仓库温湿度检测技术

1、2013届专科优秀毕业论文集仓库温湿度检测系统的设计 摘要：采用单片机对温度、湿度等环境参数进行监测是一个农业生产中经常遇到的监测问题，它不仅具有监测方便、操作简单等优点，而且可以在节约成本的同时大幅度的提高监测质量。本设计以单片机AT89S52为控制核心，采用独特的单总线数字式温度传感器DS18B20进行温度采集，采用湿敏电容HS1101对湿度参数进行采集，利用LCD液晶显示屏对于当前的温度值和湿度值进行实时的显示，直观的了解所测得的仓库的温湿度的参数值。另外，还具有报警装置，对超过温湿度上下限的情况进行报警。设计后的系统具有造价低廉、操作方便、测量准确、控制灵活、体积小等优点。关键词：温度

2、传感器 湿度传感器 单片机AT89S52 LCD显示Abstract Single-chip temperature, humidity and other environmental parameters monitoring is a frequently encountered in agricultural production monitoring issues, it not only has to monitor, easy to operate, etc., and can save costs while greatly improving the quality of mo

3、nitoring. The design of a microcontroller AT89S52 as the control core, using a unique single-bus digital temperature sensor DS18B20 temperature acquisition, using capacitive humidity HS1101 humidity parameters for the collection, use LCD display for the current temperature and humidity values in rea

4、l time display, intuitive understanding of the measured temperature and humidity storage parameters. In addition, it also has an alarm system, upper and lower limits of temperature and humidity on over the case to the police. After designing a system with low cost, easy operation, accurate measureme

5、nt, flexible control, small size, etc.Keywords： Temperature sensor Humidity sensor MCU AT89S52 LCD display1 前言防潮、防腐、防霉是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作的可靠性。为了保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度和湿度的监测工作。但传统的方法是用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度

6、和湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。2 设计要求与设计方案的选择2.1 系统的设计方案本课题设计的是一个能够提供环境的温度、湿度并具有对温度、湿度超限报警功能的装置。本系统由AT89S52单片机、温度传感器、湿度传感器、报警电路和显示电路组成，完成对仓库内温、湿度数据的采集、监测、显示和超限报警。当采集外界温度和湿度信号后，送单片机处理，并用LCD显示，报警电路对外界温、湿度进行监控。2.2 设计要求（1）仓库温湿度检测系统的基本功能：检测温湿度；显示温湿度；过限报警。（2）主要技术参数： 温度检测范围 ：测量精度 ：湿度检测范围 ：检测精度 ：

7、2.3 传感器的选择传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，那么一切准确的测量和控制都将无法实现。方案一 :采用DS18B20数字式温度传感器和HS1101湿度传感器DS18B20是单总线数字式温度传感器，可直接将其测得的温度值传入单片机，再通过LCD进行显示。而HS1101湿敏电容是将空气的湿度值转化为该湿敏电容的电容值，电容值随湿度值的增大而增大，将该湿敏电容置于555振荡电路中，电容值的变化可转为与之成反比的电压频率信号的变化，并可以直接送入单片机。方案二: 采用SHT71数字温湿度传感器SHT71是瑞士Sensirion

8、公司推出的基于CMOSens技术的新型温湿度传感器。该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来, 发挥出强大的优势互补作用。包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。2.4 方案比较以上两种方案主要差别在于是否运用数字传感器以及是否考虑将温度、湿度两个传感器合二为一。从性价比方面考虑，方案一中采用两个传感器，看似有些资源浪费，但方案二的SHT71传感器的单价已胜过方案一中两个传感器售价之和。另一方面，电容式湿敏传感器实用化程度高，工艺成熟，性能稳定，通过555振荡电路将湿度变化对应的湿敏电容值转化为脉

9、冲频率送入单片机。而DS18B20温度传感器具有结构简单、体积小、分辨率高、转换快等优点。从应用程度上来说，方案一的可操作性更强。通过上述方案比较，最后选取方案一作为温湿度传感器的设计方案。3 硬件系统的设计3.1 温度传感器DS18B20的设计DS18B20的工作原理如图3.1所示。低温系数振荡器输出的时钟脉冲信号通过高温系数振荡器产生的门开通周期而被计数，通过该计数值来测量温度。计数器被预置为与55对应的一个基数值 ,如果计数器在高温系数振荡器输出的门周期结束前计数到零，表示测量的温度高于55，预置在55的温度寄存器的值就增加一个增量，同时为了补偿温度振荡器的抛物线特性，计数器被斜率累加器

10、所决定的值进行预置，时钟再次使计数器计数直至零，如果开门通时间仍未结束，则重复此过程，直到高温度系数振荡器的门周期结束为止。这时温度寄存器中的值就是被测的温度值。图3.1 DS18B20的测温原理图DS18B20电路图如图3.4所示。图3.4 DS18B20电路图3.2 湿度传感器的设计HS1100 /HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。将该湿敏电容置于 555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。频率输出的555测量振荡电路如图3.2所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C，构成

11、了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，R3是防止输出短路的保护电阻，R1 用于平衡温度系数。图3.2 555测量振荡电路该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：首先电源Vs通过R4、R2 向HS1101充电，经充电时间后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平,此时输出引脚3端由高电平突降为低电平,然后通过R2放电，经t放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，此时输出引脚 3端又由低电平跃升为高电平。如此翻来覆去，形成方波输出。其中，充放电时间为：充电 =C(R4R2 )ln2 放

12、电 =CR2ln2因而，输出的方波频率为：= 1 / (t充电t放电) = 1 / C(R42R2 )ln2 可见，空气湿度通过 555测量振荡电路就转变为与之呈反比的频率信号。表3.1 输出频率与相对湿度的对应关系湿度频率湿度频率（%RH）（HZ）（%RH）（HZ）073516066001072247064282071008063303069769061864068531006033506728-3.3 MCU单元的设计单片机AT89S52介绍AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写10

13、00次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52具有下列主要性能： 兼容MCS-51单片机；8K字节的可编程Flash存储器；可进行1000次擦写周期；32个可编程I/O口线；三个16位定时器/计数器；8个中断源；全双工UART串行通道；看门狗定时器；AT89S52的管脚如图3.3所示。图3.3 AT89S52的管脚3.4 显示电路的设计本系统利

14、用LCD1602液晶显示屏显示所测得的温度、湿度参数。1602字符型LCD简介（1）1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图3.4所示。图3.4 1602LCD尺寸图1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说

15、明如表3.2所示。表3.2引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602LCD的指令说明1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表3.3所示。表3.3 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符

16、移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容3.5 报警单元的设计在监测系统中，对于重要的参数一般都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据与该参数上下限设定值进行比较，如果高于上限值或低于下限值则进行报警，否则就正常显示。本设计的报警装置采用的是压电式蜂鸣器。通过单片机的1根口线经晶体管就可以驱动蜂鸣器发声。

17、当单片机输出高电平“1”时，晶体管导通，蜂鸣器发声；当单片机输出低电平“0”时，晶体管截止，蜂鸣器停止发声。三极管驱动的蜂鸣器报警电路如图3.5所示。图3.5 三极管驱动的蜂鸣音报警电路4 软件设计主程序由温度采集子程序、湿度采集子程序、显示子程序和报警子程序组成，本章将列出主程序清单。4.1 主程序设计系统主程序流程图如图4.1所示。返回初始化调用温度采集子程序调用湿度采集子程序显示采集的温湿度数据开始是否报警？调用报警子程序是否图4.1 主程序流程图4.2 子程序设计4.2.1 温度传感器子程序设计DS18B20温度采集子程序流程图如图4.2所示。开始初始化跳过读序列号操作写入TH、TL跳

18、过读序列号操作启动温度转换跳过读序列号操作读取温度返回图4.2 DS18B20温度子程序设计流程图4.2.2 湿度传感器子程序设计 湿度采集子程序如图4.3所示。初始化 设置定时常数在62.5ms内T0产生中断吗？产生20次中断？将T1计的数放入50H和51H将其转化成10进制放入5CH和5DH返 回重设定时时间常数关中断是是否否开始图4.3 湿度采集子程序4.2.3 报警子程序设计报警子程序流程图如图4.4所示。图4.4 报警子程序流程图4.2.4 显示子程序设计显示子程序流程图如图4.5所示。开始结束初始化设第一行显示位号写数据显示第一行写数据显示第二行设第二行显示位号图4.5 显示子程序

19、流程图5 系统分析 本设计需要硬件与软件的结合才能实现其功能，软件方面就是编写程序（程序见附录2），硬件就是把各个元器件组合到一起，形成实现本设计的电路（电路原理图见附录1）。硬件和软件互相依存，硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径。系统必须要配备完善的软件系统才能正常工作，且充分发挥其硬件的各种功能。本设计用的程序是通过Keil软件用C语言编写的。程序的编写是个难点，稍微有点差错，编译就不可能通过，还需要把硬件联系起来且发挥出它们的特性。软件程序（见附录2）。编译通过之后，形成.hex文件。硬件电路通过Proteus软件设计，在软件库里把所需要的器件调出来，按

20、照电路原理把它们连接起来，按照要求改变器件值的大小，最后把Keil中的.hex文件调入硬件中就可以了。按下Proteus软件中的仿真按钮，LCD1602显示器显示电路DS18B20温度传感器的温度值和HS1101湿度传感器的湿度值，调节温湿度传感器的大小，显示器中相应值也随之改变，当超过所设置的温湿度上下限时，报警电路启动，发出警报声。通过仿真，本文设计的系统达到了一开始预设的目标，实现了对仓库温湿度的检测和显示，并具有报警功能。结 论通过这段时间的不断努力，本文基本上完成了一开始预定的目标，实现了LCD液晶显示屏对于当前的温度值和湿度值进行实时的显示；报警装置实现了可依据用户的设定针对温湿度超限情况进行报警。同时着重分析了各单元硬件电路的设计；给出了系统的软件的设计过程。本系统的试制成功，克服了以前粮库靠管理人员