温湿度测量和控制-文献综述

1、 文献综述温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测就非常有必要了。而随着高科技的不断发展，温度和湿度已不再是相互独立的量， 而应在系统集成中综合考虑。对其进行适时准确的测量具有重要意义。本章介绍了利用单片机进行温湿度测量和控制的智能化的方法，对基于MCS51单片机系统的温湿度控制原理及结构进行了描述。利用单片机对温、湿度控制,具有控温、湿精度

2、高、功能强、体积小、价格低,简单灵活等优点,很好的满足了工艺要求。1、 各部件实现的功能1.1、AT89c52单片机AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。AT89C52是有8个部件组成，即CPU，时钟电路，数据存储器，并行口（P

3、0P3）串行口，定时计数器和中断系统，它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上，即组成了单片微型计算机。1.2、SHT11传感器数字传感器SHT11的湿度量程范围为0100%RH,温度量程范围为-40.0123.8,能满足室内温湿度环境要求。温度测量可达14位的分辨率、湿度测量可达12位的分辨率,在高速或超低功耗的应用中也可分别降至12位和8位的分辨率。同时还具有电源电压监测功能,可监测到 VDD2.47V的状态,精度为0.05V。温湿度传感器SHT11将温湿度检测、信号变换、A/D转换等功能集成到一个芯片上,其内部结构如图 1所示。该芯片由一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个采用能隙材料

4、制成的温度敏感元件组成。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号。该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大 ,然后进入一个 14 bitA/D转换器,最后经过二线串行数字接口输出数字信号。SHT11与简单的电容型传感器元件不同。SHT11系列传感器无需外部模拟电子电路 ,可直接被微控制器访问;温度、供电、电容偏差及剩余电流等变化都不影响精度;即使被浸湿也不会失灵或出现误差;具有长期稳定性,无需再校准;反应速度快;能量消耗低 ,特别适用于电池供电。因此,选用该芯片作为温湿度检测装置。提示SHT11的工作时序：首先对数据传输进行初始化来启动SHT11测量时序,即在第一个SCK时钟高电平时,DATA

5、翻转为低电平 ,并在第二个 SCK时钟高电平时,DATA翻转为高电平。SHT11测量命令包含3个地址位和5个命令位(其中温度测量代码为00011,湿度测量代码为00101)。单片机发布一组8bit测量命令 (如 ,即湿度测量 )后,DATA在第8个SCK时钟的下降沿被置为低电平。再发送第9个SCK时钟作为命令确认,DATA在其下降沿之后,恢复为高电平。同时，单片机可以暂时停止发送时钟序列以进入空闲模式,准备读取测量数据。SHT11在转换结束后，将DATA置为低电平,单片机继续发出时钟序列,来读取2个8 Byte的测量数据和1个8 Byte的CRC奇偶校验。所有的数据从MSB开始,右值有效(例如

6、:对于 12 bit数据,从第5个SCK时钟起算作MSB;对于8 bit数据,首字节无意义 )。其中,在每个字节传输结束之后,都要发出一个时钟高电平ACK,并将 DATA置为低电平,以确认读取成功。当然,如果不使用CRC8校验,控制器可以在读取测量值LSB后,通过保持确认位ACK高电平 ,来中止数据传输。在测量和传输结束后,SHT11自动转入休眠模式。图1 1.3、LCD液晶显示功能AT89C52 单片机是系统的主控部件,内部含有8kB EEPROM和256B用户可使用 RAM,不用外部 EPROM、RAM 和锁存器即可实现最小系统配置,从而简化了系统结构。温湿度显示部分由LCD1602来实现

7、。它可以和单片机AT89C52直接接口，硬件连接简单。LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。通过必要的编程，可以把单片机反映出来的内容清晰简洁的现实，它在节能方面也非常的出色，并且功能齐全。2、 系统硬件电路设计SHT11通过两线串行接口电路与单片机连接,具体电路如图2所示。其中,串行时钟输入线SCK用于单片机控制器与SHT11之间的通信同步。串行数据线DATA用于内部数据的输出和外部数据的输入。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态,并仅在SCK时钟上升沿后有效。因此,单片机

8、可以在 SCK高电平时读取数据 ,而当其向SHT11发送数据时 ,在SCK时钟下降沿之后改变状态,同时保证DATA线上的电平状态在SCK高电平段稳定。该设计选用了11.0592MHz的晶体振荡器。同时在数据线 DATA上加1020 k的上拉电阻。如果SHT11不加上拉电阻或者阻值选用不当,将会对测量的精确性造成影响。图2 SHT11与单片机的连接三、软件设计软件设计主要采用模块化设计方法,包括主程序初始化模块、温湿度测量子程序模块、温湿度控制模块和无线发送数据模块。(1) 主程序初始化。主要完成系统上电后清除“看门狗”输入,进行定时器和中断处理操作的初始化,包括设定计数初值等。另外,还要设定各

9、个数据的存储单元地址。(2)温湿度测量子程序。该设计中,温湿度测量程序放在定时器 T0的中断服务程序中,定时器 T0为工作方式1,每次定时周期为50ms,软件计数 600次 ,温湿度采样周期为30s中断服务程序包含启动转换子程序、读测量数据子程序、数值处理子程序等基本程序。软件温湿度测量流程图如图3所示。 图3 温湿度测量软件流程图(3)可以实现温湿度控制子程序。AT89C52比较温湿度预设值和实际值的大小。度预设值和实际值的大小,产生报警信号,并将报警信息及实际值通过无线发送数据模块传输给远端设备。四、结 语温湿度数字传感器 SHT11在移动过程中检测室内温湿度的方法,既解决了传统的湿敏电阻

10、和热敏电容带来的电路复杂问题,又避免了大量安装多个传感器所面临的高成本等问题。因此该方法较传统的测量方法在性能上有了很大的提高 ,适用于实验室环境 ,也可以在生活室内温湿度检测系统中推广应用。利用单片机进行温度测量和控制的智能化的方法。本系统是用单片机实现的高精度实用型温湿度控制仪，以89C52单片机芯片为核心，研究和设计了数字化温度控制系统。给出了控制仪硬软件系统和各部分的电路。控制仪具有成本较低、使用简单、工作可靠等特点，在多个领域中具有一定应用前景。主要参考文献1鲁志康，温湿度自动测控系统及其传感技术研究，电工技术杂志，2000.32姜连祥，许培培.温湿度传感器SHT11的感测系统设计J

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