遠程溫濕度測量系統(tǒng)

1、“京信杯”電子創(chuàng)新設(shè)計大賽設(shè)計工程: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：2018/12/13目錄目錄lb5E2RGbCAP第一章方案比較與論證OplEanqFDPw1.1溫度測量方案0DXDiTa9E3d1.2濕度測量方案ORTCrpUDGiT1.3遠程數(shù)據(jù)傳輸方案05PCzVD7HxA第二章系統(tǒng)設(shè)計與論證計算OjLBHrnAILg2.1總體設(shè)計1XHAQX74J0XI/182.2流圖2程LDAYtRyKfE第三章理論分析與計算1Zzz6ZB2Ltk3.1 HS1101濕度計算1dvzfvkwMI13.2紅外發(fā)射接收模塊分析1rqyn14ZNXI第四章電路圖及軟件設(shè)計錯誤！

2、未定義書簽。EmxvxOtOco4.1 電路圖4SixE2yXPq54.1.1紅外發(fā)射端錯誤！未定義書簽。6ewMyirQFL4.1.2紅外接收端錯誤！未定義書簽。kavU42VRUs4.2源程序錯誤！未定義書簽。y6v3ALoS89第五章測量方法及儀器錯誤！未定義書簽。M2ub6vSTnP第六章測量數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析50YujCfmUCw第七章設(shè)計總結(jié)5eUts8ZQVRd5sQsAEJkW5T參考文獻vReferences)個人資料整理僅限學習使用第一章方案比較與論證1.1溫度測量方案方案一：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(shù)參數(shù)如下：測量范圍：-200C

3、+850C；A級精度為<0.15+0.002*|t|)C；B級精度為<0.30+0.005*|t|)C；其中|t|為實際溫度的絕對值。熱響應(yīng)時間<30s;最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm;允通電流w5mA。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(yīng)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。GMslasNXkA方案二：本方案采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器的技術(shù)性能：單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口

4、線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，測溫范圍55C+125C,固有測溫分辨率0.5C,工作電源：35V/DC，測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送。TIrRGchYzg基于設(shè)計要求的考慮，即溫度誤差V1C,溫度測量范圍0C120C,方案二完全能滿足要求，且設(shè)計電路和程序編寫較為簡單，本設(shè)計采用方案二。7EqZcWLZNX1.2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(shù)參數(shù)：工作范圍2095%RH,060C，供電電壓為1.5VAC，工作頻率為500Hz2kHz，濕度檢測精度為±5%RH。特點：線性優(yōu)良，高性價比，能耗低，測量范圍寬

5、，響應(yīng)迅速，抗污染能力強，性能穩(wěn)定。lzq7IGfO2E方案二：本方案采用HS1101濕度傳感器。HS1101濕度傳感器技術(shù)參數(shù)：工作溫度：-40100C,濕度范圍：0100%RH。曲線精度<10%90%)：+/-2%RH，供電電壓：510V。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岀回爐，快速反應(yīng)時間。zvpgeqJ1hk從設(shè)計要求濕度誤差V1%，濕度測量范圍1%99%出發(fā)，HS1101更符合要求，本設(shè)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(shù)是用無線電波來傳送控制信號的，它的

6、特點沒有方向性，可以不“面對面”控制、距離遠，可達數(shù)十M。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。NrpoJac3v1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。1nowfTG4KI基于設(shè)計要求傳輸距離大于5M和成本問題，選擇方案第二章系統(tǒng)設(shè)計與論證計算2.1總體設(shè)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，H

7、S1101與7555定時器構(gòu)成多諧震蕩電路，將HS1101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)。fjnFLDa5Zo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。tfnNhnE6e52.2流程圖DS18B20溫廣度傳感器HS11011602液晶顯示3.1HS1101濕度計算由電路可知t充電=C(R2+R1>ln2t放電=CR4ln2因而，輸出的方波率f=1/（t充電+t放電>=1/C（R2+2R1&

8、gt;ln2>相對濕度與電容的關(guān)系可看成直線段，所以有相對濕度RH=2.7C+163所以有3.2DS18B20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(shè)置不由用戶更改。DS18B2

9、0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(shè)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RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。

10、HbmVN777sL1-WIREBUS3/18初始化時序圖寫數(shù)據(jù)時序圖'IrecwUASTERREAD怦SLOTMASTERREADVS4QTi-WIAfcBUSGNO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(shè)計工作，方V7l4jRB8Hs個人資料整理僅限學習使用N3舒蚪誦低魅枚去期外稈用f5門比1|4專士用hil卜*!*世E11Jj<4?JE譏<1AU1町483lcPA59W9便使用。在本系統(tǒng)中我們采

11、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38kHz,周期約26卩§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、+5V電源、解調(diào)信號輸出端。mZkklkzaaP19/18AVktR43bpw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

12、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。ORjBnOwcEdInputBurstwflVFForm一TNICarrierfrequency：37.9kHzIMi6Q0us600uSOutputpulse-i*LTpwij_Tjjwh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)，

13、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。2MiJTy0dTT第四章電路圖及軟件設(shè)計<見附錄）4.1整體電路圖U13,MCU535IKMCLI:£>VCC1QK*R5-J血aI311DS18B2OONDHH-rC4匸Yi30pF"JSmNZ；PIOIFII2P1I3P11H.5_6¥1門P78E5T?PIP1MHHE12PJJ13陽414N6lfi18,2_ioU】5TC8SC52PI.0TO：PllpmP12POlP13PD2P14P

14、03P15PO4P16P05Pl7PO6RESETPO?P30EAPlALEP32FEHP33叨PHPMP35P25P36P24PJ7P23ZTAL1P22XTAL2P21TOP20vcc35HO30Ptl3?M236M335P®434盹33m32B73130129VC28PITVn&26Fli25R-l24Pll23ns22R121P2DGNDP12P】口dFdTD3ETD5D6dtVCC|-1OKJ2O.iuF仆GNDS05Q紗卜發(fā)刪分40VCC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。

15、第六章測量數(shù)據(jù)及測試結(jié)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(yīng)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。gliSpiue7A第七章設(shè)計總結(jié)本設(shè)計能夠比較準確的走時，并能夠通過硬件對時鐘進行時間調(diào)整。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。制作心得：在這次課程設(shè)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vReferenceS: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(shù)基礎(chǔ).

16、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(shù)學院.2008uEh0U1Yfmh附錄<程序設(shè)計)/*IAg9qLsgBX紅外接收部分是通過測量HS0038接收到的紅外線，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)部分包溫濕度米集和紅外發(fā)射功能，紅外發(fā)射的信號為38KHz，正脈寬時間接收端。*/WwghWvVhPE紅外

17、接收和溫度顯示<11.0592MHz)#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlongsbitlcdrs=P3A7osbitIcden=P3A6。sbitreceive=P3A2。/紅外接收口ulongnum,num1,num2,num11,。voiddelay(uintz>uintx,y。for(x=z。x>0ox->for(y=10。y>0oy->。voidwrite_com(ucharcom>寫1602地址_l

18、cdrs=0oIcden=0。P2=com。delay(5。Icden=1。delay(5。Icden=0。voidwrite_date(uchardate/寫1602數(shù)據(jù)_lcdrs=1。Icden=0。P2=date)delay(5。Icden=1。delay(5。Icden=0。voidwriteString(uchar*str,ucharlength/寫一個數(shù)組uchar。for(i=0。ilength。i+write_date(stri。_voiddisplay_tempzheng(ucharadd,uinttemp/顯示正溫度unsignedcharcountunsignedcha

19、rdatas=0,0,0,0,0。datas0=temp/10000datas1=temp%10000/1000datas2=temp%1000/100datas3=temp%100/10datas4=temp%10write_com(0x80+add。writeString("+",2。if(datas0!=0write_date(0x30+datas0。for(count=1。count!=5。count+write_date(0x30+datascount。if(count=2write_date('.'。write_date(0x63。write_d

20、ate(OxDF。一voiddisplay_tempfu(ucharadd,uinttemp/顯示負溫度_unsignedcharcountunsignedchardatas=0,0,0,0,0。datas0=temp/10000datas1=temp%10000/1000datas2=temp%1000/100datas3=temp%100/10datas4=temp%10write_com(0x80+add。writeString("-",2。if(datas0!=0write_date(0x30+datas0。_for(count=1。count!=5。count+w

21、rite_date(0x30+datascount。if(count=2write_date('.'。_write_date(0x63。write_date(OxDF。一asfpsfpi4kvoiddisplay_huminity(ucharadd,uinthaminity/顯示濕度_unsignedcharcountunsignedchardatas=0,0,0,0,0。datas0=haminity/10000。datas1=haminity%10000/1000bdatas2=haminity%1000/100。datas3=haminity%100/10。datas4=

22、haminity%10。write_com(0x80+0x40+add。if(datas0!=0write_date(0x30+datas0。for(count=1。count!=5。count+write_date(0x30+datascount。if(count=2write_date('.'。writeString("%",2。voidinit(/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=(655

23、35-9206/256。TL0=(65535-9206%256。ET0=1。TR0=0。writeString("temp:",7。write_com(0x80+0x40。writeString("rh:",6。voidmain(uchari。init(。while(1TH0=0。TL0=0。TR0=0。while(receive=1。while(receive=0。TR0=1。while(receive。TRO=O。num仁TH0*256+TL0。num11=num1*1085/1000。if(num11<4500|num11>7000&g

24、t;continue/如果在4.5-7ms內(nèi)，開始接收數(shù)據(jù)ooeyYZTjjldelay(4>。for(i=0oi<16。i+>TH0=0oTL0=0oTR0=0。while(receive=0>。TR0=1owhile(receive>。TR0=0。t=TH0*256+TL0。t=t*1085/1000。if(t>2500|t<1700>i=i-1。continuq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&

25、amp;&t<2500>num=num|0x8000。if(num>=0&&num<10000>display_huminity(9,num>。顯示濕度BkeGuInkxIif(num>=10000&&num<=22500>display_tempzheng(7,num-10000>。/顯示正溫度PgdO0sRlMoif(num>22500&&num<=28000>display_tempfu(7,num-22500>。/顯示負溫度3cdXwckm15vo

26、idtime0(>interrupt1TH0=(65535-9206>/256。TL0=(65535-9206>%256。/溫濕度采集&&發(fā)送(24MHz晶振)#include<reg52.H>#include<intrins.H>#include<math.H>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitsend=P3A0紅外發(fā)送口sbitRS=P3A7。sbitLCDEN=卩3八6。uintflag,F1。inttemp。voiddelay(uintz>uin

27、tx,y。for(x=z。x>0。x->for(y=47。y>0。y->。voidsend_num(uintnum>發(fā)送數(shù)據(jù)uchari。uintnuml。num=num*2。TR0=1。delay(6>。TR0=0。delay(30>。4.5-7.0ms開始發(fā)送數(shù)據(jù)for(i=0oi<16。i+>TR0=1onum仁num>>i。num仁num1&0x01。delay(3>oTR0=0oif(num1=0x00>delay(10>。1.7ms-2.1msif(num仁=0x01>delay(12

28、>。2.1ms-2.5ms發(fā)送16位數(shù)據(jù)voiddelayUs(>_nop_(>。voiddelayMs(uinta>uinti,j。for(i=a。i>0。i->for(j=100。j>0。j->。voidwriteComm(ucharcomm>寫1602地址RS=0。P2=commoLCDEN=1odelayUs(>。LCDEN=0odelayMs(2>。voidwriteData(uchardat>寫1602數(shù)據(jù)RS=1oP2=datLCDEN=1odelayUs(>oLCDEN=0odelayMs(2>

29、ovoidwriteString(uchar*str,ucharlength>寫一個數(shù)組uchari。for(i=0oi<length。i+>writeData(stri>。sbitds=P3A1ovoiddslnit(>/DS18B20復位，初始化函數(shù)unsignedintiods=0。i=100owhile(i>0>i-。ds=1oi=4owhile(i>0>i-。voiddsWait(>unsignedinti。while(ds>owhile(ds>。i=4owhile(i>0>i-。bitreadBit

30、(>/讀一位數(shù)據(jù)函數(shù)unsignedinti。bitb。ds=0。i+。ds=1。i+。i+。b=ds。i=8。while(i>0>i-。returnb。unsignedcharreadByte(>/讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)unsignedinti。unsignedcharj,datdat=0。for(i=0。i<8。i+>j=readBit(>。dat=(j<<7>|(dat>>1>。returndat。h8c52WOngMvoidwriteByte(unsignedchardat>向DS18B20寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)函

31、數(shù)unsignedinti。unsignedchar。bitb。for(j=0oj<8。j+>b=dat&0x01odat>>=1oif(b>ds=Qi+。i+。ds=1。i=8owhile(i>0>i-。elseds=Qi=8owhile(i>0>i-。ds=1。i+oi+。voidsendChangeCmd(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voidsendReadCmd(dsl

32、nit(。dsWait(。delayMs(1。writeByte(0xcc。writeByte(0xbe。/讀溫度intgetTmpValue(unsignedinttmpvaluaintvalue。floattounsignedcharlow,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=tmpvalue。t=value*0.0625。value=t*100+(value0?0.5:-0.5。大于0加0.5,小于0減0

33、.5v4bdyGiousreturnvalueovoiddisplay(intv/顯示溫度unsignedcharcountunsignedchardatas=0,0,0,0,0。unsignedinttmp=abs(v。datas0=tmp/10000=datas1=tmp%10000/1000datas2=tmp%1000/10Qdatas3=tmp%100/1(。datas4=tmp%10bif(v0writeString("-",2。elsewriteString("+",2。if(datas0!=0writeData(0x30+datas0。f

34、or(count=1。count!=5。count+writeData(0x30+datascount。if(count=2writeData('.'。writeData(0x63。writeData(0xDF。voidinit(/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>。voiddisplay_temp(>得至U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(>voiddisplay_F1(&g