环境温湿度检测系统的设计

1、.：.；教学单位 学生学号 永城职业学院毕 业 设 计 (论文)题 目： 环境温湿度监测系统的设计 年 级： 级 学 号： 姓 名： 向明星 专 业： 矿山机电 指点教师： 刘 辉 年 月 日环境温湿度检测系统的设计摘要 湿度检测在工业、农业、国防等行业有着广泛的运用。利用单片机技术的湿度检测系统以其体积小，可靠性高而被广泛采用。本文对湿度检测系统进展了分析设计。首先，对湿度检测技术的运用领域和开展情况做了简单的引见，同时，列举了目前湿度检测所常用方法以及各自所具有的特点。本文重点在于对该系统的硬件和软件设计。在硬件设计过程中，详细引见了各部分电路的功能和特点。接下来，对系统中所用的湿度传感器

2、HM和A/D转换芯片TLC作了简单的引见。在软件设计过程中，绘制了各个程序模块的流程图，详细引见了各个模块的作用。经过对程序反复的修正，完善了软件系统。最后，完成了对整个系统的设计。本系统具有灵敏度高、反映时间短等特点，并且具有智能化、可编程、小型便携等优点，置信本系统具有广泛的运用领域。温度、湿度是工农业消费的主要环境参数对其进展适时准确的丈量具有重要意义。利用单片机对温、湿度控制。具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价钱低，简单灵敏等优点，很好的满足了工艺要求。本文引见了利用ATS单片机进展温度和湿度的检测及其控制的智能化方法。为了更好地处理严寒地域供热温湿度检测的问题， 设计了基于单总线

3、技术的温湿度检测系统。引见了系统的总体设计方案， 并对单总线温湿度检测电路， 通讯电路等硬件设计， 以及系统软件设计及流程进展了论述。经过补偿前后的温湿度测试结果比较， 阐明该系统可以满足对温湿度要求比较高的场所。关键字：单片机，温湿度检测，硬件系统，软件系统目录第章 绪论. 引言本章首先引见了湿度这个物理量的根本知识，接下来引见了湿度检测技术的运用领域，常见的湿度丈量方法以及特点。同时，对湿度传感器的目前的开展情况以及湿度检测技术的开展趋势进展了简单的分析。最后，简单概括了本文所要做的任务内容。. 湿度的根本概念湿度是表示空气中水蒸气的含量的物理量，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。所谓绝

4、对湿度就是单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度。绝对湿度普通用一立方米空气中所含水蒸气的克数表示，即为HamV/V，式中，Ha表示绝对湿度值，mV 为待测空气中水蒸气质量，V 为待测空气的总体积。单位为g/ 。相对湿度是表示空气中实践所含水蒸气的分压( )和同温度下饱和水蒸气的分压( )的百分比，即HT( / )TRH。通常，用RH表示相对湿度。当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气体中的水蒸气压即使一样，其相对湿度也发生变化。日常生活中所说的空气湿度，实践上就是指相对湿度而言。温度高的气体，含水蒸气越多。假设将其气体冷却，即使其中所含水蒸气量不变，相对湿度将逐渐添

5、加，增到某一个温度时，相对湿度达，呈饱和形状，再冷却时，蒸气的一部分凝聚生成露，把这个温度称为露点温度。. 湿度检测的运用领域人工气候室是在环境实验、科学研讨诸如种养殖、植保、组培、生物工程等领域运用广泛的实验设备。它能模拟自然界的各种气候条件，按照实验要求准确控制室内的温度、湿度、光照以及CO等目的，复现各种气候环境。为研讨不同物种的生长、发育、生理、生化过程发明了环境条件。因此，人工气候室广泛运用在科研、现代农业、医药、冶金、化工、林业、环境科学及生物遗传工程等领域。在人们的日常生活中，人们的居住空间也是一个人工环境。空气污染，直接要挟人们的身体安康；噪音污染，影响人的心情、任务、休憩、饮

6、食，可以导致神经衰弱；温度过热、过冷，导致人的不适，耗费电能；空气过湿，将使人们感到沉闷和窒息；空气过燥，又会使人的口腔感到不适，甚至能够发生咽喉炎等疾病。假设自动控制这个最常见的空间，人的生活将更温馨。所以说，这是一个很有开展出路的课题，国内外学者曾经进展了相关的研讨。本文也就其中最难丈量的物理量湿度进展研讨。. 常见的湿度检测方法及特点湿度丈量从原理上划分有二、三十种之多。但湿度丈量一直是世界计量领域中著名的难题之一。一个看似简单的量值，深究起来，涉及相当复杂的物理化学实际分析和计算。常见的湿度丈量方法有：动态法双压法、双温法、分流法，静态法饱和盐法、硫酸法，露点法，干湿球法和电子式传感器

7、法。 双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的准确混合。由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精细，主要作为规范计量之用，其丈量精度可到达%RH以上，但是设备复杂，昂贵，运作费时费工。 静态法中的饱和盐法，是湿度丈量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需求平衡小时。露点法是丈量湿空气到达饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，丈量范围宽。计量用的精细露点仪准确度可达.甚至更高。但用现代光电

8、原理的冷镜式露点仪价钱昂贵，常和规范湿度发生器配套运用。干湿球法，这是世纪就发明的测湿方法。历史悠久，运用最普遍。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需到达.m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只需%RH,干湿球也不属于静态法，不要简单地以为只需提高两支温度计的丈量精度就等于提高了湿度计的丈量精度。电子式湿度传感器法。电子式湿度传感器产品及湿度丈量属于年代兴起的行业, 近年来，国内外在湿度传感器研发领域获得了长足提高。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速开展，为开发新一代湿度测控系统发

9、明了有利条件，也将湿度丈量技术提高到新的程度。. 湿度丈量技术的开展趋势 广泛采用新技术、新工艺随着科技的提高，许多新技术和新工艺被运用到湿度丈量领域中。例如，瑞士Sensiron公司采用CMOSensCe-mo-Sens专利技术为高精度湿度传感器系统设置精度。其特征是将半导体芯片CMOS与传感器技术交融，为开发高集成度、智能化、高精度、高可靠性的湿度检测系统提供理处理方案。该项技术亦称“Sensmitter，它代表传感器sensor与变送器transmitter的有机结合。虽然SHT/属于传感器范畴，但具有创新性的CMOSens技术使之兼有变送器的功能，便于实现系统集成。Honeywell公

10、司消费的HIH型湿度传感器，能在高温，有化学液体或气体的环境下正常任务，例如可以丈量含有氨、苯、甲醛等有害气体的鸡棚或猪舍中的相对湿度。即使在饱和形状下，传感器也很容易从短期凝结中恢复过来。HIH芯片上有一层起维护作用的亚硝酸盐钝化层，在安装过程中不易损坏。 提高丈量精度和分辨力目前，国内外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能湿度传感器，SHT/型智能化湿度传感器系统丈量相对湿度的范围是，分辨力达.RH，最高精度为RH。丈量露点的精度。在丈量湿度时A/D转换器的位数分别可达位、位。利用降低分辨力的方法可以提高丈量速率，减小芯片的功耗。SHT/的产品互换性好，呼应速度快，抗干扰才干强，不需求外部

11、元件，适配各种单片机，可广泛用于医疗设备及温度湿度调理系统中。 添加测试功能新型智能湿度传感器的测试功能也在不断加强。例如，DS型单线智能湿度传感器添加了实时日历时钟RTC，使其功能更加完善。DS还添加了存储功能，利用芯片内部字节的 存储器，可存储用户的短信息。另外，智能湿度传感器正从单通道向多通道的方向开展，这就为研制和开发多路湿度测控系统发明了良好条件。. 本课题研讨的主要内容和目的研讨本系统包括两方面义务：其一是对硬件系统的设计，保证系统的检测精度不小于RH，呼应时间小于S，检测湿度范围为RH等。使其具有很强的适用性。其二是软件系统的设计，使其实现报警显示等功能，保证系统的正常运转。第章

12、 湿度检测系统的功能与硬件设计本章主要引见了本湿度检测系统的检测方法的选择以及硬件设计两方面内容。首先从整体上初步分析了系统的设计方法。接下来，绘制了湿度检测系统的硬件框架图，根据该图进展各个模块的设计。详细分析了各个模块的功能和作用，根据系统的硬件系统框架对各个部分进展设计，画出了系统硬件原理图。最后引见所用的芯片资料，简述了芯片的内部构造和任务原理。.湿度检测方案的选择现代湿度丈量方法最主要的有两种：一是干湿球测湿法，二是电子式湿度传感器测湿法。下面简单引见一下干湿球湿度计的特点。早在世纪人类就发明了干湿球湿度计，干湿球湿度计的准确度取决于干球、湿球两支温度计本身的精度；湿度计必需处于通风

13、形状：只需纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才干到达规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只需RH。而且，干湿球测湿法采用间接丈量方法，经过丈量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对运用温度没有严厉限制，在高温环境下测湿不会对传感器呵斥损坏。干湿球测湿法的维护相当简单，在实践运用中，只需定期给湿球加水及改换湿球纱布即可。接下来，简单引见一下电子式湿度传感器的特点。电子式湿度传感器的准确度可以到达RH。电子式湿度传感器的精度程度要结合其长期稳定性去判别。湿度传感器是采用半导体技术，因此对运用的环境温度有要求，超越其规定的运用温度将对传感器呵斥损坏。所以电子式湿度传感器测湿方法更适宜于在干净及

14、常温的场所运用。而电子式湿度传感器是近几十年，特别是近年才迅速开展起来的。湿度传感器消费厂在产品出厂前都要采用规范湿度发生器来逐支标定，电子式湿度传感器的准确度可以到达RH。经过上述两种湿度检测方法的分析，不难发现：电子式传感器测湿法和干湿球测湿法相比具有精度高、操作简单、易于控制等特点。另外，前者可外加单片机等控制器来构成一个智能检测系统，而后者不能直观准确的显示出湿度值，呵斥运用上的不方便。因此本文采用电子式传感器测湿法进展系统设计。. 设计方案确实定可以从以下几个方面来确定湿度检测仪的设计方案。. 处置器采用ATMEL的ATC微处置器，是基于以下几个要素：C为内核，仿真调试软硬件资源丰富

15、；性价比高，货源充足；DIP封装，体积小，便于产品小型化；为 程序存储介质，次以上擦/写周期，便于程序调试；具有两种节能方式：闲置方式和掉电方式，便于进展低功耗设计；任务电压范围宽：.V，便于交直流供电。. 显示电路就显示而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。对于普通的段式液晶屏，需求专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对比较差；对于具有驱动电路和微处置器接口的液晶显示模块字符或点阵，普通多采用并行接口，对微处置器的接口要求较高，占用资源多。另外ARC本身无专门的液晶驱动接口，因此，本系统采用数码管显示方式。数码管作为一种自动显示器件，具有亮度高、价钱廉价等特点，而且市场上也

16、有专门的显示组合数码管。. 键盘电路键盘是一组开关的集合，是最常用的输入设备之一，智能仪器在面板上均运用键盘输入取代各种传统的开关旋钮，由于键盘控制有简单可靠、经济、易于修正便于远程监控等特点。在设计中为了精简系统，本系统只用了一个键，其作用主要就是用来清屏和刷新数据。. 湿度检测仪的主电路设计湿度检测仪的主电路包括：系统时钟电路；系统复位电路；按键电路；显示电路；电源控制电路；湿度检测传输及A/D转换电路六部分组成。其硬件系统框图如图.所示第章 系统电路设计.l 系统根本方案本系统采用ATS单片机作为控制中心对采集到的湿度模拟电压信号经过ADC进展分析处置实现AD转换以便数码管显示其湿度值。

17、本设计可以手动设置温度湿度的上、下限值，如只需有一样与设定的值不符合时，即温度湿度过高或过低，那么该系统会发出语音报警，同时继电器立刻切断电源实现系统的维护。. 硬件系统的组成 ()主控模块：采用ATS单片机作为系统的控制器。Pl口控制数码管显示温度和湿度值。P口与ADC衔接实现湿度模拟电压量转换为数字量便于单片机处置。键盘控制采用PO口其中POO是温度的设置，PO是湿度的设置，POPO是分别对温度与湿度的上下限值进展设置。P是DS温度传感器的接线口PO是ISD语音芯片的接线口。原理如图l：()显示模块：系统采用动态显示方式驱动个数码管任务，其中个数码管用来显示温度值，个用来显示检测到的湿度值

18、。用LSl的输入端来选择位码单片机的P口控制数码管的断码。如检测到的温度与湿度发生变化时，数码管即会发生相应的变化，起到实时显示功能，电路如图。()语音播报模块：采用语音芯片ISD，该芯片可以高质量地完成声音录制与复原，最大录音时间为秒，具备分段录音功能其任务电压在 V V范围，运用直接电平边缘存储技术，省去了AD、DA转换。其内部集成了大容量的EEPROM，不再需求扩展存储器，便于与单片机衔接。语音播报模块电路如图。该电路的S键为录音键，Sl、S键为播放键，A-A为地址选择端，将ISDl的A一A直接与单片机的P口相连，就可以实现录音地址选择功能，再将播放键接于PO口以实现单片机控制的实时播放

19、功能。电源VCCA、VCCD其内部的模拟和数字电路运用不同的电源总线，但由于该芯片的干扰较小，因此两者可短接在一同。()AD转换模块：采用ADC转换芯片，用于实现模拟量向数字量的转换，由于模拟转换电路的种类很多，选择AD转换器从速度，精度和价钱方面思索其内部是路模拟选通开关。以及相应的通道抵抗锁存译码电路，转换时间是 S左右，单电源供电。()温度和湿度采集模块：温度传感器采用DALLAS半导体公司消费的智能温度传感器DSlB，采集的数据可直接送入微处置器而无需AD转换能直接读出被测温度。它仅需求l条接口线即可实现与微处置器的双向通讯；只需求外接个 k的上拉电阻。无需其它外部器件。本系统对Dsl

20、B采用数据线供电，温度丈量范围为-。经过编程可实现位的数字值读数方式，丈量精度为士，用户可自行设定非易失性报警上下限。由于采用单总线方式，可在该控制总线上挂接多个DSlB进展不同部位的温度检测。湿度传感器采用HSM一G，其原理是每变化 V湿度所添加的值为l，其输出的电压值需经过ADC转换为数字量，以便单片机处置从而让数码管显示湿度值。其任务电压范围为直流电压 V，测试精度为土RH任务电流(最大值)为 mA，储存环境湿度范围为至RH，任务环境湿度范围为lO至(瞬间可达RH)，任务环境为。()继电器控制电路：电磁式继电器具有构造简单、任务可靠、巩固耐用、价钱廉价等优点运用极其广泛，它是最为典型和常

21、用的继电器。本电路采用常闭继电器由单片机控制，当温度或湿度异常时，继电器开场任务且开关切断电源，小灯熄灭，从而起到维护系统的作用。其电路如图。. 系统的软件设计本系统的软件设计采用了汇编言语编程，只需对温度湿度进展相应的采集处置后，即可让数码管实时显示当前的温度与湿度值。湿度采集的输出电压需求经过ADC进展转换为数字量才可让单片机处置。而语音播报只需接上单片机的IO口，并对其接口线进展编程方可完成。总程序流程如图。第章 结论在工农业消费、气候、环保、国防、科研、航天等部门，经常需求对环境湿度进展丈量及控制。对环境湿度的检测以及对工业资料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。本系统采

22、用了高精度的电容式相对湿度传感器HM，在系统稳定运转时，湿度丈量范围为%RH，而且呼应时间小于秒。所选用的A/D转换芯片TLC，它采用串行通讯方式，简化了系统设计，减少了电路板的面积。同时，充分利用了ATC单片机本身的软硬件资源，具有智能化、可编程、小型便携等优点。因此只需选用不同的湿度传感器，并修正相应的软件控制程序，本检测系统就可运用在环境维护、工业控制、农业消费等方面，可见其具有非常广泛的运用前景。由于该系统主要是湿度的检测没有涉及到湿度的控制设计，所以在控制方面有待进一步研讨。同时，可以在外围扩展温度检测芯片，使其具有温、湿度检测功能。而且，外加去湿机、空调等设备，可实现对温湿度检测控制的功能。同时，可以扩展时钟控制芯片，修正完善程序，使其具有时间显示、定时报警等多项功能。因此，本系统具有很好的扩展性。由于时间仓促和本人程度有限，在设计过程中，难免在设计上存在一定的缺陷，请各位教师多多指正。参考文献 何利民. 单片机运用技术选编M.北京：