温湿度测量(一)

温湿度测量(一)

目  录
设计任务  ………………………………………………（4）
方案论证与比较 ………………………………………（4）
总体方案  ………………………………………………（4）
系统硬件设计  …………………………………………（5）
系统软件设计  …………………………………………（10）
系统测试与分析…………………………………………（13）
设计总结 …………………………………………………（13）
参考资料 …………………………………………………（14）
附录…………………………………………………………（15）

摘要
 本温湿度测量系统，以AT89S52单片机为核心，由语音发声、温湿度采集、串行口、遥控电路、LED静态显示电路等功能模块组成。基于题目基本要求，本系统对语音报数、温湿度采集、LED静态显示电路进行了重点设计。此外，扩展了单片机外围接口，加入了串口，为以后扩展功能预留了空间。本系统吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要求的基本功能,而且增加了一些功能，进行了一定的创新。本温湿度测量系统的最大优点为温湿度测量的精度已经达到了工业标准，不仅成本低而且具备了市面上温湿度计的一切功能。 
关键字：单片机   LED静态显示   遥控   语音 

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 

 

 

设计任务
 1.1设计任务 
    设计一个温度湿度实时测量的仪器
 1.2设计基本要求
    能够适时地测量温度、湿度并由LED数码管显示出来
 1.3发挥
    我们利用遥控器控制语音芯片，准确地播放温度值、湿度值
二、方案论证
 2.1 显示部分:
 方案一：动态显示，
 动态显示，此种显示的优点是使用硬件少，价格低，线路简单。但占用单片机时间长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。方案二：静态显示，
 静态显示，虽然使用元件多，且线路比较复杂，但是显示占用机时少，显示可靠，用起来比较方便。适合于单片机长时间做其他工作不管理显示的情况。
 鉴于上述原因, 我们采用方案二
2.2 温湿度采集部分
 方案一：采用热敏电阻、湿敏电阻。但湿、热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测要求精度高的温湿度是不适用的。
 方案二：采用集成温湿度传感器。集成温湿度传感器测量精度高，能把温度转化成数字，测得的温湿度值的存储在自带RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。
 基于温湿度传感器的以上优点，我们决定选用方案二 。
2.3语音部分
 ISD1420语音芯片能实现要求的放音功能，而且价格也不高。
2.4控制发音部分
 方案一：采用按键。比较简单。
 方案二：采用遥控器，比较方便。
 为方便着想，我们选择方案二。
三、总体方案
 3.1  工作原理:
 利用单片机AT89S52单片机作为本系统的总控模块。一片AT89S52单片机可把由DHT90读来的数据利用软件计算出温湿度，再把数据传输到静态显示模块，实现温度、湿度的显示。通过串口把温湿度数据传输到另一片AT89S52上，在通过遥控器控制语音电路发音，报出测到的温湿度数据。
 3.2 电路原理图:
 电路原理图如下图所示

 图一 电路原理图
四、系统硬件设计（单元电路设计及分析）
 4.1 AT89S52单片机最小系统：
 最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为AT89S52单片机的最小系统。如图二。
图二

 4.2 温湿度测量模块:
 DHT90接口电路图
 图三

 4.3LED显示模块：
 采用静态显示，如图四所示。

图四  显示模块电路图
介绍一下用到的主要芯片：
 4.3.1. 74LS47  TTL BCD—7段高有效译码-驱动器
引脚图：
图五
 74LS47真值表

输入 输出 
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. 74LS373三态同向八D锁存器
引脚图：
图六
真值表：
输出控制 时钟 D 输出
 
L  H H 
L  L L 
L L X Q0 
H X X Z 
 Z 高阻态            表 2
 4.3.3. 74LS244  八同向三态缓冲器-----线驱动器
引脚图：
图七

真值表：
输入 输出 
G A Y 
L L L 
L H H 
H X Z 
表3
4.4电源选择：
 电路图如图八
 
 
图八
 
 
4.5.语音电路
 
图九
4.6.遥控部分
 
4.7总电路图：

五、系统软件设计
程序流程图：
(1)、第一个单片机：

(2)、第二个单片机：

 串口中断：

  
 INT0中断：

系统测试与分析
测试数据：
温度
实际温度（摄氏度） 20.5 25.3 16.7 14.5 18.7 
测试温度（摄氏度） 20 25 17 14 19 

湿度

实际湿度（%） 35 47 57 65 67 
测试湿度（%） 37 49 58 66 70 
经测试，所测数据均符合要求，达到原定标准。

七、设计总结
 经过小组成员半年来的奋斗，完成了题目所要求基本部分，另外还做进了一些新的功能，很好的完成了温度湿度测量的基本要求，通过这次课程设计掌握了很多新的知识。
 通过设计本系统，我们学到了很多关于单片机，传感器和电路设计方面的许多知识，将理论与实践相结合是一个很有难度的事情，在这次实验中，我们不断地查找很多专业方面的知识和实验仪器设备，以及学术论文，学到了如何查阅科技论文，和很好的利用科技知识，将知识和实际生活所需结合起来，使我们懂得学的东西有所用，有所长。科学研究是一件很艰苦也是一件很有成就感的工作，在这次实验中有很深的体会。以后要多加思考和动手，及时将所学的知识由于实际的工作和学习中，让知识活起来，让脑子动起来，为将来的工作学习打下坚实的基础。

八、参考资料
  1．《基于单片机结构的智能系统设计与实现》 沈红卫  编  电子工业出版社
 2．《单片机原理与接口技术》 黄惠媛  编  海洋出版社
 3．《单片机应用技术》  周平  伍云辉  编  电子科技大学出版社
 4．《8051单片机实践与应用》 吴金戌 沈金阳 郭庭吉  编  清华大学出版社
 5．《电子设计竞赛赛题解析》 黄正谨等编  东南大学出版社 

九、附录
 数字温湿度传感器  DHT 90
 介绍_ 利用SHT1x 加工而成
 用途—相对湿度、温度测量和露点测量
 优点：
 _ 全标定输出，无需标定即可互换使用
 _ 卓越的长期稳定性
 _ 两线制数字接口，无需额外电路
 _ 基于请求式测量，低能耗
 _ 超小尺寸
 _ 自动休眠
 _ 超快响应时间
 _ 比SHT7x 更低的价格
 DHT9x 产品概述
 DHT90是利用SHT1x 传感器，重新在国内封装得到。因为SHT1x 不方便手工焊接，很容易在焊接的时候，由于温度过高造成传感器直接损坏，因此我们采用了DHT90温度湿度传感器。它利用回流焊机，极为精确地控制焊接温度，保证传感器不会在焊接过程中受损。焊接完成后逐一对传感器进行电性和精度检测，以确保每一个传感器都是合格的。DHT9x 采用标准的2.54mm 插针，可以直接与标准2.54mm 插座配合使用。DHT9x 外形接近SHT7x，性能和SHT7x 完全一样，价格又比SHT7x 便宜很多，是替换SHT7x 的理想产品。
 

                                    
 1.  传感器性能说明

2.典型应用电路

 2.1 电源引脚
 SHTxx 的供电电压为2.4~5.5V。传感器上电后，要等待11m 来完成“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的滤波电容。
 2.2 串行接口 (两线双向)
 SHTxx 应用的的串行接口技术，在传感器信号读取及电源损耗方面都做了优化处理；但与I2C 接口不兼容。
 2.2.1 串行时钟输入 (SCK)
 SCK 用于微处理器与SHTxx 之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK 频率。
 2.2.2 串行数据 (DATA)
 DATA 三态门用于数据的读取。DATA 在SCK 时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK 时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK 时钟高电平时，DATA 必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10kΩ）将信号提拉至高电平（参见图2数据采集电路）。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O 电路中。详细的IO 特性，参见表5。
 2.2.3 发送命令
 在程序开始，用一组“ 启动传输”时序表示数据传输的初始化。它包括：当SCK 时钟高电平时DATA 翻转为低电平，紧接着SCK 变为低电平，随后是在SCK时钟高电平时DATA 翻转为高电平。
 
 图 1 “启动传输”时序
 后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”），和五个命令位。SHTxx 会以下述方式表示已正确地接收到指令：在第8 个SCK 时钟的下降沿之后，将DATA下拉为低电平（ACK 位）。在第9 个SCK 时钟的下降沿之后，释放DATA（恢复高电平）。
            表一

 2.2.4 测量时序(RH 和 T)
 发布一组测量命令（‘00000101’表示相对湿度RH，‘00000011’表示温度T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约11/55/210ms ，分别对应8/12/14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度，最多有±15%变化。SHTxx 通过下拉DATA 至低电平，表示测量的结束。控制器在触发SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号。接着传输2 个字节的测量数据和1 个字节的CRC 奇偶校验。uC 需要通过下拉DATA 为低电平，以确认每个字节。所有的数据从MSB 开始，右值有效（例如：对于12bit 数据，从第5 个SCK 时钟起算作MSB；而对于 8bit 数据，首字节则无意义）。用CRC 数据的确认位，表明通讯结束。如果不使用CRC-8 校验，控制器可以在测量值LSB 后，通过保持确认位ack 高电平，来中止通讯。在测量和通讯结束后，SHTxx 自动转入休眠模式。
 警告：为保证自身温升低于0.1℃，SHTxx 的激活时间不要超过15%（例如，对应12bit 精度测量，每秒最多进行3 次测量）。
 2.2.5 通讯复位时序
 如果与SHTxx 通讯中断，可以利用下列信号时序复位串口：
 当DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟9 次或更多。在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。
 
 
 图 2 通讯复位时序
 2.2.6 CRC-8 校验
 数字信号的整个传输过程由8bit 校验来确保。任何错误数据将被检测到并清除。
 
 3.测量时序举例
 
 4.测量时序概览
 (TS = 启动传输)
 5.时序图
 
 
 6.输出转换为物理量
 6.1 相对湿度
 为了补偿湿度传感器的非线性以获取准确数据，建议使用如下公式修正读数：
 SORH c1 c2 c3
 
  6.2 湿度转换系数
 简化的修正算法，可参阅应用说明“相对湿度与温度的非线性补偿”。湿度传感器对电压基本上没有依赖性。
 
 图3 从 SORH 转换到相对湿度
 相对湿度对于温度依赖性的补偿由于实际温度与测试参考温度25℃ (~77℉)的显著不同， 应考虑湿度传感器的温度修正系数：
 SORH t1 t2
 
 附表 1 温度补偿系数
 相当于 ~0.12 %RH /℃ @ 50 %RH
 6.3 温度
 由能隙材料PTAT (正比于绝对温度) 研发的温度传感器具有极好的线性。可用如下公式将数字输出转换为温度值：
 
 
 附表2、温度转换系数表

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