基于单片机的家用温湿度传感器设计

滨江学院毕业论文题目基于单片机的家用气象系统设计院系滨江学院自动控制系专业自动化学生姓名学号指导教师职称二〇一二年五月三十一日1目录1、绪论............................................................11.1研究目的目的与意义............................................11.2研究的任务要求与具体功能操作..................................11.3本文指导思想..................................................22、主要芯片的选择与论证............................................22.1单片机的选择方案..............................................22.2显示器的选择方案..............................................22.3温湿度传感器的选择方案........................................23、硬件介绍及局部系统设计..........................................33.1系统结构......................................................33.2主要芯片及功能介绍............................................33.2.1单片机芯片及功能介绍......................................33.2.2数字湿度传感器SHT11......................................43.2.3温度传感器DS18B20.........................................83.2.4LMO16液晶显示器和外围电路...............................123.2.5蜂鸣器应用...............................................153.3最小系统设计................................................173.3.1振荡器、时钟电路及时序...................................173.3.2复位功能.................................................173.4矩阵式键盘系统设计..........................................1823.4.1矩阵式键盘的结构原理.....................................183.4.2键盘工作方式.............................................183.4.3键盘扫描识别及消抖措施...................................194、软件设计流程图.................................................204.1矩阵式扫描键盘功能的实现.....................................204.2按键声音功能的实现..........................................204.3液晶显示功能的实现..........................................214.4DS18B20温度测量功能的实现...................................234.5SHT11湿度测量功能实现.......................................244.6电子时钟功能的实现..........................................265、应用软件.......................................................285.1KEIL软件的使用...............................................285.1.1Keil软件的简介..........................................285.1.2Keil软件调试运行流程....................................285.2PROTEUS软件的使用............................................315.2.1Proteus的简介...........................................315.2.2Proteus仿真流程.........................................31附表1系统元器件表和原理图.......................................35附表2系统仿真效果图.............................................37附表3系统源程序.................................................391基于单片机的家用气象系统设计摘要：一个好的气象系统能够为人们及时准确的的提供当天的气象信息。本文主要针对室内温度和湿度，外加一个电子时钟展开思考设计的。本设计由单片机AT89C51，LM016L显示器,温湿度传感器SHT11和温度传感器DS18B20为核心，辅以必要的电路，构成一个家用气象系统，其具有测量准确，显示直观等特点，适合家用。关键词：电子时钟，单片机，温湿度传感器SHT11,温度传感器DS18B20,显示器LM016L等。1、绪论1.1研究目的目的与意义随着科技的飞速发展，人们对生活质量要求也随之提高，生活中人体舒适度高低成了人们重要的幸福指数之一。适宜的室内气象条件，如温度、湿度、空气流速、气味等，是人们达到满意舒适度的重要因素，这些气象信息需要仪器的测量来获得，但目前市场单一的湿度或温度等测量仪器已经无法满足人们生活的实际需求，因此，需要集成度更好、测量精确度更高的测量仪器来代替它们。所以如果开发出一种基于单片机的家用气象系统，将温度、湿度、时钟等测量功能集于一体，其将很好的契合人们的日常生活要求。这对于设计者来说也是一次能力的考察，强调了对单片机扩展的应用。1.2研究的任务要求与具体功能操作本文任务是基于对单片机的使用，对部分家用气象信息系统简单设计，主要包含温湿度。设计任务与主要功能包括：(1)电子时钟的设计，并用矩阵式键盘对时间进行校正，闹铃操作；(2)温度测量显示系统设计，要求测量范围-10℃～45℃、精确度(±0.1℃)；(3)湿度测量显示系统设计，要求测量范围0～100RH%、精确度(±3%RH)；(4)用显示器显示相应的时间，温度及湿度，要求形象直观；(5)能够在闹铃时间到或有按键按下时，蜂鸣器发出响声；具体按键功能如下：(1)当仿真按钮按下时，LCD显示器进入欢迎界面；(2)当“开始”键按下时，LCD显示器进入正常时钟计数界面(3)当“闹铃设置”键按下时，LCD显示器进入闹铃时间设置界面；(4)当“年、月、日、时、分、秒”键按下时，想要设置的时间处(包括闹铃)光标不断闪烁；(5)当“加”，“减”键按下时，上述光标闪烁处的数值进行加1或减1；(6)当“退出”键按下时，LCD显示器返回到时间设置后的正常计数界面；2(7)当“闹铃启/停”键按下时，启动或停止闹铃功能；1.3本文指导思想本文是对部分家用气象信息测量系统的简单设计，首先对设计所需要用到的主要芯片进行选择和论证，确定了选用单片机AT89C51作为系统的主要控制芯片，温度传感器DS18B20实现温度测量，SHT11实现湿度测量，显示部分采用的是液晶显示器LM016L。本论文重点部分是对模块的硬件和软件时序进行详解。比如AT89C51、SHT11、DS18B20和LM016L等芯片的引脚功能和工作原理，有便于更好理解。在最后给出系统程序和电路原理仿真图，让设计成果更加清晰呈现。2、主要芯片的选择与论证2.1单片机的选择方案方案一：XC9000系列有并行处理数据的能力，能快速响应，但处理数据复杂，价格昂贵。方案二：采用单片机作为控制芯片，运算功能强，处理方便灵活，性能比较稳定，价格也比较便宜，接近自身专业。综上所述，方案二为最佳方案。2.2显示器的选择方案方案一：12864液晶显示器可实现多组数据的显示，字体比较大，比较清晰，但价格昂贵，接线复杂，性价比不高。方案二：LM016L液晶显示器简单方便，价格便宜，也能满足显示要求。方案三：七段数码管显示内容有限，控制程序复杂，面积较大；综上所示，方案二为最佳方案。2.3温湿度传感器的选择方案方案一：DHT11是一款复合传感器，测湿范围在20%～90%RH,误差±5%RH;测温范围0～50℃，误差±2℃。方案二：SHTXX系列是一款温湿度复合传感器，可测量湿度范围在0%～100%RH，误差范围在±(1.8%～3%)RH。方案三：HS101是电容式湿度传感器，测量范围0%～100%RH,误差范围±2%RH。方案四：DS18B20温度传感器，具有独特的单线总线传输，接线方便，温测范围在-55℃～125℃，误差范围±0.5℃，精确度可达0.0625。综上所述，根据设计任务要求，温测范围为-10℃～45℃、误差±0.1℃，湿度测量范围为0～100RH%、误差±3%RH可知，方案二，方案四是最佳方案。33、硬件介绍及局部系统设计3.1系统结构此系统主要由晶振电路，测量电路，校正电路，显示电路和发声电路构成，如图所示：图3-1AT89C51系统结构图3.2主要芯片及功能介绍3.2.1单片机芯片及功能介绍单片机微处理器是在一块芯片上集成了CPU、时钟和振荡器电路、ROM和RAM存储器、定时器、计数器和并串行I/O接口等功能部件的一台具有一定功能的计算机。具有体积小、重量轻、单一电源，低功耗，功能强，价格低廉，运算速度快、抗干扰能力强、可靠性高,具有较强功能的位处理能力等。引脚功能如下：VCC：供电电压；GND：接地。P0：P0引脚为一个8位漏级开路双向I/O口，具有驱动8个TTL门电路的负载能力。当访问外存时，它是地址(低8位)/数据总线复用；当外部不扩展而单片应用时，作双向I/O口用，是一个准双向I/0口；在进行片内程序检验期间，作指令代码输出用。P1：P1引脚是一个标准的内部提供上拉电阻的8位准双向并行I/O口，具有驱动4个TTL门电路的负载能力。它通常用I/O口使用，输出时具有锁存功能，输入时具有缓冲功能。P2：与P1引脚功能相似，其区别在于P2引脚访问外存时只能作高8位地址总线。P3：具有上拉电阻的8位准双向并行I/O端口；当系统复位或上电时，P3口处于第二功能状态。RST：复位输入端。若在该引脚上输入持续2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE：允许地址锁存信号输出。PSEN：访问外部程序存储器的选通信号，低电平有效。EA：此引脚为访问内部或外部程序存储器的选择信号。XTAL1:此引脚接外部晶振一端。XTAL2:此引脚接外部晶振另一端。AT89c51晶振电路测量电路校正电路显示电路发声电路43.2.2数字湿度传感器SHT11(1)Sht11的特点Sht11是一款数字湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、家电等领域，其特点如下：1）高度集成，将温度测量，湿度测量，信号变换，A/D转换和加热等功能集成到一个芯片上；2）提供二线串行数字接口sck和data