发布时间 : 星期一 文章(完整版)温湿度传感器毕业设计更新完毕开始阅读ba8bad47cd1755270722192e453610661ed95ae7
3 硬件电路设计与实现
空气温湿度测量仪的硬件电路的设计也是采用模块方案；主要包括硬件的以下设计：单片机模块硬件电路设计、温湿度传感器硬件电路设计、电源模块的硬件电路设计和用户交互模块的硬件电路设计。其中以主控模块硬件电路设计为重点。 3.1 硬件设计准备
本次设计使用作为绘制底层硬件电路板的软件工具为Altium Designer09。Altium Designer09是Altium公司在于2009年推出的电路设计软件。它是一套构建在板设计与实现特性基础上的设计软件，其主要功能包括电路原理图设计、印刷电路板设计、改进型拓扑自动布线、模拟/数字混合信号仿真、布局前后信号完整性分析等各种电路设计功能，还能够计算机辅助输出和编辑性能等。因此在开始电路设计前应先学会并且熟悉此软件的使用。
下文对系统的各个功能模块进行了讲述，绘制原理图是绘制PCB板的前提，只有正确的绘制原理图并形成正确的网络表才能绘制PCB板。根据各个芯片的资料及典型应用电路在面包板上搭建进行验证后，设计元件库，并根据芯片资料提供的元件封装要求设计各个芯片对应的封装，将各个元件与对应的封装进行链接，最后用原价库中的元件搭建电路图。 3.2 单片机模块外围设计
单片机模块主要是使用STC89C51作为单片机，下面主要是STC89C51的性能的简介以及外围电路的设计。单片机模块的设计是所有模块中最重
要的设计。单片机模块是空气温湿度仪系统设计的核心内容。
基于ATMEL公司的STC89C51实现应用的单片机模块硬件电路如图3-1所示。单片机模块主要包括单片机电路和调试电路，采用上电自复位方式。端口P1.0和P1.1为下载程序和调试所用接口，P0口接串行接口液晶和时钟芯片接口实现采集数据的的现场显示和设备的定时控制。P1.4和P1.3接开关用来调节空气温湿度阀值。P0口外接上拉电阻；端口P3.1和P3.0和数字温湿度传感器SHT10的时钟口和数据口相连接实现对环境中的温湿度环境信息的采集。[14]
本电路的设计是全部设计的基础，要争取的分配各个端口，是端口合理的分配，要预留端口给液晶显示、键盘、传感器、LED和报警器。这些都需要提前考虑。要事先了解各个元器件的性能和管脚的数量。充分的了解系统中各个模块的所需要的功能，各个模块的所需要的原件，最终选择外围电路的借口。从而减少编程的困难的程度。
图3-1 单片机外围电路
3.3 温湿度传感器
根据上一章的选型，确定本次设计的温湿度传感器型号为：SHT10。SHT10为温湿度一体数字传感器。SHT10采用的是14位的A/D转换器，并且是I2C总线形式，具有较高的精度和数据采集方式，能完全满足本设备的应用要求[19]。制作工艺采用CMOS过程微加工专利技术，能够很大程度上确保温湿度传感器具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器是由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成的，并与1个14位A/D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。
根据对SHT10传感器接口类型和功能的了解，确定温湿度传感模块硬件电路设计。温湿度传感器主要提供给单片机外界环境数据，其串行时钟输入（SCK）与单片机P3.5口连接，用来实现传感器与单片机的通讯同步。传感器的串行数据（DATA）与单片机P3.6口连接，给单片机发送命令。接地引脚与地连接，电源引脚和5V电源连接，按照上述的连接方式，完成传感器模块硬件电路的连接。使传感器在硬件电路的设计上满足本次设计的需求。
搭建实验电路测试后确定电路如图3-2所示。
图3-2温湿度传感器电路
3.4 电源模块设计
电源供电部分采用12V/5V直流输入的电源适配器或蓄电池供电，电源输入后12V电源经过LM2596-5电源芯片降为5V，经过桥整、电容滤波后为板子提供5V电压，系统的电源电路如图3-3所示，其中，VCC5跟电池输出的作用一样，都是为板上的元器件和芯片提供合适的工作电源；另外，它也可以为以5V为工作电压的传感器供电(监测节点上留有温湿度传感器接口，可用于扩展)。
电源模块采用的降压芯片均为LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有 5V、12V，可调版本可以输出小于 37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为 150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需 4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。