多功能温湿度计设计.doc
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1、多功能数字温湿度计设计多功能数字温湿度计设计 【摘要摘要】温度和湿度是两个最基本的环境参数,人们生活与温湿度息息相关。 在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门,经常需要对环境温度与湿度 进行测量。准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要 的。因此研究温湿度的测量方法具有重要的意义。 本论文讲述了一种以单片机 AT89C52 为主要控制器件,以 DHT22 为数字温 湿度传感器的新型数字温湿度计,具有时间、温湿度显示,并且可以自行设置 温度预警值,当温度超出预警值时报警,存储温湿度的功能。 【关键词关键词】温度;湿度;DHT22;时间 Multifunction digit
2、al hygrometer design Abstract Temperature and humidity are the two most basic environmental parameters, peoples life is closely related to temperature and humidity. In industrial and agricultural production, meteorology, environmental protection, national defense, scientific research departments, of
3、ten need to measure temperature and humidity to the environment. Accurate measurement of temperature and humidity in biological pharmaceutical, food processing, paper making industries is of vital importance. So the temperature and humidity measurement method has the vital significance. This paper t
4、ells the story of a single chip microcomputer AT89C52 as the main control device, a new type of digital temperature and humidity for DHT22 digital temperature and humidity meter, time, temperature and humidity display, and was able to set temperature warning value, when temperature exceeds the warni
5、ng alarm, the function of storage temperature and humidity. Keyword Temperature; humidity; DHT22; time 目目 录录 1.1. 温湿度计发展史温湿度计发展史-1 1 1.11.1 温度计的发展史温度计的发展史 -1 1 1.21.2 湿度计的发展史湿度计的发展史 -2 2 2.2. 设计任务分析及方案论证设计任务分析及方案论证-3 3 2.12.1 设计数字温湿度计的需求分析设计数字温湿度计的需求分析 -3 3 2.22.2 设计任务及要求设计任务及要求 -3 3 2.32.3 设计总体方案及方
6、案论证设计总体方案及方案论证-3 3 2.42.4 器件的选择器件的选择 -4 4 2.4.1 主控制器芯片 -4 2.4.2 温湿度传感器 -7 2.4.3 时钟芯片 -8 2.4.4 存储芯片 -8 2.4.5 LCD12864-9 2.52.5 温湿度测量的方法及分析温湿度测量的方法及分析 -1111 3.3. 硬件电路的设计硬件电路的设计-1212 3.13.1 总体结构框图总体结构框图 -1212 3.23.2 主控制电路和测温湿电路主控制电路和测温湿电路-1212 3.33.3 存储模块与时钟模块电路存储模块与时钟模块电路-1313 3.43.4 显示模块电路显示模块电路-1414
7、 4.4. 软件设计及分析软件设计及分析 -1515 4.14.1 程序流程图程序流程图 -1515 4.24.2 DHT22DHT22 工作原理工作原理 -1616 4.34.3 DS1302DS1302 工作原理工作原理 -2222 4.44.4 AT24C02AT24C02 工作原理工作原理 -2525 4.54.5 LCD12864LCD12864 的工作原理的工作原理 -3131 5.5. 结论结论-3434 参参 考考 文文 献献-3535 致致 谢谢-3636 附录附录 A A 实物图实物图 -3737 附录附录 B B 元件清单元件清单 -3939 1 1.1.温湿度计发展史温
8、湿度计发展史 1.11.1 温度计的发展史温度计的发展史 世界上记录最热的温度是在利比亚,时间是 1922 年 9 月 13 日,温度是摄 氏 58 度,之后 1953 年在墨西哥记录到 60 度。美国记录的最高温度是在加州的 死亡谷,1913 年 7 月 10 日,温度是 56.7 度,曾经有人描述过在这个温度下的 感受,人可以感受到死亡的威胁,鸟热的从天上掉下来。 古希腊人早就知道空气在受热的时候会膨胀,在大约 2000 年前,亚历山大 的英雄(Hero of Alexandria) ,这其实是一希腊人,生活在埃及的亚历山大, 名字叫“Hero” ,他发明了一个类似蒸汽机的东西,用的就是热
9、气膨胀的原理, 但这个还不是温度计。 直到 1592 年,伽利略发明了一个类似温度计的东西,这个也可以测定气压, 1612 年,伽利略的朋友 Santorio Santorio (1561-1636) ,(并不是我把名字 打重了,他的名字和姓氏就是一样的,)他把伽利略的温度计改造了一下,在一 个封闭的系统里,随着温度的变化,空气收缩膨胀,彩色的液体高度也随着变 化,他用这个测定人体的温度变化,算是世界上第一个体温表。 直到 1713 年,Daniel Fahrenheit(1686-1736)在温度计上放上了刻度, 首先把冰融化的温度和健康人体的温度两个刻度标上,但他很快意识到,冰融 化的温度
10、是不变的,但水结冰的温度则是变化的,他把冰,水和盐混在一起, 这个温度作为 0 度,而冰融化的温度是 32 度,人体的温度是 96 度。1835 年, 人们发现人体的正常温度是 98.6 度(就是摄氏 37 度) 。Fahrenheit 有的时候 用酒精作为表示温度的液体,但后来他选择了水银,以后这个温度计的上限订 到了水沸腾的点,212 度。这个就是英国美国使用的华氏度。 1742 年,瑞典的天文学家 Anders Celsius(1701-1744)把水结冰的点定 位 0 度,水沸腾的点定位 100 度,之后 Carolus Linnaeus(1707-1778)把这 个顺序倒了过来,就是
11、现在世界上使用最广泛的摄氏度。 从摄氏度的国家来到使用华氏度的国家非常不习惯,要经常把华氏度转换 成摄氏度,才能明白天气预报是什么意思,很多年后才习惯华氏度,具体转换 2 是 F=9/5C+32,C=5/9(F-32),心算还是比较困难的。 1848 年 Kelvin 引入一个绝对 0 度的概念,就是摄氏零下 273.5 度,然后 摄氏 0 度就是 273.15K, 100 摄氏度就是 373.15K。 1.21.2 湿度计的发展史湿度计的发展史 湿度计是测量空气内含水分多少的仪器。 史记天官书中即有测湿的记 载。我国汉朝初年就已出现湿度计,它是利用天平来测量空气干燥或潮湿的。 天平湿度计的使
12、用方法,是把两个重量相等而吸湿性不同的物体,例如灰和铁, 分别挂在天平两端。当空气湿度发生变化时,由于两个物体吸入的分水不同, 重量也就起了变化,于是天平发生偏差,从而指示出空气潮湿的程度。这就是 湿度计的由来。 空气的湿度可通俗地理解为空气的潮湿程度它有绝对湿度和相对湿度之 分 绝对湿度:空气中水蒸气的压强 p 叫做空气的绝对湿度 空气的湿度可以用空气中所含水蒸汽的密度,即单位体积的空气中所含水 蒸汽的质量来表示由于直接测量空气中水蒸气的密度比较困难,而水蒸气的 压强随水蒸气密度的增大而增大,所以通常用空气中水蒸气的压强来表示空气 的湿度,这就是空气的绝对湿度 相对湿度: (1)概念的引入:
13、为了表示空气中水蒸气离饱和状态的远近而引入相对湿 度的概念 (2)相对湿度 B :某温度时空气的绝对湿度 p 跟同一温度下水的饱和汽 压 ps 的百分比叫做这时空气的相对湿度 不同温度下水的饱和汽压可以查表得到 在绝对湿度 p 不变而降低温度时,由于水的饱和汽压减小而使空气的相 对湿度增大。 居室的相对湿度以 60 % 70 %较适宜。 3 2.2. 设计任务分析及方案论证设计任务分析及方案论证 2.12.1 设计数字温湿度计的设计数字温湿度计的需求分析需求分析 温度与湿度与人们的生活息息相关。在工农业生产、气象、环保、国防、 科研等部门,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
14、在 生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。传统的温度计是用水银柱 来显示的,虽然结构简单、价格便宜,但是它的精确度不高,不易读数。传统 湿度计采用干湿球显示法,不仅复杂而且测量精度不高。而采用单片机对温湿 度进行测量,不仅具有控制方便,简单和灵活等优点,而且可以提高温湿度的 测量精度。用 12864 液晶显示屏来显示温湿度的数值和时间,看起来更加直观。 测量温湿度的关键是温湿度传感器。过去测量温度与湿度是分开的。随着 技术的进步和人们生活的需要出现了温湿度传感器。温度传感器的发展经历了 3 个阶段:传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传 感器。目前,国际上新型温度传
15、感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、 网络化的方向发展。湿度传感器也是经历了这样一个阶段逐渐走向数字智能化。 总之,无论在日常生活中还是在工业、农业方面都离不开对周围环境进行 温湿度的测量。因此,研究温湿度的测量具有非常重要的意义。 2.22.2 设计任务及要求设计任务及要求 设计一个以单片机为核心的多功能温湿度测量系统,可实现的功能为: (1)有日期,时间等显示功能; (2)用户还可自行设置合适的温度; (3)超出设置的合适温度时,蜂鸣器会提示; (4)可存储并查看温湿度。 4 2.32.3 设计总体方案及方案论证设计总体方案及方案论证 按照系统设计功能的要求,确定系统由 7 个模块组
16、成:主控制器模块,温 湿度传感模块,键盘输入模块,时钟模块,存储模块,LCD 显示电路及蜂鸣器 模块。 主控制器的功能有单片机来完成,主要负责处理由温湿度传感器、时钟芯 片传递来的数据,并把处理好的数据送向显示模块,以及把数据发给存储芯片 和接收存储芯片发来的数据。温湿传感器主要用来采集周围环境参数,并把所 采集来的参数送往主控制器。按键电路主要用来完成时间的调整,设定温湿度 适宜范围,存储和查询温湿度。这里需要 6 个按键,两个用来调整时间,两个 用来设定温湿度适宜范围,还有两个用来存储和查询温湿度。蜂鸣器模块是由 一个蜂鸣器组成,用来判断周围环境的温度是否超出设定值了,当温度超出设 置的预
17、警值时,蜂鸣器会发出声响。 2.42.4 器件的选择器件的选择 2.4.1主控制器芯片主控制器芯片 AT89C52 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k bytes 的可 反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM), 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元,AT89C52 单片机在 电子行业中有着广泛的应用。 AT89C52 有 40 个引脚,32 个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含 2 个 外中断口,3 个
18、 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,2 个读写口线, AT89C52 可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器 和 Flash 存储器结合在一起,特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开 发成本。 AT89C52 为 8 位通用微处理器,采用工业标准的 C51 内核,在内部功能 及管脚排布上与通用的 8xc52 相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。功能 包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化,会 5 聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通 信等。主要管脚有:XTAL1(
19、19 脚)和 XTAL2(18 脚)为振荡器输入输出端 口,外接 12MHz 晶振。RST/Vpd(9 脚)为复位输入端口,外接电阻电容组 成的复位电路。VCC(40 脚)和 VSS(20 脚)为供电端口,分别接+5V 电源 的正负端。P0P3 为可编程通用 I/O 脚,其功能用途由软件定义,在本设计中, P0 端口(3239 脚)被定义为 N1 功能控制端口,分别与 N1 的相应功能管脚 相连接,13 脚定义为 IR 输入端,10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控制端口,分 别连接 N1 的 SDAS(18 脚)和 SCLS(19 脚)端口,12 脚、27 脚及 28 脚定 义为握手信号
20、功能端口,连接主板 CPU 的相应功能端,用于当前制式的检测 及会聚调整状态进入的控制功能。 P0:P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口, 也即地址/数据总线复用 口。作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路,对端 口 P0 写“1”时,可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低 8 位) 和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时,P0 口接收 指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。 P1:P1 口 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口, P1 的输
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