温湿度变送器报告要点

开放实验项目报告课题名称：温湿度变送器的设计学院：通信与信息工程学院专业：广播电视工程学号姓名指导老师：张熠2013/2014 学年第2学期目录一引言 (3)二实验目的 (3)三系统概述 (3)四实验设计第一章控制方案设计 (4)第二章系统硬件设计 (5)2.1 系统硬件设计图 (5)2.2 ATMEGA32的简介 (5)2.3 SHT71的简单介绍 (5)2.4 ATMEGA32与SHT71接口说明 (5)2.5 显示部分设计 (6)第三章系统软件设计 (6)3.1 主程序软件流程图设计 (6)3.2 主程序代码 (7)五实验小结 (20)一引言随着科学技术的迅速发展，在很多领域实现多功能与自动化是人们追求的目标之一，它给人带来的方便也是毋庸置疑的，温湿度变送器就是其中的一个典型例子，本项目目的在于利用单片机技术、传感技术实现温度与湿度的传送。

通过该项目，训练编程能力，加强对电子技术、单片机技术应用能力，提高电子系统设计与软硬件调试能力。

温湿度变送器是一种装有湿敏和热敏元件，能够用来测量温度和湿度的变送器装置，有的带有现场显示，有的不带有现场显示。

温湿度变送器由于体积小，性能稳定，精度高等特点，被广泛应用在生产生活的各个领域。

在项目中使用了仿真软件，通过这些软件应用，可以提高系统设计的效率，降低学习和开发的成本。

系统软件用C语言编写，提高了编程能力。

二实验目的1、了解温湿度变送器原理与应用；2、训练单片机系统编程能力；3、熟悉仿真、开发软件的应用。

三系统概述在温湿度测量技术不断完善的今天，温湿度计也在朝着集成化、智能化、系统化的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件。

而且在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门及日常生活中，经常需要对环境温度与湿度进行测量控制，准确测量温湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。

变送器可以对0-70℃范围的温度和0-100%RH的湿度进行测量并进行信号变送。

传统的模拟式湿度传感器一般不仅要设计信号调理电路，还要经过复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不尽人意。

为了克服这些缺点，本设计利用ATMEGA32单片机强大的功能，同时结合数字温湿度传感器SHT—71测量温湿度快速、使用简便等特点，设计了一个监控系统来对温湿度进行实时监控以进行超限报警。

本系统测量准确、调试方便、可实时记录报警信息、方便工作人员排故，并可广泛应用于条件恶劣、人员不便进入的场合。

通过传感器对温度和湿度进行采样，利用双积分式A/D转换器完成模数转换，微处理器是智能变送器的核心部分，采用串行D/A芯片进图1系统功能框图行数模转换，由V/I 电路完成模拟输出；单片机和PC 机之间用RS-232串行接口直接连接，最终变送器能实现温度和湿度的串行数字输出和4-20mA 或1-5V 的模拟输出，使系统集成变得简易快捷，小体积、低功耗，使其成为一种温湿度测量原件的选择，是居家温湿度表不错的变送器件。

四 实验设计第一章 控制方案设计系统设计方框图如图1所示，本温湿度变送器设计以单片机作为核心，通过SHT71传感器芯片对各环境内的温度、湿度参数实时检测，经SHT71传感器芯片内A/D 转换器后送入单片机，与预先设置温度和湿度的上限和下限进行比较，当变送器检测到环境温度或湿度超过所设定的上限和下限值，则CPU 的I/O 口通过驱动电路控制蜂鸣器发声来报警。

下图所示的是系统功能框图第二章 系统硬件设计2.1 系统硬件设计图系统采用ATMEGA32单片机作为控制核心，控制系统主要包括温湿度传感器、数码管显示、按键、蜂鸣器报警驱动等部件。

按键声光报警显示单片机系统 传感器系统硬件设计如图2图2系统硬件设计图2.2 ATMEGA32的简介ATMEGA32的单片微机是一款高性能、低功耗、非易失性存储器和数字集成电路芯片。

其最引人注目的是它的EEPROM 电可擦除技术，闪速存储器技术和高质量、高可靠性。

该类单片机在计算机外部设备、通讯设备、自动化工业控制设备、宇宙设备、仪器仪表和各种消费类产品中得到了广泛的应用。

其主要产品特性：32个8位通用工作寄存器，32K 字节在线编程Flash 程序存储器，1024字节的EEPROM ，2K 字节的片内SRAM ，23个可编程的I/O 口，具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器，可工作于主机、从机模式的SPI 串行接口等，可充分满足温湿度采样的精度要求。

2.3 SHT71的简单介绍温湿度数据采集与转换由SHT71来完成，它是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出，该传感器包括电容性聚合体测试敏感元件，一个用能源材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。

SHT71产品特点：SHT71为插针型温湿度传感器芯片，全量程标定，两线数字输出；湿度测量范围：0—100%RH ；温度测量范围：-40—123.8℃；湿度测量精度：+3.0%RH ；温度测量精度：+0.2℃，响应时间：<4s ；低功耗，可完全浸没。

SHT71温湿度传感器，进行温湿度测量的原理是利用环境温度、湿度变化引起材料电特性变化。

2.4 ATMEGA32与SHT71接口说明ATMEGA32的单片微机与SHT71的接口为串行接口（两线双向）,其中SCK （串行时钟输入）用于微处理器与SHT71之间的通讯同步。

DATA （串行数据）三态门用于数据的读取。

DATA 在SCK 时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK 时钟上升蜂鸣器报警驱动 按键CPU ATMEGA32 数码管显示SHT71温湿度传感器沿有效。

数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。

为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。

需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平，上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。

CPU与SHT71的SCK，DATA接线应使用导线，同时使SCK和DATA信号线平行并尽可能使间距超过10cm，否则将导致串扰和信号丢失。

2.5 显示部分设计LED显示器有两种工作方式，即静态显示和动态显示。

本设计采用数码管动态扫描实时显示当前的温度和湿度值，并由单片机I/O口驱动的6位数码管显示，具体分配如下：温度显示4位，分别是百位，十位，个位，小数点后一位。

湿度显示2位，分别是百位，十位。

按键部分：是人向机器输入数据和对系统进行干预的基本设备，用于输入数据和命令，显示CPU的运行状态、命令和计算结果。

在单片机控制系统中，常常只需要用到功能键。

少量的功能键一般采用独立式结构，是指各按键相互独立地接通一条输入数据线，每个键的工作不会影响其他的I/O口，本设计采用独立式按键形式，采样为4按键操作，通过1号按键可切换温度和湿度设置界面，通过2号按键和3号按键选择报警上下限值，4号按键为取消键。

通过按键可设置温度和湿度的上限和下限的报警值，当变送器检测到环境温度或湿度超过所设定的上限和下限值时，CPU的I/O口通过驱动电路控制蜂鸣器发声来报警。

第三章系统软件设计本系统软件设计采用结构化和模块化设计方法，便于功能扩展，采用C语言编写。

温湿度采样芯片将当前的温湿度数据转换成二进制值通过两线接口传送给单片机，单片机将采样芯片送来的数据进行补偿算法获得精确实际采样值，然后根据需要将其送到数码管显示。

3.1 主程序软件流程图设计主循环程序首先对按键是否触发进行判断，如有按键触发则设置上下限报警值，而后访问温湿度采样芯片获取温湿度采样二进制值经补偿处理转换成准确数据并显示数，接着判断当前温度或湿度值是否超限，若超限，则驱动蜂鸣器报警，直到环境的温度和湿度都下降到报警值以下则停止报警。

软件流程图见图3：图3系统主程序软件流程图3.2 主程序代码#include<12C5A.TXT> #include<math.h> #include<intrins.h> #include<1cd1602.h> #include<absacc.h>//----------------------------Y温度或湿度是否超限？系统初始化是否有按键触发？ 读取温湿度采样值并显示数蜂鸣器报警设置上下限报警值NYNNYTypedef unsigned char BYTE;Typedef unsigned int WORD;WORD tem=257;BYTE hum=58;//----------------------------WORD tem_2301=241;WORD hum_2301=657;BYTE code t[]={“tem:”};BYTE code rt[]={“h:”};BYTE tempra_2301[4];BYTE humini_2301[4];uchar tempra[4];uchar humini[2];//-------------------------------------- void delay(WORD i) //延时约X个ms { WORD j;for(i;i>0;i--)for(j=950;j>0;j--);}void delaytime（WORD i） //延时约X个ms { while(i--){_nop_();_nop_();}}//----------------2301--------------- sbitwire=p3^4;void check_rt() //读数据准备信号{ P3M1=0XFF;P3M0=0XFF;wire=0;delaytime(600); //延时*uswire=1;delaytime(16); //31us_nop_();P3M1=0XFF;P3M0=0X00;while(wire); //等待2301拉低_nop_();_nop_(); //低_nop_();while(!wire); //等待拉高_nop_();_nop_(); //高_nop_();while(wire); //等待2301拉低_nop_();_nop_(); //低_nop_();}//------------------------------------------ BYTE redata_2301() //接收一位数据{ WORD WEI；TH0=0;TL0=0;EA=0;while(!wire);TR0=1;while(wire);TR0=0;EA=1;if(TL0>50)WEI=1;else WEI=0;return WEI;}//--------------------------------BYTE read_byte_2301() //接受一个字节{ BYTE dat=0;BYTE temp;BYTE a;int i=7;while(i>=0){ a=redata_2301();temp=a<<i;dat=dat|temp;i--;}return dat;}//---------------------------------------- void 1cd2301() //显示字{ BYTE i;LCD_send_command(0x80+0x40);for（i=0;i<4;i++）{ LCD_send_data(t[i]);delay（15）；}LCD_send_command(0x80+0x4a);for（i=0;i<4;i++）{ LCD_send_data(rt[i]);delay(15);}}//-------------------------------------------------------- void display_2301() //显示数据{ BYTE I,j;tempra_2301[0]=tem_2301/100+0x30;tempra_2301[1]=tem_2301/10%10+0x30;tempra_2301[2]=0x2e;tempra_2301[3]=tem_2301%10+0x30;humini_2301[0]=hum_2301/100+0x30;humini_2301[1]=hum_2301/10%10+0x30;humini_2301[2]=0x2e;humini_2301[3]=hum_2301%10+0x30;LCD_send_command(0x80+0x44);for(i=0;i<4;i++){ LCD_send_data(tempra_2301[i]);delay(15);}LCD_ send_command(0x80+0x40+12);for(j=0;j<4;j++){ LCD_send_data(humini_2301[j]);delay(15);}}//------------------------------------------------void readdata_2301(){ BYTE hum_h,hum_I;BYTE tem_h,tem_I;BYTE check;BYTE checkdata;WORD tem_hum,tem_tem;check_rt();hum_h=read_byte_2301();hum_l=read_byte_2301();tem_h=read_byte_2301();tem_l=read_byte_2301();check=read_byte_2301();tem_hum=hum_h<<8;tem_tem=tem_h<<8;hum_2301=tem_hum|hum_l;tem_2301=tem_tem|tem_l;checkdata=hum_h+hum_l+tem_h+tem_l;// if(check==checkdata)// hum=5;P3M1=0X00;P3M0=0X00;}//----------------555------------------- sbitdate=P3^5;BYTE readbit()//接受一位数据{ BYTE WEI;TH0=0;TL0=0;EA=0;while(!date);TR0=1;while(date);TR0=0;EA=1;if(TL0>30)WEI=1;else WEI=0;return WEI;}//---------------------------------------- BYTE read_byte() //接受一个字节{ BYTE dat=0;BYTE temp;BYTE a;int i=7;while(i>=0){ a=readbit();temp=a<<i;dat=dat|temp;i--;}return dat;}//-----------------------------------void display_555() //显示数据{ BYTE i;tempra[0]=tem/100+0x30;tempra[1]=tem/10%10+0x30;tempra[2]=0x2e;tempra[3]=tem%10+0x30;humini[0]=hum/10+0x30;humini[1]=hum%10+0x30;LCD_send_command(0x80+4);for(i=0;i<4;i++){ LCD_send_data(tempra[i]);delay(15);}LCD_send_command(0x80+12);for(i=0;i<2;i++){ LCD_send_data(humini[i]);delay(15);}}//---------------------------------------- BYTE readdata_555(){ P3M1=0XFF;P3M0=0XFF;date=0;delaytime(300); //延时*us date=1;delaytime(2);P3M1=0XFF;P3M0=0X00;TH0=0;TL0=0;while(date); //等待拉低TR0=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while(!date); //约31usTR0=0;if(TL0<34&&TL0>28)return 1;elsereturn 0;}//----------------------------------------------- void conmu_555(){ BYTE che;BYTE jiao,check;BYTE th,tl;WORD temp;che=readdata_555();if(che){ while(date);th=read_byte();tl=read_byte();hum=read_byte();jiao=read_byte();temp=th<<8;temp=temp|tl;}check=th^tl;check=check^hum;if(jiao!=check)hum=5;P3M1=0X00;P3M0=0X00;}//---------------------------------------------- void lcd_555() //显示字{ char i;LCD_send_command(0x80);for(i=0;i<4;i++){ LCD_send_data(t[i]);delay(15);}LCD_send_command(0x80+10);for(i=0;i<4;i++){ LCD_send_data(rt[i]);delay(15);} }//-----------------------------------------void UartInit(void){PCON&=0x7f;SCON=0x50;BRT=0XD9;AUXR |=0x04;AUXR |=0x01;AUXR |=0x10;}void UART_T(unsigned char UART_data){//定义串口发送数据变量// ES=0; //禁止串行中断SBUF=UART_data; //将接收的数据发送回去while(TI==0); //检查发送中断标志位TI=0; //软件清零// ES=1; //打开串行中断// delay(100);}//------------------------------------------ sbitcheckfre=P3^3; //检测频率脚double Frequency;double F55;double gain=(3.35272e-3);WORD calculateFrequency() //计时25个周期{ BYTE t_num=25;TH0=0;TL0=1;EA=0;while(checkfre==0);_nop_();_nop_();while(1){ if(checkfre==0)break;}TR0=1; //等待负跳变开始计时while(t_num--){ while(1){ if(checkfre==1)break;}while(1){ if(checkfre==0)break;}}TR0=0; //下次负跳变停止计时EA=1;return((300000.0/(TH0*256+TL0))*1000);}void calfre(){ BYTE i=10;WORD FF;FF=calculateFrequency();while(i--){ WORD AA;AA=calculateFrequency();FF=(FF+AA)/2;}Frequency=FF;}//-------------------------------------------void biaoding(){ calFre();F55=Frequency/((3.0134e-6)*hum_2301*hum_2301_(3.4503e-8)*hum_2301*hum _2301*hum_2301_(1.9308e-3)*hum_2301+1.0900);}void com(double dat){ double a;unsigned char*p=(char*)&a;unsigned char q[4];char I;a=dat;for(i=0;i<4;i++,p++){ q[i]=*p;}for(i=0;i<4;i++){ UART_T(q[i]);delay(2000);}}//------------------------------------- void main(){ int num=5;LCD_init();TMOD=0x11;// EA=1;// ES=1;UartInit();Icd2301();Icd_555();while(num--){ conmu_555(); //读555温湿度delay（2000）；readdata_2301(); //读2301温湿度display_555();display_2301();}biaoding();com(F55);com(3.35272e-3);while(1){ conmu_555(); //读555温湿度delay（2000）；readdata_2301(); //读2301温湿度display_555();display_2301();}}//--------------------------------------------------五实验小结：1. 本次实验中主要涉及温湿度变送器硬件及软件的设计，关键点在于针对温度、湿度的测量特点，采用SHT71系列数字温湿度传感器，可与单片机直接相连，并且由于它温湿一体的高度集成化，改变传统温湿度变送器硬件包含温度传感器、湿度传感器、信号处理器、A/D等部分，从而简化外围电路并降低费用，提高了电路工作的可靠性和稳定性，达到了较高的性价比。