智能温湿度检测仪设计

摘　　要

在现代居室之中，对温湿度的检测至关重要。目前，以单片机为核心的智能温湿度检测仪检测温湿度是一种简单，高效的手段。对于该设备的设计，核心问题是如何使其具备自动检测并显示温度、湿度的能力以及实现高温报警功能。由于室内的温度、湿度不是两个独立的变量，两者之间一般又不是线性关系，要使一个设备达到温、湿度的共同检测并不是件简单的事。为了解决这一问题，本设计利用单片机技术对一般的检测设备功能进行改进。通过本设计，使目前检测仪器的智能程度得到增强，而且该设计还直接针对房间温湿度检测，具有非常重要的实际意义和应用价值。

本设计以一般房间的温、湿度为检测对象进行研究。

首先，研究温度对加湿效果的影响和选择适当的补偿方法，使系统有很强的适用性、实用性。

其次，根据一般的家庭温、湿度条件选择温、湿度传感器，进行温、湿度检测电路的设计。

再次，进行温、湿度显示部分和高温报警部分的设计，对信号进行A/D转化后送入单片机，用LED显示器实现对温、湿度的显示，用SP实现仪器的高温报警功能。

本设计通过对单片机技术的研究，利用温度补偿电路实现温度对湿度的补偿，对温湿度进行共同检测，对于传统的单一温度或者湿度的检测有非常明显的优势。本设计对以后的温湿度控制的研究，设计也有一定的参考价值。

摘　　要....................................................................................................................... 1

Abstract.......................................................................................................................... 2

引　　言....................................................................................................................... 2

1 概述........................................................................................................................... 3

1.1 课题背景......................................................................................................... 3

1.2 研究的主要内容............................................................................................. 3

1.3 本课题的应用前景......................................................................................... 4

1.4 温湿度检测仪总体方案设计......................................................................... 4

2 温湿度检测仪设计方案论证................................................................................... 6

2.1 温湿度检测仪的要求..................................................................................... 6

2.2 方案介绍......................................................................................................... 6

2.2.1 基于PLC的温湿度检测方案................................................................ 6

2.2.2 基于CAN总线的温湿度检测方案....................................................... 8

2.2.3 基于单片机的温湿度检测方案........................................................... 9

2.3 方案选择及所能实现的功能....................................................................... 10

3 温湿度检测电路设计............................................................................................. 11

3.1 温湿度检测方法........................................................................................... 11

3.1.1 .温湿度的检测原理............................................................................. 11

3.1.2 温度对湿度的影响以及温度补偿方式的选择................................. 11

3.2 温湿度检测原理与实现............................................................................... 12

3.3 湿度检测数据............................................................................................... 15

4 温湿度检测仪的硬件设计..................................................................................... 17

4.1 单片机的选型............................................................................................... 17

4.2 系统的组成及工作原理............................................................................... 18

4.2.1 温湿度数据采集接口电路................................................................. 19

4.2.2 键盘显示接口电路............................................................................. 24

4.2.3 高温报警电路的设计......................................................................... 27

4.2.4 系统复位电路..................................................................................... 27

结　　论..................................................................................................................... 31

参 考 文 献............................................................................................................... 32

致　　谢..................................................................................................................... 33

3 温湿度检测电路设计

3.1 温湿度检测方法

3.1.1 温湿度的检测原理

温度的检测方法，一般采用热敏元件，如热电阻、热敏电阻、温敏二极管、温敏三极管等测温元件。热敏电阻的工作原理：热敏电阻的阻值随温度的升高而成非线性急剧变化，一般具有负的温度系数，其阻值随温度升高而急剧减小，只有少数具有正的温度系数。热电阻的工作原理：热电阻的阻值随温度的升高而增大并且阻值随温度按照近似的线性关系缓慢变化。

湿度的检测方法，一般采用湿敏元件检测湿度，分为湿敏电容和湿敏电阻两种情况。常用的有高分子电容式湿度传感器、高分子电阻式湿度传感器等。

高分子电容式湿度传感器的工作原理：高分子材料吸水后，元件的介电常数随环境的相对湿度的改变而改变，元件的介电常数是水与高分子材料两种介电常数的总和。当被测的气态水分子通过多孔的上电极扩散至感湿膜表面，被极性官能团所吸收，引起湿敏电容器介电常数的改变，从而改变了湿敏电容器的容量值。电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，国外有些产品还具备高温工作性能。

高分子电阻式湿度传感器的工作原理：由于水被吸附在有极性基的高分子膜上，在低湿度下，因吸附量少，不能产生荷电离子，电阻值较高。当相对湿度增加时，吸附量也增加，集团化的吸附水就成为导电通道，高分子电解质的正负离子主要起到载流子作用。另外，由吸附水自电离分解出的质子和氢离子也起电荷载流子作用，使高分子湿度传感器的电阻值下降。电阻式湿敏电阻具有最突出的优点是长期稳定性极强，因此通过严格的工艺制作，制成的仪表和传感器产品可以达到较高的精度，稳定性强是产品具备良好的线性度。

3.1.2 温度对湿度的影响以及温度补偿方式的选择

在实际工作环境中，温度不是一个恒值，随着环境的变化而变化，变化的范围很宽。而湿敏元件受温度的影响不能忽略。湿敏元件的湿度温度系数就是表示器件的感湿特性曲线随环境温度而变化的特性参数。环境的温度变化越大，由感湿特征量表示的环境相对湿度与实际的相对湿度之间的误差就越大。所以，必须在检测电路当中加入补偿电路实现温度对湿度的补偿。本设计采用的补偿电路如图3.1所示。

(4)串行E2PROM。芯片内包含512字节存储单元，10万次可靠写，数据保持时间100年。XICOR设计了3保护方式防止误写。包括：WP写保护引脚，当引脚被拉低时，内部存储单元状态寄存器都禁止写入；存储区域写保护模式，通过对状态寄存器的BL1、BL0位的设置，可以选择对不同的存储区域进行写保护；在进行任何写操作前都必须打开写使能开关，而且在上电初始化写操作完成时写使能开关自动关闭。显然，在几个方面的保护之下，产生误写的可能性很小，表3.4是BL1、BL0组合的含义。

表4.4 BL1、BL0组合含义

BL1	BL0	写保护的单元地址
0	0	没有保护
0	1	180H~1FFH
1	0	100H~1FFH
1	1	000H~1FFH

对X25045的操作是通过4根口线CS、SCK、SI和SO进行同步串行通信来完成的。SCK是外部输入的同步时钟信号。在对芯片定改指令或数据时，时钟前沿将SI引脚信号输入；在读数据时，时钟后沿将数据位输出到SO引脚上。数据的输入/输出都是高位在先。

X25045与8051的接口电路如图4.10所示。