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封面作者：PanHongliang仅供个人学习一、课程设计的目的及意义本设计是测控仪器与系统课程综合训练，同学们可以通过理论学习，课题选择，资料查询，软件查阅，软、硬件设计，系统调试等环节，巩固和提高所学的知识和应用水平，进一步学习和领会测控应用系统的开发方式和技巧，提高学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的实际动手能力。
学会提出问题，观察和分析问题，得到最终的科学的方法。
培养团队合作精神，严谨的工作作风，务实的工作态度。
为今后的毕业设计，及从事测控系统的设计与维护奠定坚实的基础。
二、设计内容采用将温度和湿度一起测量，即用一个温湿度传感器SHT11实现。
温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换和加热器等功能集合到一个芯片上，该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该信号首先进入微弱信号放大器进行信号放大，然后进入一个14位的A/D转换器，最后经过二线串行数字接口输出数字信号，采用数码管显示所测温度和湿度。
三、系统总体设计1、主要功能要求○1温度和湿度传感器均选用模拟类型，并完成其信号放大和传递电路的设计；○2AD转换采用8位并行的AD89C51；○3显示器件选择LED液晶显示；○4温度值和湿度值间隔轮流显示；○5单片机系统采用51单片机系统；○6完成硬件电路的设计和制作；○7完成软件程序的设计；○8完成整个系统的设计、调试和制作；2、整机设计框图及整机概述系统整机框图：图1整机概述转硬件设计4.1单片机采用Programmable俗称单片机。
造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，A TMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
高精度环境温度、相对湿度测量仪的研制0 引言对环境条件要求高的场合，需要精密地测量相对湿度与温度，为此研制了智能化的高精度的相对湿度、温度测量仪，其主要性能如下：（1）温度测量：精度±1℃，分辨力0.1℃；（2）相对湿度测量：精度±1℅RH，分辨力0.1℅RH；（3）可由用户自行校准仪表的测量精度，无需硬件调整；（4）用户可编程设定相对湿度与温度的上、下限报警值；（5）可手动或自动记录测量的相对湿度与温度的结果；（6）用户可编程设定手动或定时自动打印相对湿度与温度的测量结果；（7）可直接与微机串行口连接，作环境相对湿度与温度的高精度记录仪使用。
本文给出了测量仪的硬件电路原理图，简述了各个主要功能的硬件电路的具体实现。
重点介绍了环境温度的高精度测量及其精度校正的软件处理方法和通过软件的方法进行温度补偿和线性化处理实现环境相对湿度的高精度测量及其精度校正的方法。
1 温度、相对湿度测量仪的实现整个系统的电路原理如图1 所示。
温度、相对湿度测量仪的核心部分是美国AD 公司推出的与MCS51 单片机兼容的ADuC812 单片机[3]，它包含了高性能的8 路12 位ADC、2 路12 位DAC、80C52MCU 内核、8KB EEPROM 程序存储器、640B EEPROM 数据存储器和温度传感器等片内资源。
温度测量电路由半导体集成传感AD590J 串接一个电阻R15 组成，AD590 输出电流通过电阻R15 进入模拟地，产生相应的电阻电压。
电阻R15的电压输入到ADuC812 单片机的ADC7 口，A/D 转换为数字量，由应用软件处理得到环境温度。
相对湿度测量电路由NE555 构成的振荡器组成，湿度传感器THS1101 的电容随环境相对湿度的变化而变化，从而导致振荡器的振荡频率变化，ADuC812 单片机通过测量振荡器输出的振荡频率，经过软件处理后，获得相对湿度值。
温度与相对湿度的上、下限报警信号通过ADuC812 单片机。
无线温湿度检测仪的研制高勇;李莉【摘要】Describes a laboratory for mining equipment integrated test system based on wireless data transmission temperature and humidity detector, the monitoring system is mainly composed of a low-power consumption MCU ATmega64L、SHT11 temperature and humidity sensors and a multi-band radio frequency transceiver nRF905. The reliability of laboratory test system is provided by a proper hardware design and a wireless data transmission mode which ensure that the mining equipment required to test the complex temperature and humidity environment.%介绍了一种适用于矿用设备实验室综合测试系统的基于无线数据传输的温湿度检测仪,该系统以ATmega64L低功耗微处理器、SHT11温湿度传感器和nRF905为核心,其采用的数据传输方式与硬件电路设计有效地提高了实验室综合测试系统的可靠性,保证了矿用设备试验所需要的复杂的温湿度环境.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)003【总页数】4页(P57-59,63)【关键词】温湿度;无线传输;SHT11;nRF905【作者】高勇;李莉【作者单位】煤炭科学研究总院沈阳研究院大连分院,辽宁大连 116013;大连航运职业技术学院辽宁大连116052【正文语种】中文【中图分类】TP391.4国家矿用安全产品检验检测中心对矿用设备的安全性能检测中，交变湿热实验是一项重要的安全性能指标[1]。
温湿度测量技术方法与设备介绍温湿度测量是在许多领域中广泛应用的一项关键技术。
无论是在工业生产、农业生态、环境监测还是在舒适度控制等方面，准确测量温湿度都是保证工艺质量和人体健康的重要因素之一。
本文将介绍一些常用的温湿度测量技术方法和设备。
一、传感器技术目前常用的温湿度传感器主要有电阻式、电容式和半导体式传感器。
电阻式传感器是一种通过测量金属电阻或半导体电阻来确定温度的方法。
它通常包含一个电阻元件，通过测量电阻的变化可以计算温度。
电容式传感器则是通过测量介质的电容变化来确定温湿度的，它利用了介质与温湿度之间的关系。
半导体式传感器利用半导体材料的热敏特性来测量温度，常见的有热电偶、热敏电阻等。
二、红外测温技术红外测温技术是一种非接触式的温度测量方法，它利用物体自身辐射的红外能量来确定其表面温度。
红外测温技术在温度测量中具有很大的优势，尤其适用于高温、远距离和易燃易爆等特殊环境。
红外测温设备通常包括红外光源、接收器和信号处理器，通过测量红外辐射能量的强度和频率来计算温度。
三、湿度测量技术湿度测量是指测量空气中水汽的含量。
常见的湿度测量方法包括干湿球温度法、电容式法和阴极电解法等。
干湿球温度法是一种传统的湿度测量方法，通过两个温度计分别测量干球温度和湿球温度，再根据它们的差异来计算相对湿度。
电容式法则是利用介质电容与湿度之间的关系测量湿度，它通常包括一个湿度传感器和一个信号处理器。
阴极电解法则是一种通过测量湿度引起的电极极化电流来确定湿度的方法。
四、温湿度测量设备温湿度测量设备一般由温湿度传感器和数据处理器组成。
传感器通常是将测量信号转换为电信号的装置，它们具有高精度、快速响应和稳定性好等特点。
数据处理器则负责将传感器采集到的信号进行处理和转换，输出相应的温湿度数值。
温湿度测量设备在实际应用中，还常常配备有显示屏、报警器和数据接口等功能，以满足用户不同的需求。
总结温湿度测量技术方法和设备的发展，为我们提供了更为精准和可靠的温湿度测量手段。
第19卷 第2期2006年4月传感技术学报CHIN ES E JOURNAL OF S ENSORS AND ACTUA TORSVol.19 No.2Ap r.2006Development of All 2Digital I ntelligent I nstrument for Measuring T emperature 2H umidityGUO Yong 2cai ,C H EN Zhao ,GA O ChaoCollege of Opto 2Elect ronic Engineering ,Key L ab f or Opto 2elect ronic Technology and S ystem of Minist ryof Education ,Chongqi ng Uni versit y ,Chongqing 400044,ChinaAbstract :Aiming at technical deficiency of low performance and few intelligent f unctions ,we p resent an all 2digital solving scheme t hat is adapted to environmental 2at mo sp heric temperat ure 2humidity o n 2line measure 2ment and make technology realization.The developed inst rument uses t he most advanced digital sensor and is of high intelligence and measuring accuracy.Wit hout A/D convertor ,t he inst rument consist s of sen 2sors ,slave chip 2p rocessor and PC software.It is designed wit h many intelligent f unctions as multi 2sen 2sors ,large 2capacity memory ,dynamic displaying ,data p rotection during power lo ss ,automatic watch and communication wit h PC.K ey w ords :temperat ure 2humidity measuring ;intelligent sensor ;chip 2processor EEACC :7320R全数字化温湿度测量技术及仪器研制郭永彩,陈 钊,高 潮(重庆大学光电工程学院,教育部光电技术及系统重点实验室,重庆400044)收稿日期:2005206203作者简介:郭永彩(19632),女,教授,博士生导师,研究方向为光电测控技术与智能仪器,ycguo @摘 要:针对现有温湿度测量仪整机性能不高、智能化功能单一的不足,提出了一种适于环境大气温湿度在线监测的全数字化测量方案并进行了仪器实现。
该测量仪由数字化微型智能传感器、下位机和PC 机测量软件组成。
系统中无A/D 转换单元;具有测量精度高、接口简单、无需标定、大容量数据存储的特点和多点位测量、巡回显示、数据掉电保护、自动时钟和与PC 机通讯等多项智能化功能。
关键词:温湿度测量;智能传感器;单片机中图分类号:TP212.6 文献标识码:A 文章编号:100421699(2006)022******* 环境的温湿度是影响物品存储时效的两个重要物理量,对温湿度的测量和监测在诸如仓储系统应用场合中获得了广泛应用。
目前的温湿度测量仪整机性能不高、智能化功能较为单一;传感器普遍采用第一、二代产品,特点是非智能化、单参数测量、模拟信号输出、标定繁琐、离散性较大导致互换性差,整机开发时间长、成本高,不利于量化生产。
本文针对现有技术存在的不足,就温湿度测量仪在传感器的选型和测量仪的智能化方面进行改进,提供了一种适于大气环境的全数字化温湿度智能测量仪。
该测量仪以单片机为核心,优化电路设计,传感器采用第三代智能型产品,整机性能明显提高,并具有多点位、长程传输、自动时钟、巡回显示、大存储容量、数据掉电保护和通讯等智能化功能。
1 测量系统的组成如图1所示,测量系统由微型智能传感器sht XX 、下位机(虚线框内所示)和PC 机软件组成。
传感器输出数字信号,通过串行接口和下位机的单片机直接通讯。
下位机以单片机为核心,将传感器输出的温湿度数据进行处理、存储和显示,在用户需要的时候将保存的数据通过通讯接口上传给主机,在那里建立数据库并形成数据报表提供给用户使用。
图1 系统组成框图2 全数字化测量及传感器读写控制2.1 传感器如图2所示,传感器通过两线串行接口和下位机的单片机I/O 口直接相连,无需A/D 转换,和过去的测量系统相比,大大简化了传感器和单片机之间的接口。
图2 传感器和单片机连接图微型智能传感器SH TXX ,通过CMOSens 技术将温湿度传感器、放大和A/D 电路、串行通讯接口及传感器标定数据集成在一个芯片上,无需外围元器件,具有高度的可靠性和和长时间的稳定性。
SH TXX 传感器可测量温度、相对湿度和露点等参数,温湿度测量分辨率可编程设置(温度8/12bit ,湿度12/14bit ),数据通讯具有CRC 校验功能。
SH TXX 传感器的测量范围宽,温度-40～+123℃,湿度0～100%;精度高,其测量精度曲线如图3所示;重复性好,温度±0.1℃,湿度±0.1%;湿度的漂移小于1%/年。
此外,SH TXX 传感器还具有输出响应时间短、输出数据无需标定、数据一致性好(可互换)、体积小、供电范围大、功耗低等优点。
(a ) 湿度精度曲线(b ) 温度精度曲线(c ) 露点精度曲线图3 SH TXX 传感器测量精度曲线2.2 传感器读写控制在DA TA 和SC K 信号的紧密时序配合下,单片机实现对传感器的读写操作。
如图4是12bit 精度湿度测量时序图,其中,粗线表示该线由传感器控制,细线表示该线被单片机控制,在SC K 脉冲顶部对DA TA 线的读写有效。
单片机对传感器的读写操作由几部份组成,即:起始脉冲、控制命令、数据、校验码和确认位。
图4 12bit 精度湿度测量时序图单片机对传感器的任何读写操作都以起始脉冲开始,即当SC K 为高电平时,单片机将DA TA 变低,接着将SC K 变低,当SC K 再次为高电平时,DA TA 变高电平,起始脉冲完成。
紧接着单片机在DA TA 线上串行写入一个字节的控制命令(高位在先,低位在后),命令字节的最高三位是传感器的地址(目前不支持),全为0,低五位是有效指令位。
控制命令字节为05H 表示测量湿度;03H 表示测量温度;07H 、06H 分别表示读写传感器内部状态寄存器;1EH 表示软件复位传感器;其余值为传感器保留。
写命令字节完成后,如果传感器在SC K 第8个脉冲的下降沿将DA TA 拉低(确认位),表示传感器正确接收到了控制命令。
在SC K 第9个脉冲的下降沿,传感器将DA TA 线释放交给单片机控制。
892传 感 技 术 学 报2006年传感器在正确接收到控制命令后,单片机必须等待传感器测量过程的完成,等待时间在8/12/14bit 精度测量时大约为11/55/210ms 。
测量过程结束,传感器主动把DA TA 线变低。
在SC K 脉冲的驱动下,传感器将测量结果串行写到DA TA 线上(高位在前,低位在后)供单片机读取。
对于两个字节的数据,单片机须在字节间插入一个确认位。
单片机把数据读取完毕后,如果还要读取一个字节的校验码,应在数据后加上一个确认位。
缺省的确认位表示单片机结束对传感器的读写操作,方法是在SC K 的第8个脉冲下降沿,单片机将DA TA 置高电平,在SC K 线上发出第9个脉冲。
传感器的数字输出经过简单的数学运算就能得到实际的温湿度值。
设测量温度时传感器的输出为so T ,实际被测温度值为:T =d 1+d 2・SO T其中,d 1,d 2为常数。
如果测量湿度时传感器的数字输出为SO RH ,经过非线性补偿后的实际被测相对湿度值为:[R H ]linear =c 1+c 2・SO RH +c 3・SO 2RH 温度补偿后相对湿度值为[RH ]true =(T -25)・(t 1+t 2・SO RH )+[RH ]linear 其中,c 1,c 2,c 3,t 1,t 2为常数,SO 为传感器的输出。
3 下位机设计与实现3.1 下位机硬件设计下位机以C52系列单片机为核心,直接连接了多个传感器,主要由以下几部分组成:电源、单片机、高精度时钟、铁电存储器、显示驱动、通讯接口等电路。
高精度时钟芯片DS12887为系统提供精确的年、月、日、星期、小时、分、秒等时间信息,并为单片机提供可编程定时中断信号。
单片机通过并行接口P0对DS12887进行读写操作。
DS12887内部具有128byte RAM ,时钟使用了其中14byte ,包括10byte 时间信息和4byte 状态、控制字节。
时间信息存放在系统00H ～09H 的地址单元中,剩余的114byt RAM 可提供给系统使用。
可编程显示驱动芯片MAX7221通过两线串行接口和单片机通讯,接收并存储显示数据,可实现对八个数码管的动态扫描驱动。
MAX7221内部具有控制寄存器和显示数据SRAM ,单片机对MAX7221寄存器、SRAM 写数据和对传感器的操作相似,在CL K 脉冲的驱动下(上升沿有效),在DIN 线上串行写入两个字节的数据,其串行数据的格式如图5所示。
当ADDRESS 为0H 、F H 及9H ～CH 时,对控制寄存器操作;当ADDRESS 为1H 时,D7～D0写入第一个数码管的显示数据,同理,为8H 时,D7～D0写入第8个数码管的显示数据。
图5 MAX7221串行数据格式非易失铁电存储器FM24C256为系统提供了大容量数据存储空间,单片存储容量高达32kbyte ,并可通过阵列的形式将系统存储容量扩展到数百千字节。
单片机通过两线串行总线和FM24C256通讯,在串行总线上,可以连接多达8块FM24C256芯片组(视单片机的驱动能力而定),对具体某块芯片的操作靠串行数据中的器件地址(Slave Ad 2dress )来区别,如图6所示。
FM24C256芯片有三个地址引脚A2,A1,A0,只有当芯片的硬件地址连接和器件地址中的A2,A1,A0位相一致时,该芯片才被选中。
