原理圖截圖

仿真截圖

程序截圖

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一、總體設計要求：

1、能夠檢測出環境中的溫度和濕度，并且顯示在LCD1602上面

濕度測量范圍：0%~100%RH；溫度測量范圍-40~+110℃。

濕度測量分辨率：1%RH；溫度測量分辨率：1℃。

濕度測量精度：±2.0%RH；溫度測量精度：±0.5℃。

二、構思與選擇：

方案一：

使用AM2301數字溫濕度傳感器。該型號溫濕度傳感器，采用3.3—6V直流電源供電，它的各部分參數：濕度測量范圍為20%~90%RH；溫度測量的范圍為0~+50℃；濕度測量精度為±5.0%RH；溫度測量精度為±2.0℃。雖然它的價格比較便宜，單測溫的范圍和測濕的范圍太小，溫度的精度和濕度的精度太低，不符合設計的要求。

方案二：

使用AM2302電容式數字溫濕度傳感器。它的各部分參數如下：由于傳感器參數：濕度0%~100%相對是濕度的測量范圍；溫度測量范圍為40~+80℃；濕度的測量精度為±3.0%RH；溫度的測量精度為±0.5℃。價格也比較適合，基本可以滿足設計要求。

方案三：

使用數字溫濕度傳感器SHT11。濕度測量范圍：0%~100%RH；溫度測量范圍：40~+120℃；濕度測量精度：±2%相對濕度；溫度測量精度：±0.2%℃溫度測量精度。改傳感器價格便宜。溫度和濕度都達到或超過了標題的精度要求，屬于低功率傳感器。

三、系統硬件設計：

3.1復位電路：

復位是單片機的初始化操作。單片機啟動運行時，都需要先復位，作用是使CPU和系統中其他部件處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作。因此，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現。

單片機通電時，從初始態開始執行程序，稱為上電復位。單片機死機時，通過手工按“重啟”鍵使其從初始態開始執行程序，稱為手工復位。

復位條件：復位引腳RST（全稱RESET）出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執行復位操作；但如果RST持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態。

3.2時鐘電路：

1.時鐘電路

利用芯片內部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時元件，內部振蕩器便能產生自激振蕩。定時元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯諧振電路。

晶振可以在1.2～12MHZ之間任選，甚至可以達到24MHz，但是頻率越高功耗也就越大。和晶振并聯的電容C1、C2的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在20～40pF之間選擇。晶體和電容應盡可能與單機片芯片靠近，以減少引線的寄生電容，保證振蕩器可靠工作。

3.3.溫濕度測量電路：

SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。共主要特點如下： 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A／D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上；提供二線數字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高；測量精度可編程調節，內置A／D轉換器(分辨率為8～12位，可以通過對芯片內部寄存器編程選擇)； 測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償的濕度測量值和高質量的露點計算功能；封裝尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，測量和通信結束后，自動轉入低功耗模式； 高可靠性，采用CMOSens工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中。SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳名稱及排列順序如圖下所示。

仿真電路圖

3.4.1電路工作原理

3.4.2LCD顯示模塊電路圖

• 系統軟件設計：
  

4.1.2總體程序流圖的設計：

4.3.原理圖以及原理分析：

通過AD19繪制出如上圖所示的原理圖，包括時鐘電路、晶振電路、DHT11溫濕度檢測電路、lcd1602顯示電路，因為溫濕度傳感器與單片機連接電路比較簡單。所以可以容易的繪制出電路圖。

五、仿真圖及仿真分析：

5.1、總體仿真結果：

5.2、仿真分析：

首先，將程序的hex文件加載到單片機中，開始仿真。可以清楚地看到LCD1602上面顯示了SHT11當前的溫度和濕度，雖然有誤差但是誤差并不是很大可以忽略不計，調節傳感器上面的按鈕可以實時的將傳感器所在環境的溫度顯示到LCD1602上面，具有可控性，而且顯示性和可控性較好。

六、心得體會：

在學習傳感器與檢測技術這門中，我的收獲是特別大的，完成這次設計，不僅鞏固了單片機的知識，而且對傳感器與單片機的應用也熟悉了基本的操作方法。相信在以后的設計中，就會排除現在遇到的問題，更好的完成設計。以前我不知道傳感器到底是什么，只是在字面上理解它的意思，把一個物理量轉換成另外一個物理量。但是傳感器沒有我們想象的那么簡單，它有它的工作原理，使用條件。通過這一個學期的學習，我學習了好多傳感器，比如說：溫度傳感器、濕度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等等，現在的我大致地能理解他們的一些特性，也能夠運用他們來設計作品。在這里，我非常感謝我的老師。同時，對于這門課，我也想提出一些建議，希望我們班能夠經常開設一些關于傳感器設計與制作的活動。這樣既能提高我們的動手水平，也能開發我們設計傳感器的思維。

單片機源程序如下:

1. #include "all.h"
   
2. 
   
3. typedef union   
   
4. {
   
5.   uint i;        //定義了兩個共用體   
   
6.   float f;  
   
7. } value;   
   
8.   enum
   
9.   {
   
10.           TEMP,HUMI   //TEMP=0,HUMI=1
    
11.   };
    
12. 
    
13. void s_transstart(void)   // 生成傳輸啟動
    
14. {        
    
15.         DATA=1;
    
16.         SCK=0;              
    
17.         _nop_();     
    
18.         SCK=1;     
    
19.         _nop_();     
    
20.         DATA=0;     
    
21.         _nop_();     
    
22.         SCK=0;        
    
23.         _nop_();_nop_();_nop_();     
    
24.         SCK=1;     
    
25.         _nop_();      
    
26.         DATA=1;           
    
27.         _nop_();      
    
28.         SCK=0;        
    
29. }
    
30. 
    
31. void s_connectionreset(void)  
    
32. {      
    
33.         uchar i;      
    
34.         DATA=1;
    
35.         SCK=0;                          
    
36.         for(i=0;i<9;i++)                  
    
37.         {      
    
38.                 SCK=1;     
    
39.                 SCK=0;   
    
40.         }     
    
41.         s_transstart();                   //傳輸開始
    
42. }
    
43. 
    
44. char s_write_byte(uchar value)   //在敏總線上寫入一個字節并檢查應答  
    
45. {      
    
46.         uchar i,error=0;      
    
47.         for (i=0x80;i>0;i/=2)              
    
48.         {        
    
49.                 if(i&value)
    
50.                         DATA=1;          //用i屏蔽值，寫入敏總線   
    
51.                 else
    
52.                         DATA=0;                              
    
53.                 SCK=1;                           
    
54.                 _nop_();_nop_();_nop_();         
    
55.                 SCK=0;   
    
56.         }     
    
57.         DATA=1;                           //釋放數據線
    
58.         SCK=1;                              
    
59.         error=DATA;                       //DATA在第9個上升沿將被DHT90自動下拉為低電平。   
    
60.         _nop_();_nop_();_nop_();   
    
61.         SCK=0;   
    
62.         DATA=1;                           //釋放數據線
    
63.         return error;                     //返回：0成功，1失敗
    
64. }
    
65. 
    
66. char s_read_byte(uchar ack)        // 從敏感總線讀取字節，并在“ack=1”的情況下給出確認
    
67. {      
    
68.         uchar i,val=0;     
    
69.         DATA=1;                           //釋放數據線
    
70.         for (i=0x80;i>0;i/=2)             //shift bit for masking
    
71.         {
    
72.                 SCK=1;                          //clk for SENSI-BUS      
    
73.                 if (DATA) val=(val|i);        //read bit      
    
74.                 _nop_();_nop_();_nop_();        //pulswith約3 us     
    
75.                 SCK=0;                 
    
76.         }     
    
77.         if(ack==1)
    
78.             DATA=0;                          //如果“ack==1”下拉數據線   
    
79.         else DATA=1;                      //如果是校驗(ack==0)，讀取完后結束通訊   
    
80.             _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith約3 us   
    
81.         SCK=1;                            //clk #9 for ack   
    
82.         _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith約3 us     
    
83.         SCK=0;                     
    
84.         _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith約3 us   
    
85.         DATA=1;                           //釋放數據線   
    
86.         return val;  
    
87. }
    
88. 
    
89. char s_measure(uchar *p_value,uchar *p_checksum,uchar mode)  //用校驗和進行測量(濕度/溫度)
    
90. {      
    
91.         uint error=0;   
    
92.         uint i;      
    
93.         s_transstart();                   //傳輸開始  
    
94.         switch(mode)
    
95.         {                                //發送命令給傳感器
    
96.                 case TEMP : error+=s_write_byte(MEASURE_TEMP); break;     
    
97.                 case HUMI : error+=s_write_byte(MEASURE_HUMI); break;     
    
98.                 default:
    
99.                         break;      
    
100.         }     
     
101.         for (i=0;i<65535;i++)
     
102.         if(DATA==0)
     
103.                 break;                        //等待傳感器完成測量
     
104.         if(DATA) error+=1;                // 或超時(~2秒)   
     
105.                 *(p_value)  =s_read_byte(ACK);    //讀取第一個字節(MSB)
     
106.                 *(p_value+1)=s_read_byte(ACK);    //讀取第二個字節(LSB)
     
107.                 *p_checksum =s_read_byte(noACK);  //讀取校驗和
     
108.         return error;  
     
109. }
     
110. 
     
111. void calc_dht90(float *p_humidity ,float *p_temperature)
     
112. 
     
113. {
     
114.         const float C1=-4.0;              // 12位
     
115.         const float C2=+0.0405;           // 12位
     
116.         const float C3=-0.0000028;        // 12位   
     
117.         const float T1=+0.01;             // 14位   
     
118.         const float T2=+0.00008;           // 14位
     
119.         float rh=*p_humidity;             // rh:      濕度[滴答聲]12位   
     
120.         float t=*p_temperature;           // t:       溫度[刻度]14位  
     
121.         float rh_lin;                     // rh_lin:  濕度線性   
     
122.         float rh_true;                    // rh_true: 溫度補償濕度
     
123.         float t_C;                        // t_C   :  溫度 [C]     
     
124.         t_C=t*0.01-40;                  // 溫度從刻度到[C]  
     
125.         rh_lin=C3*rh*rh+C2*rh+C1;     
     
126.         rh_true=(t_C-25)*(T1+T2*rh)+rh_lin;   //.溫度補償濕度[%RH]
     
127.         if(rh_true>100)rh_true=100;       //如果值在外面，則削減   
     
128.         if(rh_true<0.1)rh_true=0.1;       //物理可能范圍  
     
129. ……………………
     
130. 
     
131. …………限于本文篇幅 余下代碼請從51黑下載附件…………
     

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2022-5-5 01:30 上傳

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