1、 仓库温湿度监测系统的设计 学 生： 邵 华 指导教师： 许 勇 刚 讲师 2009 年 5 月湖州职业技术学院应 用电子技术专业毕业 论文 I 摘要 由于现代生产要求，人们发现需要实现仓库的智能化管理，而仓库温湿度监测系统是一种性能良好的调控方式，主要应用于仓库、温室以及一些对温湿度有一定要求的区域，本文设计了一种以 AT89S52 单片机为核心的低成本、高精度、微型化 LED 显示温湿度监测系统，并使用一些常用芯片如： DS18B20、 GHS-20E 等。系统由单片机、温度检测电路、湿度检测电路、报警电路以及显示电路构成。由芯片 AT89S52 控制温湿度传感器检测到的温湿度值进行存储转
2、换，从而在显示电路中数码管中显示出来。本系统具有易安装检测、 软件功能完善， 工作可靠、准确度高等优点。 本文论述了单片机技术研制成功的 温湿度的监测系统 的基本原理， 温湿度传感器信号采集通过单片机来实现方案。采用软件校正，提高了测量精度和整机的可靠性。实际使用表明，极大的提高了安全性 、可靠性和准确度。 关键词： 仓库 ， 温湿度传感器 ， 单片机 AT89S52 湖州职业技术学院应 用电子技术专业毕业 论文 II 目 录 摘要 . I 目 录 . II 第 1 章 概述 . 20 1.1 选题背景 . 20 1.2 设计过程及工艺要求 . 20 1.3 设计的重点与难点 . 20 第 2
3、 章 方案论证与比较 . 22 2.1 温度传感器的选择 . 22 2.2 湿度传感器的选择 . 23 第 3 章 系统总体设计 . 24 3.1 系统设计 . 24 3.2 芯片 AT89S52 介绍 . 24 3.3 传感器的介绍 . 28 3.3.1 传感器的定义及作用 . 28 3.3.2 传感器的特性 . 29 3.3.3 温度传感器 DS18B20 . 29 3.3.4 湿度传感器 GHS-20E . 34 3.3.5 A/D 转换 TLC549 . 34 3.4 温湿度采集电路设计 . 36 3.5 显示电路的设计 . 37 3.6 报警电路的设计 . 39 3.7 按键电路的设
4、计 . 40 第 4 章 系统调试 . 41 4.1 软硬件的调试 . 41 4.2 系统软件设计 . 41 总 结 . 45 致 谢 . 46 参 考 文 献 . 47 附 录 . 49 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业 论文 20 第 1 章 概述 1.1 选题背景 防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性 。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，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
5、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。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。 1.2 设计过程及工艺要求 一、基本功能 检测温度、湿度 显示温度、湿度 过限报警 二、 主要技术参数 温度检测范围 ： 0 -+50 测 量 精 度 ： 0.5 湿度检测范围 ： 10%-99%RH 检 测 精 度 ： 1%RH 显 示 方 式 ： 温度：二位显示 湿度：四位显示 报 警 方 式 ： 三极管驱动的蜂鸣音报警 1.3 设计的重点与难点 本设计的任务是设计一个温湿度监测系统，可以应用于仓库以及对温湿度有一定要求的区域。测量时能够清晰稳
6、定地显示出监测结果。 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业 论文 21 系统组成的设计：各部分硬件的选取很有讲究 ，要十分合理。 设计的难点是： 1、温度湿度模块设计 2、 显示 电路设计 3、流程图及程序的设计 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业 论文 22 第 2 章 方案论证与比较 当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。 传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确
7、可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制 ，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。 2.1 温度传感器的选择 方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。 铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。
8、按 IEC 标准测温范围 -200 650，百度电阻比 W（ 100） =1.3850 时， R0 为 100和 10，其允许的测量误差 A 级为（ 0.15 +0.002 |t|）， B 级为（ 0.3 +0.005 |t|）。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于 -50 180测温。 方案二：采用 DS18S20，独特的单线接口，多点能力使分布式温度检测应用简单，不需要外部元件和备份电源，可用数据线供电，测量范围从 -55 +125，增湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业 论文 23 量值为 0.5，并且以 9 位数值
9、方式读出温度且可在 1秒内把温度变成数字。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。 2.2 湿度传感器的选择 测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式 、 电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数 、 电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。 方案一：采用 GHS-20E 湿度传感器。 GHS-20E 湿度传感器为电阻式传感元件，它的工作电压为交流 1V，频率为 50HZ 1KHZ，测量湿度 10 100%RH，工作温度范围为 0 50，
10、阻抗在 50%RH（ 25）时为 40k。这种传感器是一种电阻式传感元件，具有成本低、互换性号，湿滞小、耐高湿小且易运用，电阻信号输出近似线性等优点。在生产生活中运用起来比较简单方便。 方案二：采用 HS1100/HS1101 湿度传感器。HS1100/HS1101 电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（ HS1100）和侧面接触（ HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1
11、%-100%RH 范围内；电容量由 16pF 变到 200pF，其误差不大于 2%RH；响应时间小于 5S；温度系数为 0.04 pF/ 。可见精度是较高的。 综合比较方案一与方案二，方案一满足精度及测量湿度范围的要求，在其一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。因此，我们选择方案一来作为本设计的湿度传感器。 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业 论文 24 第 3 章 系统总体设计 3.1 系统设计 本 设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和 A/D 模拟数字转换芯片的性能，我设计了以 AT89S52 基本系统为核心的一套检测系统，其中包
12、括 A/D 转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、按键及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。见图 3.1 所示： 图 3.1 系统总体框图 本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。 （一） 信号采集 由 GHS-20E、 DS18B20 及TLC549 组成； （二） 信号分析 由 A/D 转换器 TLC549、单片机 89S52 基本系统组成； （三） 信号处理 由串行口 LED 显示器和报警系统等组成。 3.2 芯片 AT89S52 介绍 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 ATMEL公司高
13、密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 GHS-20E 湿度传感器 TLC549 单片机AT89S52 串行口LED 显示 DS18B20 温度传感器 报警电路 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业 论文 25 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，使得 AT89S52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。 由于此单片机应用在仓库温湿度检测上，所以本设计选用了 低功耗、 高性能、 低价格、小管脚 (40 脚 )的AT89S52 单片机 。如图 3.2
14、所示： ： 图 3.2 AT89S52 芯片引脚图 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 引脚功能介绍 1.Vcc：电源电压。 2
15、.GND：地。 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业 论文 26 3. P0 口： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写 “1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。在这种模式下 ,P0 具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时， P0 口也用来接收指令字节；在程序 校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻 。 4. P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对
16、P1 端口写 “1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， P1.0 和 P1.2 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ P1.0/T2 ）和时器 / 计数器 2 的触发输入（ P1.1/T2EX），具体如表 3.1 所示 : 在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。 表 3.1 P1 口的第二功能 引脚号 第二功能 P1.0 T2（定时器 /计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） 5.P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写 “1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输 入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时， P2 口送出高八位地
