1、“京信杯”電子創(chuàng)新設計大賽設計項目：遠程溫濕度測量系統(tǒng)計參賽隊員：李偉 李孟飛 王澤夏報告時間： 2012/12/13 目錄目錄II第一章方案比較與論證11.1溫度測量方案11.2濕度測量方案11.3遠程數(shù)據(jù)傳輸方案1第二章系統(tǒng)設計與論證計算12.1總體設計2 2.2流程圖.2第三章理論分析與計算23.1 HS1101濕度計算23.2 紅外發(fā)射接收模塊分析2第四章電路圖及軟件設計24.1電路圖24.1.1 紅外發(fā)射端24.1.2 紅外接收端44.2源程序5第五章測量方法及儀器5第六章測量數(shù)據(jù)及測試結果分析5第七章設計總結5參考文獻（References）：6第一章 方案比較與論證1.1溫度測量

2、方案方案一：本方案采用PT100熱電阻溫度傳感器。PT100溫度傳感器的主要技術參數(shù)如下：測量范圍：-200+850；A級 精度為（0.15+0.002*|t|）；B級 精度為（0.30+0.005*|t|）；其中|t|為實際溫度的絕對值。熱響應時間<30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm；允通電流5mA。另外，PT100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。但在實際應用中，使用單片機來進行溫度的計算，表達式比較復雜，用單片機處理這樣的計算過程，將會占用大量的資源，程序的編寫上很復雜。方案二：本方案采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20溫度傳感

3、器的技術性能：單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率0.5，工作電源: 35V/DC，測量結果以912位數(shù)字量方式串行傳送。基于設計要求的考慮，即溫度誤差1，溫度測量范圍0120，方案二完全能滿足要求，且設計電路和程序編寫較為簡單，本設計采用方案二。1.2濕度測量方案方案一：本方案采用HR202電阻型濕度傳感器。HR202電阻型濕度傳感器技術參數(shù)：工作范圍 2095%RH，060，供電電壓為1.5V AC，工作頻率為500Hz2kHz，濕度檢測精度為±5%RH。特點：線性優(yōu)良，高性

4、價比，能耗低，測量范圍寬，響應迅速，抗污染能力強，性能穩(wěn)定。方案二：本方案采用HS1101濕度傳感器。HS1101濕度傳感器技術參數(shù)：工作溫度：-40100 ，濕度范圍： 0100 %RH。曲線精度（10%90%）：+/-2 %RH，供電電壓： 510 V。特點：全互換性 在標準環(huán)境下不需校正，長時間飽和下快速脫濕，高可靠性與長時間穩(wěn)定性，可用于線性電壓或頻率輸出回爐，快速反應時間。從設計要求濕度誤差1，濕度測量范圍199出發(fā)，HS1101更符合要求，本設計采用方案二。1.3遠程數(shù)據(jù)傳輸方案方案一：使用射頻發(fā)射電路和接收電路傳輸數(shù)據(jù)。射頻技術是用無線電波來傳送控制信號的，它的特點沒有方向性，可

5、以不“面對面”控制、距離遠，可達數(shù)十米。發(fā)射器和接收器之間只要沒有能起屏蔽作用的金屬阻擋物，就可正常使用。射頻發(fā)射電路制作成本較高，但其無方向性，使用方便。方案二：使用紅外二極管發(fā)射電路和紅外接收電路傳輸數(shù)據(jù)。紅外發(fā)射接收有方向性，發(fā)射器必須對準接收器，并且中間不能有阻擋物，距離較近，但不受電磁干擾，成本優(yōu)勢明顯，制作成本低、價格便宜。 基于設計要求傳輸距離大于5米和成本問題，選擇方案二。 第二章 系統(tǒng)設計與論證計算2.1總體設計數(shù)據(jù)采集發(fā)射端采用單片機（STC89C52）作為處理器，由DS18B20直接采集溫度數(shù)據(jù)與單片機進行雙向通信，HS1101與7555定時器構成多諧震蕩電路，將HS11

6、01的電容值轉(zhuǎn)換為頻率值并用單片機的計數(shù)器測量并轉(zhuǎn)換為相對濕度值，測得的數(shù)據(jù)將在1602液晶顯示屏上顯示，由紅外發(fā)射管發(fā)射數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收顯示端也采用STC89C52單片機作為處理器，由紅外接收管接收發(fā)射端發(fā)出的溫度濕度數(shù)據(jù)，并顯示在1602液晶顯示屏上以便與發(fā)射端進行對比。89c52紅外接收HS0038紅外發(fā)送89c522.2流程圖DS18B20 溫度傳感器HS1101濕度傳感器1602液晶顯示1602液晶顯示 第三章 理論分析與計算3.1 HS1101濕度計算由電路可知t 充電 =C(R2 +R1 ) ln2 t 放電 =CR4 ln2 因而 , 輸出的方波率 f= 1 /(t 充電 +t

7、放電 )= 1 /C(R2+ 2 R1) ln2 )相對濕度與電容的關系可看成直線段，所以有相對濕度RH=2.7C+163所以有3.2 DS18B20工作原理DS18B20的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內(nèi)部存儲器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置

8、不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在

9、RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。 初始化時序圖 寫數(shù)據(jù)時序圖 讀數(shù)據(jù)時序圖3.3紅外發(fā)射與HS0038工作原理 HS0038紅外接收電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作，方 便使用。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭HS0038，外觀圖如圖3 所示。HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達35m。它能與TTL、COMS 電路兼容。HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號為3

10、8 kHz,周期約26 s，同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL 電平的編碼信號。三個管腳分別是地、5 V 電源、解調(diào)信號輸出端。 紅外一體化接收頭的測試可以利用圖4 所示的電路進行，在HS0038 的電源端與信號輸出端之間接上一只二極管及一只發(fā)光二極管后，再配上規(guī)定的工作電源（為5V），當手拿遙控器對著接收頭按任意鍵時，發(fā)光二極管會閃爍，說明紅外接收頭和遙控器工作都正常；如果發(fā)光二極管不閃爍發(fā)光，說明紅外接收頭和遙控器至少有一個損壞。只要確保遙控器工作正常，很容易判斷紅外接收頭的優(yōu)劣。 紅外管發(fā)出波形和HS0038信號輸出原理 紅外接收部分是通過測量HS0038接收到的紅外線，然后所

11、產(chǎn)生的正脈寬時間進行信號接收。當測到第一個正脈寬在4.5-7.0ms時，開始準備計數(shù)，然后檢測16次正脈寬的大小值。當接收的正脈寬時間是1.7-2.1ms時，計0；當接收的正脈寬時間是2.1-2.5ms時，計1；得到16位二進制數(shù)，在液晶上顯示。 第四章 電路圖及軟件設計（見附錄）4.1整體電路圖 液晶顯示電路第五章測量方法及儀器 將測得的溫度和濕度數(shù)據(jù)與家用溫濕表對比，調(diào)整參數(shù)，得到粗略數(shù)據(jù)，然后進實驗室進行更為精確的測試。第六章測量數(shù)據(jù)及測試結果分析在常溫下測試的數(shù)據(jù)與普通的溫度計對比，溫度相差應小于一度。濕度傳感器由于過于靈敏，需要在實驗室做進一步調(diào)試。第七章設計總結本設計能夠比較準確的

12、走時，并能夠通過硬件對時鐘進行時間調(diào)整。u 功能介紹：達到測試溫度范圍-55125攝氏度，濕度范圍1%99%， 采用紅外發(fā)射與接收，距離大于5m,采用1602液晶顯示。u 制作心得：在這次課程設計的調(diào)試過程中，我遇到很多問題，如： 在查找資料的過程中學到了許多，同時在協(xié)作過程中增進同學間的友誼。參考文獻（References）：1 郭天祥51單片機C語言教程 清電子工業(yè)出版社20082 童詩白 華成英模擬電子技術基礎 高等教育出版社20063 邱玉娟運用KEILC 分析HS1101 濕度傳感器F-RH轉(zhuǎn)換算法江陰職業(yè)技術學院2008附錄（程序設計）/* 紅外接收部分是通過測量HS0038接收到

13、的紅外線，然后所產(chǎn)生的正脈寬時間進 行信號接收。當測到第一個正脈寬在4.5-7.0ms時，開始準備計數(shù)，然后檢測16次 正脈寬的大小值。當接收的正脈寬時間是1.7-2.1ms時，計0；當接收的正脈寬時間 是2.1-2.5ms時，計1；得到16位二進制數(shù)，在液晶上顯示。紅外發(fā)部分包溫濕度采 集和紅外發(fā)射功能，紅外發(fā)射的信號為38KHz，正脈寬時間接收端。*/紅外接收和溫度顯示（11.0592MHz）#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned l

14、ongsbit lcdrs=P37;sbit lcden=P36;sbit receive=P32;/紅外接收口ulong num,num1,num2,num11,t;void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=10;y>0;y-);void write_com(uchar com)/寫1602地址 lcdrs=0; lcden=0; P2=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; void write_date(uchar date)/寫1602數(shù)據(jù) lcdrs=1; lcden

15、=0; P2=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; void writeString(uchar * str, uchar length)/寫一個數(shù)組 uchar i; for(i = 0; i < length; i+) write_date(stri); void display_tempzheng(uchar add,uint temp)/顯示正溫度 unsigned char count; unsigned char datas = 0, 0, 0, 0, 0; datas0 = temp / 10000; datas1 = te

16、mp % 10000 / 1000; datas2 = temp % 1000 / 100; datas3 = temp % 100 / 10; datas4 = temp % 10; write_com(0x80+add); writeString("+ ", 2); if(datas0 != 0) write_date(0x30+datas0); for(count = 1; count != 5; count+) write_date(0x30+datascount); if(count = 2) write_date('.'); write_date

17、(0x63); write_date(0xDF); void display_tempfu(uchar add,uint temp)/顯示負溫度 unsigned char count; unsigned char datas = 0, 0, 0, 0, 0; datas0 = temp / 10000; datas1 = temp % 10000 / 1000; datas2 = temp % 1000 / 100; datas3 = temp % 100 / 10; datas4 = temp % 10; write_com(0x80+add); writeString("- &

18、quot;, 2); if(datas0 != 0) write_date(0x30+datas0); for(count = 1; count != 5; count+) write_date(0x30+datascount); if(count = 2) write_date('.'); write_date(0x63); write_date(0xDF); void display_huminity(uchar add,uint haminity)/顯示濕度 unsigned char count; unsigned char datas = 0, 0, 0, 0, 0;

19、 datas0 = haminity / 10000; datas1 = haminity % 10000 / 1000; datas2 = haminity% 1000 / 100; datas3 = haminity% 100 / 10; datas4 = haminity % 10; write_com(0x80+0x40+add); if(datas0 != 0) write_date(0x30+datas0); for(count = 1; count != 5; count+) write_date(0x30+datascount); if(count = 2) write_dat

20、e('.'); writeString("% ", 2); void init() / 初始化函數(shù) lcdrs=0; lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); EA=1; TMOD=0x01; TH0=(65535-9206)/256; TL0=(65535-9206)%256; ET0=1; TR0=0; writeString(" temp:",7); write_com(0x80+0x40); writeString(&q

21、uot; rh :", 6); void main() uchar i; init(); while(1) TH0=0; TL0=0; TR0=0; while(receive=1); while(receive=0); TR0=1; while(receive); TR0=0; num1=TH0*256+TL0; num11=num1*1085/1000; if(num11<4500|num11>7000)continue;/如果在4.5-7ms內(nèi)，開始接收數(shù)據(jù) delay(4); for(i=0;i<16;i+) TH0=0; TL0=0; TR0=0; whi

22、le(receive=0); TR0=1; while(receive); TR0=0; t=TH0*256+TL0; t=t*1085/1000; if(t>2500|t<1700) i=i-1; continue; /是否開始接收第i位數(shù)據(jù) num=num>>1; if(t>1700&&t<2100)num=num|0x0000; if(t>2100&&t<2500)num=num|0x8000; if(num>=0&&num<10000)display_huminity(9,num

23、); /顯示濕度 if(num>=10000&&num<=22500)display_tempzheng(7,num-10000);/顯示正溫度 if(num>22500&&num<=28000)display_tempfu(7,num-22500);/顯示負溫度 void time0() interrupt 1 TH0=(65535-9206)/256; TL0=(65535-9206)%256;/溫濕度采集&&發(fā)送(24MHz晶振）#include <reg52.H>#include <intrins

24、.H>#include <math.H>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit send=P30;/紅外發(fā)送口sbit RS = P37; sbit LCDEN = P36; uint flag,F1;int temp;void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=47;y>0;y-);void send_num(uint num)/發(fā)送數(shù)據(jù) uchar i; uint num1; num=num*2; TR0=1; delay(6);

25、 TR0=0; delay(30);/4.5-7.0ms開始發(fā)送數(shù)據(jù) for(i=0;i<16;i+) TR0=1; num1=num>>i; num1=num1&0x01; delay(3); TR0=0; if(num1=0x00)delay(10);/1.7ms-2.1ms if(num1=0x01)delay(12);/2.1ms-2.5ms發(fā)送16位數(shù)據(jù) void delayUs() _nop_();void delayMs(uint a) uint i, j; for(i = a; i > 0; i-) for(j = 100; j > 0;

26、j-);void writeComm(uchar comm)/寫1602地址 RS = 0; P2 = comm; LCDEN = 1; delayUs(); LCDEN = 0; delayMs(2);void writeData(uchar dat) /寫1602數(shù)據(jù) RS = 1; P2 = dat; LCDEN = 1; delayUs(); LCDEN = 0; delayMs(2); void writeString(uchar * str, uchar length)/寫一個數(shù)組 uchar i; for(i = 0; i < length; i+) writeData(s

27、tri); sbit ds = P31;void dsInit() /DS18B20復位，初始化函數(shù) unsigned int i; ds = 0; i = 100; while(i>0) i-; ds = 1; i = 4; while(i>0) i-;void dsWait() unsigned int i; while(ds); while(ds); i = 4; while(i > 0) i-;bit readBit() /讀一位數(shù)據(jù)函數(shù) unsigned int i; bit b; ds = 0; i+; ds = 1; i+; i+; b = ds; i = 8;

28、 while(i>0) i-; return b;unsigned char readByte() /讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) unsigned int i; unsigned char j, dat; dat = 0; for(i=0; i<8; i+) j = readBit(); dat = (j << 7) | (dat >> 1); return dat;void writeByte(unsigned char dat)/向DS18B20寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) unsigned int i; unsigned char j; bit b; for(j = 0

29、; j < 8; j+) b = dat & 0x01; dat >>= 1; if(b) ds = 0; i+; i+; ds = 1; i = 8; while(i>0) i-; else ds = 0; i = 8; while(i>0) i-; ds = 1; i+; i+; void sendChangeCmd() dsInit(); /DS18B20復位，初始化函數(shù) dsWait(); delayMs(1); /延時 writeByte(0xcc);/寫跳過讀ROM指令 writeByte(0x44);/寫溫度轉(zhuǎn)換指令void sendRead

30、Cmd() dsInit(); dsWait(); delayMs(1); writeByte(0xcc); writeByte(0xbe);/ 讀溫度int getTmpValue() unsigned int tmpvalue; int value; float t; unsigned char low, high; sendReadCmd(); low = readByte(); /讀低八位 high = readByte();/讀高八位 tmpvalue = high; tmpvalue <<= 8; tmpvalue |= low; /兩個字節(jié)組合為一個字 value =

31、 tmpvalue; t = value * 0.0625; value = t * 100 + (value > 0 ? 0.5 : -0.5); /大于0加0.5, 小于0減0.5 return value;void display(int v) /顯示溫度 unsigned char count; unsigned char datas = 0, 0, 0, 0, 0; unsigned int tmp = abs(v); datas0 = tmp / 10000; datas1 = tmp % 10000 / 1000; datas2 = tmp % 1000 / 100; da

32、tas3 = tmp % 100 / 10; datas4 = tmp % 10; if(v < 0) writeString("- ", 2); else writeString("+ ", 2); if(datas0 != 0) writeData(0x30+datas0); for(count = 1; count != 5; count+) writeData(0x30+datascount); if(count = 2) writeData('.'); writeData(0x63); writeData(0xDF); v

33、oid init() /初始化程序 TMOD=0x11; TCON=0x01; EA=1; EX0=0; ET0=1; ET1=1; TH0=(65535-20)/256; TL0=(65535-20)%256; TR0=0; TR1=0; sendChangeCmd(); writeComm(0x38); writeComm(0x0c); writeComm(0x06); writeComm(0x01); writeComm(0x80); writeComm(0x80+0x40); writeString(" rh :",6); writeComm(0x80); writeString(" temp:",6); void display_temp()/得到溫度值temp delayMs(1500); /溫度轉(zhuǎn)換時間需要750ms以上 writeComm(0x80+7); temp=getTmpValue(); display(temp); sendChangeCmd();void display_F1()/得到頻