温度湿度检测与显示系统课程设计.docx

课程设计答辩报告 名 称 ：温度湿度检测与显示系统 学院名称：汽车与电子工程学院 年 级 ：2008级 专业名称：电子信息工程 学生姓名：陈明燮 罗嘉银 王久旭 指导教师： 施智雄 张娜 谢平 日 期 ：2010年12月10日1预备知识：1、 熟悉SPCE061A 端口使用方法2、 SPCE061A定时器使用方法3、 SPCE061A的AD使用方法4、 SPCE061A语音播放方法及其库函数的使用5、 凌阳十六位单片机汇编语言及C语言的使用 6、 温度传感器DS18B20测量温度和湿度传感器hs1101测量湿度的原理其中1、2、3、4、5知识点可以参考凌阳16位单片机应用基础、SPCE061A数据手册和SPCE061A编程手册；关于温度传感器DS18B20测量温度的原理和湿度传感器hs1101测量湿度的原理可以到图书馆或者网上查找相关资料。2课程设计目的：进行课程设计是加强实践，提高动手能力的重要环节，是将所学理论知识与实际联系起来的桥梁和纽带。通过课程设计，掌握单片机开发的过程，为将来的实际工作打下一定基础。本课程设计的基本要求是：1熟悉单片机最小系统板的基本构成；2掌握有关文献资料检索方法；3掌握LED/LCD显示原理及使用方法；4掌握单片机开发系统的使用方法；5初步掌握SPCE061A单片机C语言一般编程技巧；7 初步掌握单片机系统调试的一般步骤及方法；7掌握DS18B20测量温度和hs1101测量湿度的原理3课程设计内容：31设计题目本设置通过对室内实时温度的采集与显示，具体要求如下：(1) 多个温度通道。(2) 轮流显示各通道温度，同时表明通道号。(3) 有语音播报功能3.2设计说明32.1温度传感器DS18B20的工作原理一概述： 传统的温度检测大多数以热敏电阻为传感器，采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度的测量范围，但热敏电阻可靠性差测量温度准确率低，小于1摄氏度的温度信号是不适用的，还得经过专门的接口电路转换成数字信号才能由微处理器进行处理. 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I2C总线，SPI总线等。其中I2C总线一同步串行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），采用单根线号线，既可以传输数据，而却传输数据是双向的，CPU只需要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，便于总线的扩展与维护。同时，基于单总线技术能较好的解决传统识别的普遍存在的携带不方便，易损坏，易受电磁干扰等不足，因此，单总线具有广泛的运用前景，是值得关注的一个发展领域。 单总线即有一根总线，系统中的数据交换，控制都由这根总线完成。主机或从即通过一个楼极开路或三态端口连接至数据线，以允许在不反送数据时能够释放数据总线，而让其他设备使用总线。单总线通常要求外接一个约为4.7千欧的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平。DS18B20温度传感器介绍： DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式，温度测量范围为55125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20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。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。 1. DS18B20的内部结构 DS18B20内部结构如图 4.1所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图 4.2所示，DQ为数字信号输入输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 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，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的循环冗余校验码（CRC=X8X5X41）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 图 4.1 DS18B20的内部结构 2. DS18B20的外部封装 图 4.2 DS18B20的封装 3. DS18B20的温度表示 DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。例如125的数字输出为07D0H，25.0625的数字输出为0191H，25.0625的数字输出为FF6FH，55的数字输出为FC90H。 图 4.3 DS18B20的温度表示 4. DS18B20的工作时序 DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。 DS18B20的初始化时序（复位），如图 4.4所示： 图 4.4 DS18B20初始化时序 DS18B20的读写时序，如图 4.5所示： 图 4.5 DS18B20的读写时序 5. DS18B20与单片机的典型接口设计 采用寄生电源供电： hs1101:HS1100/1101湿敏电容 特点： 专利设计的固态聚合物结构 高可靠性与长时间稳定性 适合线性电压与频率输出回路应用:湿度变送器、湿度仪表、湿度控制器及其他需要湿度检测的场合HS1100/1101特性参数 特性参数典型值单位湿度测量范围199%RH供电电压5V标称电容55%RH180Pf温度系数0.04Pf/3375%的平均灵敏度0.34Pf/%RH漏电流1Na150小时结露后恢复时间10S湿度迟滞+(-)1.5%长时间稳定性0.5%RH/yr响应时间5S偏离曲线+(-)2%RH工作温度储存温度-40125 7、应用信息7.1工作与贮存条件超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。要加速恢复进程/可参阅7.3小节的“恢复处理”。在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。7.2暴露在化学物质中电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。在一个纯净的环境中，污染物质会缓慢地释放出去。下文所述的恢复处理将加速实现这一过程。高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。7.3恢复处理置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。在50-60和70%RH的湿度条件下保持5小时以上。7.4温度影响气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将hs1101远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，hs1101与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。7.5光线长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。7.6配线注意事项hs1101信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。8、焊接信息手动焊接，在最高260的温度条件下接触时间须少于10秒。9、注意事项(1)避免结露情况下使用。(2)长期保存条件：温度1040，湿度60以下。4. 设计原理图PCB图为：图1 61板原理图单片机主控板系统采用61板，它大小相当于一页扑克牌，是“凌阳大学计划”专为电子爱好者所设计的。61板资源包括： （01）CPU：SPCE061A,外部时钟为 32768Hz，内部倍频最高可至49MHz。 （02）PROBE/EZ_PROBE接口。（03）电池盒供电接口：开发板配有电池盒，也可外接5V稳压源。（04）32位IO口。 （05）AD参考电压接口。（06）音频功放SPY0030。（07）麦克风：1路MIC音频输入。（08）耳机接口：直接插耳机就可以听到音乐和语音。（09）喇叭接口：开发板配备喇叭。（10）音量调节旋钮：用于调整音量的大小。（11）端口电平可选：可以选择5V和3.3V。（12）两个外部中断输入口。（13）两个外部时钟源输入口。（14）串行通讯接口（SIO）。（15）电源和睡眠指示灯：当系统进入睡眠状态，睡眠指示灯会被点亮5程序流程图整个系统可以分为4个模块：键盘管理、单通道AD、显示、播报。键盘利用61板上自带的3个按键，定义为：K1是切换键，按此键会使采集方式从循环方式切换到单路方式，或者是从单路方式切换到循环方式。K2是Next键，它只在单路采集方式下才会被响应，在单路采集方式下，按K2会使采集的通道切换到下一个通道，连续按K2键，采集通道的变化顺序是12341，如此循环。K3键作为语音播报的开关，通过此键选择显示过程中是否播放语音。单通道AD模块完成电压采集，并查表得到对应的温度值。为了减少误差，这里采用了多次采样，然后取均值的