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溫濕度測量(一)
目 錄
設(shè)計任務(wù) ………………………………………………（4）
方案論證與比較 ………………………………………（4）
總體方案 ………………………………………………（4）
系統(tǒng)硬件設(shè)計 …………………………………………（5）
系統(tǒng)軟件設(shè)計 …………………………………………（10）
系統(tǒng)測試與分析…………………………………………（13）
設(shè)計總結(jié) …………………………………………………（13）
參考資料 …………………………………………………（14）
附錄…………………………………………………………（15）
摘要
本溫濕度測量系統(tǒng)，以AT89S52單片機為核心，由語音發(fā)聲、溫濕度采集、串行口、遙控電路、LED靜態(tài)顯示電路等功能模塊組成�；陬}目基本要求，本系統(tǒng)對語音報數(shù)、溫濕度采集、LED靜態(tài)顯示電路進行了重點設(shè)計。此外，擴展了單片機外圍接口，加入了串口，為以后擴展功能預(yù)留了空間。本系統(tǒng)吸收了硬件軟件化的思想，大部分功能通過軟件來實現(xiàn)，使電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。本系統(tǒng)不僅成功的實現(xiàn)了要求的基本功能,而且增加了一些功能，進行了一定的創(chuàng)新。本溫濕度測量系統(tǒng)的最大優(yōu)點為溫濕度測量的精度已經(jīng)達到了工業(yè)標準，不僅成本低而且具備了市面上溫濕度計的一切功能。
關(guān)鍵字：單片機 LED靜態(tài)顯示 遙控 語音
This degree of humidity measures system, with the AT89 S52 single slice machine for core is give out sound by the speech, degree of humidity collect, the string go the function mold pieces, such as, the remote control electric circuit and the LED static state manifestation electric circuit...etc. to constitute. According to topic basic request, this system numbers off to the speech, degree of humidity collect, the LED static state manifestation electric circuit carried on the point design. Expanded a single slice machine outer circle to connect in addition, join a string, is hereafter expanded function to reserve space. This system absorbed the hardware software to turn of thought, greatly parts of functions pass software to carry out, making the electric circuit understand in brief, the system stability raises consumedly. This system not only succeed of carry out the basic function of [with] request, and increase some functions, carry on certain innovation. This degree of humidity measure the biggest advantage of the system as the accuracy that degree of humidity measure to have already come to a the industry standard, not only the cost is low and had the whole functions of hygrometer on the market.
Key word: Single slice the machine LED static state manifestation control from a distance a speech
設(shè)計任務(wù)
1.1設(shè)計任務(wù)
設(shè)計一個溫度濕度實時測量的儀器
1.2設(shè)計基本要求
能夠適時地測量溫度、濕度并由LED數(shù)碼管顯示出來
1.3發(fā)揮
我們利用遙控器控制語音芯片，準確地播放溫度值、濕度值
二、方案論證
2.1 顯示部分:
方案一：動態(tài)顯示，
動態(tài)顯示，此種顯示的優(yōu)點是使用硬件少，價格低，線路簡單。但占用單片機時間長，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。方案二：靜態(tài)顯示，
靜態(tài)顯示，雖然使用元件多，且線路比較復(fù)雜，但是顯示占用機時少，顯示可靠，用起來比較方便。適合于單片機長時間做其他工作不管理顯示的情況。
鑒于上述原因, 我們采用方案二
2.2 溫濕度采集部分
方案一：采用熱敏電阻、濕敏電阻。但濕、熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測要求精度高的溫濕度是不適用的。
方案二：采用集成溫濕度傳感器。集成溫濕度傳感器測量精度高，能把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字，測得的溫濕度值的存儲在自帶RAM中，單片機直接從中讀出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制就是溫度，使用方便。
基于溫濕度傳感器的以上優(yōu)點，我們決定選用方案二 。
2.3語音部分
ISD1420語音芯片能實現(xiàn)要求的放音功能，而且價格也不高。
2.4控制發(fā)音部分
方案一：采用按鍵。比較簡單。
方案二：采用遙控器，比較方便。
為方便著想，我們選擇方案二。
三、總體方案
3.1 工作原理:
利用單片機AT89S52單片機作為本系統(tǒng)的總控模塊。一片AT89S52單片機可把由DHT90讀來的數(shù)據(jù)利用軟件計算出溫濕度，再把數(shù)據(jù)傳輸?shù)届o態(tài)顯示模塊，實現(xiàn)溫度、濕度的顯示。通過串口把溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪黄珹T89S52上，在通過遙控器控制語音電路發(fā)音，報出測到的溫濕度數(shù)據(jù)。
3.2 電路原理圖:
電路原理圖如下圖所示
圖一 電路原理圖
四、系統(tǒng)硬件設(shè)計（單元電路設(shè)計及分析）
4.1 AT89S52單片機最小系統(tǒng)：
最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分。圖2為AT89S52單片機的最小系統(tǒng)。如圖二。
圖二
4.2 溫濕度測量模塊:
DHT90接口電路圖
圖三
4.3LED顯示模塊：
采用靜態(tài)顯示，如圖四所示。
圖四 顯示模塊電路圖
介紹一下用到的主要芯片：
4.3.1. 74LS47 TTL BCD—7段高有效譯碼-驅(qū)動器
引腳圖：
圖五
74LS47真值表
輸入 輸出
LT RBI RBO A B C D a b c d e f g
H H H L L L L L L L L L L H
H X H L L L H H L L H H H H
H X H L L H L L L H L L H L
H X H L L H H L L L L H H L
H X H L H L L H L L H H L L
H X H L H L H L H L L H L L
H X H L H H L H H L L L L L
H X H L H H H L L L H H H H
H X H H L L L L L L L L L L
H X H H L L H L L L H H L L
H X H H L H L H H H L L H L
H X H H L H H H H L L H H L
H X H H H L L H L H H H L L
H X H H H L H L H H L H L L
H X H H H H L H H H L L L L
H X H H H H H H H H H H H H
表 1
4.3.2. 74LS373三態(tài)同向八D鎖存器
引腳圖：
圖六
真值表：
輸出控制 時鐘 D 輸出
L H H
L L L
L L X Q0
H X X Z
Z 高阻態(tài) 表 2
4.3.3. 74LS244 八同向三態(tài)緩沖器-----線驅(qū)動器
引腳圖：
圖七
真值表：
輸入 輸出
G A Y
L L L
L H H
H X Z
表3
4.4電源選擇：
電路圖如圖八
圖八
4.5.語音電路
圖九
4.6.遙控部分
4.7總電路圖：
五、系統(tǒng)軟件設(shè)計
程序流程圖：
(1)、第一個單片機：
(2)、第二個單片機：
串口中斷：
INT0中斷：
系統(tǒng)測試與分析
測試數(shù)據(jù)：
溫度
實際溫度（攝氏度） 20.5 25.3 16.7 14.5 18.7
測試溫度（攝氏度） 20 25 17 14 19
濕度
實際濕度（%） 35 47 57 65 67
測試濕度（%） 37 49 58 66 70
經(jīng)測試，所測數(shù)據(jù)均符合要求，達到原定標準。
七、設(shè)計總結(jié)
經(jīng)過小組成員半年來的奮斗，完成了題目所要求基本部分，另外還做進了一些新的功能，很好的完成了溫度濕度測量的基本要求，通過這次課程設(shè)計掌握了很多新的知識。
通過設(shè)計本系統(tǒng)，我們學(xué)到了很多關(guān)于單片機，傳感器和電路設(shè)計方面的許多知識，將理論與實踐相結(jié)合是一個很有難度的事情，在這次實驗中，我們不斷地查找很多專業(yè)方面的知識和實驗儀器設(shè)備，以及學(xué)術(shù)論文，學(xué)到了如何查閱科技論文，和很好的利用科技知識，將知識和實際生活所需結(jié)合起來，使我們懂得學(xué)的東西有所用，有所長�？茖W(xué)研究是一件很艱苦也是一件很有成就感的工作，在這次實驗中有很深的體會。以后要多加思考和動手，及時將所學(xué)的知識由于實際的工作和學(xué)習(xí)中，讓知識活起來，讓腦子動起來，為將來的工作學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。
八、參考資料
1．《基于單片機結(jié)構(gòu)的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》 沈紅衛(wèi) 編 電子工業(yè)出版社
2．《單片機原理與接口技術(shù)》 黃惠媛 編 海洋出版社
3．《單片機應(yīng)用技術(shù)》 周平 伍云輝 編 電子科技大學(xué)出版社
4．《8051單片機實踐與應(yīng)用》 吳金戌 沈金陽 郭庭吉 編 清華大學(xué)出版社
5．《電子設(shè)計競賽賽題解析》 黃正謹?shù)染?nbsp; 東南大學(xué)出版社
九、附錄
數(shù)字溫濕度傳感器 DHT 90
介紹_ 利用SHT1x 加工而成
用途—相對濕度、溫度測量和露點測量
優(yōu)點：
_ 全標定輸出，無需標定即可互換使用
_ 卓越的長期穩(wěn)定性
_ 兩線制數(shù)字接口，無需額外電路
_ 基于請求式測量，低能耗
_ 超小尺寸
_ 自動休眠
_ 超快響應(yīng)時間
_ 比SHT7x 更低的價格
DHT9x 產(chǎn)品概述
DHT90是利用SHT1x 傳感器，重新在國內(nèi)封裝得到。因為SHT1x 不方便手工焊接，很容易在焊接的時候，由于溫度過高造成傳感器直接損壞，因此我們采用了DHT90溫度濕度傳感器。它利用回流焊機，極為精確地控制焊接溫度，保證傳感器不會在焊接過程中受損。焊接完成后逐一對傳感器進行電性和精度檢測，以確保每一個傳感器都是合格的。DHT9x 采用標準的2.54mm 插針，可以直接與標準2.54mm 插座配合使用。DHT9x 外形接近SHT7x，性能和SHT7x 完全一樣，價格又比SHT7x 便宜很多，是替換SHT7x 的理想產(chǎn)品。
1. 傳感器性能說明
2.典型應(yīng)用電路
2.1 電源引腳
SHTxx 的供電電壓為2.4~5.5V。傳感器上電后，要等待11m 來完成“休眠”狀態(tài)。在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF的濾波電容。
2.2 串行接口 (兩線雙向)
SHTxx 應(yīng)用的的串行接口技術(shù)，在傳感器信號讀取及電源損耗方面都做了優(yōu)化處理；但與I2C 接口不兼容。
2.2.1 串行時鐘輸入 (SCK)
SCK 用于微處理器與SHTxx 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK 頻率。
2.2.2 串行數(shù)據(jù) (DATA)
DATA 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在SCK 時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK 時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在SCK 時鐘高電平時，DATA 必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動DATA 在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如：10kΩ）將信號提拉至高電平（參見圖2數(shù)據(jù)采集電路）。上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O 電路中。詳細的IO 特性，參見表5。
2.2.3 發(fā)送命令
在程序開始，用一組“ 啟動傳輸”時序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟�。它包括：�?dāng)SCK 時鐘高電平時DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK 變?yōu)榈碗娖�，隨后是在SCK時鐘高電平時DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。
圖 1 “啟動傳輸”時序
后續(xù)命令包含三個地址位（目前只支持“000”），和五個命令位。SHTxx 會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個SCK 時鐘的下降沿之后，將DATA下拉為低電平（ACK 位）。在第9 個SCK 時鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復(fù)高電平）。
表一
2.2.4 測量時序(RH 和 T)
發(fā)布一組測量命令（‘00000101’表示相對濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后，控制器要等待測量結(jié)束。這個過程需要大約11/55/210ms ，分別對應(yīng)8/12/14bit 測量。確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，最多有±15%變化。SHTxx 通過下拉DATA 至低電平，表示測量的結(jié)束。控制器在觸發(fā)SCK 時鐘前，必須等待這個“數(shù)據(jù)備妥”信號。接著傳輸2 個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1 個字節(jié)的CRC 奇偶校驗。uC 需要通過下拉DATA 為低電平，以確認每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從MSB 開始，右值有效（例如：對于12bit 數(shù)據(jù)，從第5 個SCK 時鐘起算作MSB；而對于 8bit 數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義）。用CRC 數(shù)據(jù)的確認位，表明通訊結(jié)束。如果不使用CRC-8 校驗，控制器可以在測量值LSB 后，通過保持確認位ack 高電平，來中止通訊。在測量和通訊結(jié)束后，SHTxx 自動轉(zhuǎn)入休眠模式。
警告：為保證自身溫升低于0.1℃，SHTxx 的激活時間不要超過15%（例如，對應(yīng)12bit 精度測量，每秒最多進行3 次測量）。
2.2.5 通訊復(fù)位時序
如果與SHTxx 通訊中斷，可以利用下列信號時序復(fù)位串口：
當(dāng)DATA 保持高電平時，觸發(fā)SCK 時鐘9 次或更多。在下一次指令前，發(fā)送一個“傳輸啟動”時序。這些時序只復(fù)位串口，狀態(tài)寄存器內(nèi)容仍然保留。
圖 2 通訊復(fù)位時序
2.2.6 CRC-8 校驗
數(shù)字信號的整個傳輸過程由8bit 校驗來確保。任何錯誤數(shù)據(jù)將被檢測到并清除。
3.測量時序舉例
4.測量時序概覽
(TS = 啟動傳輸)
5.時序圖
6.輸出轉(zhuǎn)換為物理量
6.1 相對濕度
為了補償濕度傳感器的非線性以獲取準確數(shù)據(jù)，建議使用如下公式修正讀數(shù)：
SORH c1 c2 c3
6.2 濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)
簡化的修正算法，可參閱應(yīng)用說明“相對濕度與溫度的非線性補償”。濕度傳感器對電壓基本上沒有依賴性。
圖3 從 SORH 轉(zhuǎn)換到相對濕度
相對濕度對于溫度依賴性的補償由于實際溫度與測試參考溫度25℃ (~77℉)的顯著不同， 應(yīng)考慮濕度傳感器的溫度修正系數(shù)：
SORH t1 t2
附表 1 溫度補償系數(shù)
相當(dāng)于 ~0.12 %RH /℃ @ 50 %RH
6.3 溫度
由能隙材料PTAT (正比于絕對溫度) 研發(fā)的溫度傳感器具有極好的線性�？捎萌缦鹿綄�(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為溫度值：
附表2、溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)表
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