湿度测量仪设计.docx

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1、鄂州桂工业学浣课程设计说明书题目：智能仪器仪表设计与实践姓名：徐萍院（系）：电气信息工程学院专业班级：自动化01班学号：541101010144指导教师：李银华齐汝宾成绩：时间：2015年01月Ql日至2015年01月23_0郑州轻工业学院课程设计任务书题目湿度测量仪设计专业、班级：自动化Il-Ol学号：541101010144姓名徐萍主要内容、根本要求、主要参考资料等：主要内容 实现单片机和湿度传感器完成湿度测量功能。 相对湿度(探头)范围：595%。 具有数字显示功能 参数设置功能和数据通信功能根本要求 明确课程设计任务，复习和查阅相关资料。 按照要求对设计进行说明，给出总体设计方案，设计

2、原理。 软件编程必须有流程图，程序必须加注释，各程序段的开始要注明该段功能和作用。 写出体会和总结要求使用B5打印稿或16开纸手写，不少于5000字。格式遵照学校规定。主要参考资料孙环，滕召胜.基于SIrnO单片集成传感器温湿度检测模块设计j.国外电子测量技术，2006,25(6).樊建明，陈渊睿.基于SHTlO的温室多点测量系统设计J.国外电子测量技术,2006,25(11).陈钊，郭永彩，高潮，等.微环境温湿度智能化测量仪研究J.仪器仪表学报，2004,25(5).完成期限：2015年1月23日指导教师签名：课程负责人签名：2015年1月5日摘要温湿度测量仪是对环境温湿度进行现场检测的常用

3、仪表,讨论了一种基于SHTlO的数字温湿度测量仪的设计方法。该温湿度测量仪的控制系统采用AT89S51单片机,温湿度传感器采用SHTll为主要硬件,实现简易数字式温湿度测量仪的硬件电路与软件程序的设计。实践证明该温湿度测量仪具有测量精度高等特点,具有一定的实用价值。采用单片机和温湿度传感器构成的数字温湿度测量仪显得非常重要，数字温湿度测量仪已被广泛应用于电子测量、仪表自动化、温室大棚、自动控制等多个智能化领域中。在过去某些场合经常采用热敏电阻和湿度电容来分别测量环境的温湿度，这种测量系统普遍精度不高，而且在多点测量时系统设计较为复杂。而采用SHTlO这种集温湿度传感器于一体的数字集成式传感器，

4、那么会使得系统大大降低本钱，简化设计。关键词：SHT10；AT89S51；湿度传感器1绪论错误!未定义书签。1.1 数字式湿度测量仪设计的意义O1.2 国内外研究现状O1.3 设计主要任务22总体设计方案22.1系统综述22.2方案选择32. 3总体设计方案设计43系统的硬件设计43.1系统的硬件电路53. 2单片机与SHT10连接电路图63. 3LED显示电路的设计73. 4报警电路83. 5键盘模块84系统的软件设计84. 1主程序框图84.2数据显示程序框图9总结9参考文献9附录110附录2171绪论在日常生活或者工农业生产中，经常会需要检测环境的温湿度，因此采用单片机和温湿度传感器构成

5、的数字温湿度测量仪显得非常重要，数字温湿度测量仪已被广泛应用于电子测量、仪表自动化、温室大棚、自动控制等多个智能化领域中。在过去某些场合经常采用热敏电阻和湿度电容来分别测量环境的温湿度，这种测量系统普遍精度不高，而且在多点测量时系统设计较为复杂。而采用SHTlO这种集温湿度传感器于一体的数字集成式传感器，那么会使得系统大大降低本钱，简化设计。1.1 数字式湿度测量仪设计的意义随着工业自动化的愈趋完善，各种各样的传感器被用在了各式各样的场合。而湿度这个重要的参数成为了实现过程控制自动化必不可少的过程。换言之，问题具体化为了选择怎样的传感器及如何去检测湿度的变化，并根据检测结果调整系统以使之保持在

6、最正确工作状态。此外，单片机技术的不断开展完善使单片机已经成为科技领域的重要工具，广泛应用于各种仪表中，由于单片机具有体积小、耗能小、功能强的特点，引入单片机可使仪表数字化、智能化、微型化，提高测试的自动化程度和精度。将单片机和SHTlO结合的数字式湿度测量仪，大大提高了观测精度，数值显示清晰度，将会取得很好的应用效果。总之，环境湿度的检测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。1.2 国内外研究现状湿度由于受到温度、大气压强的影响，其标准是个难题。从早期的毛发湿度计到后来开展起来的电阻式、电容式温度计，由于他们存在着热敏元件的长期稳定性差，需要常常进行外表的清洗及校准，造成使用

7、不方便，而且精度较差的缺陷，因此，最常采用的方法依然是干湿球间接测湿法，但是干湿球温度与湿度的关系比拟复杂，模拟仪表难以实现这种转换，通常是借助人工计算或查表求出相对湿度，随着单片机的开展，使一些繁重而复杂的人工计算自动完成。后来开展到利用湿空气光学特性的红外、紫外吸收湿度计乃至光纤湿度计，但是到目前为止，全世界还没有一种完全理想的测湿材料，原因在于湿敏元件的线性化一直是困扰人们的一个难题，测量仪表数字化后，要求相对湿度与显示值线性化的对应关系才能保证湿度的测量精确度。目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为HOneyWell公司(HIH-3602、HIH-3605HlH-361

8、0型)，HUmireI公司(HMI500、HM1520HF3223HTF3223型)，SenSirOn公司(SHTlKSHTl5型)。这些产品可分成以下三种类型：(1)线性电压输出式集成湿度传感器；典型产品有HIH3605/3610.HM15001520o其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。(2)线性频率输出集成湿度传感器；典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为875OHZ(型值)，当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从956OHZ减小到80

9、30Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。(3)频率/温度输出式集成湿度传感器；典型产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数(NTC)热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHTlKSHT15型智能化温度/温度传感器，其外形尺寸仅为7.6(mm)5(mm)2.5(mm),体积与火柴头相近。出厂前，每只传感器都在温度室中做过精密标准，标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测

10、量过程中可对相对湿度进行自动校准。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的范围是0100%,分辨力达0.03%RH,最高精度为2%RHo测量温度的范围是-40C123.8C,分辨力为0.011.3 设计主要任务1 .设计的主要内容：(1)实现单片机和湿度传感器完成湿度测量功能。(2)相对湿度(探头)范围：595%o(3)具有数字显示功能。(4)参数设置功能和数据通信功能。2 .系统硬件电路设计，给出总体设计框图，而且详细描述各组成电路的设计原理及方法。3 .系统软件设计与实现，介绍数据采集程序、参数存储及校正程序、数码管显示程序、键盘程序等设计，给出了系统主程序框图及数据

11、显示程序框图。2总体设计方案2.1系统综述根据本设计内容要求的性能指标，方案设计时不仅要考虑怎么样实现测量一定精度的温湿度信号值的根本功能，还要考虑温湿度超限时系统的报警功能。根据设计要实现的功能，还要考虑系统控制芯片扩展口分配方案。选择AT89S51单片机就能够满足设计要求。作为工业用的环境检测类仪器，系统工作的可靠性，实用性，长久性指标也是系统在设计时值得考虑的几个因素。2.2方案选择(1)数字式这种方案在信号的采样、放大电路、报警设置以及报警电路等环节与第一种方案区别不大，只是在放大电路后采用了A/D转换电路，它将模拟量转换成数字量，然后经过驱动电路进行数码显示，它最大的好处是显示直观，

12、这是模拟式产品向智能式产品过渡的中间型产品，属于第二代仪表，在上个世纪80年代的设计中大都采用这种结构的方案，在日常生活中看到的大都是未被替换的产品。在目前的设计中，根本上是不采用这种方案。(2)智能式这是目前检测类仪器首选的方案，利用目前成熟的计算机技术，依靠计算机强大的处理能力，对数据前向通道采集到的湿度，温度数据进行判断、处理、存储，并可采用十分简单的方法通过显示驱动芯片将显示信息送出进行数码显示。对测量所得结果超限时的报警处理可以按照测量时间的不同情况分别设置不同的报警值。系统将会对测量回路巡回监测。目前国内外对温度和湿度测量产品有很多，但是大局部的产品都是用红外热辐射的传感器制作的。

13、这种产品结构复杂，价格昂贵并不适用于大气的测量。本设计使用比拟常见的温湿度传感器和价格廉价的电子元器件，实现检测系统的智能化。它还具有较高的平安性，可靠性，适用于一般的家庭。鉴于国外欧美等国家微电子技术的开展，在不少的测试领域，将一个系统的所有电路，包括CPU都集成在一块芯片上，构成一个集成的系统，况且这也是目前仪表开展的方向。所以本设计采用集成芯片SHTIO作为温湿度传感器。鉴于以上情况，本课题考虑到国内目前的现状，构成器件的来源以及微电子技术的开展趋势，本设计决定采用智能化的设计方案设计。2. 3总体设计方案设计该系统主要由AT89S51单片机系统，电源电路，复位及振荡电路，LED显示电路

14、，通信模块，键盘模块和报警电路等局部组成。如图2.1所示为总体方案设计框图。本方案采用单片数字温湿度集成传感器将湿度转换成数字信号，然后通过总线将信号传递给CPU。SHTlO采用CMC)S过程微加工专利技术，确保产品具有极高的可靠性。SHTlO将检测的湿度通过内部的AD转换器转换成数字信号，然后将信号输入单片机进入显示电路显示，期间可以按下按键定点显示此时刻湿度值，假设此环境的湿度值低于或者超过设限范围并进入报警电路，蜂鸣器能响起。图2T总体设计方案图3系统的硬件设计本设计的原理是一个基于单片机AT89S51与湿度传感器SHTlO等技术相结合主体,利用模拟湿度传感器SHTlO对某一环境的湿度进

15、行检测，实现对此环境湿度的测控，并将它的输出由单片机的软件对其进行校正处理，所得到的结果最终送给四位数码管显示，切带有湿度上下限的报警。该系统主要由AT89S51单片机系统，电源电路，复位及振荡电路，LED显示电路，通信模块，键盘模块和报警电路等局部组成。3. 1系统的硬件电路AT89S51单片机的最小系统由时钟电路、复位电路、电源电路及单片机构成。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，复位操作那么使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。3.1.1 单片机的电源模块直流电源的输入为220V的电网电压，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压。再通过整流电路将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下是可以将交流分量全部滤掉，但是因为受负载影响，加之滤波电路并不能到达理想效果。还需要参加稳压电路，使输出直流电压根本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响。如图3.1电源电路所示。3. 1.2晶振及复位电路单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTALI和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，