湿温度测试系统传感器课程设计--毕业设计.doc

湘潭大学

课 程 设 计

课 程 传感器
题 目 温湿度测试系统
院 系 材料与光电物理学院
专业班级 测控技术与仪器
学生姓名
学生学号
指导教师

2013 年08 月 日
任务书
课程 传感器原理设计与应用
题目 温湿度测试系统
专业 测控技术与仪器 姓名 学号
组长 组员
（1） 设计目的：设计制作一个温湿度，温度测量范围为-10-50℃，湿度为0-100%

实验仪器：电烙铁，Proteus软件，Keil软件,剥线钳，万用表，温度计

主要内容：该系统主要有以下系统快构成：中央控制处理器STC89C52组成的主机系统；环境数据采集系统，输出显示与键盘控制系统等。
主要的系统电路有：电源电路，温度传感器与湿度传感器电路，显示电路，报警电路，键盘输入电路。
该系统的主要特点有：
（1）、该产品互换性好，响应速度快，抗干扰电路图，外围电路简单易懂，因此体积小。
（2）、该系统能用软件的方式控制硬件，所有用软件方式设计的系统向硬件的转换是由有关开发软件完成的，易操作。
（3）、可以从以前的组合设计转向真正的自由设计，所以设计的移植性好，效率高。
参考资料

1、《单片机原理及应用》湘潭大学出版社；
2、《单片机接口技术》（C51版）中国水利水电出版社；
3、郭天祥“十天学会单片机”视频;
4、《传感器原理设计与应用》国防科技大学出版社；

完成期限 2013.08.20

2013 年08 月20日
温湿度测试系统设计

摘要：此温湿度测试系统是基于单线式温度传感器DS18B20、电容式湿度传感器HS1101、单片机STC89C52对温湿度分别测试并通过液晶显示屏1602经行显示。温度传感器DS18B20是单线式，体积超小，硬件开销超低，抗干扰能力强，精度高，附加功能强的理想单片机温度传感器，可实时根据指令给出温度数据，可读性高。HS1101是电容式空气湿度传感器，在不同的湿度环境下呈现不同的电容数值，0%-100%RH湿度范围内，电容从162变到200PF，误差为2%RH,可见精度非常之高，为了反映出其电容的变化，本系统采用555多谐振荡电路产生不同的频率，用于检测湿度。单片机采集到的两个传感器给出的数据进行处理与计算，得出当前的温度与湿度并送给液晶屏显示。本系统具有可读性高，稳定性高，反应速度快，测量值准确的特点。
关键词：单片机，温湿度，DS18B20，传感器，液晶显示器

Abstract：
Key words：microcontroller, temperature and humidity,DS18B20,sensor,LCD
引言:
二、方案设计
（1）、方案的选取

DS18B20传感器;

HS1101湿度传感器

（2）、显示模块的选取
采用1602液晶模块显示所测数据，1602接线简单方便，同时也能满足显示需求，价格远低于12864液晶。

三、.结果及原理分析
根据所要实现的功能，将系统模块化设计，总体模块结构图如下图所示：
以下就分别就各模块功能实现进行设计。
1. 1602液晶显示模块电路设计
1602液晶显示模块电路原理图如下所示：

2. DS18B20温度检测模块

如上图所示。其中温度传感器DS18B20的各引脚功能如下：
1：GND接地；2：DQ输出端；3：VCC电源。
3. HS1101湿度检测模块
555芯片外接电阻R4、R5、R6、R8与HS1101，构成对HS1101的充电回路，7端通过芯片内部的晶体管对地短路实现对HS1101的放电回路，并将引脚2,6端相连引入片内比较器，构成多谐振荡器。

HS1101作为一个变化的电容器，原理图中我们用电容代替，连接2和6引脚，
充电，放电时间：

由HS1101的技术手册可得湿度和电容的函数关系呈线性关系，因此有：

当时

由得，空气相对湿度与555芯片输出偏绿存在一定关系，可通过微处理器采集555芯片的频率，查表即可得到相对湿度。（电容不可直接测量，由555多谐振荡器检测频率，有单片机计算电容值，进而求得相对湿度）
4. 电源模块
系统部分电源采用的是4节1.5伏干电池，能为系统提供稳定的5V电压。
四、 软件流程图

五、 系统总的程序设计
见附录一

六、 设计过程问题解决
本次设计过程很费周折，由于proteus里面缺少一些必要的元件，故实验过程中是先设计好硬件电路，焊好电路以后才进行调试的，其间的艰难可想而知。也因为这样，硬件电路的错误比较多，中间一直在修改硬件电路，造成电路板修修补补不美观。
实验过程中遇到的困难很多 ，尤其是实现界面切换和返回主界面的过程，同时光标也要随着界面一起移动。否则就会显示出错。而在本次设计过程中，我们调用了两次显示，一次写显示温度，一次显示湿度。

4.总结
1. 刚开始烧了程序以后，发现LCD什么都不显示，后来发现是因为没有开背光，因为没开背光显示不明显，如果角度不对会发现什么都没显示。而背光要通过可调电阻来调，在1602的背光正极接一个可调电阻，电阻的两端是接地和电源。
2. 能够显示以后，发现显示界面一直在刷新，显示不稳定。原因是每秒随着秒刷新初始化界面一次，解决的方案是不重新调用显示，而是只给显示秒的位置刷新，其他时间随秒变化。温湿度值则是有了变化就刷新。
3. 由于编写程序时，没有考虑到温度传感器DS18B20数据的十六进制与显示字符之间的数据处理关系，导致在液晶屏中只显示了传回的最后一个十六进制数所对应的ASCⅡ的字符，找到问题的解决关键所在后，经过数的分位与字符显示后，成功的显示了传回的温度、湿度的数据，让我们距离成功只差一小步了。

参考文献

1、《单片机原理及应用》湘潭大学出版社；
2、《单片机接口技术》（C51版）中国水利水电出版社；
3、郭天祥“十天学会单片机”视频;
4、《传感器原理设计与应用》国防科技大学出版社；
附录一：系统总程序

# include<intrins.h>
# define uchar unsigned char
# define uint unsigned int
sbit DQ=P2^0;//定义DS18B20端口DQ
sbit BEEP=P2^2;//蜂鸣器驱动器

bit presence;
sbit LCD_RS=P1^2;
sbit LCD_RW=P1^1;
sbit LCD_EN=P1^0;
sbit led=P2^1;
sbit key1=P2^3;
sbit key2=P2^4;

uchar code cdis1[]={"wendujishiyan"};
uchar code cdis2[]={"T= , C" };

uchar code cdis3[]={"shidujishiyan"} ;
uchar code cdis4[]={"shidu: %"};

uchar code cdis5[]={"the system of "};
uchar code cdis6[]={" temp and hum"};

unsigned char data temp_data[2]={0x00,0x00};
unsigned char data disp[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
unsigned code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x04,0x04,
0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};

void beep();
unsigned char code mytb[8]={0x0c,0x12,0x12,0x0c,0x00,0x00,0x00,0x00};
bit int_flag;//定时器0 1S到标志位
unsigned char volatile int_count;//定时器0中断次
unsigned char volatile T1count;//定时器1中断次
unsigned long sum,wet;//1s内脉冲个数
unsigned char le[16];//LED显示缓存

# define delayNOP();{_nop_();_nop_();_nop_():_nop_();};
/************************************************/
void delay1(int ms)
{
unsigned char y;
while(ms--)
{
for(y=0;y<250;y++)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();

}
}
}
/********/
/*检查LCD忙状态 */
/*lcd_busy为1时，忙，等待。lcd_busy为0时，闲，可写指令与数据*/
/********/
bit lcd_busy()
{
bit result;
LCD_RS=0;
LCD_RW=1;
LCD_EN=1;
delayNOP();
result=(bit)(P0&0X80);
LCD_EN=0;
return(result);
}

/***************************/
/*写指令数据到LCD*/
/*RS=L,RW=L,E=高脉冲，D0-D7=指令码*/
/************/
void lcd_wcmd(uchar cmd)
{
while(led_busy());
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_EN=0;
_nop_();
_nop_();
P0=cmd;
delayNOP();
LCD_EN=0;
}
/*********************/
/*写数据到LCD
/*RS=H,RS=L,E=高脉冲，D0-D7=数据。*/
/*********************/
void lcd_wdat(uchar dat)
{
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_EN=0;
delayNOP();
LCD_EN=0;
}

/*LCD初始化 */
/*********************************/
void lcd_init()
{
delay1(15);
lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的显示内容
lcd_wcmd(0x38); //16*2显示，5*7点阵，8位数据
delay1(5);
lcd_wcmd(0x38);
delay1(5);
lcd_wcmd(0x38);
delay1(5);

lcd_wcmd(0x0c); //显示开，关光标
delay1(5);
lcd_wcmd(0x06); //移动光标
delay1(5);
lcd_wcmd(0x01); //清除LCD显示内容
delay1(5);
}

/*设定显示位置 */
/*******************************************/
void lcd_pos(uchar pos)
{
lcd_wcmd(pos|0x80);//数据指针=80+地址变量
}
/*自定义字符写入CGRAM */
/*************************************/
void writeab()
{
unsigned char i;
lcd_wcmd(0x40);
for(i=0;i<8;i++)
lcd_wdat(mttab[i]);
}

/*us级延时函数 */
/***************************/
void Delay(unsigned int num)
{
while(--num);
}
/**********************************/
/***********8温度测量****************/
/*******************************/
/*初始化ds1820
/****************************************/
Init_DDS18B20(void)
{
DQ=1; //DQ复位
Delay(8); //稍作延时

DQ=0; //单片机将DQ拉低
Delay(90); //精确延时大于480us

DQ=1; //拉高总线
Delay(100);
DQ=1;

return(presence);//返回信号，0=presence,1=no presence
}

/*读一个字节 */
/************************************/
ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0;
unsigned char dat=0;

for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;//给脉冲信号
dat>>=1;
DQ=1;// 给脉冲信号

if(DQ)
dat|=0x80;
Delay(4);
}

return(dat);
}

/*写一个字节 */
/*************************************/
WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
DQ=dat&0X01;
Delay(5);

DQ=1;
dat>>=1;
}
}

/*读取温度 */
/****************************/
Read_Temperature(void)
{
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xcc);//跳过读序列号的操作
WriteOneChar(0x44);//启动温度转换

Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xcc);//跳过读序列号的操作
WriteOneChar(0xbe); //读取温度寄存

temp_data[0]=ReadOneChar(); //温度低八位
temp_data[1]=ReadOneChar(); //温度高八位

}
/*数据转换与温度显示 */
/****************************/
Disp_Temperature()
{
display[4]=temp_data[0]&[0]&0x0f;
display[0]=ditab[display[4]]+0x30 ;

display[4]= ((temp_data[0]&0xf0)>>4)|((temp_data[1]&0x0f)<<4);
display[3]=display[4]/100+0x30;
display[1]=display[4]%100;
display[2]=display[1]/10+0x30;
display[1]=display[1]%10+0x30;
display[2]=0x20;
if(display[3]==0x30) //高位为0，不显示
{
display[3]=0x20;
if(display[2]==0x30) //次高位为0，不显示
display[2]=0x20;
}
lcd_pos(ox48);
lcd_wdat(display[3]); //百位显示
lcd_pos(0x49);
lcd_wdat(display[2]); //十位显示
lcd_pos(ox4a);
lcd_wdat(display[1]); //个位显示
lcd_pos(ox4c);
lcd_wdat(display[0]); //小数位显示

}
//报警
void baojing()
{
if(display[2]>=0x32&&display[1]>=0x31)
{
BEEP=1;
}
else
{
BEEP=0;
}
}
/*************************************************/
/******************湿度测量***********************/
/**************************************************/

//软件延时
void delay(unsigned int cnt)
{
while(--cnt);

}
//定时

//定时器0初始化
void init_t0(void)
{
TMOD=(TMOD&0xf0)||0x01;
TH0=0x4c;
TL0=0x00;

}
//定时器1初始化
void init_t1(void)
{
TMOD=(TMOD&0x0f)||0x50;
TH1=0x00;
TL1=0x00;

}
//定时器0中断服务程序
void int_t0(void) interrupt 1
{
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;

int_count++;
if(int_count==20)
{
TR1=0;
int_flag=1;
int_count=0x00;
}
}
//定时器1中断服务程序
void int_t1(void) interrupt 3
{
T1count++;

}
void disp(void) //湿度显示函数
{
int_flag=0;
sum=TL1+TH1*256+T1count*65536;//计算1秒内的脉冲个数
//以下将数据格式化，转成LED可显示的BCD码
wet=100-(sum-4000)/50;//湿度计算公式
le[0]=wet%10;//最低位
wet=wet/10;
le[1]=wet%10; //第二位
wet=wet/10;
let[2]=wet%10 //第三位
wet=wet/10;
int_count=ox00;
T1count=0;
TH1=0x00;
TL1=0x00;
TR1=1;
lcd_pos(ox4a);
lcd_wdat(le[2]+48);
lcd_pos(0x4b);
lcd_wdat(le[1]+48);
lcd_pos(ox4c);
lcd_wdat(le[0]+48);
delays(100);

}
void wendu_Menu() //显示温度的菜单
{
uchar m;

lcd_pos(0); //设置显示位置为第一行第一个字符
m+0;
while(cdis1[m]!='\0')
{ //显示字符
lcd_wdat(cdis1[m]);
m++;
}
lcd_pos(0x40); //显示字符
m=0;
while(cdis4[m]!='\0')
{
lcd_wdat(cdis2[m]); //显示字符
m++;
}
writeab();
delay1(5);
lcd_pos(ox4d);
lcd_wdat(0x00); //显示自定义字符

}
void ok_menu()
{
uchar m;
lcd_pos(0); // 设置显示位置为第一行第一个字符
m=0;
while(cdis5[m]!='\0')
{ //显示字符
lcd_wdat(cdis5[m]);
m++;
}
lcd_pos(0x40); //设置显示位置为第二行第一个字符
m=0;
while(cdis6[m]!='\0')
{ //显示字符
lcd_wdat(cdis6[m]);
m++;
}
}
/**********************************************************/
//主函数
void main()
{
EA=1;
init_t0();//初始化定时器
init_t1();
TR0=1;
TR1=1;
ET0=O;
lcd_init();
ok_menu();
BEEP=0;

while(1)
{
if(key1==0)
{
lcd_init;
wendu_Menu();
do
{
Read_Temperature();
Disp_Temperature();
baojing();
}
while(key2)
}
if(key2==0)
{
lcd_init;
shidu_Menu();
do
{
if(int_flag==1)
{
disp();
}
}
while(key1)
}
}
}