基于单片机的湿度传感器设计说明.doc

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1、基于单片机的湿度传感器设计一系统方案1.1系统功能本文设计的湿度传感器应具备以下功能：（1）能够感受环境中的湿度变化。（2）能够将环境中的湿度变化转化为电信号。（3）系统能够对采集到的湿度信号进行分析处理。（4）能够将环境中的湿度以相对湿度的形式显示出来便于观察记录。（5）系统反应快、灵敏度高、稳定性好，具有一定的抗干扰能力。（6）电路简单，操作方便、性价比高、实用性强。根据系统功能要求，湿度传感器系统图包含以下模块：信号采集模块信号处理存储模块信号显示模块图1.1湿度传感器系统框图1.2系统组成模块1.2.1信号采集模块设计

2、本设计为智能式湿度传感器的设计，信号采集模块主要是用于测量环境中湿度变化，并将湿度变化转变成电信号的变化。因此，我们需要一个湿度传感器。和测量围一样，测量精度同是传感器最重要的指标。每提高—个百分点．对传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低温段(0一80％RH)为±2％RH，而高湿段(80—100％RH)为±4％RH。而且此精度是在某一指定温度下(如25℃)的值。如在不同温度下使用湿度传感器．其示值还要考虑温度漂

3、移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间的相对湿度。温度每变化0.1℃。将产生0.5％RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。因为湿度随着温度的变化也漂忽不定的话，奢谈测湿精度将失去实际意义。所以控湿首先要控好温，这就是大量应用的往往是温湿度—体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，±5％RH的精度就足够了。因此在本次设计中选用DHT11温湿传感器作为本次设计湿度采集模块。DHT11数字温湿度传感器是一

4、款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。DHT11的性能也很良好，其供电电压：3.3~5.5V单总线数字信号测量围：湿度20-90%RH，温度0~50℃；测量精度：湿度+-5%RH，温度+-2℃；分辨率：湿度1%RH，温度1℃；互换性：可完全互换，长期稳定性：<±1%RH/年。综合看来，DHT11传感器性能良好，体积小巧、接口简单、响应速度快、性价比高，可以作为理想的湿度传感器选择。1.2.2数据处理模块本设计对数据处理模块的要能够接

5、受传感器采集的信号，并对信号进行处理传送到显示模块进行显示。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中。结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长

6、度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。PIC单片机系列是美国微芯公司（Microship）的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令（视单片机的级别而定），属精简指令集。采用Harvard双总线结构，运行速度快(指令周期约160～200ns)，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总

7、的看来每条指令只需一个周期（个别除外），这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC系列单片机的I/O口是双向的，其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。I/O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器（TRISn,其中n对应各口，如A、B、C、D、E等）。当置位1时为输入状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；置位0时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸入电流达25mA，高电平输出电流可达20mA，它可以直接驱动数码管显示且外电路简单。它

8、的A/D为10位，能满足精度要求。因此本设计选用PIC系列的单片机16F877A作为本次温湿度传感器的控制器件。因为单片的编程简单，指令精简，运行速度较快，具有地工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。他可以直接驱动数码管显示，外围电路设计简单，A/D位为10位，能够满足精度要求