温湿度检测控制系统

TSU and THO 当从传
感器读取数据时， DATATV 在 SCK 变低以后有效，且维持到下一个 SCK的下降沿。
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 Ω）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。
3.2 电路热性
VDD 对 GND的绝对最大值为 +7V 和 -0.3V 。如果传感器工作在绝对最大值条件
下时间过长，会影响传感器的稳定性（如
: 热载流效应，氧化）。加重的
DATA 线
由传感器控制 , 普通的 DATA线由单片机控制。有效时间依据 SCK 的时序。数据读
取的有效时间为前一个切换的下降沿。如图
3-2 所示。
最大 5.5
1
1.5 250
单位 V mA
μＡ μＡ mV
高电平输出电压 低电平输入电压 高电平输入电压 焊盘上的输入电流
输出电流
RP<25 kΩ 下降 上升
开 三态 ( 关 )
90% 0% 80%
20% 100%
10
100%
1 4 20
VDD VDD VDD μＡ mA μＡ
表 3-2 SHT10 直流特性， RP表示上拉电阻， IOL指低电平输出电流
（ VDD,GND）之间须加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。 SHT10的串行接口，在
传感器信号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理。传感器不能按照
I 2C 协议
编址，但是，如果 I 2C 总线上没有挂接别的元件，传感器可以连接到
I 2C 总线上，
但单片机必须按照传感器的协议工作。 SCK 用于微处理器与 SHT10 之间的通讯同
综上所述， SHT10与温湿敏元件的温湿度测量以及模拟测量的元器件相比，起数字 温湿度传感器低成本，部集成复杂，测量准确，而且能够提供数字输出，简化外部测量 电路，精度高，适用广泛的测量围，并且本设计的温湿度检测系统相适合。因此，选择 温度湿度传感器 SHT10作为此次设计中的测量元件。
2.2 显示器方案选择
图 3-2 SHT10 时序图
传感器特点 : 相对湿度和温度一体测量 精确露点测量 全量程标定，无需重新标定即可互换使用 两线制数字接口 ( 最简单的系统集成，较低的价格 ) 高可靠性 ( 工业 CMOS工艺 ) 优化的长期稳定性 基于请求式检测，因此低能耗 具有湿度传感器元件的自检测能力 传感器元件加热应用，亦可获得极高的精度和稳定性全量程标定
方案一：数码管显示，数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，起驱动方
式分别为静态驱动和动态驱动，静态驱动编程简单，显示亮度高但是占用
I/O 端
口多，在十几应用时必须增加译码器驱动进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。
动态电路是最广泛的显示方式之一，其能够节省大量的
I/O 端口，而且功耗低。
针对数码管，其显示单调不具备数据的直观性。
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。
2002 年 Sensiron 公司在世界上率先研制成功 SHT10型智能化温度 / 温度传感器，体 积与火柴头相近。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度 的围是 0～ 100%，分辨力达 0.03%RH，最高精度为± 2%R。H 测量温度的围是 -40 ℃～
方案二：温湿度检测采用集成模拟传感器，其灵敏度高、线性度好、响应速度快， 而且它可以和信号处理电路及逻辑控制电路集成在一起，使用方便。湿度传感器选用 HS1101，温度传感器选择 AD590。这两个传感器，在接入电路中，都需要 A/D 转换器， 把模拟信号转换成数字信号从而是单片机存储采集到的数据。
2 设计容及方案
2.1 设计容
用新型的智能集成温温度传感器 DHT11主要实现检测温度、湿度的检测，将温度湿
度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机
STC89C52进行数
据的分析和处理， 为显示和报警电路提供信号。 设定模块主要为设定温湿度报警的阈值。
如图 2-1 所示。
温湿度采集 模块 单 片 机 控 制 模 块
方案二： LCD1602 液晶显示，具有字符发生器 ROM可显示 192 种字符（ 160 个 5′７
点阵字符和 32 个 5′10点阵字符）具有 64 个字节的自定义字符 RAM，可自定义 8 个 5′８
点阵字符或四个 5′11点阵字符。具有 80 个字节的 RAM，标准的接口特性，适配 M6800
报警模块
LCD 显示模 块
电源模块
图 2-1 设计模块图
要求如下：
1、用单片机通过编程Baidu Nhomakorabea实现温湿度的显示与控制 ;
2、通过 LCD来显示温湿度的数值 ;
3、能够实现超阈值的报警 ;
4、检测围与精度： 温度检测围 ： -30 ℃～ +100℃ 湿度检测围 ： 0 ～100%RH
测量精度 ： 1℃ 检测精度 ： 4.5%RH
步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小
SCK 频率。 DATA引脚为三态
结构，用于读取传感器数据。当向传感器发送命令时
,DATA 在 SCK上升沿有效且在
SCK高电平时必须保持稳定。 DATA在 SCK下降沿之后改变。 为确保通讯安全， DATA
的有效时间在 SCK 上升沿之前和下降沿之后应该分别延长至
3-1 所示。
图 3-1 SHT10 传感器实体与接口图
接口定义如表 3-1 所示 :
引脚 1 2 3
名称 描述 GND 接地 DATA 串行数据，双向 SCK 串行时钟，输入口
4
VDD 电源
NC
NC 必须为空
表 3-1 接口定义
SHT10 的 供 电 电 压 围 为 2.4 ～ 5.5V, 建 议 供 电 电 压 为 3.3V 。 在 电 源 引 脚
现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 MCS-51为核心的单片机占主流， 兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品， ATMEL公司的产品和中国的 WinBond 系列单片机。
STC89C52是一种低功耗、高性能 CMOS位8 微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存 储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造， 与工业 80C51产品指令和引脚 完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程， 亦适于常规编程器。 在单芯片上， 拥有灵巧的 8 位 CPU和在系统可编程 Flash ，使 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。
温度检测采用最基本的热电偶和热敏电阻。热电偶应用广泛，价格便宜而且耐用。 种类多，能够覆盖非常宽的温度围，最高温度可以到达 2000℃。但是其非线性、响应速 度慢、精度中等、灵敏度低、稳定性低、高温下容易老化和有线性漂移，并且测量需要 参考量。热敏电阻，该传感器主要随温度的变化阻值发生变化，主要用于 -200 到 500℃ 温度围的温度测量。其温度系数要大而且需要稳定的温度源，反应速度快，工艺好价格 低，测温环境稳定。
方案三：采用数字式传感器， 起初选择 DS18B20和 SHT10作为温度和湿度测量元件， 但是 SHT10包含相对湿度传感器、温度传感器，所以把 SHT10作为温湿度检测的一个整 体。 SHT10作为典型的温湿度传感器，在测量过程中可对相对温湿度进行自动校准，准 确的测量温湿度。产品互换性好，相应速度快，抗干扰性强，不需要外部参考源和外部 器件。
系列 MPU的操作时序。模块结构紧凑、轻巧、装配容易，像素尺寸小，分辨率高。
综上，选择 LCD1602 能够把温湿度很直观的显示出来，能够在设定阈值时更
能简洁明了，所以选择 LCD1602为显示元件。
3 系统的硬件选择及设计原理
3.1 温湿度传感器 SHT10
温湿度传感器 SHT10 由 Sensirion 公司生产，其产品具有无可比你的优越性
技术参数 : 湿度测量围 : 0 ～100 ％ RH 湿度测量精度：± 4.5 ％RH（ 20 到 80 ％ RH） 湿度测量复现性 : ± 0.1 ％RH
湿度测量分辨率 : 0.03 ％ RH 温度测量围： -40 ～ +123.8 ℃ 温度测量精度 : ± 0.5 ℃在25 ℃时；± 0.9 ℃（0 到 40 ℃） 温度响应时间 : ≤ 20 秒 温度测量重复性 : ± 0.1 ℃ 温度测量分辨率 : 0.01 ℃ 其温湿度特性曲线如图 3-3 所示。
能。 SHT10 单芯片传感器含有已校准数字信号输出的复合传感器，它应用专利的
COMS过程微加工技术确保了产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。体积与
火柴头相近。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量露点参数。广泛应用在数
据采集器、变送器、自动化过程控制、汽车行业、楼宇控制、暖通空调、电力机
房、计量测试、医药业。实体图如图
本设计以此为出发点，以温湿度控制为核心思想，根据自己所学的专业知识，用新 型的智能集成温温度传感器 SHT10主要实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过 传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机 STC89C52进行数据的分析和 处理，为显示和报警电路提供信号，实现对温湿度的控制报警。根据工作环境要求设定 系统的温湿度阈值，利用 LCD实时地测量显示环境的温湿度值，实现温湿度自动控制， 使其在较宽的温度围具有较高的测试精度，同时还可以根据预设定报警阈值报警，一旦 发现环境温湿度超限，立即报警。为此我设计了操作简单、测量精度高、工作稳定的基 于单片机的温湿度检测与控制系统。
+123.8 ℃，分辨力为 0.01 ℃。测量露点的精度 <±1℃。在测量湿度、温度时 A/D 转换器 的位数分别可达 12 位、 14 位。利用降低分辨力的方法可以提高测量速率，减小芯片的 功耗。 SHT11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰能力强，不需要外部元件，适配 各种单片机，可广泛用于医疗设备及温度、湿度调节系统中。
电气特性，如能耗，高、低电平，输入、输出电压等，都取决于电源。表
3-2
详细解释了 SHT10 的电气特性，若没有标明，则表示供电电压为
5V。若想与传感
器获得最佳通讯效果。
参数 供电电源 DC10
供电电流
低电平输出电压
条件
测量状态 平均值 11 休眠状态 IOL<4mA
最小 2.4
2
0
典型 3.3 0.55 28 0.3
2.2 温湿度传感器方案选择
方案一：湿度检测采用湿敏元件， 其主要分为电阻式和电容式。 湿敏电阻的种类多， 灵敏度高，但是起线性度和产品的互换性差。湿敏电容灵敏度高，产品互换性搞，响应 速度快，偏于实现产品小型化和集成化，是精度一般比湿敏电阻要低一些。综合湿敏元 件，其线性度可抗污染性差，在湿度的检测环境中湿敏元件需要时刻在检测环境中，很 容易受到环境污染从而影响其测量精度和持续的稳定性。
对于国外对温湿度检测的研究， 从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的 成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功 耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作 简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关 重要的作用。
1 前言
温度和湿度的检测和控制是许多行业的重要工作之一， 不论是货品仓库、 生产车间， 都需要有规定的温度和湿度，然而温度和湿度却是最不易保障的指标，针对这一情况， 研制可靠且实用的温度和湿度检测与控制系统就显得非常重要。
温湿度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一， 随着传感器在生产和 生活中的更加广泛的应用。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。由于温湿 度的检测控制不当， 可能使我们导致无法估计的经济损失。 为保证日常工作的顺利进行， 首要问题是加强生产车间温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，通过人工进 行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试 方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。目前，在低温条件下 ( 通常指 100℃以下 ) ，温湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器 实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工 作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向 着数字化，智能化控制方向发展。