课程设计-电脑显示数字温湿度计设计

基础课程设计-数显温度计设计与制作2020-12-12【关键字】方案、情况、设想、思路、方法、条件、空间、模式、行动、监测、运行、传统、问题、系统、有效、继续、充分、整体、现代、合理、快速、保持、发展、发现、掌握、规律、特点、关键、稳定、思想、基础、需要、环境、工程、体系、能力、方式、作用、标准、结构、水平、任务、反映、速度、关系、设置、检验、分析、简化、借鉴、调节、逐步、形成、拓展、丰富、规划、保证、确保、指导、强化、帮助、教育、解决、调整、完善、方向、扩大、实现、提高、核心、智能化设计课题：数显温度计设计与制作专业班级：09级电子信息工程2班设计时间： 2011年10月10日—12月28日目录一、结构设计方案选择 (3)方案一：汽车尾灯电设计与制作……………………………………….．．3方案二：数显温度计设计与制作 (5)方案比较与选择.............................................................................................. (6)二、摘要 (7)三、设计任务与要求 (8)四、单元电路设计、参数计算及元器件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9温度采样电路部分 (9)A/D转换的设计部分 (10)数码管的驱动部分 (11)五、总原理图及元器件清单 (11)六、安装与调试 (13)温度的采样电路部分 (13)A/D部分 (13)数字电压表的设计部分 (14)数码管的驱动部分................................................................................. (14)七、性能测试 (14)八、主要参考文献 (15)九、实验总结及拓展分析 (15)十、心得与体会 (16)一、制作设计方案选择方案一：汽车尾灯的设计与制作一、设计任务与制作假设汽车尾部左右两侧各有4个指示灯(用发光二极管模拟)有四种显示模式如下：1.汽车正常运行时指示灯全灭;2.右转弯时，右侧4个指示灯按右循环顺序点亮，每灯只亮0.5秒；3.左转弯时,左侧4个指示灯按左循环顺序点亮，每灯只亮0.5秒；4.临时刹车时左右两侧所有指示灯同时闪烁。

电子系统综合设计与仿真题目：数字温湿度计的设计1 课程设计目的通过数字温湿度计的设计，使对温湿度测量仪的应用有更深的理解，熟练protuse仿真软件的使用，加深对单片机系统应用的理解。

对仿真电路与实际电路的差距有更深的理解。

2 课程设计的内容及要求(1)使用热敏电阻和湿敏电阻，不允许使用集成的温度传感器和湿度传感器。

(2)温度测量范围0℃-100℃，测量误差1℃；湿度测量范围20%-100%，测量误差5%以内。

(3)能进行摄氏度和华氏度的转换。

(4)有设置的报警的门限，有报警的声音。

(5)自己设计测试方案，并论证方案的合理性。

3 元器件的选择本设计以检测温度和湿度并较为精确的显示为目的，按照系统设计要求功能的要求，确定由四个模块组成：主控器，测温电路，测湿电路，显示电路。

系统以热敏电阻作为温度敏感器件，以湿敏电阻作为湿度敏感器件，经过分压电路和模数转换芯片，将温度模拟量转化为电压数字量以总线传入单片机。

以AT89C52为主芯片，在主芯片对A/D转换芯片传入的电压值进行处理，由单片机程序控制，将处理后的温度和湿度由显示屏进行显示。

3.1 热敏电阻的选择市场上常用的热敏电阻有PT100，MF58-NTC-10K，NTC 10D-9等。

我们选择了NTC 10D-9这一个负温度系数的热敏电阻。

PT100的测温范围为-200～650℃，特点是精度高，但是价格较贵。

MF58-NTC的测温范围为-45～+300℃。

其特点是稳定性好，可靠性高。

阻值范围宽：0.1～5000K欧。

阻值及B值精度高。

玻璃封装，可在高温和高湿等恶劣环境下使用。

体积小，结构坚固，便于自动化安装。

热感应快，灵敏度高等。

负温度系数的热敏电阻NTC10D-9特点是过流控制范围宽，材料常数（B值）大，残余电阻小，功率大，抑制浪涌电流能力强等。

在选择的过程中，我们初步选择了性能优良，价格便宜的MF58型热敏电阻，在购买中，未买到，就选择了依然可以满足要求的NTC 10D-9。

数字温湿度计的设计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和控制。

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和控制具有重要的意义。

本论文介绍了一种以单片机AT89C52为主要控制器件，以DHT91为数字温湿度传感器的新型数字温湿度计。

本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。

硬件电路主要包括主控制器，测温湿控制电路和显示电路等。

主控制器采用单片机AT89C52，温湿度传感器采用盛世瑞恩半导体公司生产的DHT91，显示电路采用8位共阳极LED数码管，驱动电路用八个PNP型的小电压大电流三极管（S9012）。

测温湿控制电路由温湿度传感器和预置温湿度值比较报警电路组成，当实际测量温湿度值大于预置温湿度值时，发出报警信号（发光二极管点亮）。

软件部分主要包括主程序，测温湿度子程序，显示子程序和按键子程序等。

本次设计采用的DHT91数字温湿度传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝链接，从而具有超快响应，抗干扰能力强，性价比高等优点。

用DHT91与AT89C52做的数字温湿度计不仅外围电路简单，而且测量精度比较高。

关键词：温度测量, 湿度测量，AT89C52，DHT91THE DESIGN OF DIGITALTHERMOMETERS AND HYGROMETERABSTRACTTemperature and humidity are two basic environmental parameters. people's lives are closely related to temperature and humidity. In the industrial and agricultural production, meteorology, environmental protection, national defense, scientific research, and other departments, we often need to ambient temperature and humidity measurements and control. Accurate measurement of temperature and humidity in the pharmaceutical, food processing, paper making and other sectors is essential. So the temperature and humidity control and measurement method is of great significance.This paper presents a new design of digital thermometers and hygrometer. It includes a main control device-microcontroller AT89C52 and a digital temperature and humidity sensor. This design includes hardware and system software .The hardware design includes a main controller circuit, Temperature and Humidity measurement and control circuits and show circuit. Main controller uses SCM AT89C52.temperature and humidity sensor uses DHT91 which is yielded by Sensirion (a Semiconductor Corp). Show circuit is a total of eight circuits using digital LED of the anode. Driver show circuit uses eight of the PNP small voltage high current transistor (S9012). Temperature and Humidity control circuit includes the temperature and humidity sensor and preset temperature and humidity values compared alarm circuit. When the actual measurement of temperature or humidity values is greater than the preset temperature or humidity values, the alarm signal (Light emitting diode is lit) is sent. The major software includes the main routines, temperature and humidity routines, show routines and keys routines.The digital temperature and humidity sensor (DHT91) in this designincludes a capacitive polymer sensing element for power consumption makes it the ultimate choice for even relative humidity and a band gap temperature sensor. Both the most demanding applications are seamlessly coupled to a 14bit analog to digital converter with a 14 and the A / D, as well as serial interface circuits in the same chip on the realization of a Gap link to a super-fast response, anti-interference capability and cost-effective advantages. The design of digital thermometers and hygrometer with AT89C52 and DHT91 not only has a simple external circuit, but also has a high-precision measurement.KEY WORDS: temperature measurement, humidity measurements, AT89C52, DHT91目录前言 (1)第一章设计任务要求和温湿度计的发展史 (2)§1.1设计任务及要求 (2)§1.2设计数字温湿度计的依据和意义 (2)§1.3温度计的发展史 (3)§1.4湿度计的由来 (4)§1.5露点意义 (4)第二章设计任务分析及方案论证 (5)§2.1设计总体方案及方案论证 (5)§2.2元器件的选择 (6)§2.2.1 主控制器芯片 (6)§2.2.2 数字温湿度传感器 (7)§2.2.3 驱动显示电路 (8)§2.3温湿度测量的方法及分析 (9)第三章硬件电路的设计 (10)§3.1主控制电路和测温湿控制电路 (10)§3.2驱动显示电路 (11)第四章软件设计及分析 (13)§4.1DHT91传输时序和指令集]7[ (13)§4.1.1 通讯复位时序 (13)§4.1.2 启动传输时序 (13)§4.1.3 数据传输和指令集 (14)§4.1.4 湿度的测量时序 (15)§4.1.5 输出转换为物理量 (15)§4.1.6 DHT91的DC特性。

目录摘要 (4)一．设计的目的............................................... ..4二．设计要求.. (4)三．总体设计方案....................... .................... (4)3．1设计思路........................................ . (4)3．2总体设计框图................................. . (4)四.系统硬件电路的设计..................................... . (5)4.1 AT89C52的简介 (5)4.2复位电路的设计 (9)4.3晶振电路的设计 (9)4.4温度采集电路中DS18B20的简介与用法.............. ..104.5温度传感器与单片机的连接 (12)4.6温度显示电路......................................... ..13五．系统程序的设计 (13)六．仿真分析 (15)七. 设计总结................................................ .. 16 8．参考文献. (17)附录 (18)数字温度计摘要：此电路是用AT89C52单片机器件，并利用DS18B20温度传感器和4位共阳极LED数码管动态扫描来完成温度显示。

电路特点有体积小,灵敏度和精度高,很适应很多对精度要求较高的场合,完成对设备及场地的温度控制,能有效的提高工作人员对环境的变化的反应速度。

关键词：AT89C52；DS18B20；LED；温度控制等。

一.设计的目的系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。

培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案；二.设计要求1、基本范围-50℃-110℃2、精度误差小于0.5℃3、LED数码直读显示扩展功能：1、可以任意设定温度的上下限报警功能；2、实现语音报数三.数字温度计的总体设计方案3．1设计思路：（总电路图见附录）温度只要在所设定的上下温度界限内，就会在显示设备中精确的显示出来，如果温度超过了所设定的温度界限，就发出报警声。

目录1绪论 (1)1.1课题开发背景及意义 (1)1.2主要内容及设计要求 (1)2硬件系统设计 (1)2.1系统设计框图 (1)2.2电源电路 ...................................................................................... 错误！未定义书签。

2.3系统硬件详细设计图 (2)2.4各芯片介绍 (3)2.4.1单片机AT89C51 (3)2.4.2 DS18B20简介 (4)2.4.3 SHT15简介 (8)2.5各功能模块电路的设计 (10)2.5.1温度测量电路 (10)2.5.2湿度测量电路 (11)3系统软件设计 (12)3.1系统功能模块图及各模块介绍 (12)3.1.1温度获取模块 (12)3.1.2湿度获取模块 (15)3.1.3 LCD显示控制模块 (17)3.2主程序流程图 (19)4硬件电路和软件系统的调试 (21)4.1印制电路板的设计与制作 (21)4.2系统软件调试 (24)5结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)附录1系统印制电路板 (29)附录2程序源代码 (1)摘要温度和湿度的测量在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。

使用单片机技术的温度和湿度测量计有体积小，使用性强等优点，在本设计中对LCD数字式温度湿度测量计进行了分析设计。

本论文针对所使用的AT89C51单片机的性能和使用做了比较详细的介绍，对本系统所使用的温度芯片DS18B20和湿度芯片SHT15做了性能方面的简单说明。

重点对硬件、软件的组成进行了划分、模块化设计。

对各部分的电路一一进行了介绍分析，最终实现了该系统的硬件设计，绘制了电路原理图、印制电路板图。

在软件设计方面绘制了各功能模块的流程图，并对需要实现的功能根据设计要求经过反复的模拟运行、调试、修改简化，得出一套完整的软件系统。

关键词：单片机AT89C51、温度传感器DS18B20、湿度传感器SHT15、液晶显示模块LCD1602AbstractThe test of temperature and moisture has been widely used in industry, agriculture, National defense and so on. By the advantage of small volume and high reliance of Single Chip Micyoco temperature and moisture meter, the article has analyzed and designed the digital temperature and moisture meter in this designing.This system made detailed introduction about performance and development situation of Single Chip microcomputer AT89C51, and made simple explanation about the temperature chip DS18B20 and humidity chip SHT15. It has mainly analyzed and designed the composition of hardware and software carried on the item, modulation gradually. This system has introduced part of the electric circuit step by step, and has finally realized the hardware electric circuit of this system. It has protracted the electric circuit principle diagram, the printed circuit board chart. According to the function that must be realized in designing, by repeated simulation run and debugging, it has revised and simplified the software system, and finally has formed a set of complete program.Key words: Microcomputer AT89C51; Temperature Sensor DS18B20; Humidity Sensor SHT15; Liquid-Crystal Display LCD16021绪论1.1课题开发背景及意义在我们日常生活和生产中，经常要测量环境的温、湿度，传统的测量方式通常采用水银温度计或者干湿球湿度计查算法，存在着误差大，操作使用很不便等问题，采用工业级测量仪表价格非常昂贵。

课程设计报告书---数字温度计一、选题背景本实验课题是基于AT89C51单片机设计一个温度范围为-20-80℃，分辨率<±0.5℃的数字温度计。

设计实验中，考虑到A/D转换以及放大电路等各种因素，我组采用DS18B20温度传感器，在数码管显示方面，我们采用了LCD1602数码管。

DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。

DS18B20测温原理如图1所示。

图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

LCD1602的8根数据线和3根控制线E，RS和R/W与单片机相连后即可正常工作。

一般应用中只须往LCD1602中写入命令和数据，因此，可将LCD1602的R/W读/写选择控制端直接接地，这样可节省1根数据线。

VO引脚是液晶对比度调试端，通常连接一个10kΩ的电位器即可实现对比度的调整；也可采用将一个适当大小的电阻从该引脚接地的方法进行调整，不过电阻的大小应通过调试决定.LCD1602的引脚图见下图2.图1.DS18B20原理图图2.LCD1602引脚图二、方案论证(设计理念)DS18B20温度传感器具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，同时，它也具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样的特点。

实验要求用到A/D转换，DS18B20正好对应的就是数字信号输出。

因为我们需要显示的内容并不是很多，所以我们决定使用LCD1602显示屏，它是2行每16字符/行的显示屏，规划第一行显示温度，第二行显示温度是否超过阈值。

LCD1602的使用也非常简单方便。

整体来说该实验并不是很复杂，所以我们用到的程序以及设备也不会很麻烦，构思起来也比较清晰。

三、过程论述我们首先着力的是Keil程序编写，主要程序见图3。

数字温度计设计课程设计范本
设计题目：数字温度计设计
设计目的：通过设计数字温度计，学习数字电路设计基础知识，掌握数字温度计的设计方法和实现过程。

设计要求：
1.温度测量范围：-40℃ ~ 120℃；
2.温度分辨率：0.1℃；
3.显示方式：7段LED数码管显示，至少显示4位数字，其中小
数点占据一位；
4.温度传感器：使用DS18B20数字温度传感器；
5.显示方式：采用共阴极数码管，使用74HC595锁存器进行驱动，
使用AT89C51单片机进行控制；
6.设计过程：包括硬件设计和软件设计两个部分，其中硬件设计
包括电路原理图设计和PCB板设计，软件设计包括单片机程序
设计和烧录。

设计步骤：
1.硬件设计
1）根据DS18B20数字温度传感器的特性，设计传感器电路，包括电源电路和传感器接口电路。

2）根据温度范围和分辨率要求，设计ADC电路，将传感器输出的模拟信号转换为数字信号。

3）设计数码管驱动电路，使用74HC595锁存器进行驱动。

4）设计单片机接口电路，将数字信号传输到单片机，实现温度数据的处理和显示。

5）根据硬件设计结果，绘制电路原理图和PCB板图。

2.软件设计
1）根据硬件设计结果，编写单片机程序，实现温度数据的读取、处理和显示。

2）使用Keil C51软件进行编程和调试。

3）将程序烧录到单片机中。

4）进行系统测试和调试，确保数字温度计的正常工作。

设计结果：
1.电路原理图和PCB板图。

2.单片机程序。

3.数字温度计实物。

项目七制作一个数字温湿度显示计一、项目应用温湿度监测传感器在人们的实际生活中使用非常广泛，比较熟知的有室内温湿度计，温室大棚里用于温湿度测量仪等。

图7-1 温湿度显示计二、项目认知1. LM35DZ温度传感器1）LM35DZ温度传感器的认知本项目使用了NS公司生产的LM35DZ温度传感器，它有三个引脚，分别是接电源正极的+VS，模拟信号输出引脚Vout和接电源负极的GND，被广泛应用于工业场合及日常生活中。

图7-2 LM35DZ温度传感器的实物图该传感器的测量范围是0℃～99℃，其中0℃对应输出的电压是0V，99℃对应的输出电压是0.99V。

温度每增加1℃，对应的输出电压将增加10mV，温度的变化与输出电压大致呈线性关系。

由于温度传感器LM35DZ输出的电压范围为0～0.99 V，虽然该电压范围在A／D转换器的输入允许电压范围内，但该电压信号较弱，如果不进行放大直接进行A／D转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。

在本项目中用了一个由LM393芯片构成的同相比例运算放大器对温度传感器的输出信号做了幅度放大，放大倍数为3倍，放大后的输出电压范围是0～2.97 V，对应温度传感器测量范围仍是0℃～99℃。

2）LM35DZ温度传感器的检测外观检测：标识清晰、完整，引脚完好无损坏。

2.HS1101湿度传感器1） HS1101湿度传感器的认知湿度传感器一般被分为电阻式和电容式两种，本项目使用的是HS1101，它是法国Humirel公司生产的电容式湿度传感器，由两个引脚组成，无正负极之分。

在实际使用中，常被等同于一个可变式电容器件，即电容量会随着所测空气湿度的增加而增大，并且相对湿度的变化和电容值呈线性规律，在相对湿度0%～100%RH范围内，对应电容量的变化范围是162pF～200p，而且测量误差不大于±2%RH，测量时的响应时间不大于5s。

由于测量精度相对较高，被广泛应用于工业场合及日常生活中。

温湿度监测系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解温湿度监测系统的基本构成及其工作原理；2. 学生能掌握温度、湿度传感器的工作原理及其在监测系统中的应用；3. 学生能了解数据采集、处理和传输的基本方法。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的温湿度监测系统；2. 学生能通过编程实现对温湿度数据的采集、处理和显示；3. 学生能运用团队协作和沟通技巧，完成课程项目的实施。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理与信息技术融合的兴趣，增强对科学研究的热情；2. 学生通过实践活动，培养动手能力、问题解决能力和创新意识；3. 学生在学习过程中，注重环保、节能理念，认识到温湿度监测系统在智能生活、环境保护等领域的重要性。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程以实践性、综合性、创新性为特点，结合初中年级学生的认知水平和兴趣，注重引导学生动手实践、合作探究。

通过课程学习，使学生将理论知识与实际应用紧密结合，提高学生的科学素养和创新能力。

课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. 温湿度监测系统的基本构成- 传感器原理与应用（教材第3章）- 数据采集、处理与传输（教材第4章）2. 温湿度监测系统的设计与实现- 系统设计原理（教材第5章）- 硬件连接与编程（教材第6章）- 数据显示与报警（教材第7章）3. 课程项目实施与评价- 团队协作与沟通技巧（教材第8章）- 项目实施流程（教材第9章）- 项目评价与反馈（教材第10章）教学内容安排与进度：第一周：学习传感器原理，了解温湿度监测系统的基本构成；第二周：学习数据采集、处理与传输方法，掌握编程技巧；第三周：设计并实现温湿度监测系统，进行硬件连接与编程；第四周：完善系统功能，实现数据显示与报警；第五周：团队协作完成项目实施，进行项目评价与反馈。

教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节，引导学生从理论学习到实践应用，逐步掌握温湿度监测系统的设计与实现。