基于单片机的室内温湿度监控系统毕业论文.doc

重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文）编 号：_审定成绩：_毕业设计（论文）设计（论文）题目: 基 于 单 片 机 的 室 内 温 湿 度 监 控 系 统 单 位（系别）： 自 动 化 系 学 生 姓 名： 专 业： 自 动 化 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 答辩组负责人： 填表时间： 2016 年 5 月重庆邮电大学移通学院教务处制重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目： 基于单片机的室内温湿度监控系统 学生姓名 * 系别 自动化 专业 自动化 班级 05121103 指导教师 * 职称 助教 联系电话 教师单位 自动化 下任务日期 2014 年 12 月 28 日主 要 研 究 内 容 、 方 法 和 要 求1、 设计一个室内温湿度控制系统，系统需要实现以下功能：（1） 采用单片机为控制核心电路；（2） 可设定温度和湿度的监控值，并可在不同时段设置不同监控值；（3） 利用LCD实时、准确的显示温度和湿度值；（4） 当温度或者湿度超过设定值时，可自动报警；2、 设计硬件电路原理图。3、 焊接并调试硬件电路。4、 编译软件程序，软硬件结合调试，完成系统功能，系统能独立运行。 进 度 计 划1、2014年12月至2015年3月，查找相关资料，设计硬件原理图，设计仿真程序大致框架；2、2015年3月至2015年4月，完成硬件电路焊接，编写软件控制程序并调试；3、2015年4月至2015年5月，系统调试，完成相关功能，撰写毕业论文。 主 要 参 考 文 献1、 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社，2004.2.2、 胡汉才.单片机在电子电路设计中的应用.北京：清华大学出版社，2006.3、 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.北京：北京航空航天大学出版社，2001.指导教师签字： 年 月 日教研室主任签字： 年 月 日备注：此任务书由指导教师填写，并于毕业设计(论文)开始前下达给学生。-I-毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要 确定了温湿度监控系统的总体设计方案，包括系统的硬件、系统电路设计以及系统软件设计等方面。利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温湿度监控系统。对传感器理论单片机实际应用有机结合进行了研究，详细地讲述了利用温湿度采集电路实现温湿度采集的过程，以及它们的工作原理。电路及软件设计方面，利用C语言进行编程，Protues进行仿真，并且焊接了实物连接图，对每个部分的功能、实现过程做了详细的介绍。整个系统的核心是进行温湿度监控。传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转换为电信号，使得人们可以利用单片机和计算机实现自动测量温湿度，本论文主要阐述了基于STC89C51单片机的室内温湿度系统设定原理、主要电路设计及软件设计等。该系统采用STC89C51单片机作为控制器，DS18B20作为温度传感器，HS1101作为湿度传感器，用液晶LCD1602进行数字量的显示，此外增加了按键电路，可以通过人为的控制室内温湿度变化和调整，同时还设计了蜂鸣器报警电路对室内温湿度值的报警功能，温湿度过高或者过低都会引起蜂鸣器做出报警。软件方面分模块进行编写，完整的结合主流程一起实现了整个室内温湿度的监控。系统主要功能如下：1.对温湿度进行测量2.温度及湿度的显示3.温度及湿度超出设定范围时发出报警信号4.设定温度及湿度设定值5.人为的可以通过按键来调节室内温湿度【关键词】STC89C51单片机 温度传感器 湿度传感器 室内 -VII- ABSTRACT Determine the overall design scheme of temperature and humidity monitoring system, including the hardware aspects of the system, the system circuit design and software design. Use microcomputer with sensor technology designed and developed this temperature and humidity monitoring system. SCM practical application of sensor combine theory has been studied in detail about the use of temperature and humidity acquisition circuits temperature and humidity collection process, and how they work. Circuit and software design, the use of C language programming, Protues simulation, and welding a physical connection diagrams for each part of the function, the implementation process to do a detailed introduction. The core of the system is the temperature and humidity monitoring. Sensors can a variety of physical, chemical and biomass and other signals into electrical signals, so that people can take advantage of single-chip computer for automatic measurement of temperature and humidity,This paper describes the set STC89C51 microcontroller based system indoor granary temperature and humidity, the main circuit design and software design. The system uses STC89C51 microcontroller as controller, DS18B20 as a temperature sensor, HS1101 as a humidity sensor, with digital volume LCD1602 display, in addition to increasing the key circuit can be controlled by man-made indoor temperature and humidity changes and adjustments, also designed buzzer alarm circuit for indoor temperature and humidity values of alarm, temperature and humidity is too high or too low will cause the buzzer to make an alarm. Software sub-modules written in the main flow of the entire binding together to achieve the monitoring of the entire indoor temperature and humidity. Main functions are as follows:1. temperature and humidity measurement2. Temperature and humidity display3. When an alarm signal is out of the set temperature and humidity range4. Set the temperature and humidity settings5. artificial indoor temperature and humidity can be adjusted through the key【Key words】STC89C51 microcontroller temperature sensors and humidity IndoorIX目 录前 言- 1 -第一章 绪论- 2 -第一节 温湿度监控技术的研究背景- 2 -第二节 温湿度监控技术的研究现状- 3 -一、温湿度监控系统的研究现状- 3 -二、国内研究现状- 3 -第三节 单片机历史- 4 -本章小结- 5 -第二章 系统方案设计- 6 -第一节 总体方案及框图- 6 -第二节 系统流程及功能- 6 -本章小结- 7 -第三章 系统硬件设计- 8 -第一节 微处理器- 8 -一、51单片机的主要特性- 8 -二、STC89C51的引脚介绍- 8 -三、STC89C51的最小系统- 10 -第二节 温度测量电路的实现- 10 -一、温度传感器的选择- 10 -二、DS18B20介绍- 11 -三、温度测量电路- 12 -第三节 湿度测量电路的实现- 13 -一、湿度传感器的选择- 13 -二、HS1101的性能特点- 13 -三、湿度测量电路- 14 -第四节 显示及报警- 16 -一、显示方案的选择- 16 -二、LCD1602以及应用- 16 -三、报警电路- 18 -第五节 按键电路设计- 18 -第六节 复位电路- 19 -第七节 振荡电路- 20 -本章小结- 20 -第四章 系统软件设计- 21 -第一节 程序开发环境及设计原则- 21 -第二节 主程序流程图- 21 -第三节 温度模块程序设计- 22 -第四节 湿度模块程序设计- 23 -第五节 显示子程序设计- 23 -第六节 按键模块程序设计- 24 -本章小结- 25 -第五章 系统的仿真与实现- 26 -第一节 Proteus仿真- 26 -第二节 系统的实现- 27 -本章小结- 29 -结 论- 30 -致 谢- 31 -参考文献- 32 -附录- 33 -一、英文原文- 33 -二、英文翻译- 38 -三、电路设计图- 42 -四、源程序- 43 -XI-前 言室内温湿度监控系统广泛应用于社会生活的各个领域，适用于家电、食品、汽车、材料和电力电子等行业。随着科技水平的提高，温湿度监控系统作为实现设备小型化，智能化和自主知识创新的重要元素，目前在国防、航空、交通、能源、工业、通信和人们的日常生活等各个领域，越来越发挥着极其重要的作用，对传感器技术要求越来越高，需求越来越迫切。床干起技术已称为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号。使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响整个系统的性能。因此，不仅必须掌握它的原理构造，还必须懂的传感器经过适当的接口电路调试才能满足信号的处理、显示和控制要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。此外，传感器的被测信号来自各个领域，每个领域都为了改革生产力、提高工作效率，各自都在开发研制适合应用的传感器，温湿度传感器是其中最重要的一类传感器，其发展速度之快，以及其应用广泛，并且还有很大的潜力。此次设计是室内温湿度监控系统，应用性较强，以STC89C51单片机为核心，结合温湿度传感器采集信号来完成整个监控系统的设计。本设计充分完整的完成了各个硬件电路的设计和软件等各个子程序的相互结合和设计，提出了一种安全实用的室内温湿度监控系统。适合任何室内温湿度系统的监控，比如粮仓、储藏室、机房、蔬菜大棚、军用重地以及其他的一些室内场所，该系统具有操作方便，控制灵活等优点，极大的满足了室内温湿度监控系统的要求和设计。第一章 绪论随着近些年科技的不断发展和进步，很多的领域对温湿度监控的要求越来越高，而且监控范围越来越广，因此，对温湿度监测技术的要求也随之越来越高。现在的温湿度监控系统已经应用于很多不同的地方，如实验室温湿度监控、储藏室温湿度监控、大棚温湿度监控、粮仓温湿度监控以及其他重要的室内场所等。在不同的场合下对温湿度监控系统的要求也不相同，要求的精度也越来越高。第一节 温湿度监控技术的研究背景温湿度是一个基本的物理量，它是工业生产过程中嘴普遍、最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温湿度测量的要求也越来越高，而且测量范围也越来越广。因此，对温湿度检测技术的要求也越来越高。随着科技的不断发展，温湿度检测技术也不断进步，目前的温湿度监测使用的温湿度监测计种类繁多，应用也比较广泛，大致包括以下几种方法：（1）利用物体热胀冷缩的原理制成温湿度计利用原理制成的主要有双金属温湿度计、压力式温湿度计、玻璃温湿度计等，其中双金属温湿度计在现在各个领域应用比较广泛。（2）利用热电效应技术制成温湿度检测元件利用此技术制成的温湿度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便和测量范围广等优点。（3）利用热阻效应技术制成温湿度计用此技术制成的温湿度计大致可以分为电阻测温湿元件、导体测温湿原件、陶瓷温湿敏原件。（4）利用热辐射原理制成的温湿度计热辐射温湿计常分为两种：一种是单色辐射温湿计，一般称为光学温湿计；一种是全辐射高温计。它的原理是物体吸收热辐射之后，视物体本身的性质，能将它吸收、透过或反射。第二节 温湿度监控技术的研究现状一、温湿度监控系统的研究现状自70年代以来，由于工业控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅速发展以及自动控制理论和设计的推动下，国外温湿度监控系统发展快速，并在智能化，参数自整定等方面取得成果，在这方面，日本、美国、德国、瑞典等国已经走到了世界前列，掌握了领先的技术，并且都已经生产出了一批商品化的、性能优异的温湿度监控器和仪器仪表，在各行业广泛应用。其特点是适应于大惯性、大滞后等复杂的温湿度监控系统，具有参数自定功能和自学功能，即温湿控制对象，参数以及特性进行自动整定，并根据历史经验以及控制变化的情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。温湿度监控系统具有精度高、抗干扰能力强等特点。目前，国外温湿度监控仪表正朝高精度、智能化、小型化等方向发展。二、国内研究现状我国对于室内温湿度监控技术的研究与应用起步比较晚，主要为实验室、储藏室和大棚温室等。我国工程技术人员在吸收发达国家温湿度监控技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机监控技术，该技术仅限于温湿度和CO2浓度等单项环境的控制。我国室内设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用性、综合性过渡和发展。在技术上，一单片机控制的单参数回路最常见，尚无真正意义上的多参数综合监控系统。与发达国家相比，存在较大差距。近几年随着现代科技的发展，电子计算机已用于监控室内环境。监控系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。先编写出最佳的室内温湿度管理子程序表，存放在单片机或者电子计算机的记忆装置之中，单片机或者电子计算机再根据程序表确认、修正各室内温湿度值以及各点的参数，然后送到终端控制系统的执行指令。终端控制器会及时向中央控制器输送检测到的有效信息，再根据中央控制器接受到的指令输出控制信号，这时电气设备会接收到最终的信号并且执行各自的功能，从而准确的实现室内环境的调节。该种系统可以达到自动控制降温、除湿、通风。根据各室内环境的不同需要，也可以通过按键将所需要的其他信息直接输入到中央管理装置内，在不同的环境条件下可以快速的调节室内温湿度的变化值。（1）广泛采用新技术、新工艺随着单片机的不断发展和完善，许多新的技术被用到温湿度监控领域。比如，由美国公司制造且基于MODBUS-RTU协议的温湿度传感器SLSM1010，是一种实用型的在线监控温湿度传感器，本模块可用于SMT行业温湿度监控、电子设备厂温湿度监控、粮仓温湿度监测、药厂GMP监测系统、环境温湿度监控、电信机房温湿监控、其它需要监测温湿度的各种场合等。由于其自带大容量控制能力，可以直接控制大负载的设备。SLSM1010A温湿度传感器能让SHT11/15在原有性能的基础之上同时兼有变送器的功能，很利于实现系统的集成。Honeywell公司生产的HIH3610型温湿度传感器是一种能在高温，有化学气体或液体的环境下正常工作的高性能传感器，可以测量羊圈、猪舍和鸡棚等场所中有害气体的相对温湿度。HIH3610 芯片之所以在安装的时候不容易损坏，是因为其芯片表面涂有一层亚硝酸盐钝化层起到了非同小可的保护作用。（2）提高测量精度和分辨力目前，许多精度较高且分辨率强的温湿度传感器在国内推出SHT11/15传感器的测量范围在0100，最高精度为2RH分辨力达到了0.03RH。在测量温度的时候A/D转换器位数达12位，湿度达到14位。A/D转换器芯片功耗小和测量速率高的特点是因为它采用了降低分辨率的方法设计而成。SHT11/15型传感器适用于各种单片机的特点，而且它的响应快、互换性好，经常被用于一些很重要的场所。（3）增加测试功能新型温湿度传感器的测试功能随时代的发展也在不断增强。有些智能温湿度传感器增加了256字节的实时日历时钟（RTC）存储等功能。比如DS1629和DS1624型单线智能温湿度传感器，使其内部功能更加强大和完善。另外，智能温湿度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温湿度测控系统创造了良好的条件。第三节 单片机历史单片机产生于20世纪末，简单的说它就是把中央处理器、储存器、输入输出接口和定时/计数器集中在一个芯片上的一种微型计算机。经过几十年的迅速发展，现在应用领域很广泛。人们都喜欢追求价格低，性能好的产品，单片机正是因为具有即单体积小、抗干扰能力强、应用方便、价格低廉、灵活性好等优点深受人们喜爱。单片机中的大部分功能部件都来源于微型计算机，其工作的原理也基本一样，因此单片机虽然也是属于微型计算机的一种，但其具体结构和处理的方法也是有所不同的。我们知道，微型计算机由微处理器CPU、存储器、I/O接口三大部分通过总线有机的连接在一起，各种外部设备通过接口与微型计算机连接。各个部分部件分开，功能强大。单片机是应测控领域的需要而诞生的，在生活中用途很广。它在温馨计算机的基础之上又增加了许多新的性能在主芯片上集成了大部分功能部件。另外，还在外部设计了各种转换器以及调制接口，极为方便。现在一部分单片机已经把A/D、D/A转换器及HSO、HIS等外设集成在单片机中以增强处理能力。此外，单片机的多机应用也很广泛，主要用在一些大型的自动化控制，这时整个系统分成多个子系统完成各个子程序的实现。单片微机计算机是随着1971年的Intel公司制造的世界上第一块微处理器芯片4004出现而出现的，并且单片机的发展非常迅速，在其发展期间，相继出现了单片机4位、8位、16位、32位等具有代表性的单片微机计算机。第一代：1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出了4位单片机TMS-1000，紧接着其他国家也在次单片机的基础之上经过不同的扩展和研发相继推出了自己的4位单片机，国内的主要是COP400系列的单片机，性能还不是很完善。第二代：美国Intel公司推出8位单片机的出现。如Fairchild公司的F8系列、ZILOG公司的Z8系列、Motorola公司的6801等系列。第三代：1983年以后一个更高性能的单片机问世，它就是，16位的单片机的出现，它的出现把整个单片机的性能推向了一个新的发展阶段，可以说是单片机的一次改革，它的内部可以集成了多个CPU接口以及并串行接口，如MCS-96系列、HPC16040系列和783XX等系列。第四代：近年来，各个计算机厂家相继推出了更高性能的32位单片机，但在测控方面的应用还不够成熟，因此，32位单片机的应为很少。本章小结本章主要对温湿度监控技术的研究背景和现状做了充分详细的叙述，同时也对我国国内温湿度监控技术和国外进行对比，并且对单片机的发展历史做了介绍。第二章 系统方案设计第一节 总体方案及框图本系统采用STC89C51单片机作为微处理器，DS18B20作为温度传感器对温度进行监测，HS1101作为湿度传感器与NE555组成湿度测量模块，采用蜂鸣器实现报警功能，使用LCD1602对测得的温湿度值进行显示，使用按键对温湿度的设定值进行修改。根据此设计系统的总体功能，将其划分为以下几个功能模块：温度信号采集电路、湿度信号采集电路、按键、LED显示以及报警系统组成，整个系统的构成如图2.1所示。ST 单C8 片9C 机51LED显示温度测量报警湿度测量按键图2.1 系统总体框图第二节 系统流程及功能本设计可分为三个阶段，即分析阶段，设计阶段和实现阶段。分析阶段：为本设计的开始，即作为系统设计的准备阶段以及本设计会涉及到那些元器件和知识，大体上要有一个思路，并初步的确定系统的整套设计方案。设计阶段：在已经分析好的基础之上开始着手系统的总体设计，包括系统硬件部分的设计和软件部分的设计。实现阶段：到这个阶段说明监控系统的总体设计已经基本完成，剩下的就是连接安装工作并且需要验证设计的可操作性和可实用性即可。具体的流程可概括如下：(1)了解系统的总体概况，初步确定系统的设计方案。(2)对整个监控系统进行软件和硬件的全面的设计。(3)系统的实现：对已设计连接好的系统进行调试仿真，确定系统的可行性。整个监测系统以STC89C51单片机位主芯片，它是接受温湿度信号并且控制其他硬件电路协调正常工作的。首先DS18B20集成了传感器采集温度信号，信号经过处理放大后送入A/D转换器之中，由此将模拟信号转变成数字信号后送至CPU进行运算处理，其湿度传感器HS1101将采集到的湿度信号通过以NE555定时器为主的单稳态电路转换成数字信号直接送至STC89C51进行处理，在单片机内部，CPU根据模拟量与数字量的对应关系，把收到的数字量与温湿度值一一对照，找出合适的温湿度值进行显示，达到测温测湿的目的。显示部分由LED1602来完成，并可通过键盘输入指令进行控制，充分提高了单片机的工作效率。本监控系统可对室内的温湿度值进行监测，测温范围可达到-50+150，根据整个室内环境的实际温度变化情况，可将测温范围设定为0-70，可测湿度测量范围是（0-100）%RH，极大的满足了不同环境带来的问题。所测温湿度数值通过LED1602在数码管上进行显示，并可根据需要设定按键功能控制温湿度的显示和消隐。整个系统设计测量稳定性好、操作简单、精度高，性能上能够达到远距离测量温湿度的要求，适用于安置在不同的室内环境中进行温湿度监测。本章小结本章主要介绍了整个室内温湿度监控系统的总体设计，同时分析了整个设计过程中各个部件的工作顺序，比如系统的组成、工作流程以及各个系统最终要实现什么样的功能。让读者清晰明确的了解到本设计的整体思路和结构。第三章 系统硬件设计第一节 微处理器 微处理器是控制系统的核心部件。具有控制功能强，体积小，功耗小等一系列的优点，它在工业控制、智能仪表、节能改造、通讯系统、信号处理、家用电器及粮仓等各个环境中得到了广泛的应用。本设计采用STC89C51作为微处理器。一、51单片机的主要特性51单片机的主要特性如表3-1所示。表3-1 STC89C51主要特性表8K可反复擦写Flash ROM兼容MCS-51指令系统32个双向I/O口3个16位可编程定时/计数器中断3级加密位2个串口中断软件设置睡眠和唤醒功能2个读写中断口线工6个中断源低功耗空闲和掉电模式时钟频率024MHz2个外部中断源2568bit内部RAM可编程UART串行通道二、STC89C51的引脚介绍 STC89C51系列单片机是宏晶科推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。STC89C51单片机的外形结构为40引脚双列直插式封装，其外部管脚如图3.1所示。（1）VCC:电源电压 （2）GND:地 （3） P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复位，在访问期间激活内部上拉电阻。 （4）P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTE逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ILL)。 与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P 1.0/T2)（5）P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ILL)。 在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR指令)时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX RI指令)时，P2口输出P2锁存器的内容。 （6）P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(ILL)。 (7) RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。图3.1 STC89C51引脚图三、STC89C51的最小系统 单片机最小系统是单片机可以工作的最小单元，包括电源、地、复位电路和晶振电路。在此基础上可扩展外围电路。STC89C51的最小系统如图3.2所示。图3.2 STC89C51的最小系统第二节 温度测量电路的实现测温模块采用数字温度传感器DS18B20，它能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机连接，完成温度采集和数据处理。DS18B20与STC89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。一、温度传感器的选择温度传感器的种类很多，在应用于高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器则当仁不让。超小的体积，超低的硬件开销，抗干扰能力强，附加功能强，是的DS18B20很受欢迎，因此本系统采用DS18B20作为温度传感器。二、DS18B20介绍1.DS18B20的主要特征（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；（2）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯；（3）DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；（4）DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5；（6）可编程的分辨率为912 位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温；（7）在9 位分辨率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快；（8）测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；9.负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2. DS18B20的内部结构与外形DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器。DS18B20 的管脚排列如图3.3所示：图3.3 DS18B20 引脚排列图DS18B20 引脚定义：(1) GND为电源地；(2) DQ为数字信号输入/输出端；(3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。3. DS18B20工作原理 DS18B20 测温原理如图3.4所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2 的脉冲输入。计数器1 和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1 的预置值减到0 时，温度寄存器的值将加1，计数器1 的预置将重新被装入，计数器1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2 计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3.4中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1 的预置值。低温度系数晶振高温度系数晶振计数器2斜率累加器计数器1预置比较预置=0=0温度寄存器加1停止LSB置位/清除图3.4 DS18B20 测温原理框图三、温度测量电路采用DS18B20数字温度传感器测量温度，DS18B20与单片机是单线双向通信。其连接电路如图3.5所示。图3.5 DS18B20的测量电路（DQ端接51单片机的P2.7）第三节 湿度测量电路的实现一、湿度传感器的选择在测量室内湿度的时候有很多办法可以用到，其基本原理大体相同。现在很多高分子电容器被广泛应用，其中HS1101作为具有代表性的一种高分子市民电容传感器在高分子薄膜上形成电容，这种传感器吸附周围环境中的水分时介电系数会发生相应的变化，因为介电系数会随着室内湿度的变化而不断的变化，所以在测量过程中很方便，我们只需要测量出电容的数值，就可以清楚的得到相对湿度，因为HS1101具有互换性、长期稳定性、测量精度高以及响应时间快等特点，可以应用于一些大型环境检测中，比如粮仓内的温度控制、车厢内空气以及机房等主要场所空气质量的控制，在很多需要湿度补偿的环境中HS1101也被广泛的被应用。二、HS1101的性能特点HS1101的主要性能特点如下：(1)相对湿度在0%100%RH范围内, 相对湿度为55%RH时的典型电容值约182pF温度系数为0.04pF/可见精度是较高