溫濕度測量儀

1、溫濕度測量儀學(xué)院：電氣工程學(xué)院專業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 目錄創(chuàng)新設(shè)計(jì)任務(wù)書································1摘要·········

2、83;································21、 簡介················

3、83;·····················2 1.1、課題背景···························

4、;···2 1.2、設(shè)計(jì)方案······························22、 LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219············

5、·········3 2.1、概述··································3 2.2、管腳說明····

6、··························3 2.3、時(shí)序圖······················

7、83;·········3 2.4、詳細(xì)描述······························33、 數(shù)字溫濕度傳感器DTH11······

8、··············5 3.1、DHT11產(chǎn)品概述························5 3.2、串行接口········

9、;······················54、 系統(tǒng)的程序··························&#

10、183;·····75、 總結(jié)·····································106、 參考文獻(xiàn)·····

11、;····························117、 燕山大學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)評審意見表···············12電氣學(xué)院創(chuàng)新設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)號 090

12、103040007學(xué)生黃麗新專業(yè)（班級）09級生物醫(yī)學(xué)工程一班設(shè)計(jì)題目溫濕度測量儀設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1、 溫度測量精度正負(fù)1度；2、 濕度測量精度為正負(fù)3相對濕度；3、 選用集成溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)（DHT11）。設(shè)計(jì)要求1、 主板選用msp430；2、 顯示采用MAX7219；3、 溫濕度顯示兩位整數(shù)。工作量適中工作計(jì)劃1、 對msp430的IO口的輸入輸出進(jìn)行了學(xué)習(xí)與調(diào)試；2、 對LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219的顯示進(jìn)行學(xué)習(xí)與調(diào)試；3、 對數(shù)字溫濕度傳感器DHT11進(jìn)行了學(xué)習(xí)；4、 將MAX7219與DHT11連接在msp430的芯片上，進(jìn)行了最后的調(diào)試。參考資料1、 傳感器原理及應(yīng)用；2、 微處理

13、器原理及應(yīng)用；3、 MAX7219顯示驅(qū)動(dòng)器的中文資料；4、 DHT11說明書。摘要溫濕度是生活生產(chǎn)中的重要的參數(shù)。本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的溫濕度檢測與控制系統(tǒng)，采用模塊化、層次化設(shè)計(jì)。用新型的智能溫濕度傳感器DHT11主要實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度的檢測，將溫度濕度信號通過傳感器進(jìn)行信號的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再運(yùn)用單片機(jī)msp430進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。顯示部分采用LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219顯示所測溫濕度值。系統(tǒng)電路簡單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、檢測精度高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。1、 簡介1.1、課題背景 溫濕度的檢測與控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中比較典型的應(yīng)用之一，隨著傳感器在生產(chǎn)和生活中的更加廣泛的

14、應(yīng)用。在生產(chǎn)中，溫濕度的高低對產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。由于溫濕度的檢測控制不當(dāng)，可能使我們導(dǎo)致無法估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)生產(chǎn)車間內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作，但傳統(tǒng)的方法過于粗糙，通過人工進(jìn)行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。目前，在低溫條件下(通常指100以下)，溫濕度的測量已經(jīng)相對成熟。利用新型單總線式數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對溫度的測試與控制得到更快的開發(fā)。但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、學(xué)習(xí)、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)

15、字化，智能化控制方向發(fā)展。 對于國內(nèi)外對溫濕度檢測的研究，從復(fù)雜模擬量檢測到現(xiàn)在的數(shù)字智能化檢測越發(fā)的成熟，隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在的對于溫濕度研究，檢測系統(tǒng)向著智能化、小型化、低功耗的方向發(fā)展。在發(fā)展過程中，以單片機(jī)為核心的溫濕度控制系統(tǒng)發(fā)展為體積小、操作簡單、量程寬、性能穩(wěn)定、測量精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)生活的各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)著至關(guān)重要的作用。溫濕度傳感器除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件，利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量

16、精度及長期穩(wěn)定性。1.2、設(shè)計(jì)方案 基于msp430單片機(jī)，利用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采集溫濕度顯示在LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219顯示。2、 LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX72192.1、概述 MAX7219是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個(gè)獨(dú)立的LED。其上包括一個(gè)片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè)8*8的靜態(tài)RAM用來存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。MAX7219同樣允許用戶對每一個(gè)數(shù)據(jù)選擇編碼或者不編碼。整個(gè)設(shè)備包含一個(gè)150µA的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個(gè)掃描限制

17、寄存器允許用戶顯示1-8位數(shù)據(jù)，還有一個(gè)讓所有LED發(fā)光的檢測模式。 2.2、管腳說明DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端口。在時(shí)鐘上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被載入內(nèi)部的16位寄存器。CS：片選端。該端為低電平時(shí)串行數(shù)據(jù)被載入移位寄存器。連續(xù)數(shù)據(jù)的后16位在CS端的上升沿時(shí)被鎖定。CLK：時(shí)鐘序列輸入端。最大速率為10MHz。在時(shí)鐘的上升沿，數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存器。下降沿時(shí)，數(shù)據(jù)從DOUT端輸出。2.3、時(shí)序圖2.4、詳細(xì)描述 （一）串行地址格式 對MAX7219來說，串行數(shù)據(jù)在DIN輸入16位數(shù)據(jù)包，無論LOAD端處于何種狀態(tài)，在時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)均移入到內(nèi)部16位移位寄存器。然后數(shù)據(jù)在LOAD/cs的上升沿被載入數(shù)據(jù)寄

18、存器或控制寄存器。LOAD/cs端在第16 個(gè)時(shí)鐘的上升沿同時(shí)或之后，下個(gè)時(shí)鐘上升沿之前變?yōu)楦唠娖?，否則數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。在DIN端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭莆患拇嫫髟?6。5個(gè)時(shí)鐘周期之后出現(xiàn)在DOUT端。在時(shí)鐘的下降沿?cái)?shù)據(jù)將被輸出。數(shù)據(jù)位標(biāo)記為D0-D15。D8-D11為寄存器地址位。D0-D7為數(shù)據(jù)位。D12-D15為無效位。 （二）數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器 14 個(gè)可尋址的數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器?？刂萍拇嫫靼ň幋a模式、顯示亮度、掃描限制、關(guān)閉模式以及顯示檢測五個(gè)寄存器。表1：數(shù)字寄存器和控制寄存器REGISTERADDRESSHEXCDDED15D12D11D10D9D8No-Op×

19、5;00000x×0Digit0×00010x×1Digit1×00100x×2Digit2×00110x×3Digit3×01000x×4Digit4×01010x×5Digit5×01100x×6Digit6×01110x×7Digit7×10000x×8Decode mode×10010x×9Intensity×10100x×AScan Limit×10110x×

20、;BShut down×11000x×CDisplay Test×11110x×F（三）掉電模式 表2：掉電模式寄存器MODEADDRESS CODE(HEX)REGISTER DATAD7D6D5D4D3D2D1D0Shutdown Mode0x×C××××××××Normal Operation0x×C××××××××（四）譯碼模式寄存器 用來設(shè)置對每個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行B 型 BC

21、D 譯碼或者不譯碼。寄存器中的每一位對應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)。邏輯高電平用來選擇譯碼、低電平取消譯碼。當(dāng)選擇譯碼模式時(shí)，D7位用來設(shè)置小數(shù)點(diǎn)，不受譯碼器的控制且為高電平。當(dāng)選擇不譯碼時(shí)，數(shù)據(jù)的八位與MAX7219的各段線上的信號一致。表3：譯碼模式寄存器DECODE MODEREGISTER DATAHEXCODED7D6D5D4D3D2D1D007不譯碼000000000x000譯碼，17譯碼000000010x0101譯碼，27不譯碼000000110x03.07譯碼111111110xFF（五）亮度控制 MAX7219通過加在V+和ISET之間的一個(gè)外部電阻來控制顯示亮度。段驅(qū)動(dòng)電流一般是流入ISE

22、T端電流的100倍。這個(gè)電阻可以是固定的，也可以是可變電阻，通過前面板來控制以選擇合適的亮度。顯示亮度也可以通過亮度寄存器來控制。 （六）掃描控制寄存器 掃描控制寄存器用來設(shè)定掃描顯示器的個(gè)數(shù)，從1個(gè)到8個(gè)。它們將以800Hz的掃描速率進(jìn)行多路掃描顯示。如果數(shù)據(jù)少的話，掃描速率為8*fosc/N，N 是指需要掃描數(shù)字的個(gè)數(shù)。掃描數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)影響顯示亮度，所以不能將掃描寄存設(shè)置為空掃描。（七）顯示檢測寄存器 顯示檢測寄存器有正常和顯示檢測兩種工作狀態(tài)。顯示檢測狀態(tài)在不改變所有其他控制和數(shù)據(jù)寄存器（包括關(guān)閉寄存器）的情況下將所有LED都點(diǎn)亮。此狀態(tài)下，8個(gè)數(shù)據(jù)都會(huì)被掃描，工作周期為31/32。MOD

23、EREGISTER DATAD7D6D5D4D3D2D1D0Normal Operation×××××××0Display Test Mode×××××××13、 數(shù)字溫濕度傳感器DTH113.1、DHT11產(chǎn)品概述 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連

24、接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。3.2、串行接口 DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零

25、。操作流程如下: 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。 數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和 數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。用戶MCU發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，送40 bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)

26、行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。通訊過程如圖：總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機(jī)的開始信號后，等待主機(jī)開始信號結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時(shí)等20-40 us后，讀取DHT11的響應(yīng)信號，主機(jī)發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高?？偩€為低電平，說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后，再把總線拉高80us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開始，高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1。格

27、式見下面圖示。如果讀取響應(yīng)信號為高電平，則DHT11沒有響應(yīng)，請檢查線路是否連接正常。當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。 數(shù)字0信號表示方法如下圖： 數(shù)字1信號表示方法如下圖：4、 系統(tǒng)的程序 程序說明：MAX7219顯示可以選擇譯碼和不譯碼兩種模式，該程序選擇譯碼模式。前兩位顯示溫度，最后兩位顯示濕度。 程序如下：#include<msp430f413.h>#define F_OSC (1048576)#define delay_ms(x) _delay_cycles(unsigned long) (F_OSC*(flo

28、at)x /1000.0) #define delay_us(x) _delay_cycles(unsigned long)(F_OSC*(float)x /1000000.0) #define Decode_mode 0x09 /譯碼控制寄存器#define Intensity 0x0A/亮度控制寄存器#define Scan_limit 0x0B/掃描界限寄存器#define Shut_down 0x0C/關(guān)段模式寄存器#define Display_test 0x0F/測試控制寄存器#define Wenh 0x01#define Wenl 0x02#define Shih 0x07#d

29、efine Shil 0x08#define CLK_0 P2OUT&=BIT2 #define CLK_1 P2OUT|=BIT2#define CS_0 P2OUT&=BIT3#define CS_1 P2OUT|=BIT3#define DIN_0 P2OUT&=BIT4#define DIN_1 P2OUT|=BIT4unsigned char DHT115=0,0,0,0,0;void Get_data() unsigned char j,k,data; P2DIR|=BIT1;/選擇P2.1口為輸出 P2OUT&=BIT1;/拉低電平 delay_m

30、s(18);/延時(shí)18ms P2OUT|=BIT1;/拉高電平 delay_us(30);/延時(shí)20-40us,等待DHT響應(yīng) P2DIR&=BIT1;/選擇P2.1口為輸入 if(!(P2IN&BIT1)/P2.1輸入低電平時(shí)，進(jìn)入循環(huán) while(!(P2IN&BIT1);/等待P2.1輸入高電平 while(P2IN&BIT1); /等待P2.1輸入低電平 for(j=0;j<5;j+) data=0; for(k=0;k<8;k+) data<<=1; /高位先傳送，數(shù)據(jù)左移一位 while(!(P2IN&BIT1);/等

31、待P2.1輸入高電平 delay_us(50); /延時(shí)50us if(P2IN&BIT1) /P2.1輸入高電平 data |=0x01;/使readata置一 while(P2IN&BIT1);/等待P2.1輸入低電平 DHT11j=data; void Write7219(unsigned char addr,unsigned char dat) unsigned char i; CS_0; for(i=0;i<8;i+) CLK_0; if(addr&0x80) DIN_1; else DIN_0; addr<<=1; CLK_1; for(i=0;i<8;i+) CLK_0; if(dat&0x80) DIN_1; else DIN_0; dat<<=1; CLK