基于单片机的温湿度检测系统的设计.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 目录专心-专注-专业基于单片机的温湿度检测系统的设计摘要：本文主要介绍了温湿度的检测，包括温度传感器、湿度传感器、单片机接口及其应用软件的设计，大体分为以下几大部分：介绍了国内外温湿度检测技术，并且分析了温度检测技术的未来发展方向；根据实际使用要求设计了相应的单片机硬件系统，该系统能够实现数据采集、 数据处理、数值的在线显示以及时钟电路的时间显示；简略介绍了该仪表的软件部分；对该温湿度检测系统的未来发展进行了展望。温湿度检测是以8051单片机系统和温湿度相结合的温度测量系统。本系统的数学模型合理，测量方法容易实现。实际仪器采用抗干扰、低零漂、低温漂的电子元件，性能稳

2、定。该测量仪总体特点是使用简便、实用、使用对象广、并且实现了自动化。关键词：温度测量 湿度测量 数据采集 单片机 The design of temperature and humidity detectionsystem based on SCMAbstract： In this paper, including temperature and humidity testing, temperature sensors, humidity sensors, microcontroller interfaces and application software design. It can b

3、e divided into the following parts: introduction of temperature and humidity detection technology at home and abroad, and analysis of the future of temperature measurement technologies development.This system be designed according to the actual use of the corresponding microcontroller hardware syste

4、m that enables data acquisition, data processing, numerical circuit-line display and clock time display; briefly describes the software part of the instrument; the temperature and humidity testing system of the future development prospect. Temperature and humidity detection system is base on 8051 th

5、e combination of temperature and humidity, the temperature measurement system. The system mathematical model is reasonable, easy measurement. The actual instruments used anti-interference, low zero-drift, low temperature drift of electronic components, performance and stability. The general characte

6、ristics of measuring instrument is easy to use, practical, widely used object and automated. Keywords: Temperature Measuremen； Humidity measurement； Data Acquisition； Single-chip Microcomputer 第1章 绪 论1.1 引言温湿度测量是现代检测技术的重要组成部分,在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。因此,能够确保快速、准确地测量温湿度的技术及其装置普遍受到各国的重视。近年来,利用智能化数字

7、式温湿度传感器以实现温度信息的在线检测已成为温湿度测技术的一种发展趋势。本文介绍的温湿度检测系统,以智能化数字式温湿度传感器与PIC 有机结合,构成了一种新型温湿度检测系统。该系统具有性能可靠、测温准确、结构简单、造价低廉等特点,并兼具线路简捷、使用灵活、抗干扰性好、可移植性强等优点,可在工程实际中得到广泛应用。随着电子技术的发展，将组成CPU的部件集成在一块半导体芯片上，这个具有CPU功能的大规模集成电路芯片就称之为微处理器（MPU）。微处理器的出现，推动了微型计算机的发展，同时也引起了电子设计技术领域的探到变革电子技术专业人员，使之可以把微处理器部件像其他集成电路一样嵌入到电子系统中，使电

8、子系统具有可编程序的智能化特点，开辟了计算机技术在电子技术领域应用的广阔大地。 将微处理器、存储器、I/O电路集成到一块半导体芯片的技术再次推动了这种嵌入式技术的发展，单片微型计算机是这种设计技术中的一个典型代表。单片机适用于测量和控制领域，它以芯片形式嵌人到电子产品或系统中起到“电脑”作用，受到电子专业技术人员的青睐。单片机以其体积小、可靠性高、功能的专门化为特点。沿着与适用微处理器不同的方向发展。它的出现和发展，标志着单片嵌入技术已经成为电子系统设计的一个重要发展方向。本课题主要为采用单片机实现数据采集与温湿度检测的制作。突出民用产品的低成本多动能的特点。按照选题要求应实现温湿度的测量，并

9、且能够实现数字钟和测量部分的通过键盘进行控制。1.2 国内外测温湿技术及其发展趋势在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境温度与湿度进行测量及控制。准确测量温湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。相比之下，测量湿度要比测量温度更复杂，这是因为温度是个独立的被测量，而湿度却受大气压强和温度的影响。目前，温湿度测量领域的新技术不断涌现，新产品也层出不穷。主要表现在以下两方面：（1）温湿度传感器正从分立元件向集成化、智能化、系统化的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件；（2）在温湿度测量系统中普遍采用线性化处理、自动温度补偿和自动校准湿度等项

10、新技术。1.2.1集成温湿度传感器的产品分类及性能特点（1） 集成温度传感器集成温度传感器主要包括模拟集成温度传感器、智能温度传感器（亦称数字温度传感器）两大类。模拟集成温度传感器是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。外围电路简单。其典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。 智能温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目

11、前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、AD转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路转换器器（MUX）、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。典型产品有DS18B20、MAX6654、LM76等。（2）集成湿度传感器集成湿度传感器主要有以下3种： 电压输出式集成湿度传感器其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

12、系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。典型产品有美国霍尼韦尔（Honeywell）公司生产的HIH3605/3610、HM1500/1520。 频率输出式集成湿度传感器频率输出式集成湿度传感器在55RH时的输出频率为8750Hz（典型值），当相对湿度从10变化到95时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。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。典型产品有美国Humirel公司生产的HF3223。 频率温度输出式集成湿度传感器它除电压输出端以外，还增加了温度信号输出端，通常以负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时

13、，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。典型产品为HTF3223型。（3）单片智能化湿度温湿度传感系统 最近，瑞士Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化湿度温度传感器。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，每只传感器都在湿度室中做过精密校准，校准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测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湿度，还能测量温度和露点。1.2.2 温湿度测量领域的发展趋势（1）广泛采用新技术、新工艺 随着科技 的 进步，许多新技术和新工艺被应用到温湿度测量领域

14、中。例如，瑞士Sensiron公司采用CMOSens（Ce-mo-Sens）专利技术为高精度温湿度传感器系统设置精度。其特征是将半导体芯片（CMOS）与传感器技术融合，为开发高集成度、智能化、高精度、高可靠性的湿度温度检测系统提供了解决方案。该项技术亦称“Sensmitter”，它代表传感器（sensor）与变送器（transmitter）的有机结合。尽管SHT11/15属于传感器范畴，但具有创新性的CMOSens技术使之兼有变送器的功能，便于实现系统集成。 Honeywell公司生产的HIH3610型湿度传感器，能在高温，有化学液体或气体的环境下正常工作，例如可以测量含有氨、苯、甲醛等有害气

15、体的鸡棚或猪舍中的相对湿度。即使在饱和状态下，传感器也很容易从短期凝结中恢复过来。HIH3610芯片上有一层起保护作用的亚硝酸盐钝化层，在安装过程中不易损坏。（2）提高测量精度和分辨力 目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位AD转换器，分辨力一般可达0.50.0625。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125，测温精度为0.2。我国台湾省豪尔泰克（HOLTEK）公司推出的HT7500型医用数字体温计集成电路，测温精度高达0.1（或0.2），这是其他温度计（包括精密水银温度计和

16、数字温度计）所难以达到的技术指标。SHT11/15型智能化湿度温度传感器系统测量相对湿度的范围是0100，分辨力达0.03RH，最高精度为2RH。测量温度的范围是40123.8，分辨力为0.1。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。（3）增加测试功能 新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完

17、善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。 在HIH3602C型集成湿度传感器内部还增加了1000的铂热电阻，可构成湿度温度测量仪。（4）非线性和温度补偿及自动校准技术 测量湿度时必须对湿度传感器进行非线性补偿和温度补偿。新型智能温湿度传感器可实现自动补偿。以SHT11/15为例，其输出的相对湿度读数值（N）与被测相对湿度（RH）呈非线性关系。当环境温度TA25时，利用下式可补偿非线性： RH(C1C2NC3N 2)(40.0405N2.81

18、06N 2 ) （1）举例说明：将N1000代入（1）式中计算出补偿后的相对湿度RH33.7。当TA25时，还需要对相对湿度传感器进行温度补偿，补偿公式为RHTRH（T25） （0.010.00008N）（2）举例说明，假如实际温度T30，利用式（2）不难算出RHT33.70.4534.15，这就是对相对湿度进行温度补偿后的最终结果。在SHT11/15出厂前，每只传感器都在湿度室中做过精密校准，校准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。在使用湿敏电阻测量线对湿度时，可利用对数放大器对湿敏电阻的指数特性曲线进行线性化，使之近似于线性关系。温湿检测系统在工业生

19、产中应用越来越来广泛。具有广阔的发展前景，其市场需求日益增加，具体在以下几个方面：（1） 粮食储备仓库及蔬果、蛋肉存储仓库的温度、湿度控制（2） 温室种植、各种禽兽养殖场的温度、湿度控制（3） 厂房环境温度、湿度的控制（4） 实验室环境的温度、湿度控制（5） 电力系统的温度、湿度控制1.3 单片机1单片机是微机发展的一个分支,是为了适应控制系统微型化、集成化的需要而生产和发展起来的。严格的说，对单片机目前还没有严格确切的定义。1.3.1单片机的历史如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的

20、MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。（2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。CPU外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。指令系统趋于丰富

21、和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS 96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。（4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出

22、现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。1.3.2 单片机的分类单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。（1）通用型/专用型 这是按单片机适用范围来区分的。例如，80C51是通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。（2）总线型/非总线型 这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有

23、并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。（3）控制型/家电型 这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。 显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。1.3.3 单片机的特点和应用1） 单片机的特点（1）有优异的性能价格比。单

24、片机的这种高性能，低价格是它最显著的一个特点。单片机尽可能把应用所需要的存储器，各种功能的I/O口都继承在一块芯片内，使之成为名副其实的单片机。有的单片机为了提高速度和执行效率，可是采用了RISC 流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能明显优于同类型微处理器，有的单片机片内的ROM可达64KB（式中的B表示为字节），片内RAM可达2KB，单片机的寻址已突破64KB的限制，八位和十六位单片机寻址可达1MB和16MB。 单片机另一个显著特点是量大面广，因此世界上个大公司提高单片机性能的同时，进一步降低价格，性能/价格之比是各公司竞争的主要策略（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能

25、部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。 （3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。单片机是电子计算机这个庞大家族中的一个特殊品种，体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适用于专门的控制用途。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次微型计算机

26、。（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。单片机大量应用于携带式产品和家用消费类产品，低电压和低功耗的特性尤为重要。许多单片机已可在2.2 V 的电压下运行，有的已能在1.2 V或0.9 V下工作；功耗降至为A级，一粒纽扣电池就可以长期使用。 (5) 集成度及可靠性高单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。外部总线增加了I C（Inter-Integrated Circuit）及

27、SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。2） 单片机的应用单片机的应用范围很广，可以说覆盖了所有领域。其主要在智能仪器和控制中的应用。(1) 单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。(2) 单片机在机电一体化中的应用机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功

28、能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。(3) 单片机在实时控制中的应用 单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。(3) 单片机在分布式多机系统中的应用 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗

29、干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 (4) 单片机在人类生活中的应用 自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。1.3.4 单片机应用系统的设计10单

30、片机应用系统的设计（开发）的最终目的是能把它应用到实时控制系统以及仪器仪表、家用电器、汽车制造、医疗器械等各个领域。由于它的应用领域很广，技术要求各不相同，因此应用系统的硬件设计可以是各种各样的，但总体设计方法和研制步骤基本相同。有关单片机应用系统的一般开发、研制方法论述如下：1） 组成单片机应用系统的基本方法用单片机组成应用系统时，实际问题的领域很宽，要求各不相同，组成的方案也千差万别，很难有一个固定的模式适应一切问题，但考虑问题的基本方法大体相似。对一般的应用系统，大都要经历如下步骤： 提出问题，了解现场，明确指标。无论是制作智能仪表还是研制工业控制系统都要对应用对象的工作过程进行深入调查

31、和分析，了解课题的目的要求、信号的种类和数量、应用的环境等等，要把课题最终的指标明确下来。 进行可行性论证，提出初步方案。分析所接受任务的技术关键，论证能否用计算机来解决，有没有别的途径，用计算机合算与否，用什么计算机等等。如果可行，应对接受的课题提出初步方案，划分软、硬件各分课题的任务。 提出各分课题的设计方案。软、硬件所承担的任务明确之后，则可以分别设计出软、硬件各自的功能及实现的方案。 完成总体设计，完成各分课题的任务，组成计算机应用系统。 对系统进行调试、修改、完善。2） 应用系统研制进程所谓应用系统，就是利用单片机为某应用目的而设计的单片机专用系统（在调试过程中通常称为目标系统）。单

32、片机的应用系统和一般的计算机应用系统一样，也是由硬件和软件所组成。硬件指单片机、扩展的存储器、输入输出设备、控制设备、执行部件等组成的系统，软件是各种控制程序的总称。硬件和软件只有紧密相结合，协调一致，才能组成高性能的单片机应用系统。在系统的研制过程中，软硬件的功能总是在不断地调整，以便相互适应，相互配合，以达到最佳性能价格比。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线仿真调试、程序固化等几个阶段。各个阶段所完成的主要工作概述如下：总体设计主要包括确定技术指标，机型及器件选择，软、硬功能划分等。硬件设计主要包括程序存储器和数据存储器芯片的选择和设计；I/O电路、A/D、D/

33、A及有关外围电路的设计；系统地址译码电路、总线驱动器等的设计等。软件的主要任务是定义系统功能，软件的结构设计，画出程序结构框图及各功能的程序框图，逐个编写程序。一般采用汇编语言编程较为适合。也可采用高级语言编程。软件设计完成后，进行在线仿真调试，也即查找程序中的错误。软件调试完成后再进行软、硬联机调试直至最后生成可用的软、硬件系统。软件和硬件联调完成以后，反复运行正常则可将用户系统程序固化到EPROM中，插入用户样机，用户系统即可脱离开发系统独立工作。详细的开发过程可以参阅有关的资料。本章主要分析了国内外温度测试的发展现状及其趋势，系统的介绍了本课题主要用到单片机。在回顾了单片机发展历史，分析

34、了其分类和特点之后，重点介绍了单片机应用系统设计，为下一步课题设计做了充分的准备。1.4 单片机应用系统的研制过程14单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。选择器件时应考虑其性能是否满足设计需求，是否具有良好的技术支持和文档支持，是否具有良好的性价比等，其核心是单片机的选型。在大多情况下，理应选择性价比高的单片机及其它器件，但在某些特殊场合，当性能成为决定因素时，应以性能优先原则选择所需的

35、单片机或其它器件。单片机一般分为51系列和52系列，本次设计用到的是52系列即8051单片机。单片机应用系统的研制过程如图所示2-1：接受设计任务明确任务、归并要求选 机，划 分 软 硬 件硬件设计软件设计联 机 仿 真 调 试排 除 故 障，修 改 程 序固 化 程 序应 用 系 统 独 立 运 行研 制 完 成 图2-1.单片机应用系统的研制过程第 2 章 基于单片机的温湿度检测系统的总体设计2.1 课题主要内容在掌握传感器与传感器技术和单片机原理与应用等教材内容和教学要求的基础上，分析国内外湿温度的发展情况，研究分析测温测湿的一些基本方法，确定单片机的硬件设计，制定检测温湿的基本检测设计

36、方案，确定硬件并写出程序蓝本。再在软件上模拟实现要求的功能，调试出结果。本文介绍了该测量仪的研制，包括温度传感器、湿度传感器、单片机接口及其应用软件，其主要内容如下:1、简单介绍了国内温湿度的检测方法及其未来发展方向。2、根据实际测量要求制定出一次仪表一传感器的选择、使用和安装方案。3、根据实际使用要求设计了相应的单片机硬件系统，该系统能够实现数据采集、温湿度值的实时显示和存储等。4、对该仪器的功能进行了初步认定，从原理和实际意义上分析了该仪器的测量误差。5、介绍本仪器的优点及不足，并对未来的发展提出了展望。2.2 系统功能根据设计要求，系统的主要内容（功能）如下：（1） 根据要求设计时钟并显

37、示；（2） 自动检测温湿度并显示；（3） 用LED显示方式；（4） 温度以为单位；2.3 系统总体设计方案将集成传感器因外部温湿度的状况产生的模拟信号经过A/D转换之后，其值由8751处理，最后将其显示在D4，D3，D2，D1共四个七段显示器。其中包含了时钟显示电路。该测量仪可以实现温湿度的测量，数据的显示、储存以及日历时间的显示。在微机控制系统中，工业生产过程的被测控参数，如温度、压力、流量、液位、成份、速度等都是连续变化的量，习惯上称为模拟量，而计算机所需要的则是离散的数字量。因此，在过程控制及微机进行数据处理的系统中，必须首先把模拟量变成数字量。这样才能送到微机进行处理和运算，然后显示打

38、印结果，或通过控制电路对现场进行控制。单片机控制的一般模式如图需测量现场传感器放大多路开关转换采样保持A/D单片机系统显示打印控制 图2-2单片机用于测量控制系统原理示意图第3章 系统的硬件设计3.1 系统总体原理框图系统总体原理框图如图3-1所示： 温度传感器测量放大放大器A/D转换输出单片机系统D/A转换器复位与时钟键盘控制LED显示湿度传感器测量放大A/D转换图3-1 系统总体原理框图3.2 信号输入部分总体设计信号输入部分总体设计如图3-2传感器缓冲器放大器A/D装换8051单片机系统图3-2 信号输入部分总体设计3.2.1 集成温度传感器1常用的热电传感器有热电阻、热电偶、集成温度传

39、感器等。集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测： （3.1）式中，k波尔兹常数；q电子电荷绝对值。集成温度传感器按输出信号可分为电压型和电流型两种，其输出电压或电流与绝对温度成线性关系。电压型集成温度传感器一般是三线制，其温度系数约为10mV/，电流 型集成温度传感器一般为两线制，其温度系数越为0.001 mV/K，常用的有LM134/234、TMP17、AK590、AD592等，电流型传感器信号适合于远距离传输而无衰变。本次设计用到电流型两线制集成温度传感器AD590（0时为0.2732

40、mA）。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：a、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：Ir/T=1mA/K式中：Ir流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度，单位为K。b、AD590的测温范围为-55+150。c、AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。d、输出电阻为710MW。e、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内

41、，非线性误差为0.3。集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流和电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集化，并把它们装封在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。它除了与半导体热敏电阻一样有体积小反应快的优点外，还具有线形好、性能高、价格低、抗干扰能力强等特点，虽然由于PN结受耐热性能和特性范围的限制，只能用来测150以下的温度，但在许多领域得到了广泛应用。其工作原理如下：AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流很容易变成电压，因此这种传感器应用十分方便。要指出的是，AD590集成温度传感器的输出电流是整个电路的电源电流

42、，而这个电流与施加在这个在这个电路上的电源电压几乎无关。3.2.2 集成湿度传感器集成湿度传感器的测量范围一般可达到0100%。但有的厂家为保证精度指标而将测量范围限制为10%95%。设计+3.3V低压供电的湿度/温度测试系统时，可选用SHT11、SHT15传感器。这种传感器在测量阶段的工作电流为550A，平均工作电流为28A（12位）或2A（8位）。上电时默认为休眠模式（Sleep Mode），电源电流仅为0.3A（典型值）。测量完毕只要没有新的命令，就自动返回休眠模式，能使芯片功耗降至最低。此外，它们还具有低电压检测功能。当电源电压低于+2.45V0.1V时，状态寄存器的第6位立即更新，使

43、芯片不工作，从而起到了保护作用。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-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。这些产品主要有一下两种类型：（1）线性电压输出式基层温度传感器典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。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）线性频率输出式基层温度传感器典型产品为HF3223型

44、。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8750Hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。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。 我们选用HIH4010湿度 传感器，它是线性电压输出式集成湿度传感器，更能满足我们设计的需要其主要性能如下：（1）热固性聚合物电容湿度传感器，带集成信号处理电路。（2）3 针 SIP 封装。（3）可检测相对湿度范围 0 100 RH （4）精度 3.5RH，1.2RH迟滞（5）工作 温度 -40 85 ，5s响应。（6）5 V DC200uA供

45、电，0.83.9V 输出。 （7）0.1in和0.05in两种引脚间距及带/不带标定可选。（8）稳定性好、低温漂、抗化学腐蚀。 （9）档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。3.2.3 放大器设计温度传感器的输出电压经过ISO100隔离放大(单增益)后，将输出电压送给测量放大器进行放大，以便放大后的输出电压和A/D转换器的量程相匹配。测量放大器的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配。它的输入失调电压、输入失调电流及输入偏置电流小，时间漂移小，因而稳定性好。它的共模抑制比大，适用于在大的共模电压背景下对微小差模信号的放大。它是一种高性能的放大器，常用于热电偶、应变电桥、流量计量、生物测量以及其它有较大共模干扰下的本质上是直流缓变的微弱差模信号放大。本设计中选用了AD521，它是美国AD公司生产的第二代单片集成精密仪表放大器。AD521的特性参数如下(1) 可调范围为0.110000(2) 温度稳定性为士(3士0.05G) PPM/(3) 失调电压为0.5mV(4) 差模输入电阻为3109W(5) 共模输入电压为6109W(6) 温漂系数为1.5uV/AD521是集成测量放大器，采用14脚双列直插式封装。 如图：3-2图3-2 AD5