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溫濕度測量(一)
目 錄
設計任務(wù) ………………………………………………（4）
方案論證與比較 ………………………………………（4）
總體方案 ………………………………………………（4）
系統硬件設計 …………………………………………（5）
系統軟件設計 …………………………………………（10）
系統測試與分析…………………………………………（13）
設計總結 …………………………………………………（13）
參考資料 …………………………………………………（14）
附錄…………………………………………………………（15）
摘要
本溫濕度測量系統，以AT89S52單片機為核心，由語(yǔ)音發(fā)聲、溫濕度采集、串行口、遙控電路、LED靜態(tài)顯示電路等功能模塊組成�；陬}目基本要求，本系統對語(yǔ)音報數、溫濕度采集、LED靜態(tài)顯示電路進(jìn)行了重點(diǎn)設計。此外，擴展了單片機外圍接口，加入了串口，為以后擴展功能預留了空間。本系統吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現，使電路簡(jiǎn)單明了，系統穩定性大大提高。本系統不僅成功的實(shí)現了要求的基本功能,而且增加了一些功能，進(jìn)行了一定的創(chuàng )新。本溫濕度測量系統的最大優(yōu)點(diǎn)為溫濕度測量的精度已經(jīng)達到了工業(yè)標準，不僅成本低而且具備了市面上溫濕度計的一切功能。
關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C LED靜態(tài)顯示 遙控 語(yǔ)音
This degree of humidity measures system, with the AT89 S52 single slice machine for core is give out sound by the speech, degree of humidity collect, the string go the function mold pieces, such as, the remote control electric circuit and the LED static state manifestation electric circuit...etc. to constitute. According to topic basic request, this system numbers off to the speech, degree of humidity collect, the LED static state manifestation electric circuit carried on the point design. Expanded a single slice machine outer circle to connect in addition, join a string, is hereafter expanded function to reserve space. This system absorbed the hardware software to turn of thought, greatly parts of functions pass software to carry out, making the electric circuit understand in brief, the system stability raises consumedly. This system not only succeed of carry out the basic function of [with] request, and increase some functions, carry on certain innovation. This degree of humidity measure the biggest advantage of the system as the accuracy that degree of humidity measure to have already come to a the industry standard, not only the cost is low and had the whole functions of hygrometer on the market.
Key word: Single slice the machine LED static state manifestation control from a distance a speech
設計任務(wù)
1.1設計任務(wù)
設計一個(gè)溫度濕度實(shí)時(shí)測量的儀器
1.2設計基本要求
能夠適時(shí)地測量溫度、濕度并由LED數碼管顯示出來(lái)
1.3發(fā)揮
我們利用遙控器控制語(yǔ)音芯片，準確地播放溫度值、濕度值
二、方案論證
2.1 顯示部分:
方案一：動(dòng)態(tài)顯示，
動(dòng)態(tài)顯示，此種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，價(jià)格低，線(xiàn)路簡(jiǎn)單。但占用單片機時(shí)間長(cháng)，只要單片機不執行顯示程序，就立刻停止顯示。方案二：靜態(tài)顯示，
靜態(tài)顯示，雖然使用元件多，且線(xiàn)路比較復雜，但是顯示占用機時(shí)少，顯示可靠，用起來(lái)比較方便。適合于單片機長(cháng)時(shí)間做其他工作不管理顯示的情況。
鑒于上述原因, 我們采用方案二
2.2 溫濕度采集部分
方案一：采用熱敏電阻、濕敏電阻。但濕、熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差，對于檢測要求精度高的溫濕度是不適用的。
方案二：采用集成溫濕度傳感器。集成溫濕度傳感器測量精度高，能把溫度轉化成數字，測得的溫濕度值的存儲在自帶RAM中，單片機直接從中讀出數據轉換成十進(jìn)制就是溫度，使用方便。
基于溫濕度傳感器的以上優(yōu)點(diǎn)，我們決定選用方案二 。
2.3語(yǔ)音部分
ISD1420語(yǔ)音芯片能實(shí)現要求的放音功能，而且價(jià)格也不高。
2.4控制發(fā)音部分
方案一：采用按鍵。比較簡(jiǎn)單。
方案二：采用遙控器，比較方便。
為方便著(zhù)想，我們選擇方案二。
三、總體方案
3.1 工作原理:
利用單片機AT89S52單片機作為本系統的總控模塊。一片AT89S52單片機可把由DHT90讀來(lái)的數據利用軟件計算出溫濕度，再把數據傳輸到靜態(tài)顯示模塊，實(shí)現溫度、濕度的顯示。通過(guò)串口把溫濕度數據傳輸到另一片AT89S52上，在通過(guò)遙控器控制語(yǔ)音電路發(fā)音，報出測到的溫濕度數據。
3.2 電路原理圖:
電路原理圖如下圖所示
圖一 電路原理圖
四、系統硬件設計（單元電路設計及分析）
4.1 AT89S52單片機最小系統：
最小系統包括晶體振蕩電路、復位開(kāi)關(guān)和電源部分。圖2為AT89S52單片機的最小系統。如圖二。
圖二
4.2 溫濕度測量模塊:
DHT90接口電路圖
圖三
4.3LED顯示模塊：
采用靜態(tài)顯示，如圖四所示。
圖四 顯示模塊電路圖
介紹一下用到的主要芯片：
4.3.1. 74LS47 TTL BCD—7段高有效譯碼-驅動(dòng)器
引腳圖：
圖五
74LS47真值表
輸入 輸出
LT RBI RBO A B C D a b c d e f g
H H H L L L L L L L L L L H
H X H L L L H H L L H H H H
H X H L L H L L L H L L H L
H X H L L H H L L L L H H L
H X H L H L L H L L H H L L
H X H L H L H L H L L H L L
H X H L H H L H H L L L L L
H X H L H H H L L L H H H H
H X H H L L L L L L L L L L
H X H H L L H L L L H H L L
H X H H L H L H H H L L H L
H X H H L H H H H L L H H L
H X H H H L L H L H H H L L
H X H H H L H L H H L H L L
H X H H H H L H H H L L L L
H X H H H H H H H H H H H H
表 1
4.3.2. 74LS373三態(tài)同向八D鎖存器
引腳圖：
圖六
真值表：
輸出控制 時(shí)鐘 D 輸出
L H H
L L L
L L X Q0
H X X Z
Z 高阻態(tài) 表 2
4.3.3. 74LS244 八同向三態(tài)緩沖器-----線(xiàn)驅動(dòng)器
引腳圖：
圖七
真值表：
輸入 輸出
G A Y
L L L
L H H
H X Z
表3
4.4電源選擇：
電路圖如圖八
圖八
4.5.語(yǔ)音電路
圖九
4.6.遙控部分
4.7總電路圖：
五、系統軟件設計
程序流程圖：
(1)、第一個(gè)單片機：
(2)、第二個(gè)單片機：
串口中斷：
INT0中斷：
系統測試與分析
測試數據：
溫度
實(shí)際溫度（攝氏度） 20.5 25.3 16.7 14.5 18.7
測試溫度（攝氏度） 20 25 17 14 19
濕度
實(shí)際濕度（%） 35 47 57 65 67
測試濕度（%） 37 49 58 66 70
經(jīng)測試，所測數據均符合要求，達到原定標準。
七、設計總結
經(jīng)過(guò)小組成員半年來(lái)的奮斗，完成了題目所要求基本部分，另外還做進(jìn)了一些新的功能，很好的完成了溫度濕度測量的基本要求，通過(guò)這次課程設計掌握了很多新的知識。
通過(guò)設計本系統，我們學(xué)到了很多關(guān)于單片機，傳感器和電路設計方面的許多知識，將理論與實(shí)踐相結合是一個(gè)很有難度的事情，在這次實(shí)驗中，我們不斷地查找很多專(zhuān)業(yè)方面的知識和實(shí)驗儀器設備，以及學(xué)術(shù)論文，學(xué)到了如何查閱科技論文，和很好的利用科技知識，將知識和實(shí)際生活所需結合起來(lái)，使我們懂得學(xué)的東西有所用，有所長(cháng)�？茖W(xué)研究是一件很艱苦也是一件很有成就感的工作，在這次實(shí)驗中有很深的體會(huì )。以后要多加思考和動(dòng)手，及時(shí)將所學(xué)的知識由于實(shí)際的工作和學(xué)習中，讓知識活起來(lái)，讓腦子動(dòng)起來(lái)，為將來(lái)的工作學(xué)習打下堅實(shí)的基礎。
八、參考資料
1．《基于單片機結構的智能系統設計與實(shí)現》 沈紅衛 編 電子工業(yè)出版社
2．《單片機原理與接口技術(shù)》 黃惠媛 編 海洋出版社
3．《單片機應用技術(shù)》 周平 伍云輝 編 電子科技大學(xué)出版社
4．《8051單片機實(shí)踐與應用》 吳金戌 沈金陽(yáng) 郭庭吉 編 清華大學(xué)出版社
5．《電子設計競賽賽題解析》 黃正謹等編 東南大學(xué)出版社
九、附錄
數字溫濕度傳感器 DHT 90
介紹_ 利用SHT1x 加工而成
用途—相對濕度、溫度測量和露點(diǎn)測量
優(yōu)點(diǎn)：
_ 全標定輸出，無(wú)需標定即可互換使用
_ 卓越的長(cháng)期穩定性
_ 兩線(xiàn)制數字接口，無(wú)需額外電路
_ 基于請求式測量，低能耗
_ 超小尺寸
_ 自動(dòng)休眠
_ 超快響應時(shí)間
_ 比SHT7x 更低的價(jià)格
DHT9x 產(chǎn)品概述
DHT90是利用SHT1x 傳感器，重新在國內封裝得到。因為SHT1x 不方便手工焊接，很容易在焊接的時(shí)候，由于溫度過(guò)高造成傳感器直接損壞，因此我們采用了DHT90溫度濕度傳感器。它利用回流焊機，極為精確地控制焊接溫度，保證傳感器不會(huì )在焊接過(guò)程中受損。焊接完成后逐一對傳感器進(jìn)行電性和精度檢測，以確保每一個(gè)傳感器都是合格的。DHT9x 采用標準的2.54mm 插針，可以直接與標準2.54mm 插座配合使用。DHT9x 外形接近SHT7x，性能和SHT7x 完全一樣，價(jià)格又比SHT7x 便宜很多，是替換SHT7x 的理想產(chǎn)品。
1. 傳感器性能說(shuō)明
2.典型應用電路
2.1 電源引腳
SHTxx 的供電電壓為2.4~5.5V。傳感器上電后，要等待11m 來(lái)完成“休眠”狀態(tài)。在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF的濾波電容。
2.2 串行接口 (兩線(xiàn)雙向)
SHTxx 應用的的串行接口技術(shù)，在傳感器信號讀取及電源損耗方面都做了優(yōu)化處理；但與I2C 接口不兼容。
2.2.1 串行時(shí)鐘輸入 (SCK)
SCK 用于微處理器與SHTxx 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK 頻率。
2.2.2 串行數據 (DATA)
DATA 三態(tài)門(mén)用于數據的讀取。DATA 在SCK 時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK 時(shí)鐘上升沿有效。數據傳輸期間，在SCK 時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA 必須保持穩定。為避免信號沖突，微處理器應驅動(dòng)DATA 在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻（例如：10kΩ）將信號提拉至高電平（參見(jiàn)圖2數據采集電路）。上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O 電路中。詳細的IO 特性，參見(jiàn)表5。
2.2.3 發(fā)送命令
在程序開(kāi)始，用一組“ 啟動(dòng)傳輸”時(shí)序表示數據傳輸的初始化。它包括：當SCK 時(shí)鐘高電平時(shí)DATA 翻轉為低電平，緊接著(zhù)SCK 變?yōu)榈碗娖�，隨后是在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA 翻轉為高電平。
圖 1 “啟動(dòng)傳輸”時(shí)序
后續命令包含三個(gè)地址位（目前只支持“000”），和五個(gè)命令位。SHTxx 會(huì )以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，將DATA下拉為低電平（ACK 位）。在第9 個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復高電平）。
表一
2.2.4 測量時(shí)序(RH 和 T)
發(fā)布一組測量命令（‘00000101’表示相對濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后，控制器要等待測量結束。這個(gè)過(guò)程需要大約11/55/210ms ，分別對應8/12/14bit 測量。確切的時(shí)間隨內部晶振速度，最多有±15%變化。SHTxx 通過(guò)下拉DATA 至低電平，表示測量的結束�？刂破髟谟|發(fā)SCK 時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數據備妥”信號。接著(zhù)傳輸2 個(gè)字節的測量數據和1 個(gè)字節的CRC 奇偶校驗。uC 需要通過(guò)下拉DATA 為低電平，以確認每個(gè)字節。所有的數據從MSB 開(kāi)始，右值有效（例如：對于12bit 數據，從第5 個(gè)SCK 時(shí)鐘起算作MSB；而對于 8bit 數據，首字節則無(wú)意義）。用CRC 數據的確認位，表明通訊結束。如果不使用CRC-8 校驗，控制器可以在測量值LSB 后，通過(guò)保持確認位ack 高電平，來(lái)中止通訊。在測量和通訊結束后，SHTxx 自動(dòng)轉入休眠模式。
警告：為保證自身溫升低于0.1℃，SHTxx 的激活時(shí)間不要超過(guò)15%（例如，對應12bit 精度測量，每秒最多進(jìn)行3 次測量）。
2.2.5 通訊復位時(shí)序
如果與SHTxx 通訊中斷，可以利用下列信號時(shí)序復位串口：
當DATA 保持高電平時(shí)，觸發(fā)SCK 時(shí)鐘9 次或更多。在下一次指令前，發(fā)送一個(gè)“傳輸啟動(dòng)”時(shí)序。這些時(shí)序只復位串口，狀態(tài)寄存器內容仍然保留。
圖 2 通訊復位時(shí)序
2.2.6 CRC-8 校驗
數字信號的整個(gè)傳輸過(guò)程由8bit 校驗來(lái)確保。任何錯誤數據將被檢測到并清除。
3.測量時(shí)序舉例
4.測量時(shí)序概覽
(TS = 啟動(dòng)傳輸)
5.時(shí)序圖
6.輸出轉換為物理量
6.1 相對濕度
為了補償濕度傳感器的非線(xiàn)性以獲取準確數據，建議使用如下公式修正讀數：
SORH c1 c2 c3
6.2 濕度轉換系數
簡(jiǎn)化的修正算法，可參閱應用說(shuō)明“相對濕度與溫度的非線(xiàn)性補償”。濕度傳感器對電壓基本上沒(méi)有依賴(lài)性。
圖3 從 SORH 轉換到相對濕度
相對濕度對于溫度依賴(lài)性的補償由于實(shí)際溫度與測試參考溫度25℃ (~77℉)的顯著(zhù)不同， 應考慮濕度傳感器的溫度修正系數：
SORH t1 t2
附表 1 溫度補償系數
相當于 ~0.12 %RH /℃ @ 50 %RH
6.3 溫度
由能隙材料PTAT (正比于絕對溫度) 研發(fā)的溫度傳感器具有極好的線(xiàn)性�？捎萌缦鹿綄底州敵鲛D換為溫度值：
附表2、溫度轉換系數表
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