1、 单位代码 0 1 学 号 080102604 分 类 号 TP7 密 级_ _ 毕 业 设 计 说 明 书家庭环境检测仪设计院 （ 系 ） 名 称 信 息 工 程 学 院专 业 名 称 电 子 信 息 工 程学 生 姓 名 秦 长 泽指 导 教 师 吕 运 朋2012 年 5 月 4 日黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 I 页家庭环境检测仪设计摘 要温湿度是环境中一个重要的物理参数，人类的生存和社会活动与温湿度密切相关。在生产和生活中的许多场合，不论是仓库管理、图书保存，还是工业生产、居民生活，都对环境中的温湿度有一定的要求，在某些行业中对温湿度的要求更高。因此，对环境
2、中温湿度的检测和控制显得尤为重要，温湿度检测在很多现代科技领域中也成为一项重要技术。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而且空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪也有直接的影响，所以对温度、湿度的检测就非常有必要了。温湿度测试仪的设计采用智能化的测量方法实现对温度、湿度的检测。该系统以AT89C51 单片机作为主控芯片，采用了具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点的 SHT11 温湿度传感器实现温度与湿度的检测，采用点阵字符型 LCD 显示温湿度字母、数字。该温湿度检测仪结构简单，并能 很 好 的 满 足 许 多 环 境 中 对 温 湿 度 检 测 范 围 和 精度
3、 的 要 求 。关 键 词 ： AT89C51 单片机，传感器，LCD,温湿度黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 II 页Family Environment MontiorAuthor:Qin Chang ZeTutor:Lv Yun PengAbstractThe humiture is an important physics parameter of environment, human beings survival and public activities go hand in hand with the humiture. many situations t
4、hat are in the production and the life, not only warehouse management, preservation of books, but also industrial production, residents life, all have certain request to the humiture of the environment, some professions have higher requirements. Therefore，it appears very important to examination and
5、 control the humiture of the environment, and humiture detecting becomes an important technology in many modern science and technology fields.The temperature and humidity double parameters of the intelligent design test method for measuring temperature, humidity detection. This system to AT89C51 sin
6、gle-chip microcomputer as the main control chip, have used the high precision, low cost, small volume, simple interface of the advantages of SHT11 temperature and humidity sensor realize temperature and humidity test, The dot matrix characters type LED display temperature and humidity letters, Numbe
7、rs.That instrument structure is simple, and can satisfy the request of range and accuracy of the humiture checks in various environments.Key Words：AT89C51 microcontroller，Sensor,LCD, Humiture黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 III 页目 录1 绪论 .11.1 选题背景 .11.2 温湿度检测仪发展过程 .11.3 温湿度检测仪发展前景 .22 温湿度检测仪的工作原理及主要器件介绍
8、.42.1 整体设计 .42.2 主要芯片及原理介绍 .52.2.1 单片机 AT89C51.52.2.2 LCD 显示 .62.2.3 DS1302 原理及应用 .82.2.4 SHT11 介绍及原理 .103 模块功能介绍 .143.1 复位电路部分 .143.2 传感器电路部分 .143.3 时钟电路部分 .153.4 超限处理电路 .154 系统软件设计 .174.1 主程序框图 .174.2 温湿度采集及处理流程图 .204.3 LCD 显示流程图 .22结论 .23致谢 .24参考文献 .25黄 河 科 技 学 院 毕 业 论 文 说 明 书 第 1 页1 绪论1.1 选题背景日常
9、生活中，档案馆、图书馆、精密仪器室、超净车间等诸多场所都对环境温湿度有严格的要求，温湿度集散控制技术也是比较常见的应用技术。环境中的温湿度直接影响着动植物的生长。以农业为例，温湿度不仅直接影响植物的生长发育，且农产品及农药化肥等在存储及运输过程中极易受环境温湿度的变化而出现发霉变质等情况；环境温湿度对医疗卫生领域也具有重要的意义，药品、疫苗及其他医疗用品在生产、加工、存储及运输等各个环节对环境温湿度有着严格的要求，不良的环境温湿度会引起医疗用品的实效变质，直接威胁到患者的生命安全。环境温湿度检测可有效地避免上述情况的发生，并为温湿度管理提供可靠地实验数据。温湿度的测量可以使用温湿度监测仪，它是
10、环境记录仪中的一项，随着科技的进步，温湿度的相关检测仪表也向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在这个发展过程中，单片机发挥了重要的作用，本文介绍的湿度检测仪就是以单片机作为核心控制器设计的。它具有体积小、操作简单、测量精度高和抗干扰能力强等优点，能 很 好 的 满 足 许 多 环 境 中 对 温 湿 度 检测 范 围 和 精 度 的 要 求 1。本设计首先根据实际生产生活的需要提出温湿度检测仪的功能要求，然后由这些具体要求设计出了硬件原理图，采用模块化的方法先将整个系统分成若干部分，然后逐模块进行硬件和软件设计，最后将各部分结合起来协调工作。它是利用单片机的在控制方面的突出优点，并综合运用现
11、代检测技术、微控制技术、数据处理和通信技术以及 LCD 显示技术而设计的。可以实时、准确的测量环境中的温度和相对湿度。1.2 温湿度检测仪发展过程关于温度方面的最早测量仪表是意大利人伽利略于 1592 年创造的。它是 1 个带细长颈的大玻璃泡，倒置在 1 个盛有葡萄酒的器皿中，从其中抽出一部分空气，酒面就上升到细颈内。当外界温度改变时，细颈内的酒面因玻璃泡内的空气热胀冷缩而随之升降，因而酒面的凹凸就可以暗示温度的凹凸，实际上这是 1 个没有刻度的指示器，黄 河 科 技 学 院 毕 业 论 文 说 明 书 第 2 页再后来的几百年之间温度计慢慢的变化，从原先的没有刻度的温度测量到后来慢慢转变成使
12、用有刻度的测量到最后的直接数字显示减少在读书的时候产生误差。干湿球湿度计的测量最是在 18 世纪，干湿球湿度计的准确度还取决于干球、湿球两支温度计本身的精度；湿度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才能达到规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只有 5一 7RH。而湿度的测量从原先的 5一 7RH 慢慢的提高变成了现在的 3%RH，在那些气象方面的检测精度反而更深，后来慢慢地将温度以及湿度两个集合在一起进行测量，就是现在的温湿度监测仪，这款仪器的应用范围还算是比较广，同时也因为它的测量精度高广受消费者的喜好 2。1.3 温湿度检测仪发展前景目前市场上的温湿度检测系统多采用
13、传统的有线方式，必须在采集现场铺设大量的线缆用于感应器供电，数据传输机数据采集。信号线，控制线，电源线混杂在一起，系统运行时，容易受到传输距离、电电磁干扰的影响而边的不稳定。随着无线通信技术的飞速发展，温湿度检测系统正往无线检测方向发展，这样使系统在运行时不需要人工干预，具有实时检测、报警、及查询历史数据的功能。温湿度检测系统的完成建立在大量研究工作的基础上，在数据的采集、显示及远距离传输等方面做了充分实验，提出了多种可行的方案，可根据实际需要灵活变换。系统是以智能化为宗旨，旨在为工业级家庭提供有效、使用的温湿度检测系统。这一方面是对当前工业温湿度检测技术的更新，另一方面也为人们的家庭生活更加
14、舒适提供了条件。无线温湿度检测系统已经能够出色地完成基本的温湿度检测工作，并且向智能化、自动化迈进了一大步，但是还有很多需要完善的地方。例如，供电部分可以做相应的改进，低功耗的同时采用新型能源，如与太阳能电池、热差电池、压差电池等，使电池寿命更长，解决特使领域环境的供电问题。还有应用领域的创新，将我们的设计应用于其他领域，如电力行业，用于大型变压器及高压开关柜测温，避免起火、爆炸等恶性事故的发生 1-2。黄 河 科 技 学 院 毕 业 论 文 说 明 书 第 3 页2 温湿度检测仪的工作原理及主要器件介绍2.1 整体设计本设计核心部件为 AT89C51，信号采集及处理部分由 SHT11构成，进
15、入单片机后经处理后通过 LCD 显示温湿度，其他组成部分为实时时钟发生电路，产生同现在相同的时间和具体日期。在软件设计部分有对测量的温湿度进行上下值的设定，当测量超过限定值，报警器会发生警报。硬件中包括一个开关，为复位开关。开机后，所有器件初始化，DS1302产生实时时间和日期，温湿度传感器 SHT11开始进行温湿度测量和计算，最后通过 LCD 液晶显示器显示结果。在测量结果中有超过设定温湿度上下限的，通过超限模块作出反应。其他是一些附件，比如复位、晶振电路。整体电路框图如图2.1所示。图 2.1 整体电路框图温度检测仪整体电路原理图如 2.2 图所示。黄 河 科 技 学 院 毕 业 论 文
16、说 明 书 第 4 页图 2.2 温度检测仪整体电路原理图2.2 主要芯片及原理介绍2.2.1 单片机 AT89C51单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（Microcontroler） ，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过
17、将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器黄 河 科 技 学 院 毕 业 论 文 说 明 书 第 5 页制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容
18、。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的 AT89C51是一种高效微控制器AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。芯片引脚如图2.3所示 3。图2.3 AT89C51引脚示意图2.2.2 LCD 显示LCD是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，它具有体积小、质量轻、功耗低、抗干扰能力强等优点，因而在单片机系统中被广泛应用。本设计采用LCD1602，LCD1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为地电源 第2脚：VDD接5V正电源第3脚：VO为液晶显示屏对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过
19、高会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器，第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS为低电平RW 为高电平时可以读黄 河 科 技 学 院 毕 业 论 文 说 明 书 第 6 页忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第1516脚：空脚LCD1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令。它的读写操
20、作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。表2.1 LCD1602液晶模块控制指令表指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *置字符发生存储器地址0 0 0 1 字符发生存储器地址（ACG）置数据存储器地址0 0 1 显示数据存储器地址（ADD）读忙标志或地址
21、 0 1 BF 计数器地址（AC）写数据 1 0 要写的数据读数据 1 1 读出的数据指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标反回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S：屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F：低电平时显示 5*7的点阵字符，高电平时显示5*10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。
