温湿度监测实验报告

科信学院

单片机系统设计项目(三级项目)

设计说明书

（2018/2019学年第一学期）

题目： ____ _ 温湿度监测 _____

专业班级：通信工程16级1班2组

学生姓名：张XX 刘XX 武X

张XX 王XX

学号：XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

XXXXXXXXXXXX

指导教师：王付永、贾少锐、付佳

设计周数：2周

2019年1月10日

1.设计目的

（1）熟悉了解温湿度传感器的工作原理。

（2）熟悉温湿度传感器的通信原理。

（3）通过软硬件设计实现利用STM32单片机对周围环境温度信号的采集及显示。

2.设计要求

（1）查阅相关资料，熟悉所选的STM32单片机及温湿度传感器。

（2）能监测环境温度和湿度，温度测量范围为0～50℃的输入温度，湿度测量范围20-90%RH。并能用 LED 或LCD 进行实时显示。

（3）当温度超过或低于设定值时并能进行报警，并能对其进行模拟控制。

3.设计方案

3.1系统总体方案

根据设计要求，本系统须由温湿度传感器、报警器、STM32F103RB 单片机、温度范围按键调控模块和 LED 显示模块组成。系统大致框图如下：

图3.1温控系统原理框图

3.2模块、器件选型（及其相关工作原理）

STM32单片机：单片机是整个电路的核心模块，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，要实现这些基本功能，STM32较其他的单片机更有优势。其高性能，低成本，低功耗，处理速度更快。

图3.2.1 STM32单片机

温度传感器： DS18B20 其测量范围为 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ; 在-10~+ 85°C范围内，精度为± 0.5°C 。

DS18B20内部结构：

主要由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的

64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码

(CRC=X^8+X^5+X^4+1)。 ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20管脚排列：

1. GND为电源地;

2. DQ为数字信号输入/输出端;

3. VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)

图3.2.2温度传感器

报警器：可以用来做报警器器件很多，比如扬声器、蜂鸣器、和其他音响设备。为了便于取材，此设计采用蜂鸣器作为报警器。

温度阈值调节器：可利用 STM32 实验板上的按键通过编程实现温度阈值的调节。

LCD 显示屏：显示屏采用 nokia5110。

图3.2.3LCD显示屏

4.设计过程

4.1硬件设计

根据原理框图，用 Altium Designer 软件设计并绘制电路板。Altium Designer 主要有以下功能：电路原理图设计、印刷电路板设计、电路模拟仿真、FPGA 及逻辑器件设计、高级信号完整性分析。此外，在最新版本 Winter 09 中，还增加了一些新功能：原来已有的三维 PCB 设计功能被提升到了一个更高速的新境界。新功能可以让工程师管理从产品设计到制造的过程转换，尝试新的设计技术并得以深度挖掘可编程器件的潜力。新增加的应用控制面板帮助工程师解决了 FPGA 测试上的难题，并可以远程监控 FPGA 内的设计。新的即插即用型软件平台搭建器让系统的整合更容易，同时提供在可编程器件的“软”硬件环境里的一系列标准服务以供使用。所以，采用 Altium Designer 来设计硬件部分电路，如下图：

图4.1.1系统电路图

图4.1.2硬件实物连接

4.2软件设计

主函数主要对各个模块进行初始化和对各个模块的调用，最后通过LCD5110屏幕实时显示温度变化，并100ms更新一次。首先设置两个参考值“H”最高温度，“L”最低温度,然后通过DS18B20温度传感器检测温度变量与参考值相比较，判断是否报警，也可利用按键进行调整两个参考值的大小进而进行报警。

图4.2.1 main.c程序框图

图4.2.2 DS18B20温度传感器初始化

图4.2.3 蜂鸣器图4.2. 4 按键消抖

图4.2.5 延时程序

图4.2.6 LED初始化

图4.2.7 LCD初始化

5.系统调试及测试

5.1系统调试

硬件调试

单片机的P2.0.P2.4 分别与三极管的基极连接来控制外设调节温度。利用有包板搭了一一个PNP9012 的偏置电路和继电器电路。基极输入为“0”时，这时极管导通推动控制电路工作，当基极输入为“1”时，三极管不导通，控制电只要控制单片机的P2.0、P2.4 口的高低电平就可以控制模拟电路的路不工作。当所设温度的高于所测温度的时，置P1.6 P1.7 为高电平，P1.5 为低电平(译码器输入电平为10,com7输出低电平)，蜂鸣器工作，置P1.5.P1.6和17均为高电平(译码器输入电平为1com8输出低电平)，LED指示灯点亮发出声光报警信号，同时置P2.0为低电平，启动风扇降温:当所设温度的

高于所测温度的时，置P2.4为低电平，启动加热器，同时开始计时，并显示热时间。

图5.1系统调试

5.2系统测试

此设计以单片机为核心的温度监控系统，其功能是: 平常状态下可以做温度计使用。当温度超过预设温度时二极管会闪烁报警，当温度降下时二极管则停止网烁。

电路设计及功能如下所述:本设计大体可分为三个部分，即温度采集，数码显示，报警电路。温度采集部分进行温度采集，感知温度，后数码显示出温度，若温度超过了预设温度报警电路则启亮发光二极管，闪烁。

按照事先画好的电路图，将元件以及模块在万能版上连接，完成后测试电路有无短路断路的情况，检查无误后，开始调试系统的运行情况给系统通电，将编写好的程序下载到单片机中，让显示模块显示初始化信息，看看显示内容是否淮确无误且清晰，然后调试按键模块，设置温度，检直数字显示是否增加减小。然后调试温度采集模块和报警模块，首先设置温度上限为25度，手指捏住DS1820温度传感器，温度显示增加，超过25度蜂鸣器报警，当前温度为22度。