数字温湿度计的设计

电子系统

综合设计与仿真

题目：数字温湿度计的设计

1 课程设计目的

通过数字温湿度计的设计，使对温湿度测量仪的应用有更深的理解，熟练protuse仿真软件的使用，加深对单片机系统应用的理解。对仿真电路与实际电路的差距有更深的理解。

2 课程设计的内容及要求

(1)使用热敏电阻和湿敏电阻，不允许使用集成的温度传感器和湿度传感器。

(2)温度测量范围0℃-100℃，测量误差1℃；湿度测量范围20%-100%，测量误差5%以内。

(3)能进行摄氏度和华氏度的转换。

(4)有设置的报警的门限，有报警的声音。

(5)自己设计测试方案，并论证方案的合理性。

3 元器件的选择

本设计以检测温度和湿度并较为精确的显示为目的，按照系统设计要求功能的要求，确定由四个模块组成：主控器，测温电路，测湿电路，显示电路。

系统以热敏电阻作为温度敏感器件，以湿敏电阻作为湿度敏感器件，经过分压电路和模数转换芯片，将温度模拟量转化为电压数字量以总线传入单片机。以AT89C52为主芯片，在主芯片对A/D转换芯片传入的电压值进行处理，由单片机程序控制，将处理后的温度和湿度由显示屏进行显示。

3.1 热敏电阻的选择

市场上常用的热敏电阻有PT100，MF58-NTC-10K，NTC 10D-9等。我们选择了NTC 10D-9这一个负温度系数的热敏电阻。

PT100的测温范围为-200～650℃，特点是精度高，但是价格较贵。

MF58-NTC的测温范围为-45～+300℃。其特点是稳定性好，可靠性高。阻值范围宽：0.1～5000K欧。阻值及B值精度高。玻璃封装，可在高温和高湿等恶劣环境下使用。体积小，结构坚固，便于自动化安装。热感应快，灵敏度高等。

负温度系数的热敏电阻NTC10D-9特点是过流控制范围宽，材料常数（B值）大，残余电阻小，功率大，抑制浪涌电流能力强等。

在选择的过程中，我们初步选择了性能优良，价格便宜的MF58型热敏电阻，在购买中，未买到，就选择了依然可以满足要求的NTC 10D-9。

3.2 湿敏电阻的选择

目前市场上的湿敏电阻主要为氯化锂湿敏电阻和有机高分子膜湿敏电阻。

氯化锂湿敏电阻是利用湿敏元件的电气特性（如电阻值），随湿度的变化而变化的原理进行湿度测量的传感器。氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性和使用寿命长多项重要的优点。其可在120度高温环境中稳定工作，这一点是其他高分子电容是湿度传感器不可比拟的；但是氯化锂湿敏电阻线性测湿量程较窄，约在20%RH左右，在该测量范围内，其线性误差小于2%RH。所以，在全范围湿度测量环境中要想达到高精度的湿度测量，目前普遍采用的单片湿敏元件测量方法就很难实现了。

有机高分子膜湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。此湿敏电阻的优点是线性优良，性价比高，能耗低，测量

范围宽，响应速度快，抗污染能力强，性能稳定等。因此我们选择了此类湿敏电阻。型号为HR202.

3.3 模数转换芯片的选择

温度的测量范围为0℃到100℃，精度为 1℃，分散为100个数据，故采用8位的采样芯片即可满足要求。对湿度进行采样所需的数据宽度小于温度的数据宽度，故此次试验中的温湿度测量仪采用一个8位的采样芯片即可满足要求。在众多AD转换芯片中，ADC0809是国内应用最广泛的芯片，价格便宜，购买方便，参数与性能也满足了本实验的要求，故在此实验中，我们选择了ADC0809。

ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8

路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

3.4 主控芯片的选择

此次试验所处理的数据并不复杂，对主控器的要求不高，故使用我们已经用的比较熟练的C51系列单片机即可。在此，我们选用了MCS89C52单片机，89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。我们选用了40pin的封装。

3.5 显示屏的选择

市面上应用最广泛的显示屏之一就是LCD1602，价格便宜，使用方便，而且现成的资源很多，便于开发利用，最重要的是，LCD1602完全满足了本次试验的要求。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。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，正因为如此所以它不能很好地显示图形。

1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。其引脚图如下：

4 硬件系统设计

4.1 总体设计电路

本次设计是采用AT89S52控制ADC0809对NTC热敏电阻进行采样和控制

HR202来实现温湿度的测量和控制。硬件电路主要包括单片机控制模块、温度采集模块、湿度采集模块、显示模块、报警器模块和键盘输入模块。整个系统的原理图如下：

4.2 温湿度的检测电路

不同的温度使热敏电阻感应到了不同的阻值，其上的分压也相应作出了改变。将此电压通过ADC0809的采样，转换为数字信号，再将数字信号传输到单片机中，有单片机进行后续的处理和计算。