基于51单片机的空气湿度调节器

*论文题目： 基于单片机的空气湿度调节器的设计 学生姓名： * 专业年级： *级自动化*班 指导教师： * 职称 * 2016 年 05 月 27 日目录摘 要 .IAbstract.I第 1 章 前 言 .11.1 研究的目的和意义 .11.1.1 国内外发展状况 .11.2 应解决的主要问题 .2第 2 章 系统设计方案的研究与论证 .32.1 湿度的定义 .32.2 系统控制结构组成 .32.3 系统的设计原理 .32.3.1 系统的性能特点 .4第 3 章 硬件电路设计 .53.1 处理器模块设计 .53.1.1 单片机 AT89C51 简介及应 用 .53.1.2 处理器的功能 .63.1.3 时钟电路 .63.1.4 CPU 监控电路 .73.2 相对湿度的电路设计 .83.2.1 传统电容湿度传感器的缺点 .83.2.2 SHT71 温湿度传感器的功能 .83.2.3 SHT71 温湿度传感器的特点 .93.3 电源电路的设计 .103.4 湿度调节模块的设计 .113.4.1 湿度调节的结构框图 .113.4.2 湿度调节原理 .113.5 显 示模块设计 .123.5.1 LED 显示器的介绍 .123.5.2 单片机与 LED 接口 .133.6 按键模块的 设计 .143.6.1 键盘接口工作原理 .143.6.2 单片机与键盘接口 .143.6.3 按键抖动原因及处理方案 .15第 4 章 软件程序设计 .164.1 软件设计的总体流程图 .164.2 主程序流程图 .174.3 数据采集流程图 .174.4 子程序流程图设计 .174.4.1 显示子程序流程图 .174.4.2 按键子程序流程图 .18第 5 章 结论 .20参考文献 .21致 谢 .23附录 .24基于 51 单片机的空气湿度调节器的设计学 生：*专 业：自动化指导教师：*摘 要：随着科学技术，人民生活水平的发展，人们的室内居住环境的不断改善，出现了空调，智能温度控制器，室内空气净化器等提高人们生活条件的智能产品。但是，这并不能满足人民群众日益增长的生活需求，对湿度提出控制要求。本设计采用了以 89C51 单片机控制的的智能湿度控制器，使用 SHT71 温湿度传感器，通过软件编程，使用蒸汽机和排气扇自动控制度，对当前环境相对湿度实现自动调整：通过键盘设置和调节湿度的初始值，当室内空气湿度太高时，控制系统自动启动排气扇，减少空气中的部分水蒸汽，来减少当前空气中的湿度;当室内空气湿度太低时，控制系统自动开启蒸汽机，增加空气中水蒸气的含量，来起到增加湿度的作用，控制空气湿度保持在理想状态。通过本文设计的单片机的空气湿度控制器，可以实现对室内当前环境的自动控制。关键词：单片机 AT89C51；湿度控制；湿度传感器Humidity micro-controller-based air Name：*Major：AutomatiTutor：*Abstract: With the development of science and technology, peoples living standards, and constantly improve peoples indoor living environment, there has been air-conditioned, intelligent temperature controller, the indoor air purifiers and other improvement of living conditions of intelligent products. However, this does not meet the peoples growing needs of life, some people raised humidity requirements, on this basis, the design uses a 89C51 micro-controller to control the humidity intelligent controller. This system uses a SHT71 series monolithic integrated sensor; and by software programming, coupled with the appropriate design of the control circuit, it can automatically adjust the current environment relative humidity: when the indoor air humidity is too high, the control system automatically starts row gas fan, reducing the air portion of the water vapor to reduce the humidity in the air current; when the indoor air humidity is too low, the control system automatically open the steam engine, increase the amount of water vapor in the air to play a role in increasing the humidity control air humidity is kept at ideal state; keyboard settings and adjusting the initial value of the humidity, and the other in the design process, taking into Iaccount the intervention of the processor, adding a micro-controller circuit. MCU based humidity controller design, make me a better understanding of sensor technology and detection technology, while the learned expertise to conduct a systematic review and revision.Keywords:89C51;Humidity control;Humidity Sensor0第 1 章 前 言在工业和农业生产，气象，环境保护，科学研究，国防，航空航天和现代生活等各个方面，我们经常需要测量和控制环境湿度。对于制药、食品加工、造纸等行业来说，湿度更准确的测量是至关重要的。此外，湿度也直接影响到人们的舒适合健康。 1.1 研究的目的和意义无论是人类的生存，还是社会工业的生产和制造，以及社会活动都与温度和湿度有着密切的关系。随着现代科学技术的发展，无论在哪个领域，温度和湿度之间的关系都不可分离。在工业上如恒温和无尘室，食品加工，金属加工和生产，农业，如温室蔬菜生产，畜禽养殖等，都需要对周围的环境湿度进行测量和控制。 例如在一些大型制造业工厂，工厂将配备中央空调系统，但是部分中央空调系统控制柜（如主变压器控制柜，开关端子柜）被安置在一个空调房间内。因为这些控制柜密封性不强，如果长时间处在高湿度环境中，会造成控制柜中的湿度过大而导致凝露。最终导致控制柜内的器件被击穿，中央空调系统不能正常工作，但是，这些行业对温度和湿度的控制是非常严格的，如果处在不利的环境生产。结果，会导致巨大的经济损失。为了解决这个问题，一些大型企业在中央空调系统控制柜内安装灯泡来进行加热降低湿度或者通风方法，但效果并不明显。 本设计研究了一种简单的湿度测量方法，并利用我们常用的电子元件构成了一个简单实用的湿度检测电路，并讨论在湿度影响的基础上，检测条件和环境因素以及湿度检测精度问题。以湿度测量为基础，对湿度的控制展开简单讨论，同时研究湿度控制的可行性和控制方法。 1.1.1 国内外发展状况 早在很久以前，人们就发明了干湿球湿度计，干湿球湿度计的精度由干球和湿球温度计的本身的精度确定；干湿球湿度测量时对环境要求特别严格。干湿球湿度计准确度仅为 7%-5%RH。 干湿球湿度计通过间接测量干球温度和湿球温度，通过计算得到湿度值，因为对使用温度限制不严格，所以高温不会导致传感器损坏。干湿球测湿法可以通过加水给湿球或者更换湿球纱布来进行养护。与电子式湿度传感器不同的是，干湿球测湿法不会出现老化、精度下降等问题。因此，干湿法更适合在高温和恶劣环境中使用。后来又有滴水法来测量相对湿度。而电子式湿度传感器是近几十年来，特别是近 20 年来发展迅速。电子式湿度传感技术因其快速发展、高精度、小误差等技术得到了广泛的应用。近年来，1随着电子芯片集成化、小型化和芯片制造技术的发展，国内外对湿度传感器的研究和开发取得了巨大的进步。湿度传感器正朝着集成、智能化、多参数检测方向快速发展，将湿度测量技术应用到新的水平。 1.2 应解决的主要问题 因为温度是一个独立的测量量，而且湿度受其他因素影响，所以，湿度在常规环境参数中是最难以准确测量的。因此，用常规方法测量湿度的误差5%-20%。所以，干湿球或湿度计测量湿度的方法已经不能满足现代科学技术发展的需要。湿度的校准对环境条件要求非常严格，在国外的湿度校准设备，价格是非常昂贵的。本设计是以此为基为，提出了一种基于 AT89C51 单片机的简单实用的控制方法。 2第 2 章 系统设计方案的研究与论证2.1 湿度的定义湿度：湿度是空气中的水蒸气的含量。绝对湿度：又称水蒸汽密度，它用来表示水蒸气质量与总容积的比值，有公式如下（2.1）16.273abvTpmd式中，DV 是绝对湿度；P 为水蒸气压强（Pa） ；Tab 是干燥空气的温度值（） 。相对湿度：相对湿度表示，在相同湿度环境下大气中的水蒸汽的实际压强与饱和水蒸气压强之比，通常用百分数来表示。相对湿度的英文缩写为RH(Relative Humidity)，有公式如下：（2.1.1）%10)(21TPpRH式中，P1（T）表示在 T 温度下水蒸气压强，P2（T）表示在 T 温度下的饱和压强。2.2 系统控制结构组成湿度检测电路。 用来监控空气的相对湿度。 微控制器。 采用 ATMEL 公司的 89C51 单片机，作为主控制器。 电源稳压电路。 用来对输入的 220V 交流电压进行变压、整流。 键盘输入电路。 用来设置初始值等。 LED 显示电路。 用来显示湿度。 功率驱动电路。 用来调节湿度。 2.3 系统的设计原理湿度控制系统是围绕着 AT89C51 展开的。主要由湿度检测电路、CPU 控制电路、显示电路、排气、加热控制电路和微处理器等组成。工作原理如下：湿度检测电路将当前环境湿度信号转变成电信号发送到处理器 AT89C51 中，处理器通过程序的运行将湿度信号通过 LED 显示出来（相对湿度值） ，处理器通过程序运行，判断当前湿度值是否在预定的范围，如果没有在范围内，系统将会自动调节湿度：当湿度检测电路检测当前环境湿度高于微处理器设定的上限值时，3将使与风机除湿控制电路相连的端口输出低电平，使风机除湿控制电路开始工作并开始排湿，冷却降温；当湿度检测电路检测当前环境湿度低于设定湿度下限值时，与增湿控制电路相连的端口输出低电平，蒸汽机的控制电路开始加热增湿。图 2.1 系统原理结构图Fig. 2.1 Schematic Diagram Of The System2.3.1 系统的性能特点（1）自动检测室内的湿度（2）当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动排风机，减少室内空气中的水汽，从而降低空气湿度；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动增湿器，以达到增加湿度的目的。（3）通过数码管显示当前的湿度（4）设置键盘并设置湿度的初始值 4第 3 章 硬件电路设计3.1 处理器模块