温湿度测试系统传感器课程设计.docx
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温湿度测试系统传感器课程设计
湘潭大学
课程设计
课程传感器
题目温湿度测试系统
院系材料与光电物理学院
专业班级测控技术与仪器
学生姓名
学生学号
指导教师
2013年08月日
任务书
课程传感器原理设计与应用
题目温湿度测试系统
专业测控技术与仪器姓名学号
组长组员
(1)设计目的:
设计制作一个温湿度,温度测量范围为-10-50℃,湿度为0-100%
实验仪器:
电烙铁,Proteus软件,Keil软件,剥线钳,万用表,温度计
主要内容:
该系统主要有以下系统快构成:
中央控制处理器STC89C52组成的主机系统;环境数据采集系统,输出显示与键盘控制系统等。
主要的系统电路有:
电源电路,温度传感器与湿度传感器电路,显示电路,报警电路,键盘输入电路。
该系统的主要特点有:
(1)、该产品互换性好,响应速度快,抗干扰电路图,外围电路简单易懂,因此体积小。
(2)、该系统能用软件的方式控制硬件,所有用软件方式设计的系统向硬件的转换是由有关开发软件完成的,易操作。
(3)、可以从以前的组合设计转向真正的自由设计,所以设计的移植性好,效率高。
参考资料
1、《单片机原理及应用》湘潭大学出版社;
2、《单片机接口技术》(C51版)中国水利水电出版社;
3、郭天祥“十天学会单片机”视频;
4、《传感器原理设计与应用》国防科技大学出版社;
完成期限2013.08.20
2013年08月20日
温湿度测试系统设计
摘要:
此温湿度测试系统是基于单线式温度传感器DS18B20、电容式湿度传感器HS1101、单片机STC89C52对温湿度分别测试并通过液晶显示屏1602经行显示。
温度传感器DS18B20是单线式,体积超小,硬件开销超低,抗干扰能力强,精度高,附加功能强的理想单片机温度传感器,可实时根据指令给出温度数据,可读性高。
HS1101是电容式空气湿度传感器,在不同的湿度环境下呈现不同的电容数值,0%-100%RH湿度范围内,电容从162变到200PF,误差为2%RH,可见精度非常之高,为了反映出其电容的变化,本系统采用555多谐振荡电路产生不同的频率,用于检测湿度。
单片机采集到的两个传感器给出的数据进行处理与计算,得出当前的温度与湿度并送给液晶屏显示。
本系统具有可读性高,稳定性高,反应速度快,测量值准确的特点。
关键词:
单片机,温湿度,DS18B20,传感器,液晶显示器
Abstract:
Keywords:
microcontroller,temperatureandhumidity,DS18B20,sensor,LCD
引言:
二、方案设计
(1)、方案的选取
DS18B20传感器;
HS1101湿度传感器
(2)、显示模块的选取
采用1602液晶模块显示所测数据,1602接线简单方便,同时也能满足显示需求,价格远低于12864液晶。
三、.结果及原理分析
根据所要实现的功能,将系统模块化设计,总体模块结构图如下图所示:
以下就分别就各模块功能实现进行设计。
1.1602液晶显示模块电路设计
1602液晶显示模块电路原理图如下所示:
2.DS18B20温度检测模块
如上图所示。
其中温度传感器DS18B20的各引脚功能如下:
1:
GND接地;2:
DQ输出端;3:
VCC电源。
3.HS1101湿度检测模块
555芯片外接电阻R4、R5、R6、R8与HS1101,构成对HS1101的充电回路,7端通过芯片内部的晶体管对地短路实现对HS1101的放电回路,并将引脚2,6端相连引入片内比较器,构成多谐振荡器。
HS1101作为一个变化的电容器,原理图中我们用电容代替,连接2和6引脚,
充电,放电时间:
由HS1101的技术手册可得湿度和电容的函数关系呈线性关系,因此有:
当
时
由
得,空气相对湿度与555芯片输出偏绿存在一定关系,可通过微处理器采集555芯片的频率,查表即可得到相对湿度。
(电容不可直接测量,由555多谐振荡器检测频率,有单片机计算电容值,进而求得相对湿度)
4.电源模块
系统部分电源采用的是4节1.5伏干电池,能为系统提供稳定的5V电压。
四、软件流程图
五、系统总的程序设计
见附录一
六、设计过程问题解决
本次设计过程很费周折,由于proteus里面缺少一些必要的元件,故实验过程中是先设计好硬件电路,焊好电路以后才进行调试的,其间的艰难可想而知。
也因为这样,硬件电路的错误比较多,中间一直在修改硬件电路,造成电路板修修补补不美观。
实验过程中遇到的困难很多,尤其是实现界面切换和返回主界面的过程,同时光标也要随着界面一起移动。
否则就会显示出错。
而在本次设计过程中,我们调用了两次显示,一次写显示温度,一次显示湿度。
4.总结
1.刚开始烧了程序以后,发现LCD什么都不显示,后来发现是因为没有开背光,因为没开背光显示不明显,如果角度不对会发现什么都没显示。
而背光要通过可调电阻来调,在1602的背光正极接一个可调电阻,电阻的两端是接地和电源。
2.能够显示以后,发现显示界面一直在刷新,显示不稳定。
原因是每秒随着秒刷新初始化界面一次,解决的方案是不重新调用显示,而是只给显示秒的位置刷新,其他时间随秒变化。
温湿度值则是有了变化就刷新。
3.由于编写程序时,没有考虑到温度传感器DS18B20数据的十六进制与显示字符之间的数据处理关系,导致在液晶屏中只显示了传回的最后一个十六进制数所对应的ASCⅡ的字符,找到问题的解决关键所在后,经过数的分位与字符显示后,成功的显示了传回的温度、湿度的数据,让我们距离成功只差一小步了。
参考文献
1、《单片机原理及应用》湘潭大学出版社;
2、《单片机接口技术》(C51版)中国水利水电出版社;
3、郭天祥“十天学会单片机”视频;
4、《传感器原理设计与应用》国防科技大学出版社;
附录一:
系统总程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P2^0;//定义DS18B20端口DQ
sbitBEEP=P2^2;//蜂鸣器驱动器
bitpresence;
sbitLCD_RS=P1^2;
sbitLCD_RW=P1^1;
sbitLCD_EN=P1^0;
sbitled=P2^1;
sbitkey1=P2^3;
sbitkey2=P2^4;
ucharcodecdis1[]={"wendujishiyan"};
ucharcodecdis2[]={"T=,C"};
ucharcodecdis3[]={"shidujishiyan"};
ucharcodecdis4[]={"shidu:
%"};
ucharcodecdis5[]={"thesystemof"};
ucharcodecdis6[]={"tempandhum"};
unsignedchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};
unsignedchardatadisp[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
unsignedcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x04,0x04,
0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};
voidbeep();
unsignedcharcodemytb[8]={0x0c,0x12,0x12,0x0c,0x00,0x00,0x00,0x00};
bitint_flag;//定时器01S到标志位
unsignedcharvolatileint_count;//定时器0中断次
unsignedcharvolatileT1count;//定时器1中断次
unsignedlongsum,wet;//1s内脉冲个数
unsignedcharle[16];//LED显示缓存
#definedelayNOP();{_nop_();_nop_();_nop_():
_nop_();};
/************************************************/
voiddelay1(intms)
{
unsignedchary;
while(ms--)
{
for(y=0;y<250;y++)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
}
}
/********/
/*检查LCD忙状态*/
/*lcd_busy为1时,忙,等待。
lcd_busy为0时,闲,可写指令与数据*/
/********/
bitlcd_busy()
{
bitresult;
LCD_RS=0;
LCD_RW=1;
LCD_EN=1;
delayNOP();
result=(bit)(P0&0X80);
LCD_EN=0;
return(result);
}
/***************************/
/*写指令数据到LCD*/
/*RS=L,RW=L,E=高脉冲,D0-D7=指令码*/
/************/
voidlcd_wcmd(ucharcmd)
{
while(led_busy());
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_EN=0;
_nop_();
_nop_();
P0=cmd;
delayNOP();
LCD_EN=0;
}
/*********************/
/*写数据到LCD
/*RS=H,RS=L,E=高脉冲,D0-D7=数据。
*/
/*********************/
voidlcd_wdat(uchardat)
{
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_EN=0;
delayNOP();
LCD_EN=0;
}
/*LCD初始化*/
/*********************************/
voidlcd_init()
{
delay1(15);
lcd_wcmd(0x01);//清除LCD的显示内容
lcd_wcmd(0x38);//16*2显示,5*7点阵,8位数据
delay1(5);
lcd_wcmd(0x38);
delay1(5);
lcd_wcmd(0x38);
delay1(5);
lcd_wcmd(0x0c);//显示开,关光标
delay1(5);
lcd_wcmd(0x06);//移动光标
delay1(5);
lcd_wcmd(0x01);//清除LCD显示内容
delay1(5);
}
/*设定显示位置*/
/*******************************************/
voidlcd_pos(ucharpos)
{
lcd_wcmd(pos|0x80);//数据指针=80+地址变量
}
/*自定义字符写入CGRAM*/
/*************************************/
voidwriteab()
{
unsignedchari;
lcd_wcmd(0x40);
for(i=0;i<8;i++)
lcd_wdat(mttab[i]);
}
/*us级延时函数*/
/***************************/
voidDelay(unsignedintnum)
{
while(--num);
}
/**********************************/
/***********8温度测量****************/
/*******************************/
/*初始化ds1820
/****************************************/
Init_DDS18B20(void)
{
DQ=1;//DQ复位
Delay(8);//稍作延时
DQ=0;//单片机将DQ拉低
Delay(90);//精确延时大于480us
DQ=1;//拉高总线
Delay(100);
DQ=1;
return(presence);//返回信号,0=presence,1=nopresence
}
/*读一个字节*/
/************************************/
ReadOneChar(void)
{
unsignedchari=0;
unsignedchardat=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;//给脉冲信号
dat>>=1;
DQ=1;//给脉冲信号
if(DQ)
dat|=0x80;
Delay(4);
}
return(dat);
}
/*写一个字节*/
/*************************************/
WriteOneChar(unsignedchardat)
{
unsignedchari=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
DQ=dat&0X01;
Delay(5);
DQ=1;
dat>>=1;
}
}
/*读取温度*/
/****************************/
Read_Temperature(void)
{
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xcc);//跳过读序列号的操作
WriteOneChar(0x44);//启动温度转换
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xcc);//跳过读序列号的操作
WriteOneChar(0xbe);//读取温度寄存
temp_data[0]=ReadOneChar();//温度低八位
temp_data[1]=ReadOneChar();//温度高八位
}
/*数据转换与温度显示*/
/****************************/
Disp_Temperature()
{
display[4]=temp_data[0]&[0]&0x0f;
display[0]=ditab[display[4]]+0x30;
display[4]=((temp_data[0]&0xf0)>>4)|((temp_data[1]&0x0f)<<4);
display[3]=display[4]/100+0x30;
display[1]=display[4]%100;
display[2]=display[1]/10+0x30;
display[1]=display[1]%10+0x30;
display[2]=0x20;
if(display[3]==0x30)//高位为0,不显示
{
display[3]=0x20;
if(display[2]==0x30)//次高位为0,不显示
display[2]=0x20;
}
lcd_pos(ox48);
lcd_wdat(display[3]);//百位显示
lcd_pos(0x49);
lcd_wdat(display[2]);//十位显示
lcd_pos(ox4a);
lcd_wdat(display[1]);//个位显示
lcd_pos(ox4c);
lcd_wdat(display[0]);//小数位显示
}
//报警
voidbaojing()
{
if(display[2]>=0x32&&display[1]>=0x31)
{
BEEP=1;
}
else
{
BEEP=0;
}
}
/*************************************************/
/******************湿度测量***********************/
/**************************************************/
//软件延时
voiddelay(unsignedintcnt)
{
while(--cnt);
}
//定时
//定时器0初始化
voidinit_t0(void)
{
TMOD=(TMOD&0xf0)||0x01;
TH0=0x4c;
TL0=0x00;
}
//定时器1初始化
voidinit_t1(void)
{
TMOD=(TMOD&0x0f)||0x50;
TH1=0x00;
TL1=0x00;
}
//定时器0中断服务程序
voidint_t0(void)interrupt1
{
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;
int_count++;
if(int_count==20)
{
TR1=0;
int_flag=1;
int_count=0x00;
}
}
//定时器1中断服务程序
voidint_t1(void)interrupt3
{
T1count++;
}
voiddisp(void)//湿度显示函数
{
int_flag=0;
sum=TL1+TH1*256+T1count*65536;//计算1秒内的脉冲个数
//以下将数据格式化,转成LED可显示的BCD码
wet=100-(sum-4000)/50;//湿度计算公式
le[0]=wet%10;//最低位
wet=wet/10;
le[1]=wet%10;//第二位
wet=wet/10;
let[2]=wet%10//第三位
wet=wet/10;
int_count=ox00;
T1count=0;
TH1=0x00;
TL1=0x00;
TR1=1;
lcd_pos(ox4a);
lcd_wdat(le[2]+48);
lcd_pos(0x4b);
lcd_wdat(le[1]+48);
lcd_pos(ox4c);
lcd_wdat(le[0]+48);
delays(100);
}
voidwendu_Menu()//显示温度的菜单
{
ucharm;
lcd_pos(0);//设置显示位置为第一行第一个字符
m+0;
while(cdis1[m]!
='\0')
{//显示字符
lcd_wdat(cdis1[m]);
m++;
}
lcd_pos(0x40);//显示字符
m=0;
while(cdis4[m]!
='\0')
{
lcd_wdat(cdis2[m]);//显示字符
m++;
}
writeab();
delay1(5);
lcd_pos(ox4d);
lcd_wdat(0x00);//显示自定义字符
}
voidok_menu()
{
ucharm;
lcd_pos(0);//设置显示位置为第一行第一个字符
m=0;
while(cdis5[m]!
='\0')
{//显示字符
lcd_wdat(cdis5[m]);
m++;
}
lcd_pos(0x40);//设置显示位置为第二行第一个字符
m=0;
while(cdis6[m]!
='\0')
{//显示字符
lcd_wdat(cdis6[m]);
m++;
}
}
/**********************************************************/
//主函数
voidmain()
{
EA=1;
init_t0();//初始化定时器
init_t1();
TR0=1;
TR1=1;
ET0=O;
lcd_init();
ok_menu();
BEEP=0;
while
(1)
{
if(key1==0)
{
lcd_init;
wendu_Menu();
do
{
Read_Temperature();
Disp_Temperature();
baojing();
}
while(key2)
}
if(key2==0)
{
lcd_init;
shidu_Menu();
do
{
if(int_flag==1)
{
disp();
}
}
while(key1)
}
}
}
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