温湿度测量系统--基于单片机和温度传感器DS18B20、HS1101是电容式空气湿度传感器

基于单片机和DS18B20的多点温度检测报警系统摘要本文主要介绍以STC89C51单片机为上位机、以数字温度传感器DS18B20为温度采集元件的多点温度检测报警系统，其主要可以分为五个模块：温度检测模块、数据处理模块、温度显示模块、异常报警模块和系统设置模块。

该系统可以将各点的温度值实时的在上位机显示屏显示，还可以通过按键对各点的温度限值进行设定，当实际温度值超出系统温度限值时就会触发蜂鸣器进行报警。

该系统成本低、设备稳定，适用于家居、商场以及一些小型企业的仓库的温度检测与监视。

关键词单片机；数字温度传感器；温度采集与报警Multi-channel Temperature Detection Alarm System Based on Microcomputer and DS18B20引言随着我国人民生活水平的日益提升，人们越来越重视我们的人身安全问题。

现实生活中由于温度高于（或低于）温度限值而引发的火灾、爆炸等事故是人身安全的一重大隐患，显然有效地降低此类事故的发生显得格外重要，而这一目标的实现必须依靠先进的控制技术和设备对环境温度进行监控。

传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器的输出为模拟信号，必须利用A/D 转换器获得数字信号后才能进行数据的处理，这使得电路的设计较复杂，而且制作成本也比较高。

基于DS18B20数字温度传感器，设计出了一个温度测量、显示及报警系统。

该系统由51单片机STC89C51控制，并由液晶显示屏实时显示温度，也可设定系统温度的上限与下限，以便在温度超过或低于限值时进行报警。

1 数字温度传感器DS18B20的结构特征介绍1.1 DS18B20是一种集成化的数字温度传感器，广泛应用于实验室、仓库以及车间等场所，其主要特性如下。

（1）采用“单总线”接口方式；（2）将温度值转换成数字的速度很快；（3）电压适应范围较宽，电压范围：3.0～5.5V；（4）DS18B20内部完整的集成了传感器件和转换电路；（5）温度测量范围：55℃～125℃，在10℃～85℃时精度为±0.5℃；（6）DS18B20支持多点组网功能，可将多个DS18B20并联在一起，实现多点测温。

基于DS18B20的多点温度测控系统作者：俞云强来源：《数字技术与应用》2013年第08期摘要：DS18B20是一种单总线、高精度的数字式温度传感器。

本文介绍了由DS18B20和单片机组成的多点温度测控系统的硬件电路及软件设计。

该系统电路简单、运行可靠、用途广泛。

关键词：温度测控 DS18B20 单片机中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0011-021 引言在工农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制是非常重要的。

传统的测温系统采用热电偶、热电阻类温度传感器，它们将温度值转换为电动势或电阻值的变化，这些模拟信号要经过远距离采样、调理和模数转换后才能进入单片机处理，要获得较高的测温精度，还必须采用措施解决由长线传输，多点切换及放大器零点漂移等造成的误差补偿问题。

因此这样构成的系统硬件复杂、调试困难、成本较高。

采用数字温度芯片DS18B20测量温度，其输出值可直接进入单片机处理及控制，组建的测温系统的电路简单、抗干扰性能好、适合于恶劣环境下的温度测控。

2 多点测温系统的组成本系统采用主从分布式结构，由一台上位机（PC机）和多台下位机（AT89C52单片机）组成两级分布式多点温度测控系统。

一台下位机可完成8路温度的测量和控制。

上位机与下位机间采用RS-232串行通讯连接，通过上位机控制下位机进行现场温度采集和开关信号输出，控制继电器的通断，再由继电器触点控制现场制冷或加热设备工作，从而调节各点温度值。

温度值既可以送回上位机进行数据处理，由显示器显示。

也可以由下位机单独工作，通过LED 显示器实时显示当前各点温度值，系统的组成如图1所示。

3 硬件系统设计3.1 温度检测系统采用的测温传感器DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的数字式温度传感器。

全部传感元件及转换电路集成在一块芯片内，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，CPU只需一根端口线就能与多片DS18B20通信。

DS18B20数字温度传感器介绍[日期:2011-02-22 ] [来源:本站编辑作者:佚名] [字体：大中小] (投递新闻)目前常用的微机与外设之间进行的数据通信的串行总线主要有I 2C 总线，SPI 总线等。

其中I 2C 总线以同步串行 2 线方式进行通信（一条时钟线，一条数据线），SPI 总线则以同步串行3 线方式进行通信（一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线）。

这些总线至少需要两条或两条以上的信号线。

而单总线（1-wire bus ），采用单根信号线，既可传输数据，而且数据传输是双向的，CPU 只需一根端口线就能与诸多单总线器件通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

因而，这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，软件设计简单，便于总线扩展和维护。

同时，基于单总线技术能较好地解决传统识别器普遍存在的携带不便，易损坏，易受腐馈，易受电磁干扰等不足，因此，单总线具有广阔的应用前景，是值得关注的一个发展领域。

单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换，控制都由这根线完成。

主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线。

单总线通常要求外接一个约为 4.7K 的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平。

DS18B20 数字式温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同的是，使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。

部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，这也就缩短了开发的周期。

DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：（1 ）采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯。

基于DS18B20的温度测量系统设计概述：DS18B20是一种数字温度传感器，具有精确度高、稳定性好、尺寸小等特点。

本文将基于DS18B20设计一个温度测量系统，主要包括硬件设计和软件设计两部分内容。

硬件设计：1.传感器模块：DS18B20传感器模块包括一个温度传感器和一个数字转换芯片。

传感器模块通过串行总线与主控设备进行通信，并提供温度数据。

2.单片机：选择一种适合的单片机作为主控设备，负责与传感器模块通信，并实现相关功能。

3.显示模块：通过液晶显示屏或数码管等模块，将测量到的温度实时显示出来。

4.电源模块：为系统提供稳定的直流电源，使系统能够正常工作。

软件设计：1.通信协议：将单片机与传感器模块之间的通信协议设置为1-Wire协议，该协议简单易实现，并且可以同时连接多个传感器。

2.初始化：在系统启动时，初始化单片机与传感器模块之间的通信，并对传感器模块进行必要的设置，如分辨率、精确度等。

3.数据读取：通过1-Wire协议，单片机向传感器模块发送读取温度的指令，传感器模块将温度数据以数字形式返回给单片机。

4.数据处理：单片机接收到温度数据后，进行相应的数据处理，可以进行单位转换、滤波处理等。

5.数据显示：将处理后的温度数据通过显示模块实时显示出来。

系统应用：1.工业自动化：用于监测生产设备的温度，实现设备状态监控和预警功能。

2.室内温控：通过与空调系统或暖气系统的连接，实现室内温度的精确控制。

3.热管理：用于监测电子设备或电路板的温度，保证设备运行时的稳定性和散热效果。

总结：基于DS18B20的温度测量系统设计，通过选用合适的硬件模块和软件设计方案，可以实现精确、稳定的温度测量，并通过通信和显示模块实时反馈温度数据。

该系统具有应用广泛、性能可靠等优点，在工业自动化、室内温控、热管理等领域有着重要意义。

湿度传感器的分类湿度传感器分类按工作原理：电阻型 --根据相对湿度的变化，产生相应的改变阻值典型产品HS1101电容性 -- 根据相对湿度的变化，产生相应的改变容值典型产品C5-M3按输出方式：元件类--- 输出电阻或者电容信号，线性不太好，需要做后期处理，放大电路才能使用，例如HS1101,C5-M3,VH-01,CL-H003等等模块类--- 输出线性的电压或频率信号，一般是5VDC 供电。

例如HF3226,HM1500,HIH4000,RHU223,RHU222,VHM- 10等等。

变送器--- 带外壳，12~30VDC供电，线性输出0~5/10VDC,4~20mA RS485，一般都是温湿度一体的，例如VHT-1,VHT-2 系列，可直接用于工程安装现场。

DS18B20数字温度计使用DS18B20数字温度计使用1．DS18B20基本知识DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。

因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

1、DS18B20产品的特点（1）、只要求一个端口即可实现通信。

（2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。

（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。

（4）、测量温度范围在－55。

C到＋125。

C之间。

（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。

（6）、内部有温度上、下限告警设置。

2、DS18B20的引脚介绍TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。

（底视图）图1表1DS18B20详细引脚功能描述3．DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。

DS18B20的工作原理DS18B20是一种数字温度传感器，广泛应用于各种温度测量和控制系统中。

它采用一线式总线通信协议，具有高精度、低功耗和可靠性高等特点。

下面将详细介绍DS18B20的工作原理。

1. 传感器结构DS18B20由温度传感器、数字转换器和总线控制电路组成。

温度传感器采用微处理器技术，内部集成为了温度传感器、模数转换器和数字信号处理电路。

总线控制电路负责与主控设备进行通信，并提供传感器的供电。

2. 温度测量原理DS18B20采用基于半导体的温度传感器，利用温度对半导体材料电阻值的影响来测量温度。

具体来说，DS18B20内部有一个温度传感器，该传感器由一对电阻组成，其中一个电阻是一个恒流源，另一个电阻是一个PTAT（Proportional to Absolute Temperature）电阻。

当温度升高时，PTAT电阻的电阻值也会升高，而恒流源电阻的电阻值保持不变。

通过测量这两个电阻之间的电压差，可以计算出温度值。

DS18B20的内部电路会将这个电压差转换为数字信号，然后通过总线传输给主控设备。

3. 一线式总线通信协议DS18B20采用一线式总线通信协议进行与主控设备的通信。

这种通信方式只需要一根信号线，可以同时传输数据和供电。

主控设备通过发送特定的命令和参数来读取传感器的温度值。

在通信过程中，主控设备会发送复位脉冲，然后传感器会发送存在脉冲作为应答。

接着，主控设备发送读取温度命令，传感器会将温度值转换为数字信号，并通过总线传输给主控设备。

主控设备通过读取总线上的数字信号来获取温度值。

4. 精度和分辨率DS18B20具有高精度和可调节的分辨率。

其温度测量精度可以达到±0.5℃，分辨率可以调节为9位、10位、11位或者12位。

分辨率越高，温度测量的精度越高，但传输的数据量也越大。

5. 供电方式DS18B20可以通过总线路线从主控设备获取供电，也可以通过外部供电。

当通过总线供电时，传感器会利用总线上的电能进行工作；当通过外部供电时，传感器可以提供更大的测量范围和更快的响应速度。

摘要此温湿度测量系统是基于单线式温度传感器DS18B20、电容式湿度传感器单片机STC89C52 对温度湿度分别测量并通过液晶显示屏1602经行显示。

温度传感器DS18B20是单线式，体积超小，硬件开消超低，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出不同的电容值，0%～100%RH湿度范围内，电容从162PF变化到200PF，误差误差为2%RH。

可见其精度非常高，为了反映出其电容的变化，本系统采用555多谐震荡电路产生不同的频率，用于检测湿度。

单片机采集到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：温湿度测量系统精度高速度快体积小Abstract: The temperature and humidity measurement system is based on singleline type temperature sensor DS18B20, capacitive moisture sensorSCM STC89C52 for temperature humidity measurement and respectively by LCD display. The line 1602 Temperature sensor DS18B20 is singleline type, volume super-small, hardware KaiXiao ultra-low, strong anti-jamming capability, high precision, additional features strong ideal single-chip microcomputer temperature sensor, real-time temperature data, depending on the directive given readable. HS1101 is capacitive sensor, air humidity in different humidity presents different capacitance, 0% ~ 100% RH humidity, within the scope of capacitance change to 200PF, from 162PF error for 2% RH error. e can see its precision is very high, in order to reflect the capacitance change, the system USES the 555 more harmonic concussion circuits produce different frequency, which is used to detect humidity. SCM acquisition to two sensor gives data processing and calculated, the current temperature and humidity and give the display on the LCD panel. This system has a readable, high stability, reaction speed, measured values exact characteristic.Keywords: temperature and humidity measurement system high precision speed small volume目录1.设计要求 (3)2. 方案设计及论证 (3)2.1 总体方案设计 (3)2.2系统主要单元的选择与论证 (3)2.2.1单片机控制模块的选择论证 (3)2.2.2温度湿度检测模块的选择与论证 (3)2.2.3显示模块的选择与论证 (3)2.3 系统组成 (4)3. 理论分析及计算 (4)3.1 (4)3.2..........................................................................................错误！未定义书签。

编号：传感器实训(论文)说明书题目：HS1101湿度检测计院（系）：信息与通信学院专业：电子信息工程学生姓名：邱俊凯学号：1001130126指导教师：王守华2012年7月2日摘要随着科技的发达，以及人民生活水平的提高，人民室内生活环境不断改善，出现了空调、智能温度器、室内净化器等一系列改善人民生活条件的高科技产品。

然而这并不能满足人民越来越高的生活需求，有些人提出了湿度的要求，本设计就在此基础上，设计一种基于89C51单片机控制的智能湿度控制系统。

此系统采用了精密的检测电路（包刮精密对称方波发生器、对数放大及半波整流、温度补偿及温度自动校正及滤波电路等几部分电路组成），能够自动、准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度：当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态；键盘设置及调整湿度的初始值，另外在设计个过程当中，考虑了处理器抗干扰，加入了单片机监视电路。

通过对基于单片机的相对湿度控制器设计，加深对传感器技术及检测技术的了解，巩固对单片机知识的掌握，并系统的复习本专业所学过的知识。

关键词：湿度检测，对数放大，湿度调节，温度补偿目录1.设计要求 (1)2. 方案设计及论证 (1)2.1 总体方案设计 (1)2.2 系统主要单元的选择与论证 (1)2.2.1单片机控制模块的选择论证 (1)2.2.2湿度检测模块的选择与论证 (1)2.2.3显示模块的选择与论证 (2)2.3 系统组成 (2)3. 理论分析及计算 (2)3.1 HS1101的湿度测量方法分析 (2)3.2HS1101的湿度测量计算 (2)4. 系统电路设计 (2)4.1单片机主控电路设计 (3)4.2 HS1101湿度检测模块电路设计 (4)4.2.1 HS1101湿度检测传感器工作原理 (5)4.3 1602液晶显示模块电路设计 (6)5. 系统软件设计 (7)5.1 软件设计流程图 (7)5.2 软件设计分析 (8)6. 系统测试 (8)6.1主要指标测试 (8)6.2测试结果分析 (8)7. 结论 (9)参考文献 (10)附录 (11)附录一：系统的总原理图 (11)附录二：系统的PCB元件分布图 (11)附录三：程序清单 (12)附录五：元器件清单 (18)1.设计要求（1）设计制作一个湿度计，湿度为0-100%；（2）湿度测量误差为3%；（3）具有量程自动转换功能；2.2. 方案设计及论证2.1 总体方案设计经分析，将系统分为两个部分，一个是由湿度传感器组成的检测部分，另一个是由单片机和1602液晶组成的主控与显示部分。

湿度传感器HS1101湿度传感器HS11011引⾔湿度传感器是根据某种物质从其周围空⽓中吸收⽔分后引起的物理或化学性质的变化，从⽽获得该物质的吸⽔量和周围空⽓的湿度。

湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都是在基⽚涂覆感湿材料形成感湿膜。

空⽓中的⽔蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发⽣很⼤的变化，从⽽制成湿敏元件。

湿敏电容⼀般是⽤⾼分⼦薄膜电容制成的，由于它具有灵敏度⾼、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量⼩、便于制造、容易实现⼩型化和集成化，其精度⼀般⽐湿敏电阻要低⼀些。

但电阻对温度的敏感因⽽限制了器件在较⼤温度范围内的应⽤，因⽽电容湿度传感器越来越受到重视。

2 湿敏元件及变送器芯⽚特性⽬前，⽣产湿敏电容的主要⼚家是法国Humirel 公司。

它⽣产的HS1101 测量范围是0%,100%RH，电容量由162PF 变到200PF，其误差不⼤于?2%RH;响应时间⼩于5S;湿度系数为0.34PF/?;年漂移量0.5%RH/年，长期稳定。

图1 为HS1101湿敏电容的湿度-电容响应曲线。

湿度变送器采⽤了美国 BB 公司⽣产的XTR105芯⽚，该变送器具有以下特点:a ⼯作范围宽;b 测量精度⾼;c 电路简单;d 可靠性好，使⽤寿命长;e 抗⼲扰能⼒强;f ⼯作温度范围宽(-40,+85?)3 湿度测量电路HS1101在电路中相当于⼀个电容器件，它的电容量随着所测空⽓湿度的增加⽽增⼤，为了能将电容的变化转换成电压的变化，我们设计了振荡电路、消除零点电容影响电路、整流电路、积分电路、电压—电流转换电路、放⼤电路等，其⼯作原理简图如图2 所⽰。

3.1 振荡电路振荡电路的作⽤是将电容的变化量转化为频率可变的⽅波。

由图3 可知，这是⼀个⾮对称多谐振荡器。

或⾮门G1 ⼯作在电压传输特性的转折区，把它的输出电压直接连接到或⾮门G2 的输⼊端。

G2即可得到⼀个介于⾼低电平之间的静态偏置电压，从⽽使G2的静态⼯作点也处于电压传输特性转折区上。

基于单片机的数字温度计设计1、概论：温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义。

在单片机的应用中，一个很重要的应用就是对温度进行检测。

测量温度的关键是温度传感器，采用智能温度传感器以实现温度数字化，既能以数字形式直接输出被测温度值，具有测量误差小，分辨力高，抗干扰能力强，能够远程传输数据，带串行总线接口等优点。

温度的数字输出显示在LCD1602上。

单片机、温度传感器与LCD1602等电子元器件的互联，可以研制和开发出具有高性价比的新一代测温系统——基于单片机的数字温度计。

基于单片机的数字温度计设计，即对温度进行实时测量，使用单线数字温度传感器DS18B20把温度信号直接转换成数字信号输入单片机。

经单片机处理后，将实时温度显示在LCD1602上。

完成本设计需要软件编程和硬件电路设计，需要用到两种软件。

2、温度传感器: 2.1 DS18B20 简单介绍美国Dallas 公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，可以把温度模拟信号直接转换成串行数字信号供微机处理，是模/数转换器件，而且读DS18B20信息或写信息仅需单线接口，使用非常方便，新型的单线数字温度传感器体积小，精度高，使用更灵活。

DS18B20有三个引脚，GND 接地；DQ 为数字信号输入输出端；Udd 为外接电源输入端。

DS18B20的内部结构如图-2所示：DS18B20内结构主要由4部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 、TL 和配置寄存器。

64位光刻ROM ：光刻ROM 中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，即ID 。

它的作用是使每一个DS18B20的地址都各不相，可以实现在相同的总线上挂接多个DS18B20的目的。

64位光刻ROM 的排列是开始8位（28H ）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身序列号，最后8位是前面64位RO M 和单线接口存储器和控制器高速缓存存储器8位CRC 生成器电源检测高温触发器TH温度灵敏元件低温触发器TL配制寄存器56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。