編號傳感器實(shí)訓(xùn)論文說明書題目HS1101濕度檢測計(jì)院（系）信息與通信學(xué)院專業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名邱俊凱學(xué)號1001130126指導(dǎo)教師王守華2012年7月2日摘要隨著科技的發(fā)達(dá)，以及人民生活水平的提高，人民室內(nèi)生活環(huán)境不斷改善，出現(xiàn)了空調(diào)、智能溫度器、室內(nèi)凈化器等一系列改善人民生活條件的高科技產(chǎn)品。然而這并不能滿足人民越來越高的生活需求，有些人提出了濕度的要求，本設(shè)計(jì)就在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種基于89C51單片機(jī)控制的智能濕度控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用了精密的檢測電路（包刮精密對稱方波發(fā)生器、對數(shù)放大及半波整流、溫度補(bǔ)償及溫度自動校正及濾波電路等幾部分電路組成），能夠自動、準(zhǔn)確檢測環(huán)境空氣的相對濕度,并將檢測數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換后，送到處理器（AT89C51）中，然后通過軟件的編程，將當(dāng)前環(huán)境的相對濕度值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)字后，再通過數(shù)碼管來顯示；而且，通過軟件編程，再加上相應(yīng)的控制電路（光電耦合及繼電器等部分電路組成），設(shè)計(jì)出可以自動的調(diào)節(jié)當(dāng)前環(huán)境的相對濕度當(dāng)室內(nèi)空氣濕度過高時，控制系統(tǒng)自動啟動抽風(fēng)機(jī)，減少室內(nèi)空氣中的水蒸氣，以達(dá)到降低空氣濕度的目的；當(dāng)室內(nèi)空氣濕度過低時，控制系統(tǒng)自動啟動蒸汽機(jī)，增加空氣的水蒸氣，以達(dá)到增加濕度的目的，使空氣濕度保持在理想的狀態(tài)；鍵盤設(shè)置及調(diào)整濕度的初始值，另外在設(shè)計(jì)個過程當(dāng)中，考慮了處理器抗干擾，加入了單片機(jī)監(jiān)視電路。通過對基于單片機(jī)的相對濕度控制器設(shè)計(jì)，加深對傳感器技術(shù)及檢測技術(shù)的了解，鞏固對單片機(jī)知識的掌握，并系統(tǒng)的復(fù)習(xí)本專業(yè)所學(xué)過的知識。關(guān)鍵詞濕度檢測，對數(shù)放大，濕度調(diào)節(jié)，溫度補(bǔ)償目錄1設(shè)計(jì)要求12方案設(shè)計(jì)及論證121總體方案設(shè)計(jì)122系統(tǒng)主要單元的選擇與論證1221單片機(jī)控制模塊的選擇論證1222濕度檢測模塊的選擇與論證1223顯示模塊的選擇與論證223系統(tǒng)組成23理論分析及計(jì)算231HS1101的濕度測量方法分析232HS1101的濕度測量計(jì)算24系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)241單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)342HS1101濕度檢測模塊電路設(shè)計(jì)4421HS1101濕度檢測傳感器工作原理5431602液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)65系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)751軟件設(shè)計(jì)流程圖752軟件設(shè)計(jì)分析86系統(tǒng)測試861主要指標(biāo)測試862測試結(jié)果分析87結(jié)論9參考文獻(xiàn)10附錄11附錄一系統(tǒng)的總原理圖11附錄二系統(tǒng)的PCB元件分布圖11附錄三程序清單12附錄五元器件清單181設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)制作一個濕度計(jì)，濕度為0100；（2）濕度測量誤差為3；（3）具有量程自動轉(zhuǎn)換功能；22方案設(shè)計(jì)及論證21總體方案設(shè)計(jì)經(jīng)分析，將系統(tǒng)分為兩個部分，一個是由濕度傳感器組成的檢測部分，另一個是由單片機(jī)和1602液晶組成的主控與顯示部分。如圖所示HS1101濕度檢測電路將檢測到的數(shù)送到單片機(jī)，單片機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并送到1602顯示，5V穩(wěn)壓電源給各個部分供電。圖21系統(tǒng)組成框圖22系統(tǒng)主要單元的選擇與論證221單片機(jī)控制模塊的選擇論證方案一采用XC9000系列的FPGA。該類器件具有并行處理能力，能快速的響應(yīng)外部的各種數(shù)字信號，但在數(shù)據(jù)處理方面過于復(fù)雜，而且芯片價格較昂貴。方案二采用單片機(jī)作為控制核心，單片機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算功能較強(qiáng)。在程序相互調(diào)用方面，處理方便靈活，性能穩(wěn)定，適合實(shí)際應(yīng)用。且單片機(jī)技術(shù)發(fā)展較為成熟，價格便宜。基于以上分析，采用單片機(jī)控制可更為簡便靈活地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，故擬采用方案二。222濕度檢測模塊的選擇與論證方案一選用DHT11作為濕度檢測模塊。DHT11是一款數(shù)字輸出的復(fù)合傳感器，包含一個電阻式感濕元件和NTC式溫度檢測元件，可測2090RH濕度，誤差5RH，050攝氏度，誤差2攝氏度。方案二選用HS1101濕度傳感器。HS1101是電容式濕度傳感器，可測相對濕度范圍在0100RH，誤差為2RH。方案選擇，有上述數(shù)據(jù)可知，根據(jù)設(shè)計(jì)要求濕度為0100；濕度測量誤差為3，從設(shè)計(jì)要求的精度來看，本方案更優(yōu)。綜上所述，雖然方案一具有綜合作用，但是方案二的測試范圍和精度都由于方案一，故本模塊采用方案二。單片機(jī)顯示模塊HS1101濕度檢測電路電源223顯示模塊的選擇與論證方案一采用12864液晶模塊顯示測得的數(shù)據(jù)，可顯示較多組的數(shù)據(jù)，字體較大，可清晰讀數(shù)，但12864液晶模塊價格昂貴，接線復(fù)雜，故不采用。方案二采用1602液晶模塊顯示所測數(shù)據(jù)，1602液晶接線簡單方便，同時也能滿足顯示需要，價格遠(yuǎn)低于12864液晶。因此，本方案為首選方案。綜上所述，顯示模塊選擇方案二。23系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由單片機(jī)主控電路、HS1101濕度檢測模塊、1602液晶顯示模塊4部分組成，其中單片機(jī)主控電路33理論分析及計(jì)算31HS1101的濕度測量方法分析HS1101是電容式濕度傳感器，由于電容不可直接測量，故選用555多諧震蕩電路檢測到頻率，然后由單片機(jī)計(jì)算的電容值，再根據(jù)電容值算出相應(yīng)的濕度值。32HS1101的濕度測量計(jì)算電路如圖42，由電路可知圖31電容值與相對濕度值的關(guān)系T充電CR2R1LN2T放電CR4LN2因而,輸出的方波率F1/T充電T放電1/CR22R1LN2由圖31可知相對濕度與電容的關(guān)系可看成直線段，所以有相對濕度RH27C163所以有4系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)41單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)單片機(jī)主控電路原理圖如下所示圖41單片機(jī)主控電路原理圖單片機(jī)主控模塊包括了振落電路、復(fù)位電路，同時接入了各個模塊的接口，保證了整個系統(tǒng)的靈活性。單片機(jī)是整個系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。硬件實(shí)現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計(jì)，每一模塊只實(shí)現(xiàn)一個特定功能，最后再將各個模塊搭接在一起。這種設(shè)計(jì)方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。控制電路的核心器件是由美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，屬于MCS51系列。AT89S52是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器，采用的工藝是ATMEL公司的高密度非易失存儲器技術(shù)；片上FLASH允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器；在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案；價格低廉、性能可靠、抗干擾能力強(qiáng)。因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和嵌入式系統(tǒng)中。42HS1101濕度檢測模塊電路設(shè)計(jì)HS1101濕度檢測模塊電路原理圖如下所示圖421HS1101濕度檢測模塊電路原理圖圖422HS1101濕度檢測模塊電路仿真圖圖423HS1101濕度檢測模塊電路仿真結(jié)果圖421HS1101濕度檢測傳感器工作原理HS1101濕度檢測傳感器，其工作電路由555多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn)，HS1101作為電容變量接在555芯片的2、5腳之間，引腳7用作電阻R2的短路，等量電容HS1101通過R1、R2充電到門限電壓（約067V），通過R4放電到觸發(fā)電平，然后R2通過7短路到地，傳感器由不同的電阻R1、R2充放電，進(jìn)行工作循環(huán),形成方波。其周期計(jì)算如下T充電C（R1R2）IN2；T放電CR1IN2；由此可知輸出方波頻率為F1/（T充電T放電）1/C（R22R1）IN2；可見空氣濕度通過555測量振蕩電路，就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比例的頻率信號。431602液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)1602液晶顯示模塊電路原理圖如下所示圖431602液晶顯示模塊電路原理圖在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點(diǎn)顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低、1602LCD主要技術(shù)參數(shù)顯示容量162個字符芯片工作電壓4555V工作電流20MA50V模塊最佳工作電壓50V字符尺寸295435WHMM引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，第1腳VSS為地電源。第2腳VDD接5V正電源。第3腳VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳背光源正極。第16腳背光源負(fù)極。5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)51軟件設(shè)計(jì)流程圖主程序流程圖液晶顯示程序流程是是否否圖511主程序流程圖圖512液晶顯示程序流程濕度檢測流程圖否是開始顯示濕度KEY鍵按下開始是否忙碌寫指令寫數(shù)據(jù)設(shè)置顯示位初始化顯示開始開定時T0，T1是否計(jì)滿1S關(guān)閉T0并根據(jù)頻率算出濕度值顯示濕度52軟件設(shè)計(jì)分析主程序進(jìn)行掃描。單片機(jī)顯示濕度，調(diào)用濕度顯示程序，開啟定時中斷T0、T1，T0進(jìn)行定時，T1對濕度電路給的頻率計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿1S時關(guān)閉T1，單片機(jī)對計(jì)的數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，得出濕度值，送往液晶顯示。66系統(tǒng)測試61主要指標(biāo)測試本系統(tǒng)主要指標(biāo)就在于所測得的濕度的數(shù)據(jù)是否達(dá)到了題目要求，本系統(tǒng)測量范圍濕度為0100,濕度測量誤差為2,在17棟211測試濕度為41。62測試結(jié)果分析通過測試，與標(biāo)準(zhǔn)儀器所測得的濕度相比較，可得系統(tǒng)的誤差為信號傳輸過程中可能存在誤碼，及誤判。7結(jié)論本溫濕度計(jì)的制作基本上達(dá)到了題目要求的技術(shù)指標(biāo)，濕度為0100，濕度測量誤差為3,實(shí)現(xiàn)了量程自動轉(zhuǎn)換功能。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在接近一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對單片機(jī)匯編語言掌握得不好通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。參考文獻(xiàn)（1）康華光等電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京高等教育出版社（2）彭介華電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M北京高等教育出版社（3）黃智偉全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽制作實(shí)訓(xùn)M北京北京航空航天大學(xué)出版社，2007（4）黃智偉全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京北京航空航天大學(xué)出版社，2006（5）黃智偉全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽技能訓(xùn)練M北京北京航空航天大學(xué)出版社，2007（6）黃智偉全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽電路設(shè)計(jì)M北京北京航空航天大學(xué)出版社，2006（7）黃智偉全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽常用電路模塊制作M北京北京航空航天大學(xué)出版社，2010（8）黃智偉等基于NIMULTISIM的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析M北京電子工業(yè)出版社，2007（9）黃智偉印制電路板（PCB）設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)踐M北京電子工業(yè)出版社，2009（10）高吉祥等電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M北京電子工業(yè)出版社，2002（11）吳運(yùn)昌模擬集成電路原理與應(yīng)用M廣州華南理工大學(xué)出版社，2001年（12）譚博學(xué)等集成電路原理及應(yīng)用M北京電子工業(yè)出版社，2003（13）魏立軍CMOS4000系列60種常用集成電路的應(yīng)用M北京人民郵電出版社，1993（14）楊寶清實(shí)用電路手冊M北京機(jī)械工業(yè)出版社2002（15）陳有卿報警集成電路和報警器制作實(shí)例M人民郵電出版社1996附錄附錄一系統(tǒng)的總原理圖圖附11系統(tǒng)總原理圖附錄二系統(tǒng)的PCB圖及元件分布圖附錄三程序清單INCLUDEINCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTSBITLCD_RSP20SBITLCD_RWP21SBITLCD_ENP22SBITKEY1P23SBITKEY2P24UCHARCODECDIS3“SHIDUJISHIYAN“UCHARCODECDIS4“SHIDU“UCHARCODECDIS5“THESYSTEMOF“UCHARCODECDIS6“HUM“UNSIGNEDCHARDATADISPLAY50X00,0X00,0X00,0X00,0X00UNSIGNEDCHARCODEDITAB160X00,0X01,0X01,0X02,0X03,0X03,0X04,0X04,0X05,0X06,0X06,0X07,0X08,0X08,0X09,0X09UNSIGNEDCHARCODEMYTAB80X0C,0X12,0X12,0X0C,0X00,0X00,0X00,0X00BITINT_FLAG/定時器01S到標(biāo)志位UNSIGNEDCHARVOLATILEINT_COUNT/定時器0中斷次數(shù)UNSIGNEDCHARVOLATILET1COUNT/定時器1中斷次數(shù)UNSIGNEDLONGSUM0/1S內(nèi)脈沖總個數(shù)UNSIGNEDLONGWET0UNSIGNEDCHARLE6/LED顯示緩存DEFINEDELAYNOP_NOP_NOP_NOP_NOP_/VOIDDELAY1INTMSUNSIGNEDCHARYWHILEMSFORY0Y250Y_NOP_NOP_NOP_NOP_/檢查LCD忙狀態(tài)/LCD_BUSY為1時，忙，等待。LCDBUSY為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。/BITLCD_BUSYBITRESULTLCD_RS0LCD_RW1LCD_EN1DELAYNOPRESULTBITP0LCD_EN0RETURNRESULT/寫指令數(shù)據(jù)到LCD/RSL，RWL，E高脈沖，D0D7指令碼。/VOIDLCD_WCMDUCHARCMDWHILELCD_BUSYLCD_RS0LCD_RW0LCD_EN0_NOP_NOP_P0CMDDELAYNOPLCD_EN1DELAYNOPLCD_EN0/寫顯示數(shù)據(jù)到LCD/RSH，RWL，E高脈沖，D0D7數(shù)據(jù)。/VOIDLCD_WDATUCHARDATWHILELCD_BUSYLCD_RS1LCD_RW0LCD_EN0P0DATDELAYNOPLCD_EN1DELAYNOPLCD_EN0/LCD初始化設(shè)定/VOIDLCD_INITDELAY115LCD_WCMD0X01/清除LCD的顯示內(nèi)容LCD_WCMD0X38/162顯示，57點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)DELAY15LCD_WCMD0X38DELAY15LCD_WCMD0X38DELAY15LCD_WCMD0X0C/顯示開，關(guān)光標(biāo)DELAY15LCD_WCMD0X06/移動光標(biāo)DELAY15LCD_WCMD0X01/清除LCD的顯示內(nèi)容DELAY15/設(shè)定顯示位置/VOIDLCD_POSUCHARPOSLCD_WCMDPOS|0X80/數(shù)據(jù)指針80地址變量/自定義字符寫入CGRAM/VOIDWRITETABUNSIGNEDCHARILCD_WCMD0X40/寫CGRAMFORI0I8ILCD_WDATMYTABI/US級延時函數(shù)/濕度測量/軟件延時/VOIDDELAYSUNSIGNEDINTCNT/US延時WHILECNT/定時器0初始化VOIDINTI_T0VOIDTMODTMOD/定時器0工作于方式1/TH06553650000/256/定時50MS/TL06553550000256TH00X3CTL00XB0/定時器1初始化VOIDINTI_T1VOIDTMODTMOD/定時器1用作計(jì)時方式1TH10X00TL10X00/定時器0中斷服務(wù)程序定時1SVOIDTIME_T0VOIDINTERRUPT1TH06553550000/256TL06553550000256INT_COUNTIFINT_COUNT20/20500001STR10INT_FLAG1/定時滿1S標(biāo)志位INT_COUNT0/定時器1中斷服務(wù)程序計(jì)數(shù)VOIDTIME_T1VOIDINTERRUPT3T1COUNTVOIDDISPVOID/濕度顯示函數(shù)INT_FLAG0SUMTL1TH1256T1COUNT65536/計(jì)算1秒內(nèi)的脈沖個數(shù)/以下將數(shù)據(jù)格式化,轉(zhuǎn)成LED可顯示的BCD碼WET100SUM4000/50/濕度計(jì)算公式LE0WET10/最低位WETWET/10LE1WET10/第二位WETWET/10LE2WET10/第三位WETWET/10INT_COUNT0T1COUNT0LCD_POS0X4ALCD_WDATLE248LCD_POS0X4BLCD_WDATLE148LCD_POS0X4CLCD_WDATLE048DELAYS100TH10X00TL10X00TR11/T1重新開始計(jì)數(shù)VOIDSHIDU_MENU/顯示濕度的菜單UCHARMLCD_POS0X00/設(shè)置顯示位置為第一行的第1個字符M0WHILEM16/顯示字符LCD_WDATCDIS3MMLCD_POS0X40/設(shè)置顯示位置為第二行第1個字符M0WHILEM16LCD_WDATCDIS4M/顯示字符MWRITETAB/自定義字符寫入CGRAMDELAY15LCD_POS0X4DLCD_WDAT0X00/顯示自定義字符/主函數(shù)/VOIDMAINEA1/開總中斷INTI_T0/初始化定時器0定時50MSINTI_T1/初始化定時器1定時計(jì)數(shù)外部脈沖下降沿ET01/T0中斷允許ET11/T1中斷允許TR01/定時器0開始定時TR11/定時器1開始計(jì)數(shù)LCD_INIT/初始化LCD/T0中斷發(fā)生時重新計(jì)數(shù)50MS，若滿20次（1S），則顯示標(biāo)志位置位，停止計(jì)數(shù)/T1溢出就T1COUNT加1，并且使初值為0WHILE1SHIDU_MENUIFINT_FLAG1DISPDELAY12500附錄五元器件清單元件種類元件型號數(shù)量單片機(jī)AT89S511濕度傳感器HS