3.2.6 I2C总线简介.............................................. 23 3.3 系统硬件电路 ................................................. 24 3.3.1 稳压电源................................................. 24 3.3.2 晶振电路................................................. 25 3.3.3 SHT11传感器电路 ......................................... 26 3.4本章小结 ..................................................... 26 第4章 系统的软件设计 ........................................27 4.1程序框图 ..................................................... 27 4.2 延时程序 ..................................................... 28 4.3 SHT11检测传输 ............................................... 28 4.3.1 SHT11开始信号 ........................................... 28 4.3.2 SHT11的重连接 ........................................... 29 4.3.3 SHT11的写函数 ........................................... 29 4.3.4 SHT11的应答信号 ......................................... 30 4.3.5 SHT11数据通信结束 ....................................... 31 4.3.6 SHT11读取函数 ........................................... 31 4.3.7 SHT11寄存器设置函数 ..................................... 32 4.4 SHT11测量温湿度 ............................................. 32 4.5测量结果处理以及报警 ......................................... 33 4.6本章小结 ..................................................... 34 第5章 系统抗干扰措施 ........................................36 5.1硬件抗干扰措施 ............................................... 36 5.2 软件抗干扰措施 ............................................... 37 5.3 本章小结 ..................................................... 37 第6章 结论 .................................................38 参考文献 ....................................................39 致谢 ........................................................40 附录 ........................................................41 实物图........................................................... 41
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第1章 绪 论
1.1 选题意义
湿度和温度是测量领域内十分重要的被测对象。不管是人类赖以生存的居住环境，还是工农业生产，亦或者是军事、气象观测等领域都需要对温度和湿度进行测量和控制。随着电子技术、计算机技术、通信技术、传感器及传感器材技术的迅速发展，测量领域内对温度和湿度的检测也取得了跨越式的发展！可以说对温湿度的测量与控制水平直接影响到人类的所有活动。 1.1.1 生活环境与温湿度的关系
现代人类对生活环境的要求越来越高，尤其是温湿度的影响，温度高了或者
低了都直接影响着这个社会，而湿度低了或高了也同样影响着我们的生活以及其他物种的生存条件。 1.1.2 检测温湿度的意义
湿度和温度是众多领域中需要检测的重要环境参数。不仅在工业、现代农业，还是在气象卫星、仓库保管等领域，对温度和湿度的测量都是随处可见的。对温度和湿度的测量与监控也是十分有意义的。对湿度和温度进行合理有效的调控不仅可以节约能源还更有利各行业安全健康的发展。
在工业领域，各种现代化的机器设备都需要考虑其所在工作环境的温湿度。电器设备是工业领域最常使用也是使用最多的基础设备。温湿度的高低对电器设备的研发者来说是必须要考虑的重要课题。工程师在设计电器产品的时候必须要考虑设计出的产品将来工作环境中温湿度的大小，使用过程中散热通风的问题。选择合适的材料并且对电气设备外表面进行合理有效的封装可以提高电气设备的使用寿命。大型的电器设备长期处于高电压、大电流和满负荷运行，其结果是造成热量集结加剧，由电流热效应造成的危害直接影响电器设备的绝缘设施，危害机器的正常运转和操作人员的人身安全，所以就要求对电气设备的温湿度状况进行测量控制。
温湿度对植物、动物的生长都有一定的影响，当温度达到了植物和动物生长所能承受的最高值和最低值时，这些植物和动物就会慢慢的消失，或者演变成其他的一些物种，同样湿度也对动植物的生长有着不可小视的影响，所以对一定的
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温湿度我们必须测量。同时我们也必须要记录大气的温湿度的变化，这样我们才更能对我们的生活的环境的变化有个直观的了解。
1.2 国内外发展趋势
近年来，国内外在湿度和温度传感器研发领域取得了长足进步。温湿度传感器正从结构复杂、功能简单向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件，也将温度、湿度测量技术提高到新的水平。国内数字温湿度仪测量温湿度采用的主要方法有:“温—阻”法和“湿—阻”法,即采用电阻型的温湿度传感器,利用其阻值随温湿度的变化测定空气的温度和相对湿度[1]。受传感器灵敏度的限制,这类温湿度仪的精度不可能很高,一般条件下还可以满足需要,但是在环境实验设备等对精度要求颇高的场合就难以满足要求了。
目前，国外对温湿度传感器技术的研究也有了较大的进展，特别是用电阻式温湿传感器发展更快，人们不仅在电阻式陶瓷温湿度传感器特性方面做了大量工作，而且在高分子电阻式湿度传感器上做出可喜的研究成果。
1.3 主要工作任务
在对各类湿度、温度传感器原理介绍的基础上，根据本毕业设计实际的任务要求，完成湿度、温度传感器芯片的选型，系统芯片的选择，并设计显示接口电路、电源电路、报警电路、部分功能电路的程序。系统开始工作后，根据初始条件读取湿度值和温度值，测量数据经处理后，将其与设定的湿温度值比较，如果发现当前的温湿度超限，则发出报警信号，未超限时，系统显示正常的湿温度度值。
1.4 本章小结
本章主要介绍了所选课题的研究意义、温湿度测量国内外的发展趋势、系统的主要性能指标、及主要任务。温湿度检测是本设计的核心，也是以后各章节着重介绍的内容。
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第2章 系统方案选择和工作原理
2.1系统综述
根据本设计第一章要求的性能指标，方案设计时不仅要考虑怎么样实现测量一定精度的温湿度信号值的基本功能，还要考虑温湿度超限时系统的报警功能。
根据设计要实现的功能，还要考虑系统控制芯片扩展口分配方案。 选择LPC1768单片机就能够满足设计要求。作为工业用的环境检测类仪器，系统工作的可靠性，实用性，长久性指标也是系统在设计时值得考虑的几个因素。
2.2系统设计方案选择
根据目前国内外市场上常用的各种温湿度检测仪器，结合本设计的设计任务要求，能实现本设计要求的方案基本上有以下三种。
（1）纯模式
这种方案所有的电路均采用模拟电路构成，包括湿度、温度信号的采样、放大电路、报警电压的电位调节设置，模拟比较器的选用以及驱动超限报警电路，模拟的电磁结构的指针式显示电路等，尽管这种电路也能起到温度，湿度的实时测量与报警，但是不能获得湿度、温度的历史数据，显示方式也不够直观，在抗干扰性能上由于电路没有足够的判断能力可能会增加误报警从而引起错误动作，而且在价格上也无优势可言，由上述原理构成的这类仪表被称之为第一代仪表，目前设计的仪表中极少使用这类结构。
（2）数字式
这种方案在信号的采样、放大电路、报警设置以及报警电路等环节与第一种方案区别不大，只是在放大电路后采用了A/D转换电路，它将模拟量转换成数字量，然后经过驱动电路进行数码显示，它最大的好处是显示直观，这是模拟式产品向智能式产品过渡的中间型产品，属于第二代仪表，在上个世纪80年代的设计中大都采用这种结构的方案，在日常生活中看到的大都是未被替换的产品。在目前的设计中，基本上是不采用这种方案的[2]。
（3）智能式
这是目前检测类仪器首选的方案，利用目前成熟的计算机技术，依靠计算机强大的处理能力，对数据前向通道采集到的湿度，温度数据进行判断、处理、存储，并可采用十分简单的方法通过显示驱动芯片将显示信息送出进行数码显示。
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对测量所得结果超限时的报警处理可以按照测量时间的不同情况分别设置不同的报警值。系统将会对测量回路巡回监测。
常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其它因素（大气压强、温度）的影响。所以湿度的测量比温度的测量要复杂的多。
目前国内外对温度和湿度测量产品有很多，但是大部分的产品都是用红外热辐射的传感器制作的。这种产品结构复杂，价格昂贵并不适用于大气的测量。本设计使用比较常见的温湿度传感器和价格便宜的电子元器件，实现检测系统的智能化。它还具有较高的安全性，可靠性，适用于一般的家庭。鉴于国外欧美等国家微电子技术的发展，在不少的测试领域，将一个系统的所有电路，包括CPU都集成在一块芯片上，构成一个集成的系统，况且这也是目前仪表发展的方向。所以本设计采用集成芯片SHT11作为温湿度传感器。鉴于以上情况，本课题考虑到国内目前的现状，构成器件的来源以及微电子技术的发展趋势，本设计决定采用智能化的设计方案设计。
从节约能源和成本及使用方便的角度考虑，每一个设计都要本着满足设计要求的前提下，尽量简单方便快捷的设计。这个原则适用各个领域。由于各种不可克服的误差和适用环境的影响，检测仪表都存在一定的误差。不过我们还要竭尽所能的降低误差，提高设计的精度。
2.3系统工作原理
根据上述的方案选择和本课题的设计目标，加上目前智能仪表的一般特点，实现本设计智能测量系统的核心是LPC1768单片机。湿度和温度信号检测可以使用传统的电阻式温湿传感器测量，也可以采用集成的智能温湿传感器芯片测量。集成传感器芯片内部自带有信号放大电路。放大电路是提高单片机对信号进行识别的有效方法，而且在复杂电路的各种设计领域中是最常用也是必须要采用的方法。由温湿度传感器检测到的温湿度信号经过芯片内部的A/D转换电路，将模拟信号转化成数字信号后通过IIC总线输入通道传送给单片机。为了提高测量的精度，提高信号的转换质量，作为模拟信号转化成数字信号的A/D转换器，对其本身的性能要求也很高，因此传感器芯片内要有性能良好的A/D转换器。作为智能化的检测仪器，由LED实现的显示器使人们直观的观看到测量到的温度和湿度的值。在本设计系统中，正常情况下，显示电路可以实时的显示室内的温度和湿度。当温度和湿度超限时，报警电路可以立即发出警报，以便实现坏境温
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