毕业设计-电力箱柜除湿器的设计与控制.doc

电力箱柜除湿器设计与控制研究Design and Control of Dehumidifier for Power Cabinet学 院：电气工程学院专 业 班 级：学 号：学 生 姓 名：指 导 教 师： 2017年 6月I 摘 要潮湿一直是影响电网安全运行的一个难题，空气湿度过大会给电力系统箱柜设备运行带来非常大的危害。特别是我国南方地区，空气相对湿度过大，尤其是在雨季、暴风雨天气下凝露现象比较明显，如果电气设备长期在这种环境里工作，那么电气设备的绝缘强度会大大降低。对于开关柜、端子箱等设备内部空间很小、对于控制湿度要求程度很高的设备，加热除湿方法的效果不是很好。本文结合实际情况设计出基于51单片机和半导体制冷技术的除湿设备。本设计是以STC89C52单片机作为控制核心，利用DHT11温湿度传感器监测空气中的实时温湿度值。温度和湿度信号由传感器传送给单片机，单片机会根据不同情况实施相应的控制方案，检测到的温湿度值会在LCD1602液晶显示屏上显示。湿度控制部分由TEC1-12706半导体制冷片构成。当环境湿度高于设置限定值时，单片机控制半导体制冷片自动工作，将电力箱柜内潮的湿空气凝结成水排除箱外，达到降温除湿干燥的效果。软件部分采用C语言编制系统运行控制程序，结合硬件电路调试结果正确，实现了智能除湿的目的，该系统的优点是响应快、抗干扰能力强、性价比高等，电路设计简单。与加热除湿相比，制冷除湿工作后，湿度不会反弹的很快，防止除湿设备反复运行。与此同时，本文详细介绍了各元器件的功能特点和部分模块电路的设计。关键词：单片机；DHT11传感器；半导体制冷AbstractMoisture has always been a problem affecting the safe operation of the grid, the air humidity over the General Assembly to the power system cabinet equipment to bring a very large harm. Especially in the southern region of China, the relative humidity of the air is too large, especially in the rainy season, the storm weather condensation phenomenon is obvious, if the electrical equipment in the long-term work in this environment, then the electrical equipment insulation strength will be greatly reduced. For the switchgear, terminal box and other equipment, the internal space is very small, for the control of humidity requirements of a high degree of equipment, heating dehumidification method is not very good. In this paper, based on the actual situation designed based on 51 single-chip and semiconductor refrigeration technology dehumidification equipment.The design is STC89C52 microcontroller as the control core, the use of DHT11 temperature and humidity sensors to monitor the real-time temperature and humidity values in the air. Temperature and humidity signals from the sensor to the microcontroller, the microcontroller will be implemented according to different circumstances the corresponding control program, the detected temperature and humidity values will be displayed on the LCD1602 LCD display. The humidity control section is made up of TEC1-12706 semiconductor cooling sheet. When the ambient humidity is higher than the set limit, the single-chip control of the semiconductor cooling sheet automatically work, the power tank tide of the wet air condensed into the water outside the box to achieve the effect of cooling dehumidification drying. The software part adopts the C language system to run the control program, and the hardware circuit debugging result is correct, and the purpose of intelligent dehumidification is realized. The system has the advantages of fast response, strong anti-interference ability and high cost performance. The circuit design is simple. Compared with the heating dehumidification, refrigeration dehumidification work, the humidity will not rebound quickly, to prevent dehumidification equipment to run repeatedly. At the same time, this paper describes in detail the functional characteristics of the various components and part of the module circuit design.Keywords：Single chip；DHT11 sensor; Semiconductor refrigerationII 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1课题研究的背景11.2课题研究的内容及意义11.3常规除湿器的发展现状21.4单片机的发展现状3第2章 总体方案设计52.1系统功能设计52.2系统设计的原则52.3系统硬件总体设计方案62.4半导体制冷及除湿的基本原理72.4.1半导体制冷的原理72.4.2半导体制冷除湿的原理8第3章 系统硬件的设计93.1 主控器件93.1.1复位电路93.1.2时钟电路103.1.3 STC89C52芯片的简单介绍103.2温湿度采集器件133.2.1 DHT11传感器模块检测电路设计133.2.2 DHT11传感器介绍143.3温湿度显示器件163.3.1 1602液晶显示模块设计163.3.2 LCD1602液晶显示器简介173.4 其它外围电路设计193.4.1 按键电路设计193.4.2电源模块设计193.5系统总体硬件电路图21第4章 系统软件的设计224.1系统软件设计方法224.2主程序设计224.3数据采集模块程序设计254.4液晶显示模块程序设计284.5按键输入程序设计32第5章 系统分析与调试34第6章 结论与展望36参考文献37致谢39附录40沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第1章 绪论1.1课题研究的背景随着我们国家经济的快速发展，电力设施也突飞猛进，电气箱柜、开关设施众多，分布范围较广，保证电网安全运行成为最主要的任务。影响电网安全运行的大多是电气设备的金属损伤，损伤形式大致分为磨损、疲劳、摩擦、腐蚀等，它们都对电气设备的寿命有很大影响。其中，潮湿所造成的腐蚀损伤最为严重。湿度对电气设备的影响主要是绝缘强度、金属腐蚀、霉菌生长。随着气候、地理位置的不同，周围空气温度、湿度、杂质成分与浓度等均有很大的区别，电气设备损坏的程度也不同 。比如东南沿海地区，湿度很大，天气温度变化也比较大，电气箱柜内部空气水分也就很多。或者有的设备处于停止运行状态，电气箱柜内空气温度就比外部环境温度低，在电气设备表面就很容易形成凝露，在这种情况下一旦通电运行工作，电网就极易产生短路发生危险事故。并且设备表面凝聚水滴，会使得霉菌生长加快，令电气设备绝缘性能降低，金属腐蚀加快导致接触面氧化反应，接触电阻随之增大，一样会影响到电网运行1。1.2课题研究的内容及意义传统加热除湿方法是通过对空气加热增大空气饱和水蒸气量，使空气中可以储存更多的水分，从而防止水蒸气在电气设备表面产生凝露，达到预防电气故障的目的。但是这种加热方法不能去除水分反而使空气中水分含量增大，相对湿度变大，随着环境温度降低凝露现象依然没有根除，这证明了传统的加热除湿方法并不能从根本上解决电气箱柜潮湿凝露问题。同时这种除湿方法也有自身的缺点，第一就是长时间持续加热消耗电能，在不需要除湿的时间里，加热没有任何意义而且浪费大量能源。第二就是长时间在高温环境下持续加热工作会使箱柜内的温度持续升高，这就导致柜内电气设备的老化损伤加速，影响电气设备的使用寿命。而制冷型除湿器是利用半导体制冷产生温差效应来凝结空气中的水蒸气并直接排除电气箱柜外，使电气箱柜内部空气的水分得到显著下降。即使环境温差变化，由于电气箱柜内空气水分很少就不再产生凝聚水滴现象，也大大降低了相对湿度。这种方式工作电流小，低发热，不会对导线及元件造成影响。可实现组网监控，远程遥控。配合单片机，能根据箱柜内部温湿度精确计算自动控制，耗电量小，节省能源和人力。1.3常规除湿器的发展现状除湿器是对空气中的水蒸气进行去除，这是一项涉及多门学科的综合性技术，现在已经被广泛应用于环保、仪器仪表、冶金、生物、原子能、纺织、石化、化工、航空、航天等领域，并且将在工业、农业、医疗、国防、商业和日常生活中发挥巨大的作用。常用的空气除湿技术主要有吸附除湿2、冷却除湿、吸收除湿3 、加热除湿。1. 根据除湿原理：（1）吸附吸收除湿。这种方法主要是利用固体或者液体吸湿剂的物理以及化学特性，来去除空气中的水蒸气，从而达到降低空气湿度的目的，它的工作原理比较简单，但是存在吸湿剂衰老失效的一系列问题，必须频繁的更换，并且空气湿度值无法自动精确的控制。该类方法只适用于食品、药品及化学品等加工和保存4,5。（2）加热除湿。基于水分的相变特巧，使用加热器等设备对湿空气进行加热处理，使得空气的温度上升，将水分由液态变为气态随空气流动排出，使其得此空间的相对湿度下降。这种方法并不适合于封闭的空间，原因是空气中的水汽并未有效的排出，即有没降低封闭空间的绝对湿度，一旦遇冷，水汽会发生饱和现象甚至重新凝露等。现有传统行业该种除湿的方法应用较多，但往往应用的效果不是非常的很理想6,7。（3）制冷除湿，制冷式除湿装置主要是利用制冷式冷源(包括空调、半导体以及其他冷源)制冷除湿,它的工作原理是通过降低冷制冷片表面温度使空气温度降到露点温度以下,从而产生凝露,降低空气的湿度,然后再利用冷凝热使冷却后的空气升温,从而使空气的相对湿度降低,达到空气除湿目的。凡是通过这种方法将密封空间内空气湿度降低的除湿方式都属于制冷式除湿8。2. 根据设备方法（1）通风换气法。该方法只适用于室内或封闭空间的空气湿度高于室外，通过自然的通风或者强制换气的办法，将室外干燥的空气引入室肉，把室肉潮湿空气排出，从而降低局部空间的空气湿度。该方法的有效性取决于空气露点温度与送风点的温度之间的关系，只要前者高于后者，就能将湿度带走。该方法比较适合于天气晴朗、空气干燥的北方地区。但是随着室内或封巧空间的热负荷与湿负荷之间的比值变化，该封闭空间的相对湿度可能増大或降低，也可能保持不变。在低温潮湿的环境，由于热湿化较小，采用通风换气的方法就无法实现降低相对湿度的目的。因此，在南方地区，该类方法并不埋想9,10。（2）压缩机空调法。在电力部口的调度室、监控室和保护室等区域，由于含有大量二次电子设备，对这些区域的环境温湿度指标的控制要求较为严格，通常的做法是加装柜式空调器，其功率与室内面积相匹配，通过温湿度控制，从而降低室内的相对湿度。但由于空调器一般包括室外机和室内机，包括压缩机和热交换器等关键部件，体积一般较大，且冷凝器等一般需要布置在室外11,12。对于电力箱柜等内部空间比较狭小的设备，应用空调除湿，存在较大的技术难度，且经济性较差。（3）除湿机除湿法。该方法比较适用于比较重要而又不适合采用上述集中方法的部位除湿，如轨道牵引用离压室的内部除湿，这个房间一般高大概5m，面积在200500m2左右，若采用前述几种方法，既无法有效地改善环境的相对湿度，也不经济。采用除湿机除湿可以将其直接放于室内中使用，亦可将其置于室外并通过风管连通送风除湿，基本原理主要包括冷冻结露、固体/液体吸附等类型13,14。1.4单片机的发展现状单片机通常被认为是一种高度集成的电路芯片，把 CPU（具有数据处理能力的中央处理器），RAM（随机存储器）、ROM（只读存储器）、以及多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等通过超大规模集成电路技术集成到一块硅片构成的一个小而完善的计算机系统。单片机技术是利用单片机实现自动控制的技术的简称。随着科技的不断发展，单片机技术应用的领域也越来越广，例如在工业自动化控制和温室环境控制等。由于单片机的运用，也使得现代温室设计开始采用了集约化、专业化和规模化的生产，这样也规范了市场经营的有序化和市场习题的国际化，成为了现今具有活力的产业之一15。 早期的单片机有 8 位的和 4 位的，随着单片机的发展，现在已经有 16 位的单片机，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，工业控制，汽车等行业。最近几年，单片机的发展更是突飞猛进，在以往所有的技术上，现在的单片机更是加入了更多的功能，集成度更高，功耗更小，使之成为工业控制等领域不可或缺的微控制器。第2章 总体方案设计2.1系统功能设计本设计是基于单片机对于数字信号的极其敏感性并且可控，利用温湿度传感器对电力箱柜内的湿度值进行实时的采集，其采集信息的特点准确且即时。可以根据电力箱柜内空间的大小及需要，在其内部合理地放置多个温湿度检测点，温湿度传感器对箱柜内的温湿度即时检测采集，然后将检测到的数据直接传动给单片机，已经设置好的单片机会对采集到的数据信息进行分析处理，并且通过LCD显示器显示当前电力箱柜内的温湿度值。温湿度调节装置部分包括两片制冷片，如果传感器检测到的温湿度数据超过了单片机开始的时候设定的限度，连接其中一个制冷片的继电器闭合，制冷片开始除湿工作，如果传感器检测到的温湿度值远远超过单片机开始所设定的限度值，连接另一个制冷片的继电器闭合，两片制冷片同时工作，以达到加快除湿的效果。如果电力箱柜内的湿度已经调节到合理范围内，继电器断开，除湿装置停止工作，防止浪费能源。2.2系统设计的原则1、可靠性可靠性高是单片机控制系统应用的必要条件，在设计除湿系统的每一步，都要将可靠性作为重要的设计准则。要想提高系统的稳定性可以从以下方面着手：使用高可靠性的元器件；设计的电路时的布线和接地一定要合理；对电源模块采用抗干扰措施；进行硬软件滤波；系统能够自己诊断等。2、操作维护方便在设计系统的软硬件时,应从操作者的角度出发使操作和维护更方便,尽量避免操作人员对专用知识的要求,并且有利于整个除湿系统的推广。因此在设计方案时,要尽量减少人机交互的接口,多采用操作内置或简化的方法。同时系统装置应配有故障诊断程序,一旦发生故障能立即有效地对故障进行隔离,以便保证电网安全。3、性价比控制系统的单片机除了体积小、功耗低等特点外,最大的优点在于高性能价格比。一个单片机应用系统是否被广泛利用,性价比是其中一个关键原因。因此,在设计方案时,除了保持性能外,尽可能降低制作成本,比如简化外围硬件电路,在系统性能允许的状况下尽可能采用软件取代硬件功能等。2.3系统硬件总体设计方案依据设计功能的设定，本除湿装置主要分为四大部分：（1）温湿度检测部分（2）数据处理部分（3）温湿度调节部分（即除湿部分）（4）用户交互部分其中温湿度检测模块选用的是DHT11数字温湿度传感器，它采用的是单总线数据格式，接口非常简单，无需校准。此传感器的分辨率是8bit，完全使用此除湿系统的检测要求。完成数据处理模块的是STC89C52单片机，其主要控制温湿度数据的采集和运算。温湿度调节部分主要采用的是半导体制冷片，它的作用是降低电力箱柜内的环境温度来排除空气中的水分，以达到除湿的目的。用户交互模块主要由按键和LCD1602液晶显示屏构成。其中按键用于随时设定温湿度限度值，LCD1602用以显示温湿度实时数据。整个除湿器系统原理框图如下图：温湿度传感器单片机控制电路+5V稳压输入温湿度显示继电器半导体制冷片1半导体制冷片2电源输入图2-1除湿系统结构框图2.4半导体制冷及除湿的基本原理2.4.1半导体制冷的原理半导体制冷的理论基础是1834年发现的热力学原理-热电效应中的珀尔帖效应16，是指两种不同材料的导体组成闭合的回路中有直流电流通过时，两种材料的导体连接点之间会产生温差的物理现象。如图2-2所示，构成半导体制冷片的基础元件是热电偶对，就是把一个P型半导体和N型半导体联接为半导体热电偶，根据帕尔帖效应的原理，当半导体流过直流电时，热电偶对的以面将吸收热量（即为冷面），而另一面则释放热量（即为热面）。若将很多半导体热电偶对联接起来的话，就组成了我们见到的半导体制冷片。图2-2半导体制冷片结构示意图2.4.2半导体制冷除湿的原理制冷除湿的原理是利用半导体制冷面对空气进行降温冷凝处理，将潮湿空气中的水气冷凝至露点温度一下，使水气凝结成凝露排除箱外。如图2-3所示，等待处理的空气在状态1点，到达除湿器冷面产生的低温冷凝除湿之后变成状态2点，可以由物理方法将冷凝除湿后的空气通过除湿器的热面，经过升温后变为状态3点，随之再次回到箱柜内。图2-3 制冷除湿系统第3章 系统硬件的设计3.1 主控器件该系统的控制核心选用的是STC89C52单片机，STC单片机主程序模块通过对DHT11温湿度传感器采集信号的读取，并进行分析和处理所得到的数据信号，再将采集得到的信号让1602液晶显示屏显示出来。根据得到的温湿度值是否在限定范围内，采取何时让除湿器工作。完成信息接收和发送。STC89C52芯片与时钟电路和复位电路共同构成单片机的最小系统，才能完成信号处理。3.1.1复位电路单片机的复位电路是为了让电路回到初始化状态。如果不初始化，就不知哪是起始程序并且如何开始运行程序。还有端口线的电平和输入输出状态的不确定都可能使外围设备的误操作，容易发生严重的事故；如果一些控制寄存器内容不确定就可能导致定时器溢出、程序还尚未开始就要中断以及串口混乱传向外部设备发送数据，因此，不管任何单片机在开始运行程序前，都一定要进行一次复位，使单片机处于一种初始确定的状态。图3-1 复位电路复位分为上电复位和按键复位，但是本系统设计的复位电路两种都包括如图3-1若所示。如果需要复位的时候，按下复位键S1，相应的电路接通后，复位脚就变成低电平，此时芯片就会复位，回到初始确定状态。也可以重新给单片机最小系统上电，也可以达到复位的效果。3.1.2时钟电路单片机每一个功能部件的运行都是以晶振时钟信号为准，有条不紊的工作。因此时钟频率会直接影响单片机处理数据的速度，时钟电路的质量也会直接影响单片机系统的稳定性。时钟产生方式包括两种，一种是内部时钟，一种是外部时钟。内部时钟就是单片机的外部联接一个晶振电路，其与单片机内部的振荡器组合相互作用产生时钟脉冲信号，而外部时钟是把外部已有的时钟信号传输到单片机内，这种方式常用于很多单片机同时工作。本系统设计采用的是内部时钟方式如图3-2所示，用以尽量降低功耗，STC89C52通过连接晶振作为震荡源，单片机本身内部自带振荡电路，因此只需通过XTAL1和XTAL2两引脚外部连接一个晶振和两个电容，来构成单片机系统的时钟电路。电容大小为30pf，晶振频率为11.0592MHz。图3-2 时钟电路3.1.3 STC89C52芯片的简单介绍（1）功能特性：STC89C52芯片是一种功耗低，性能高8位单片机，它在系统可编程Flash储存器的存储空间为8K。并且完全兼容与80C51产品的指令于引脚。芯片上，有在系统可编程Flash和8位CPU，使STC89C52提供的解决方案灵活性高，而且超有效，如图3-3所示。STC89C52拥有以下标准功能：8K字节的Flash，256字节的RAM，32位I/O端口线，看门狗定时器，数据指针2个，16位定时器/计时器，全双工串行口，晶振及时钟电路。另外，空闲模式时，CPU工作停止，仍允许RAM、串口、中断、定时器/计时器工作。掉电保护时，RAM的内容被保存，冻结振荡器，单片机停止一切工作。图3-3 STC89C52芯片（2）主要性能：1000次擦写周期、与MCS51兼容、全静态操作：0Hz33Hz、8K字节可编程Flash存储器、全双工UART串行通道、三级加密程序存储器、看门狗定时器、掉电后中断可唤醒、双数据指针等。（3）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：8位漏记开路双向I/O口，每个引脚可吸收8TTL门电流。如果P1口的管脚第一次写1，就被定义为高阻输入。外部程序数据存储器可以用到P0口，可以定义P0口为地址/数据的第八位。在FIASH编程时，当FIASH进行校验时，作为原码出入口的P0口输出原码，这时P0外部一定要被拉高。P1口：P1口是一个8位双向I/O口，其内部电阻上拉，P1口缓冲器能够接受4TTL门电流。P1引脚写1时，被上拉为高电平，可用作输入，P1引脚写0时，被外部下拉为低电平，可输出电流。在FLASH编程和校验时，此管脚作为第八位地址接收。P2口：P2口是一个内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器能接收输出4个TTL门电流，当P2管脚写入1后，被内部上拉电阻拉高，可作为输入。并且因为作为输入时，P2口被外部拉低，将输出电流。这是因为内部上拉的缘故。P2管脚当用作16位地址外部数据存储器或者外部程序存储器进行存取时，P2管脚输出高八位地址。当给地址“1”时，它可由于内部上拉，当对外部八位地址进行读写时，P2管脚输出它的特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程时接收地址的高八位信号和控制信号。P3口：它是8个带有内部上拉电阻的双向I/O口，能够接收输出4TTL门电流。P3口管脚写入“1”后，被内部上拉电阻拉为高电平，并且可用作输入。如果又作为输入由于外部下拉拉为低，P3口会输出电流。P3口可作为STC89C52的特殊功能口，如表1-1所示：表1-1 P3口的第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串的输出）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（计时器0外部输入）P3.5T1（计时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写）P3.7/RD（外部数据存储器读）P3管脚也为闪烁编程和编程校验接受控制信号。RST：复位管脚。当振荡器复位元器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平持续时间。ALE/PROG：地址锁存允许端口/编程脉冲信号端口。访问外部存储器时，地址锁存允许得输出电平用来锁存地址低位的字节。在FLASH 编程的时候，这个引脚用来输入编程脉冲。平时，ALE 端口以恒定的频率周期来输出正脉冲信号，此时的频率为振荡器频率的1/6。所以它可以用作对外部输出的脉冲或者用来定时。但是要注意的是：每当用于外部数据的存储器时，将会跳过一个ALE 脉冲。如果想禁止ALE 输出，可在SFR8EH 地址上置0。这时。ALE 只执MOVX，MOVC 指令是ALE 的时候才起作用。另外，ALE管脚被略微拉高。如果单片机在外部执行状态ALE被禁止时，置位就会无效。PSEN：外部程序存储器选通信号，低电平才有效。在外部程序存储器取指的时候，每个机械周期的两次/PSEN 有效。但是在访问外部数据存储器的时候，这两次有效的PSEN 信号就不会再出现。EA/VPP ：外部程序存储器访问允许端口。注意加密为方式1 的时候，内部被EA锁定为RESET；当EA 端为高电平时，此期间内部程序存储器。在FLASH 编程的时候，这个引脚也被用于提供12V 编程电源（VPP）。XTAL1 ：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2 ：片内振荡器反相放大器的输出端。XTAL1 和XTAL2是反向放大器的输入与输出。这个放大器可以配置为片内振荡器。如果要采用外部时钟驱动器件，XTAL2不用接入。3.2温湿度采集器件3.2.1 DHT11传感器模块检测电路设计DHT11传感器与STC89C52单片机还是比较简单的。通过单片机的P2.0接口接收发送串行数据，即为数据接口。联接温湿度传感器的Pin2（单总线、串行数据）。这个传感器的测量范围电路不超过20米，所以应该加上一个阻值为5K的上拉电阻，因此在电源和温湿度传感器的Pin2接口之间联接一个5K的上拉电阻。而温湿度传感器的电源接口Pin1与Pin4分别联接单片机的VDD和GND端口。温湿度传感器的第三个引脚置空。DHT11温湿度传感器元件的电路原理电路图如下3-4：图3-4 DHT11电路原理图3.2.2 DHT11传感器介绍该系统中的温湿度传感器选择得是 DFrobot公司开发的DHT11，这是一类既有温湿度检测又可以校准数字信号输出的单总线复合传感元器件，它应用了数字模块采集技术和温湿度检测传感技术，保证了产品具有较高的可靠性和长期稳定性。DHT11由一个电阻式温湿度测量器件和一个NTC温度测量器件组成，并且连接在一个高性能的8位的单片机上。该温湿度传感器具有卓越的品质，单总线的串行接口使得系统集成变得讯速、方便。DHT11传感器的体积小，功耗比较低，响应速度超快，抗干扰能力极强，并且具备较高性价比17。任何一个DHT11都经过了极为精确和严格的试验校准，其湿度校准部分可以说是非常的精确。校准系数以程序的形势存储于OTP存储器中，这些校准系数用于DHT11温湿度传感器内部采集信号的处理过程。信号传输的距离能够超过20米以上，使得其成为多种应用甚至处于较为苛刻应用条件的最佳选择器件。 DHT11温湿度传感器是4引脚单排引脚封装的器件。可根据用户的需求提供比较容易的连接和特殊封装。Pin1、Pin 4分别联接电源VDD和GND端口，Pin 2引脚用1k的上拉电阻联接到+5V电源端，Pin 3脚置空。当DHT11传感器的测量小于20米时，建议在串联一个5K的上拉电阻；当测量范围超过20米，按需求再次选择一个适当阻值的上拉电阻。它的工作电压范围为直流电压3.3V-5.5V，测量电流范围为0.5mA2.5mA。湿度的测量范围是 0%RH-95%RH；湿度测量的精度为5%RH；温度的测量范围是 0-50，温度测量的精度为2。 图3-5 DHT11典型应用电路DHT11 数字式温度传感器串行单线双向接口 ，其典型应用电路如图3-5所示。（1） 引脚介绍：Pin1：（VDD），电源引脚，供电电压范围35.5V。Pin2：（DATA），单总线，串行数据。Pin3：（NC），置空。Pin4：（GND），电源负极，接地。（2） 数据帧描述：DATA引脚用于单片机与DHT11之间的同步与通信,运用单总线的数据格式 ，一次通信的时间大约为4ms，传输的数据分为整数和小数部分，当前的传感器小数部分为零，用于以后再拓展，操作流程为：进行完整的数据传输为40 bit，由高到低传输。具体的数据传输顺序：8 bit 湿度整数、8 bit 湿度小数、8 bit 温度整数、8 bit 温度小数、8 bit 校验和。如果数据传输正确，那么8bit校验和数据应该等于“8 bit 湿度整+8bit 湿度小数+8 bi 温度整数+8 bit 温度小数”所得结果的末尾8位。（3） 电气特性：表1-2 DHT11电气特性参数条件MINTYPMAX单位供电DC355.5V测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期：至少每秒1次，间隔不低于1秒3.3温湿度显示器件3.3.1 1602液晶显示模块设计温湿度显示电路部分选取的是字符型LCD1602液晶屏，与点阵型显示的区别在于只能显示特定字符，是单片机系统之中用的最多的液晶屏。LCD1602 为标准的 16 管脚。VEE端为液晶显示偏压信号端，通过滑动变阻器用来调节液晶对比度，为了避免器件被烧坏，接入系统时应该加上限流电阻。LCD1602 的VDD 端接线时需接上拉电阻，D0D7 需接排阻，并与单片机的P0.0P0.7对应相连。在LCD1602 上显示两排字符，上排用作显示设定湿度上限值，下排显示实时湿度和温度，设计电路如图3-9所示。图3-9 LCD1602与单片机连接电路图3.3.2 LCD1602液晶显示器简介在日常生活中，对于液晶显示器我们并不陌生。液晶显示模块可以作为许多电子产品的显示器件，如万用表、计算器、电子表及许多家用电子产品都能看到。LCD1602带有80*8位的RAM缓冲区，它具有8位双向数据端，内置160个5*7和32个5*10点阵字符，通讯方式为4位或 8 位并口可选，可适用于各种自动化生产过程的不同需求，与LED相比较，LCD1602内部电极和驱动 IC 功耗小，使用方便，显示信息量大，分辨率高，显示内容可变，具有体积小，重量轻，成本低，无闪烁以及较长的使用寿命等特点18。LCD1602 液晶屏显示的容量为16*2个字符，芯片的工作电压为 4.5-5.5V，工作电流为2.0mA，模块最佳的工作电压为5.0V。字符型液晶显示模块组件内部主要由控制器、LCD 显示屏、偏压和驱动器产生电路构成。控制器主要是由忙标志 BF、地址计数器 AC、指令寄存器 IR、数据寄存器 DR、CGRAM、DDRAM、CGROM、以及时序发生电路构成。 当单片机要发送一条指令到指令寄存器中时，一定要控制 LCM 的 RS、R/W、E 这三个引脚，RS、R/W、E都是低电平时，使能端由高电平变为低电平的过程中，就将会把8 个输入输出信号端的数据发送到指令寄存器中19。LCD1602液晶显示模块的读写操作是由指令编程来实现的。下面简单介绍1602字符型液晶显示器的引脚与指令。图3-10 LCD1602引脚图（1） 引脚说明：表1-3 引脚接口说明编号符号引脚说明1VSS地电源2VDD接5V正电源3VL液晶显示偏压，调节对比度4RS寄存器选择5R/W读/写信号6EN使能信号7D0数据8D1数据9D2数据10D3数据11D4数据12D5数据13D6数据14D7数据15BLA背光源正极16BLK背光源负极（2） 指令说明：表1-4 LCD1602指令表指令1清显示，01H指令2光标复位指令3光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，“1”右移，“0”左移。S：屏幕整体左右移，“1”有效，“0”无效。指令4显示开关控制D：控制整体显示开与关，“1”开显示，“0”关。C：控制光标开关，“1”有光标，“0”无光标。指令5功能设置DL：“1”4位总线，“0”8位总线。N：“1”双行显示，“0”单行显示。F：“0”显示57，“1”显示510。指令6字符发生器RAM地址设置。指令7DDRAM地址设置指令8读出忙信号和光标地址。BF：“1”忙，“0”不忙。指令9写数据指令10读数据3.4 其它外围电路设计3.4.1 按键电路设计系统的输入按键有两个，设计按键的原因是为了方便调节除湿器湿度上限值，不用再重新电脑软件编程烧入控制器件内，S1按键用于上调设定湿度上限值，S2按键用于下调设定湿度上限值。按键输入电路的接线如下图3-11所示。图3-11 按键电路图3.4.2电源模块设计每个电子设计的首要问题都是解决系统的供电模块，稳定又可靠的电源模块是整个电子系统平稳运行的前提和基础。电源模块是整个系统最重要的能源供给部分，电源的好坏会直接影响这个系统的正常运行，为了保证系统除湿系统控制部分和除湿工作部分的正常运行，所以要设计电源模块。图3-12 AC220V转DC12V稳压电路图在这个除湿系统中需要2组不同的电源，一个是为半导体制冷片供电的电源模块，另一个就是控制系统的供电模块。市场上的半导体制冷片的额定电压多为直流12V，最大电压也只能到15V，启动时的电流为5.8A，只有电压达到标准，半导体制冷片才能在继电器合上之后正常工作。本系统采用的是220V、50Hz的交流市电供电，首先通过变压器降压产生12V交流电输入，在通过桥式整流电路把12V的低压交流整流称为含有脉动与谐波的直流电，电路中的滤波电容会把其中的交流成分过滤出去，这时的直流电压不过稳定，还需要一个三端稳压管LM7812来稳定电压。最后就可以为除湿制冷片供电，设计的电路图如图3-12所示。同理，为控制系统供电的电源模块也是这样设计，只要把三端稳压管换成LM7805就可以了，其电路的原理是相同的，如图3-13所示。这种设计的电源提高了系统的抗干扰能力，大大提升了电源的可靠性。图3-13 AC220转DC5V稳压电路图3.5系统总体硬件电路图通过Proteus建立系统的电路模型，系统总体硬件电路设计如图3-14所示：图3-14 总体硬件电路第4章 系统软件的设计4.1系统软件设计方法在单片机控制系统中，软件设计是针对硬件设计完成的。在整个控制系统中，硬件是软件外在的体现，软件是硬件内在的核心，两者相辅相成，缺一不可。系统功能实现的效果直接取决于软件部分的设计。对于硬件电路的设计采用模块化方法，而系统软件设计依然保持模块化和结构化的设计方法。对于系统的主程序设计、显示程序、温湿度采集、控制输出、按键输入等进行编程。整个操作过程在整个程序的反复循环下进行。程序中的延时程序既可以使数据读写的精准和稳定，也可以降低输出设备的开关频率，延长其使用的寿命。软件程序包括初始化程序、数据采集模块、数据显示模块、控制输出模块等。编写和调试程序的软件选用Keil，编写程序的语言选用C语言20。4.2主程序设计控制系统启动后，LCD1602显示器上两行显示，第一行显示的是初始设定湿度限度值（可调），第二行显示的是实时的温度和湿度。第一行的湿度限度值可以通过按键出入更改变化，然后将检测采集到的实时湿度与设定的湿度上限相比较，如果实时湿度值超过了设定的湿度限定值，就会启动第一片制冷片进行除湿工作；如果实时湿度超过了设定的第二个湿度限定值，就会启动另一个制冷片，也就是说当实时湿度特别高的时候，两个半导体制冷片会同时工作，除湿效果会更好。直至检测到的湿度值低于限定值，除湿模块就会停止工作，系统继续保持检测状态，实时的监控电气箱柜内环境湿度.系统整体的程序流程图如图4-1所示。NY返回除湿片2工作实时湿度过大实时湿度大于设定值除湿片1工作湿度信号采集LCD显示输入设定值开始LCD初始化YN图4-1 主程序流程图主程序部分源代码以及详解如下：/*主函数*/void main(void)init(); /LCD液晶显示模块初始化while(1) RH(); /读取实际温湿度Disp_Temperature(); /显示实际温湿度if(U8RH_data_H = counter)/如果湿度值大于设定（初始为60RH%），继电器1动作，除湿片1开始工作。 Switch1 = 0;if(U8RH_data_H = 0X46)/如果湿度值大于70RH%，继电器2动作，除湿片2开始工作。 Switch2 = 0;if(U8RH_data_H = 0X32)/如果湿度值小于50RH%，继电器2断开，除湿片2停止工作。 Switch2 = 1;displaySET(counter); /显示湿度设定值4.3数据采集模块程序设计DHT11作为新型单总线温湿度数字传感器，拥有许多优点，不需要外置A/D转换器，具有标准接口，使系统设计更加容易，控制简单，方便实现。图4-2为传感器与单片机的通讯过程。单片机发送一次开始信号（低电平）后，传感器从低速模式转换到高速,等待主机的开始信号结束（拉高电平）后,传感器发送响应信号输出,送出40位的数据,并且进行一次信号的采集,可以选择读取一部分数据。图4-2 DHT11与单片机的通信过程注意：总线为空闲状态时是高电平，主机把总线拉低后等待DHT11传感器响应信号，为了保证DHT11传感器能够检测到系统起始信号，把总线拉低的时间必须大于18毫秒。DHT11传感器收到主机的开始信号后，就等待主机开始信号的结束，然后发送低电平时长80us响应信号。主机发送的开始信号结束，延时20-40us后, 读取DHT11传感器的响应信号。若果数据单总线是低电平时，这就代表着DHT11正在发送响应信号，一旦DHT11传感器发送出了响应信号，总线将再次被主机拉高持续80us，之后等待发送数据。输出数据“0”还是数据“1”是由高电平持续时间长短决定的，具体通讯如下图4-3和图4-4所示： 图4-3 数字“0”信号图4-4 数字“1”信号温湿度采集程序部分源代码以及详解如下：/*DHT11编码程序*/串行读取数据void COM(void)uchar i;for(i=0;i8;i+)U8FLAG=2; /超时标志位while(!tempAndHumi)&U8FLAG+); /判断等待信号是否超时Delayy_10us();Delayy_10us();Del