优点是成本低，但需要后续的信号处理电路，而且可靠性相对较差，准确度和精度都较低。

方案2:采用AD590电流输出型温度传感器，它的测温范围在-55C~+150°C 之间，而且精度高。可承受正向44V或反向20V电压，因而期间不会损坏，使用可靠。同时，和电压输出型相比，其采用电流输出型，有较强的抗干扰能力，传输距离也较远。但在连接单片机之前需要

进行A/D转换。

方案3:使用DS18B2C数字温度传感器，无需外部器件。芯片耗电量很小，可以简单的通过数据线为传感器供电，待机功耗基本为零。优点是该传感器在检测点就能实现信号的数字化，

在单总线上传送的是数字信号。这使得系统的抗干扰性好、可靠性高、传输距离远。

综合比较以上三个方案，方案3使用更加方便，信号更加准确。故在本设计中选择方案3。

2.2湿度传感器的选择

方案1:使用H204C湿敏电阻，H204C!度传感器是高温烧结型金属氧化物多孔质陶瓷，器件的电阻与吸附在该陶瓷微细结晶表面上的水分子的量有关，并与

相对湿度（%RH呈半对数关系。使用温度范围为0~60C ;使用湿度范围为10%~90%RH不过，湿敏电阻需要设置温度补偿电路、线性化电路等外围电路。

方案2:采用HS1100/HS110湿度传感器。HS1100/HS110伪湿敏电容传感器，在电路中等效于一个电容。湿度测量范围为0%~100%RHE作温度为-40~100C 其电容量随着空气湿度的增大而增大。具有较高精度、高可靠性和长期稳定性。

不需要温度补偿。

对比方案1和方案2，了解到湿敏电容的稳定性更好，测量范围更加广泛。故在本设计中，选择方案2。

3. 测量电路的设计

3.1温度测量电路设计

3.1.1温度传感器的主要特性

DS18B20数字式温度传感器的外部形状如图所示。DS18B2啲电路很简单，由一片

DS18B2C和一只4.7k Q的上拉电阻构成。DS18B2C内集成了一个温度传感器、64位ROM 9字节RAM 3字节EERAM掉电可保存），可将温度信号转换为数字信号直接输出。DS18B2C与外部的接口为单总线方式，即数据的输入、输出及

同步均由同一根线完成。其温度测量范围为-55 C〜125C，在-10 C〜80 C范围内精度为土0.5 C，输出的温度值可编程为9〜12位。VD接电源，3V〜5V; GNE为地；DQ为数据的输入输出。DQ作为输出时为漏极开路，必须加4.7k Q的上拉电阻。

3.1.2温度测量电路

3.1.3温度传感器的测温原理

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-55C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。

3.1.4温度传感器注意事项

DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题。

(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格地保证读写时序，否则将无法读取测温结果。

(2)在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题, 容易使人误认为可以挂任意多个。在实际应用中并非如此，当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需解决微处理器的总线驱动问题，所以在进行多点测温系统设计时要加以注意。

(3)连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离可达150m当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。

(4)在DS18B20测

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