大型粮库的温湿度检测与控制系统设计说明

1、. . . . 粮库的温湿度检测与控制系统设计摘要粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中的温、湿度变化。国家为粮食储藏每年支付很高的费用，主要是因为监测设备成本较高，管理方式不够先进。目前,粮库中的温湿度检测，基本上是人工检测，劳动强度大,繁琐，由于检测报警不与时，造成库储粮食损失的现象时有发生，因此设计并研制性能价格比较高的粮库温湿度自动检测系统迫在眉睫。由于大型粮库分布广、储量大，粮库的管理和监测难度大，由每个粮仓中配置的传感器将粮情数据发送给单片机，单片机将传感器的数据以数字的形式表示出来，清晰直观地显示出仓温湿度状况，实现粮仓管理自动化、智能化，同时也节省了大量人力和物力，减轻了粮仓管理的

2、工作强度，提高了粮库管理效率，使粮食管理得到了安全可靠的保障。本设计为基于单片机的温湿度检测与控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温温度传感器SHT10主要实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机AT89S52进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号，实现对温湿度的控制报警。报警系统根据设定报警的上下限值实现报警功能，显示部分采用字符型TC1602液晶显示所测温湿度值。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。关键词：温湿度；SHT10；单片机；AT89S52；检测；报警DETECTIONAN

3、D CONTROL SYSTEM DESIGN OF LARGE GRAIN STORAGETEMPERATURE AND HUMIDITY AbstractGranary management in the most important issue is monitoring the temperature and humidity changes in the grain heap. Countries to pay high fees each year for grain storage, mainly because of the higher cost of monitoring

4、equipment, management is not advanced enough. Grain storage in temperature and humidity testing is basically a manual inspection, labor-intensive, cumbersome and not timely detection and alarm, causing the food phenomenon of the loss of library storage, so the design and development of the higher co

5、st performance granary temperature and humidity automatically detects the system is imminent. Because of the large grain storage is widely distributed, large reserves of grain storage management and monitoring is difficult, based on the design of grain storage grain situation detection system on the

6、 computer management software, the configuration of the sensor from each granary Grain data sent to the microcontroller, microcontroller to the sensor data in digital form, clear and intuitive display cabin temperature and humidity conditions to achieve the granary management automation, intelligent

7、, but also save a lot of manpower and material resources, reduce the intensity of the work of the granary management, improved the efficiency of grain storage management, food management has been a safe and reliable protection.The design for the microcontroller-based temperature and humidity detecti

8、on and control system, a modular, hierarchical design. New intelligent temperature and temperature sensor SHT10 detection of temperature, humidity, temperature and humidity signal through the sensor signal acquisition and converted into digital signals, and then use the MCU AT89S52 data analysis and

9、 processing, display and alarm circuit signal, the control of temperature and humidity alarm. The upper and lower limits set alarm, the alarm system alarm function, the display part of the character TC1602 LCD temperature measurement of humidity values. System circuit is simple, highly integrated, s

10、table and convenient debugging, detection accuracy is high, has a certain practical value. Key words: temperature andhumidity;SHT10; microcontroller;AT89S52 is; detection;alarm34 / 37目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 选题背景11.2 选题的现实意义11.3 设计容22 方案选择33 系统的硬件设计43.1 系统的总体设计43.2 单片机选择与介绍43.3 温湿度传感器73.3.1 接口定义83.3.

11、2 电路特性93.3.3 传感器特点103.3.4 技术参数103.4 显示模块113.4.1 LCD1602概述113.4.2 LCD1602基本参数与引脚功能123.5 报警电路153.6 键盘设定模块163.7 稳压电路163.8 加热/加湿/通风/降温开关电路设计174 软件设计194.1 主程序模块194.2 SHT10初始化流程204.3 LCD初始模块215 Keil C 软件概述22结论24参考文献25附录A 电路图26附录B 程序28致371 绪论1.1 选题背景随着时代的进步和发展，单片机控制无疑是人们追求的目标之一。单片机技术已经普与到我们生活，工作，科研，各个领域，已经

12、成为一种比较成熟的技术。温室、粮库等恒温场所对于自动化的要求也越来越高，对室温湿度的测量和设备的控制操作要用自动控制系统来完成。我国是一个人口众多的大国, 科学储粮是保障人民粮食供应, 促进社会安定的大事, 粮仓温度的监测在科学储粮中占有重要地位11 李晓妮.单片机温度控制系统的设计J. 九江学院学报,2005,(02):20-21 22 张开生,郭国法. MCS_51单片机温度控制系统的设计J. 微计算机信息，2005,(7):68.控温储粮是使粮食在储藏期间保持一定的温度水平，达到安全储藏的目的。控温储粮能保持粮食较好的品质，是目前比较先进的一种安全、经济、绿色的储粮技术，已成为当今科学储

13、粮技术发展的新方向。低温储藏使粮食品质提高，温度对微生物的生长、繁殖也有影响，大多数菌种生长繁殖的适宜温度围是28-30，温度低于15这些菌种的活动的繁殖就会受到抑制，低于12时害虫一般不能繁殖33 刘淑荣，丁录军.基于单片机控制的温度智能控制系统J. 微计算机信息，2003年第7期:119-120.当粮库温度在20-35、相对湿度85%时，粮食就易发生霉变。当温度较高，空气中相对湿度较低时，霉菌也能依附在物体表面繁殖生长。分析表明，我国江南59月有利于发生霉变的频率为34%，即夏季约有三分之一的时间，其温、湿度与空气中水汽含量搭配得当，易导致库房大部分仓储物品霉变，尤其在7、8俩月，温湿度条

14、件有利于物品发生霉变的频率达60%以上，而在其它时段均在20%以下。储粮害虫一般最适湿度在70%-75%，如果粮堆的空气相对湿度保持在65%以，保持与其平衡的水分，就可以抑制粮食上几乎全部微生物的活动44 李玉梅.基于MCS-51系列单片机原理的应用设计M. ：国防工业，2006.5:100-104，181-202.1.2 选题的现实意义2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT10型智能化温度/温度传感器，体积与火柴头相近。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的围是0100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为±2%RH。测量温度的围是-40+

15、123.8，分辨力为0.01。测量露点的精度<±1。在测量湿度、温度时A/D转换器的位数分别可达12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高测量速率，减小芯片的功耗。SHT11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰能力强，不需要外部组件，适配各种单片机，可广泛用于医疗设备与温度、湿度调节系统中。现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以MCS-51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国的WinBond系列单片机。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atm

16、el 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。1.3 设计容本设计以此为出发点，以温湿度控制为核心思想，根据自己所学的专业知识，用新型的智能集成温温度传感器SHT10主要实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机AT89S52进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号，实现对温湿度的控制报警。根据工作环境要求设定系统的温湿

17、度阈值，利用LCD实时地测量显示环境的温湿度值，实现温湿度自动控制，使其在较宽的温度围具有较高的测试精度，同时还可以根据预设定报警阈值报警，一旦发现环境温湿度超限，立即报警。为此我设计了操作简单、测量精度高、工作稳定的基于单片机的温湿度检测与控制系统。具体的是用新型的智能集成温温度传感器SHT10主要实现检测温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机AT89S52进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号。设定模块主要为设定温湿度报警的阈值。2 方案选择方案一：系统的数据采集部分是将温湿度传感器置于仓库部，测出仓的温湿度值，经过放大、A/D转换为

18、数字量之后送入80c51单片机中，然后通过8位LED显示，单片机将预设的参考值与测量值进行比较，根据比较结果作出判断，经过程序分析处理发送相应指令控制执行机构动作，接通或关闭各种执行机构的继电器，进而控制干燥机、空调和风机等设备，以此来调节仓温湿度。如此循环不断，使温湿度值与设定值保持一致。当温湿度值超过允许的误差围，系统将发出声光报警，如果有必要，仓管人员还可以根据实际的情况通过键盘或按钮来人工修改片存储的预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计，达到优化控制温湿度的目标。方案二：以AT89C51单片机为主控组件，采用SHT10等数字型温湿度传感器置于仓库部，此种数字型温湿度传感器可以直

19、接输出数字信号，无需A/D转换，直接送入单片机中，然后通过LCD1602显示器显示出温湿度值。单片机将预设的参考值与测量值进行比较，以判定粮仓温湿度是否超出限定值。若超出限定值，则单片机发出控制信号控制干燥、制冷、通风和加热等设备工作，调节粮仓温湿度以使其达到限定值围。同时在温湿度超限时，系统会通过指示灯和蜂鸣器报警，提醒工作人员。如有必要，管理人员还可以通过按键系统改变单片机预设的温湿度值，以使系统适应不同地区和不同粮食的温湿度要求。方案三：温湿度控制系统的被控参数是温度和湿度。温度与湿度通过温度传感器与湿度传感器输出的电信号经过A/D转换，送到PC机。PC机根据温湿度设定值与测量值之间的偏

20、差和偏差变化率，经过模糊自调整PID的调节，送出控制信号，将PC机的输出分成加热、制冷或加湿、开风机信号，送入PLC来分别控制加热阀、制冷阀、加湿阀和风机，从而实现了对温湿度的控制。方案三采用PLC控制温湿度，但由于PLC系统过于简单，无法独自完成主控系统的所有任务，必须得借助于PC机才能完成整个系统的比较与控制过程，显得复杂且不经济。方案一和方案二都采用单片机作为主控系统，能正好完成设计要求且还不显得功能富于，但方案一采用的单片机是较为传统的80c51单片机，虽然使用稳定，且兼容性好，但相对于可以多次写入程序的AT89C51单片机，AT89c51单片机性价比更好。采用数字型传感器直接输出数字

21、信号，可以省掉A/D转换设备，使布线和编程显得更加明了和简单。LCD显示器相对于LED七段数码管显示得更清楚、直观，而且显示得容也更多，还可以显示字母。因此，综合考虑后，我们选择方案二。3 系统的硬件设计3.1 系统的总体设计本设计采用数字型温湿度传感器采集温湿度信号，由于输出信号为数字信号，直接可输入单片机处理。若温湿度超出上下限，则蜂鸣器报警，同时红色指示灯亮，温度超出上限制冷设备启动，低于下限加热设备启动，湿度高于上限通风设备启动，低于下限加湿设备启动。温湿度的上下限可通过按键输入单片机。总体设计框图见图3-1所示图3-1 系统总体设计3.2 单片机选择与介绍图3-2（a）AT89S52

22、芯片引脚图 图3-2（b） 单片机最小系统图AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低功耗、高性能的CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，AT89S52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案55 ATMEL公司AT89S52的技术手册P0 口：P0口是一个8位漏极开路的

23、双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1口是一个具有部上拉电阻8位双向I/O口，p1 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。P1端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入

24、（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能：P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出。P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）。P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原

25、因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O口，p3 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，即P3口输出电流（IIL）。 P3口亦作为A

26、T89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表3-1所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-1 P3口引脚与第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 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是单片机复位。 ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储

27、器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部

28、程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存EA端状态。 如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行部程序存储器的指令。 FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是器件是使用12V编程电压Vpp66 周航慈单片机应用程序设计技术航空航天大学2000189-214RST引脚是单片机复位端，高电频有效。在引

29、脚端输入至少连续两个单片机周期的高电频，单片机复位。使用时，在引脚与VSS引脚之间接一个10K的下拉电阻，与VCC引脚之间接一个约10F的电解电容，即可保证上电自动复位。本设计中复位电路如图3.2所示77 白静数字电路与逻辑设计西安电子科技大学在单片机电路中晶振的作用非常大，结合单片机部的电路，产生单片机所必需的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在晶振的基础上。晶振利用一种特殊的晶体，在电能和机械能之间相互转化产生共振，提供稳定精确的单频震荡，为系统提供基本的时钟信号。晶振元器件实物图如图3-3所示。图3-3 晶振实物图设计中晶振电路如图3-2所示88 何希才常用传感器应用电路的设计与实

30、践科学2007165-1703.3 温湿度传感器方案一：湿度检测采用湿敏组件，其主要分为电阻式和电容式。湿敏电阻的种类多，灵敏度高，但是起线性度和产品的互换性差。湿敏电容灵敏度高，产品互换性搞，响应速度快，偏于实现产品小型化和集成化，是精度一般比湿敏电阻要低一些。综合湿敏组件，其线性度可抗污染性差，在湿度的检测环境中湿敏组件需要时刻在检测环境中，很容易受到环境污染从而影响其测量精度和持续的稳定性。温度检测采用最基本的热电偶和热敏电阻。热电偶应用广泛，价格便宜而且耐用。种类多，能够覆盖非常宽的温度围，最高温度可以到达2000。但是其非线性、响应速度慢、精度中等、灵敏度低、稳定性低、高温下容易老化

31、和有线性漂移，并且测量需要参考虑。热敏电阻，该传感器主要随温度的变化阻值发生变化，主要用于-200到500温度围的温度测量。其温度系数要大而且需要稳定的温度源，反应速度快，工艺好价格低，测温环境稳定。方案二：温湿度检测采用集成模拟传感器，其灵敏度高、线性度好、响应速度快，而且它可以和信号处理电路与逻辑控制电路集成在一起，使用方便。湿度传感器选用HS1101，温度传感器选择AD590。这两个传感器，在接入电路中，都需要A/D转换器，把模拟信号转换成数字信号从而是单片机存储采集到的数据。方案三：采用数字式传感器，起初选择DS18B20和SHT10作为温度和湿度测量组件，但是SHT10包含相对湿度传

32、感器、温度传感器，所以把SHT10作为温湿度检测的一个整体。SHT10作为典型的温湿度传感器，在测量过程中可对相对温湿度进行自动校准，准确的测量温湿度。产品互换性好，相应速度快，抗干扰性强，不需要外部参考源和外部器件。综上所述，SHT10与温湿敏组件的温湿度测量以与模拟测量的元器件相比，起数字温湿度传感器低成本，部集成复杂，测量准确，而且能够提供数字输出，简化外部测量电路，精度高，适用广泛的测量围，并且本设计的温湿度检测系统相适合。因此，选择温度湿度传感器SHT10作为此次设计中的测量组件温湿度传感器SHT10由Sensirion公司生产，其产品具有无可比你的优越性能。SHT10单芯片传感器含

33、有已校准数字信号输出的复合传感器，它应用专利的COMS过程微加工技术确保了产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。体积与火柴头相近。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量露点参数。广泛应用在数据采集器、变送器、自动化过程控制、汽车行业、楼宇控制、暖通空调、电力机房、计量测试、医药业。实体图如图3-4所示99 徐爱钧智能化测量控制仪表原理与设计航空航天大学2007114-126图3-4 SHT10传感器实体与接口图3.3.1 接口定义接口定义如表3-2所示。表3-2 接口定义引脚名称描述1GND接地2DATA串行数据，双向3SCK串行时钟，输入口4VDD电源NCNC必须为空SHT10的供电电压围为

34、2.45.5V, 建议供电电压为3.3V。在电源引脚（VDD,GND）之间须加一个100nF的电容，用以去耦滤波。SHT10的串行接口，在传感器信号的读取与电源损耗方面，都做了优化处理。传感器不能按照I2C 协议编址，但是，如果I2C 总线上没有挂接别的组件，传感器可以连接到I2C总线上，但单片机必须按照传感器的协议工作。SCK 用于微处理器与SHT10之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK 频率。DATA引脚为三态结构，用于读取传感器数据。当向传感器发送命令时,DATA在SCK上升沿有效且在SCK高电平时必须保持稳定。DATA在SCK下降沿之后改变。为确保通讯安全，

35、DATA 的有效时间在SCK 上升沿之前和下降沿之后应该分别延长至TSU and THO当从传感器读取数据时，DATA TV在 SCK 变低以后有效，且维持到下一个SCK的下降沿。为避免信号冲突，微处理器应在低电平驱动DATA。需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。设计中使用SHT10智能传感器作为温湿度检测的组件，参数采集模块如图3-5所示。图3-5 温湿度采集模块3.3.2 电路特性（1）电气特性，如能耗，高、低电平，输入、输出电压等，都取决于电源。表3-3详细解释了SHT10的电气特性，若没有标明，则表示供电电压为5V。若想

36、与传感器获得最佳通讯效果。表3-3 SHT10直流特性.RP表示上拉电阻，IOL指低电平输出电流参数条件最小典型最大单位供电电源DC102.43.35.5V供电电流测量状态0.551mA平均值11228A休眠状态0.31.5A低电平输出电压IOL<4mA0250mV高电平输出电压RP<25 k90%100%VDD低电平输入电压下降0%20%VDD高电平输入电压上升80%100%VDD焊盘上的输入电流1A输出电流开4mA三态(关)1020AVDD 对GND 的绝对最大值为+7V 和-0.3V。如果传感器工作在绝对最大值条件下时间过长，会影响传感器的稳定性（如：热载流效应，氧化）。加重

37、的DATA线由传感器控制，普通的DATA线由单片机控制。有效时间依据SCK 的时序。数据读取的有效时间为前一个切换的下降沿。如图3-6所示。发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化。其时序为：当SCK为高电平时DT翻转保持低电平，紧接着SCK产生1个发脉冲，随后在SCK为高电平时DATA翻转保持高电平。紧接着的命令包括3个地址位（仅支持“000”）和5个命令位。SHT10指示正确接收命令的时序为：在第8个SCK时钟的下降沿之后将DATA拉为低电平（ACK位），在第9个SCK时钟的下降沿之后释放DATA（此时为高电平）。图3-6 SHT10时序图（2）测量时序（RH和T）“000 00101”

38、为相对湿度（RH）量，“000 00101”为温度（）测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束，这个过程大约需要20/80/320ms对应其8/12/14位的测量。测量时间随部晶振的速度而变化，最多能够缩短30%。SHT10下拉DATA至低电平而使其进入空闲模式。重新启动SCK时钟读出数据之前，控制器必须等待这个“数据准备好”信号。接下来传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC校验。MCU必须通过拉低DATA来确认每个字节。所有的数据都从MSB开始，至LSB有效。例如对于12位数据，第5个SCK时钟时的数值作为MSB位；而对于8位数据，第1个字节（高8位）数据无意义。确认CRC数据位之后，

39、通信结束。如果不使用CRC-8校验，控制器可以在测量数据LSB位之后，通过保持ACK位为高电平来结束本次通信。测量和通信结束后，SHT10自动进入休眠状态模式。3.3.3 传感器特点相对湿度和温度一体测量精确露点测量全量程标定，无需重新标定即可互换使用两线制数字接口 (最简单的系统集成，较低的价格)高可靠性 (工业 CMOS 工艺)优化的长期稳定性 基于请求式检测，因此低能耗具有湿度传感器组件的自检测能力传感器组件加热应用，亦可获得极高的精度和稳定性全量程标定3.3.4 技术参数湿度测量围: 0100 RH湿度测量精度：±4.5 RH（20到80 RH）湿度测量复现性: ±

40、0.1 RH湿度测量分辨率: 0.03 RH温度测量围：-40+123.8；温度测量精度: ±0.5 在 25时；±0.9（0 到 40）温度响应时间: 20 秒温度测量重复性: ±0.1 温度测量分辨率: 0.01其温湿度特性曲线如图3-7所示。图3-7 温湿度特性曲线3.4 显示模块方案一：数码管显示，数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，起驱动方式分别为静态驱动和动态驱动，静态驱动编程简单，显示亮度高但是占用I/O端口多，在十几应用时必须增加译码器驱动进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。动态电路是最广泛的显示方式之一，其能够节省大量的I/O端口，而且功耗低。

41、针对数码管，其显示单调不具备数据的直观性。方案二：LCD1602液晶显示，具有字符发生器ROM可显示192种字符（160个5´7点阵字符和32个5´10点阵字符）具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个5´8点阵字符或四个5´11点阵字符。具有80个字节的RAM，标准的接口特性，适配M6800系列MPU的操作时序。模块结构紧凑、轻巧、装配容易，像素尺寸小，分辨率高。综上，选择LCD1602能够把温湿度很直观的显示出来，能够在设定阈值时更能简洁明了，所以选择LCD1602为显示组件。3.4.1 LCD1602概述字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字

42、母、数字、符号等点阵式LCD，如图3-8所示，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等模块。现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能1010 石来德.机械参数电测技术M.XX：XX科学技术，1981图3-8 LCD1602实物图3.4.2 LCD1602基本参数与引脚功能1602LCD主要技术参数：显示容量:16&

43、#215;2个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚功能如表3-4所示：表3-4 引脚功能编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对

44、比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。表3-5 LCD1602控制命令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00

45、000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据容LCD1602的读写操作，如图3-9、图3-10所示、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H

46、。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发

47、生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。图3-9 读操作时序图3-10 写操作时序图3-11 LCD1602部显示地址如图3-11所示，第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式

48、，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。LCD1602的一般初始化（复位）过程:(1)延时15mS(2)写指令38H（不检测忙信号）(3)延时5mS(4)写指令38H（不检测忙信号）(5)延时5mS(6)写指令38H（不

49、检测忙信号）(7)以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号(8)写指令38H：显示模式设置(9)写指令08H：显示关闭(10)写指令01H：显示清屏(11)写指令06H：显示光标移动设置(12)写指令0CH：显示开与光标设置图3-12 显示电路3.5 报警电路本设计采用的是声光报警，设定报警的上下限值实现报警功能，使用单片机的中断系统。根据单片机接收到的数据经过处理后与该参数设定的上下限进行比较，高于上限值（或低于下限值）则进行报警，同时能进行正常的显示。报警电路中，以红色LED和蜂鸣器构成，在输入温湿度的上下限后，系统会进行实时采样，并判断测试温湿度与输入温湿度之间的差异，当检测出的温

50、湿度在设定的温湿度上下限外就会报警，即红色LED亮，同时蜂鸣器响。报警电路如图3-13所示1111 何希才传感器与其应用国防工业200174-78图3-13 报警电路3.6 键盘设定模块本设计可以直接设定温湿度参数的上下限值，从而达到对温湿度控制报警的功能1212 张敏基于单片机的多通道温湿度检测系统设计机电产品开发与创新2008-2（11）：23-25按设置键出现设置界面，按确定键选择需要设置的数字，上下键设置需要限定的温湿度如图3-14所示。图3-14键盘设定模块3.7 稳压电路三端稳压集成电路LM7805来组成稳压电源所需的外围组件极少，电路部还有过流、过热与调整管的保护电路，使用起来可

51、靠、方便，而且价格便宜。LM7805如图3-15所示。图3-15 LM7805实物图LM7805参数如表3-6所示。表3-6 LM7805参数本系统所有芯片都需要+5V的工作电压，而干电池只能提供的电压为15V的倍数的电压，并且随着使用时间的延长，其电压会逐渐下。本电路是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，电容分别为输入端和输出端滤波电容，R3为负载电阻，D1为工作指示灯，POWER为供电电源，电压围6-15V 直流。当输出电较大时，7805应配上散热板。稳压电路如图3-16所示。图3-16 稳压电路图3.8 加热/加湿/通风/降温开关电路设计图3-17 加热/加

52、湿/通风/降温开关电路图图3-17是一个直流电磁继电器采用晶体管驱动的电路图。当p13为低电平时，继电器K4吸合；p13为高电平时，继电器K4释放。采用这种逻辑控制可以使继电器在上电复位或单片机受控复位时不吸合。继电器由普通晶体管9013驱动，可以提供300mA的驱动电流，适用于继电器线圈工作电流小于300mA的使用场合。光电耦合器使用TIL117，其电流传输比不低于50%。晶体管9013的电流放大倍数大于50.当继电器线圈工作电流为300mA时，光电耦合器需要输出大于6.8mA的电流。其中，晶体管9013基极对地的电阻分流约0.8,mA。输入光电耦合器的电流必须大于13.6mA，才能保证向继

53、电器提供300mA的电流。图中光电耦合器的输入电流由7047提供，约20mA。二极管D的作用是保护晶体管9013，防止9013关断时继电器线圈产生的感应电势所造成的破坏 1313 王幸之，钟爱琴，王雷，王闪.AT89系列单片机原理和接口技术M.航空航天大学，2004:487-488.4 软件设计整个系统的功能是由硬件电路配合软件程序来实现的，当硬件基本定型的时候软件也基本定下拉了，从软件的功能不同，可以分为两的类：一是主程序，它是整个软件的核心，专门用来协调各个执行模块和操作者的联系。二是子程序，它是用来完成各种实质性的工作的，如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件就是一个小的执行模块，这

54、里将每一个模块一一列出来，并为每个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好以后，就可以规划监控软件了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的主程序结构，然后根据实时性的条件，合理安排监控软件和执行软件之间的调度关系。4.1 主程序模块主程序主要完成硬件初始化，子程序调用等功能1414 龙泽明 顾立志 王桂莲MCS-51单片机原理与工程应用国防工业200542-47在主程序中，对温湿度传感器，LCD1602液晶显示器的初始化，同时调用传感器数据，进行显示，之后进行阈值判断并启动报警装置。图4-1 主程序模块4.2 SHT10初始化流程该流程主要对传感器的初始化进行设计，流程图如图4-2

55、所示1515 刘仲娥 张维新 宋文洋敏感元器件与应用青岛海洋大学199346-125图4-2 SHT10初始化流程图4.3 LCD初始模块LCD上电时，都必须按照一定的时序对LCD进行初始化操作，主要任务是设置LCD的工作方式，显示状态，清屏，输入方式，光标位置等。LCD初始化如图4-3所示1616 唐颖单片机原理与应用与C51程序设计大学200814-18图4-3 LCD1602初始化流程图5 Keil C 软件概述单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬