智能语音播报温湿度控制系统的设计

1、智能语音播报温湿度控制系统的设计 摘 要温度和湿度作为重要的环境因素，其变化会给人们的生产和生活生都带来不同程度的影响。在大棚种植领域，温湿度任意一个环境因素波动过大，都会直接影响到作物生产和产量。传统的温湿度控制方案多以人工调节为主，这种监管手段，很难保证控制的实时性和准确性。为此，本文利用AT89C51单片机、SHT11温湿度传感器、机械按键、TTS语音模块、继电器和LCD1602液晶屏等设计了一款具备语音告警功能的温湿度控制系统。文中对温湿度的测量原理，调节原理及语音警示信息的播放原理，电路和软件设计过程进行分析，给出具体的实现方案。经仿真测试，系统可实习对环境温湿度测量和调整，并能在监

2、测参数异常时播放出语音告警信息。相比其它同类系统，本系统具有自动化程度高、提示机制先进、信息交互简洁直观等优点，解决了传统温湿度控制系统使用时存在的操作繁琐、易出错和安全性差等问题，为大棚环境温湿度环境的调控提供了一个可靠性高、实用性强，易于推广的监控平台，其应用可使大棚内环境温湿度的控制效率和智能性都得到更进一步的提升。关键词：51单片机，温湿度，语音控制目 录摘 要1第1章 绪论41.1 研究背景41.2 国内外研究41.3 课题研究的主要内容5第2章 系统总体设计72.1 设计构思72.2 方案设计72.3 核心器件选型82.3.1 主控模块82.3.2 温湿度测量模块92.3.3 语音

3、模块9第3章 硬件设计103.1 AT89C51主控电路103.2 温湿度检测电路113.3 按键电路123.4 语音电路133.5 显示电路143.6 温湿度调节电路153.7 硬件总体电路17第4章 软件设计184.1 程序主流程184.2 按键程序194.3 温湿度检测程序204.4 语音程序214.5 温湿度调节程序224.6 显示程序23第5章 系统仿真测试245.1 原理图设计245.2 系统测试255.2.1 温湿度检测功能测试255.2.2 温湿度调节功能测试275.2.3 语音播放功能测试285.2.4 参数设置功能测试29总结与展望30参考文献31致 谢32附录：核心代码清

4、单33III第1章 绪论第1章 绪论1.1 研究背景温度和湿度作为重要的环境因素，其变化会给人们的生产和生活生都带来不同程度的影响。在农业领域，随着国内温室大棚的数量不断增加，大棚的管理成为人们关注的重要课题之一，温湿度作为大棚重要的环境因素，任意一个参数波动过大，都将直接影响到作物生产和产量，因而对大棚内环境因素进行精准的监测和科学的调控是非常必要的。传统的农业生产中，大棚内的温度和湿度的监控通常采用人工方式来实现，由于大棚的占地面积大，要想准确的测量大棚内的温度和湿数据，就需要在大棚内安装若干个离散的监测点，若每个监测点的数据都利用人工进行记录，筛选和控制，不仅增加了管理人员的工作难度，而

5、且很难保证监控效率。为了改变大棚环境因素调控水平落后的现状，使农业生产正朝着智能化、自动化的方向发展，将单片机控制、传感器技术和智能语音技术应用到大棚内温湿度的控制中就显得尤为重要。为了提高环温湿度的监测效率、准确性和实时性，使得环境温湿度的控制工作可以更高效地完成，本文研究并设计了一个应用在大棚内的环境温湿度控制系统，该系统能够有效度实现对大棚内环境温度和湿度的合理管控，减轻人工劳动量，省去了繁琐的数据处理和分离过程，在提高环境调控水平的同时，也消除了环境因素异常时可能存在的安全隐患，为大棚内温度和湿度管理工作提供一个简单、安全、智能的信息管理平台，使得大棚养护人员不在为繁琐的数据处理过程而

6、烦恼。由此可见，开展基于单片机实现的温湿度控制系统的研究有较高的实际应用价值和推广前景。1.2 国内外研究国外在上个世纪七十年代就开始环境温湿度控制系统的研究，经过近半个世纪的努力，很多环境调整系统在设机械设计、环境监测及调整技术和信息传递的实时性、直观性和灵活性等方面都已达到了相当高的水平。目前，各国的温湿度控制系统大多使用微控制处理单元和传感器的方案实现，利用该方案设计出的补偿系统在美国、荷兰和以色列等国都得到了广泛的应用。在美国，很多的玻璃温室内都安装了环境因素补偿系统，温室内的温湿度、环境光线强度等因素的监管都由单片机等微型可编程器件来完成。据统计，美国的温室设施中有90%以上的温室具

7、备了环境补偿功能，30%以上的温室的补偿系统具备了远程联动控制功能。在荷兰，温湿度控制技术一直处于世界的前沿，很多的花卉温室设备都安装了自动调温、调光和自动浇水补偿装置，本国90%的花卉种都是在智能温室中培育，智能温室提供了自动浇水、施肥，温湿度及光照度调整等功能，为花卉的将康生长提供了良好的养护环境。在以色列，塑料大棚技术已经非常完善，大棚上使用的温湿度控制设备可以确保环境的温湿度、光照强度保持在一个合理的范围。另外，由于以色列是水资源十分匮乏的国家，本国对大棚水灌溉技术的开发尤为重视，该国设计的自动灌溉系统可以根据温湿监测系统提供的数据，自动改变水肥的比例，从而为作物提供了最优的生产环境。

8、该技术已经处于世界领先水平。国内在20世纪初期开始发展设施农业，20世纪末开始推广温湿度自动补偿技术，但受到当时技术条件的限制，大多数的环境补偿系统仅能实现单因素调控功能。微控制技术和传感器技术的出现后，温湿度控制系统开始引入单片机及其等相关控制技术，国内的很多的研究机构和大学陆续开始环境补偿系统的研究，并设计出了多因素调控功能。各机构的研究成果具体总体如下：农科院所和蔬菜花卉研究所联合设计了大棚多因素环境补偿系统，该系统可实现对土壤温湿度、酸碱度和浇水量的科学管理，该系统是国内最早出的环境多因素补偿系统。江苏理工大学研制出了大棚多点温度监测系统，该系统利用RS485总线构建通信框架，显示主机

9、可以同时显示并保存64个监测节点的测量数据，该设备是当时国产最具代表性的总线式环境温度监测系统。中国农大开发出了基于433M无线技术实现的大棚多因素环境监测系统，该系统利用nRF24L01无线模块实现对各个监测节点土壤环境温湿度，酸碱度的监测，一旦监测参数异常，环境因素补偿设备自动开始工作，及时地对环境的参数进行调整。综上论述可以看出，国内在温湿度控制系统研究方面已经取得了喜人的成果，但是设计的早控制灵活性，使用性和监测实时性等方面仍有很大完善提升空间。因此，开展成本低廉，性能完善的温湿度控制系统的研究方将是一项非常有意义的工作。1.3 课题研究的主要内容本文利用AT89C51单片机、SHT1

10、1传感器芯片、TTS语音模块、机械按键和1602液晶屏等器件设计一款具备语音告警功能的温湿度控制系统，并使其实现如下功能：1、实现对环境温湿度的测量，测量范围分别为0-50°0100%RH，测量误差低于2%。2、具备语音告警功能，当温度或湿度检测值不在设置的区间范围内时，系统可以将异常信息以语音告警形式输出。3、温度或湿度的上下限值可以通过操作设备上的按键进行调整。34、具备显示功能，可以准确地显示出环境温湿度监测结果及用户设置的温湿度区间范围值。1第2章 系统总体设计32第2章 系统总体设计第2章 系统总体设计2.1 设计构思根据论文的研究内容，本文设计的语音温湿度控制系统共实现以

11、下五个功能，其中温湿度测量功能利用温湿度传感器实现；温湿度的阀值利用机械按键进行设置；告警信息的输出利用语音模块来实现；监测和设置参数的显示利用显示器件实现；温湿度控制利用风扇、加热片、除湿器和加湿器等设备来实现。以上器件按照用户设计的控制逻辑工作，即可实现对环境温湿度的实时控制。系统的总体构思见图2.1所示。图2.1 智能语音播报温湿度控制系统总体构思图2.2 方案设计本次温湿度报警系统的硬件运用AT89C51单片机、SHT11传感器、机械按键、LCD1602液晶、继电器模块、语音模块和5V电源等组成。系统的硬件框图见2.2所示。图2.2 温湿度检测报警系统的硬件框图语音温湿度控制系统工作后

12、，首先AT89C51单片机根据机械按键返回的信号确定出用户设置的温度和湿度的上下限范围值。然后控制SHT11传感器工作，测量出监测节点实时的温湿度数据。接下来AT89C51芯片根据SHT11传感器返回的数据，计算出环境的温湿度值，并向LCD1602液晶发送命令，将温湿度的测量结果和用户设置的报警门限值，显示在1602液晶上。最后判温湿度的测量值是否设置的区间范围内，如果在范围内，禁止语音模块和继电器模块工作。否则，控制语音模块工作输出温度或湿度异常语音告警信息，同时控制继电器模块动作，对监测点的温度或湿度及实地进行调整。系统处理流程见图2.3所示。图2.3 语音温度控制系统处理流程图2.3 核

13、心器件选型语音温湿度控制系统的中主控模块、温湿度测量模块、语音模块是硬件的核心器件，设计时慎重选择各个器件，有助于提升系统的监测精度，实时性和信息交互的灵活性，各模块具体的选型原则介绍如下。2.3.1 主控模块方案1：选择AT89C51芯片实现。基于51架构设计的单片机具备了性价比高、易于开发、调试及维护等诸多优点，芯片内集成的控制资源可以满足大多数产品设计的需求。方案2：选择STM32芯片实现。基于Contex-M3架构设计的32处理芯片具有集成资源多、处理速度快、控制能力强等优点，并且厂商提供了完善的底层软件驱动库，用户只需要调用个资源对应的库函数，即可输出一个性能非常完善的产品。方案选择

14、：相比两款芯片的性能，STM32处理芯片在控制实时性、数据处理速度和资源配置方面要优于AT89C51单片机，但使用STM32芯片进行系统设计时，需要操作很多寄存器，这就要求开发人员具备更强的软件设计能力。另外，STM32芯片是采用表面贴片结构封装，必须设计出PCB板芯片将正常的工作，这将大大增加语音温湿度控制系统的实现成本。从降低设计成本和设计难度两方面考虑，本设计选择AT89C51芯片来实现智能温湿度控制系统的控制功能。2.3.2 温湿度测量模块方案1：选择SHT11传感器实现。该款传感器采用I2C总线实现与控制芯片的通信，最快的数据传输速率为400K/S。温度的测误差小于1°C，

15、湿度的测量误差小于2%。方案2：选择DTH11传感器实现。该款传感器采用单总线实现与控制芯片的通信，最快的数据传输速率为50K/S。温度的测误差小于1°C，湿度的测量误差小于5%。方案选择：相比两款温湿度测量器件，SHT11传感器在数据速度、监测精度和实时性等方面都要优于DHT11传感器，虽然它的价格相对较贵，但使用该传感器进行系统设计时，可以使系统的监测精度和实时性都得到明显的提升，因此SHT11传感器更适合实现系统的温度测量功能。2.3.3 语音模块方案1：选择TTS语音模块实现。TTS模块是一款高集成度的中语音合成模块，具备了占用控制资源少、软件开发简单等诸多优点。设计时只要操

16、作控制芯片的一个串口即可使系统具备语音播放功能。方案2：选择JQ8400语音模块实现。JQ8400模块是串口控制的MP3语音模块，模块工作前需要将发音文本存放到语音模块的存储空间内。控制器件通过串口向模块发送语音播放命令，模块就会自动播放输出对应的语音信息。方案选择：相比两款语音模块，虽然TTS语音模块的价格较贵，但该模块可以直接将单片机串口输入的数据转成对应的语音输出，选择该器件实现系统的语音功能，将会大大降低硬件的实现难度。而使用JQ84000模块实现时，每次播放语音内容时，单片机都需要向语音模块发送地址选择命令，播放内容命令和播放模式命令等，这在一定程度上增加了软件的工作量。从提高软件代

17、码执行效率，确保系统的实时性两方面考虑，本设计选择TTS语音模块来实现系统的工作。第3章 硬件设计第3章 硬件设计语音温湿度控制系统的硬件由主控电路、温湿度测量电路、按键电路、语音电路、显示电路和温湿度控制电路组成。本章将从电路的连线及工作原理两个方面对硬件的设计过程进行分析。3.1 AT89C51主控电路主控电路中AT89C51芯片主要有两个作用，一是存储和执行用户程序，对硬件各部分电路的工作顺序进行统一的管理。二是扩展出时钟电路、复位电路和输入/输出电路，完成与外连电路的数据交互。AT89C51单片机是一款基于冯诺依曼架构开发的8位可编程控制芯片，该款单片机具备了如下特点：1、工作电压范围

18、：4.55.5V，运行功耗小于1V/mA。2、内部集成四个IO口，单个IO口有8个引脚，其中P1P3口是通用控制引脚，P0口准向控制引脚，各个引脚外连一个5.1K上拉电阻后可以作为通用控制引脚使用。3、内部集成1个硬件串口，2个硬件定时/计数器，2路脉冲信号识别引脚，8通道模数转换单元和8通道PWM控制单元。4、内部集成三个存储单元，其中程序存储单元ROM的容量为4K字节。RAM随机存储单元的容量为256字节。5、芯片40个控制引脚采用直插结构封装，芯片的引脚功能图3-1所示。图3.1 AT89C51引脚功能图最小系统电路中，器件KEY4按键、C1电解电容和R3电阻10K构成了复位电路。器件无

19、源Y1晶振、瓷片电容C2和C3瓷片构成了晶振电路。复位电路的输出信号通过单片机的RST引脚接入，时钟电路的输出通过XTAL1和XTAL2引脚接入到单片机。电路设计时，各个器件的具体连线见图3-2所示。图3.2 最小系统电路图在3-2图中，复位电路为单片机控制程序的工作提供复位信号。该信号通过RST引脚传递给AT89C51芯片。当KEY4按键处于按下状态或硬件刚通电时，复位电路都会向RST引脚输入5V的控制电压，控制电压一直保持到RST按键的触发状态被抬起或电容C1两端电压差大于2.7V为止。控制信号存在时，芯片工作在复位状态，否则单片机开始执行智能语音温湿度控制系统的软件控制程序。晶振电路为单

20、片机的2个定时器、计数器、CPU处理单元和控制代码执行提供基准的时间点。电路中的晶振Y1用于输出振荡信号，C2和C3电容起到微调晶振输出频率，滤除高频干扰信号的作用。3.2 温湿度检测电路环境温湿度的监测是以SHT11传感器为基础进行设计，单片机分配P1.4和P1.5引脚建立与传感器的控制关系，控制传感器实现对环境温湿度的实时监测。SHT11一款高集成度非常高的数字试温湿度感测器件，其工作电压为3.5V5.5V，测量结果利用I2C总线输出，温湿度参数监测的精度低于2%。传感器预留4个外联的接线引脚，各引脚功能如图3.3所示。图3.3 SHT11传感器引脚功能图SHT11传感器的1脚和4脚的是电

21、源接线脚，传感器工作时5V的电压从这两个引脚接入。2脚和3脚是I2C总线通信引脚，其中2脚DATA用于实现设备间的数据传输。3脚SCLK用于接收外部控制设备输入的时钟操作信号。SHT11温湿度检测电路中，传感器的VCC和GND分别接在5V电源的两端，单片机分配P1.4(SDA)引脚实现与SHT11传感器间的数据交互，P1.5(SCL)引脚将操作的时钟信号传递给传感器。电路设计时，SHT11传感器、单片机和5V电源的具体连线见图3.4所示。图3.4 SHT11传感器检测电路图检测电路中，当AT89C51芯片需要获取监测点的温湿度数据时，通过操作P1.5引脚将工作时钟信号传递给SHT11传感器，在

22、将需要发送的设置命令通过P1.4引脚输入到SHT11传感器。最后，AT89C51根据P1.4引脚返回的数据即可确定出环境的温湿度值。3.3 按键电路按键电路是以3个机械按键为基础进行设计，单片机分配P1.0、P1.1和P1.2引脚实现对操作者输入命令的识别，并根据识别的结果确定出温湿度的上下阀值。按键电路中，设置键、加键和减键的任意一端分别连接到单片机的 P1.0(KEY1)、P1.1(KEY2)和P1.2(KEY3)引脚，按键另一端分别接到5V电源的负极上。电路设计时，按键、电源负极和单片机的具体连线见图3.5所示。图3.5 按键电路图按键电路中，各个按键的功能介绍如下：设置键：检测信号由单

23、片机的P1.0(KEY1)该引脚接收，该引脚检测到0V电压信号时，表示有参数设置命令输入。加键：检测信号由单片机的P1.1(KEY2)该引脚接收，该引脚检测到0V电压信号时，表示有参数上调1个单位命令输入。减键：检测信号由单片机的P1.2(KEY3)该引脚接收，该引脚检测到0V电压信号时，表示有参数下调1个单位命令输入。3.4 语音电路语音电路是在TTS语音模块的基础上设计，单片机分配P3.0和P3.1引脚建立和语音模块的控制关系。该电路用于将温湿度的测量数据及参数异常的报警信息以语音的形式输出。TTS语音模块是一款具备语音文本生产功能的智能语音模块，其工作电压为5V，待机电流小于10uA，模

24、块采用串口实现与外接芯片的通信，完成对发音内容的接收和音量的调节。TTS模块的引脚功能图见3.6所示。图3.6 TTS语音模块引脚功能图在图3.6中，语音模块的银Pin1引脚RX，用于接收单片机输入的命令，Pin2引脚TX用于向单片机发送数据，Pin3引脚GND(电源负极接线引脚)、Pin4引脚VCC(电源正极接线引脚)，Pin9引脚SP-是喇叭负极接线引脚，Pin10引脚SP+喇叭正极接线引脚。语音驱动电路中，语音模块的VCC和GND引脚连接到5V电源的两端，外接喇叭接在语音模块的SP-和SP+引脚上。单片机串口的数据发送引脚P3.1（TXD）引脚直连在TTS语音模块的RXD引脚上，串口的数

25、据接收引脚P3.0（RXD）引脚直连在TTS语音模块的TXD引脚上。硬件电路设计时，语音模块、单片机串口和5V电源的具体连线如图3.7所示。图3.7 语音模块驱动电路图TTS语音模块和单片机串口采用串行数据的传输方式进行通信，当单片机向语音模块发送数据“温度过高”或其它信息时，模块会直接将信息内容以语音的形式播放出来。3.5 显示电路显示电路是以1602液晶屏为基础设计，单片机分配P0口及P2.5P2.7建立与1602液晶屏的控制关系，并实现对液晶屏工作状态的控制。LCD1602是一款工业产品设计时使用最为广泛的显示设备，其供电电压为5V直流，功耗为1V/2mA，液晶屏共有16个外连引脚，其实

26、物及引脚图见3.8所示。 图3.8 液晶屏实物及引脚分布图1602液晶引脚功能说明如下：1、电源接线引脚：VCC和BLA，用于接入液晶屏电源和背光源电源的正极电压。GND和BLK用于接入液晶屏电源和背光源电源的负极电压。2、数据交换引脚：DB0DB7显示器和外连芯片的数据交换引脚。3、工作状态选择引脚：RS和RW配合使用可以控制液晶执行数据接收操作或指令接收操作。E接线脚用于控制显示模块是否执行数据接收操作。4、亮度调节引脚：改变VO引脚的电压可以调整屏幕的显示亮度。显示电路中，单片机提供P2.5P2.7（RS、RW、E）和液晶屏的三个控制引脚相连，提供P0口和液晶屏的DB0DB7引脚进行数据

27、。VO引脚外接一个可调电阻实现对屏幕亮度调整。屏幕供电源和背光源的正极接到5V电压上，屏幕供电源和背光源的负极接到系统地上。电路设计时，各个器件的具体连线见图3.9所示。图3.9 液晶显示电路图在图3.9中，当需要显示温湿度测量数据和上下限阀值时，单片机会向P2.5P2.6引脚将发送命令配置液晶屏接收单片机输入的数据。然后将需要显示的数据及所在的位置赋值到P0口。最后单片机会改变一次P2.7引脚的输出电压，将需要交换的数据传递给液晶屏。单片机重复的执行以上操作，即可将系统的运行数据准确地显示到1602液晶屏的指定位置。3.6 温湿度调节电路温湿度调节电路是以4个继电器模块为基础进行设计，单片机

28、分配P2.0P2.3引脚建立与4个继电器模块的控制关系。四个继电器中RL1继电器用于控制升温设备的供电电源。RL2继电器用于控制降温设备的供电电源。RL3继电器用于控制加湿设备的供电电源。RL4继电器用于控制除湿设备的供电电源。四部分电路的连线和工作原理类似，文中以升温设备的控制为例，对温湿度调节电路的设计过程进行具体的分析。升温控制电路由RL1继电器、Q1三极管和电阻等器件组成，单片机选择P2.0（RL1）引脚实现对升温设备电源正极的控制。电路设计时，继电器和升温设备电源端子的详细连线如图3.10所示。图3.10 升温设电源备控制电路图柜门控制电路中，P2端子是升温设备的电源接线引脚，1N4

29、148二极管D1起到续流的作用，用于消除继电器RL1工作状态切换时产生的感应电压。电磁锁的正电源输入引脚接在RL1继电器的常闭触点上，RL1继电器的公共端和5V电压直连。电路工作时，当单片机通过P2.0引脚输出5V电压，三极管的E和C两极断开，继电器的常开触点和公共端接通，此时升温设备的电源接通设备开始工作。当单片机通过P2.0引脚输出0V电压，三极管的E和C两极接通，继电器的常开触点和公共端断开，此时升温设备的电源被断开设备停止工作。温湿度调节电路见图3.11所示。图3.11 温湿度调节电路图3.7 硬件总体电路单元电路设计完成后，将AT89C51和单元电路相连的引脚接在一起，在将各个器件的

30、电源引脚连接到5V电源的两端。以上电路连线完成后，即可构建出语音温湿度控制的总体电路，其电路图见3.12所示。图3.8 硬件总体电路图第4章 软件设计第4章 软件设计4.1 程序主流程语音温湿度控制系统的主程序设计时需要完成两部分工作，其一，完成对AT89C51单片机外连引脚的初始配置，为各个单元电路提供一个明确的初始状态工作状态。其二，完成控制逻辑的设计，实现对按键程序、温湿度测量程序、语音程序、温湿度控制程序的有序调度。主程序执行流程图见4.1。图4.1 程序主流程图主程序执行时，顺序的执行如下操作：1、执行初始程序，完成对硬件各个器件的初始配置。2、执行按键程序，确定出温度及湿度的区间范

31、围值。3、执行温湿度测量程序，确定出环境周围的温湿度数据。4、如果温度或湿度值不在设置的区间范围内，执行如下操作。否则执行一步操作。执行语音程序，输出温湿度测量数据和报警提示信息。执行温湿度调节程序，将环境的温湿度控制在设置范围内。5、执行显示程序，显示出系统当前时刻的运行信息。6、如果程序没有终止返回到第1步操作执行，否则直接退出主程序。4.2 按键程序按键程序执行时，根据“设置”键按下次数，确定出需要设置参数值，并根据“加”键或“减”键按下的次数完成对当前设置参数的调整。按键程序的执行流程见图4.2。图4.2 按键程序流程图按键程序执行时，顺序地执行如下操作：1、根据设置按下的次数对确定出

32、需要设置的参数，设置键第1次和第2次按下时，分别对温度的下限值和上限值进行调整。设置键第3次和第4次按下时，分别对湿度的下限值和上限值进行调整。2、“加”键按下，将需要设置的参数增加1个单位。3、“减”键按下，将需要设置的参数减小1个单位。4、如果设置结束退出按键程序。否则返回到第1步操作继续执行。4.3 温湿度检测程序温湿度采集程序中，单片机通过I2C总线将转换命令送给SHT11传感器,传感器接到命令后会自动完成环境参数的采集操作，并将转换结果通过I2C总线输出。单片机根据接收到的数据即可确定出环境的温湿度值。温湿度检测程序执行流程见图4.3所示： 图 4.3 温湿度检测程序流程图温湿度检测

33、程序执行时，顺序的执行如下操作：1、操作P1.4和P1.5引脚开启I2C总线，建立单片机和SHT11的数据通信。2、将温度读取命令向03命令发送给SHT11，通知传感器采集环境温度数据。3、如果转换完成，根据SHT11返回的数据计算出环境温度值。否则执行上步操作。4、将温度读取命令向05命令发送给SHT11，通知传感器采集环境湿度数据。5、如果转换完成，根据SHT11返回的数据计算出环境湿度值。否则执行上步操作。4.4 语音程序语音程序执行时，将需要发送的数据通过单片机的串口发送语音模块。该程序执行的流程见图4.4所示。 图 4.4 语音程序流程图语音程序执行时，顺序的执行如下操作：1、将测量

34、的温湿度数据发送给单片机的串口。2、如果温度值高于上限值，向串口输出温度过高提示信息。3、如果温度值低于下限值，向串口输出温度过低提示信息。4、如果湿度值高于上限值，向串口输出湿度过高提示信息。5、如果湿度值低于下限值，向串口输出湿度过低提示信息。4.5 温湿度调节程序温湿度调节程序执行时，根据测量的温湿度值和设置的温湿度值对温湿度调节设备的控制。该程序执行的流程见图4.4所示。 图 4.5 温湿度调节程序流程图温湿度调节程序执行时，顺序的执行如下操作：1、如果测量的温度值比区间的上限值高，将降温设备打开，同时将升温设备关闭。2、如果测量的温度值比区间的下限值低，将升温设备打开，同时将降温设备

35、关闭。3、如果测量的湿度值比区间的上限值高，将除湿设备打开，同时将加湿设备关闭。4、如果测量的湿度值比区间的下限值低，将加湿设备打开，同时将除湿设备关闭。4.6 显示程序显示程序通过控制P2.5P2.7引脚和P0口实现对液晶屏显示内容的控制。该程序执行的流程见图4.6所示。图4.6 显示程序执行流程图显示程序具体的执行操作如下：1、读取需要显示的数据内容。2、操作P2.5P2.7引脚向液晶屏的控制引脚RS、RW和E引脚写入0V电压，控制液晶屏接收单片机输入的指令。3、将位置数据或显示内容赋值给P0口。4、执行E=1代码2ms后执行E=0代码，将P0口的数据通传递给液晶屏。5、如果所有的数据写入

36、完成退出显示程序。否则返回到第1步操作执行。程序代码清单见附录。第5章 系统仿真测试第5章 系统仿真测试本章中在Protues7.7开发环境中对语音温湿度控制系统的软硬件的输出进行验证，从而确保系统具备的功能可以符合满足设计要求。5.1 原理图设计仿真电路设计时，在Protues7.7软件提供的元件库中找出AT89C51芯片、SHT11传感器、继电器、串口测试终端(该器件用于模拟语音模块)、按键和1602液晶屏等器件的原型器件，并按照硬件总体电路的连线将各个器件连接到一起。连线完成后构建出语音温湿度报警系统的仿真电路图。其中核心控制部分电路见图5.1所示，温湿度调节部分电路见图5.2所示。图5

37、.1 核心控制电路图图5.2 温湿度调节电路图5.2 系统测试5.2.1 温湿度检测功能测试在进行温湿度检测功能测试时，调节SHT11传感器上的仿真按钮，模拟出两个变化的温湿度测试环境。第一次测试时，将温度调节到3°，湿度值调节到3%位置，模拟出环境温度为3°，湿度为3%的测试环境，对系统的温湿度检测功能进行测试。第二次测试时，将温度调节到6°，湿度值调节到9%位置，模拟出环境温度为6°，湿度为9%的测试环境，对系统的温湿度检测功能进行测试。两次温湿度的测试结果见图5.3所示。图5.3 温湿度检测功能测试图从图5.3的测试结果可看出，当环境温湿度为3&#

38、176;和3%时，液晶屏显示的温度测量结果为3°，湿度测量结果为4%，温度的测量误差为0，湿度的测量误差为1%。当环境温湿度为6°和10%时，液晶屏显示的温度测量结果为6°，湿度测量结果为10%，温度的测量误差为0，湿度的测量误差为1%。以上测试结果说明，系统实现了温湿度测量功能，并且测量误差在允许的范围内。5.2.2 温湿度调节功能测试在温度范围10-40°，湿度范围10-80%的测试条件下，将温度调节到5°，湿度调节到8%，对系统的升温和加湿功能进行测试。测试结果见图5.4所示。图5.4 升温加湿功能仿真测试图从图5.4的测试结果可以看出，

39、当温度低于下限值，升温设备开始工作提高测点周围的环境温度。当湿度低于下限值，加湿设备开始工作提高测点周围的环境湿度。在温度范围10-40°，湿度范围10-80%的测试条件下，将温度调节到50°，湿度调节到85%，对系统的降温和除湿功能进行测试。测试结果见图5.5所示。图5.5 降温除湿功能仿真测试图从图5.5的测试结果可以看出，当温度高于上限值，降温设备开始工作降低测点周围的环境温度。当湿度高于上限值，除湿设备开始工作，降低测点周围的环境湿度。以上测试结果说明系统实现了温湿度调节功能。5.2.3 语音播放功能测试当环境为温度或湿度不在设置范围内时，单片机会通过串口向语音模块

40、发送温命令，将温湿度测量结果和异常报警信息命令发送给TTS语音模块。此时观察串口显示终端上的内容对系统的语音播放功能进行测试。详细的测试结果见图5.6所示。 图5.6 语音播放功能仿真测试图在图5.6中，当温度过高时，单片机会输出TEMP- High报警命令，当湿度过高时，单片机会输出RH-High报警命令。当温度过低时，单片机会输出TEMP- LOW报警命令，当湿度过低时，单片机会输出RH- Low报警命令。同时单片机还会将温湿度测量值通过串口传递给语音模块。以上测试结果说明，系统实现了语音播放功能。5.2.4 参数设置功能测试在温度范围10-40°，湿度范围10-80%的测试条件

41、下，分别按下设置键4次，前两次按键设置键时，分别按下一次加键，将温度的下限值和上限值上调一个单位。后两次按键设置键时，分别按下一次减键，将湿度的下限值和上限值上调一个单位。操作完成后，通过观察液晶屏上的显示结果对系统的设置功能进行验证，测试结果见图5.7所示。 图5.7 参数设置能仿真测试图在图5.7中，当设置键第1次按下，按下“加键”1次时，温度下限值变为11。设置键第2次按下，按下“加键”1次时温度上限值变为41；当设置键第3次按下，按下“减键”1次时湿度下限值变为09，设置键第4次按下，按下“减键”1次时，湿度上限值变为79。以上测试结果说明，设置键按下1次，会切换到下一个参数进行设置，

42、此时如果“加键”按下，设置的参数值将自动加1，如果按下“减键”，设置的参数值将自动减1。仿真测试结果说明，按键实现的功能符合系统设计要求，表明系统实现了参数设置功能。总结与展望总结与展望本文利用AT89C51单片机、SHT11传感器、机械按键、继电器、TTS语音模块和1602液晶屏等器件设计了一款具备语音播报功能的环境温湿度控制系统。文中对温湿度的测量原理、控制原理和语音播放功能的原理进行了具体的分析，给出了具体的实现方案。并在PROUTUES7.7软件中完成了系统的仿真。从仿真结果可以看出，本文设计的语音温湿度控制系统实现了对环境温湿度测量、显示和调节等功能。并能在环境温湿度异常时，播放出语

43、音提示信息。尽管本次温湿度报警系统的设计已经完成，但设计方案中仍然存在一些不足之处，比如不具备远距离报警功能，不具备远端联动控制等功能，这些问题的存在对一定程度上限制了系统的应用范围。后续的设计中将SIM800L模块或LORA模块等融入到系统设计中，通过以上改进可以使系统的应用灵活性得到更进一步提升，这样可以系统的应用范围得到进一步的拓展。参考文献参考文献致 谢1 秦云瑞.基于单片机的智能温度报警系统设计J.黑龙江科技信息,2015.2 杨建宁.8098单片机在温度检测系统中的应用J.电工技术,2015.3 魏泽鼎. 单片机应用技术与实例M.电子工业出版社, 2005.4罗平.基于DS18B2

44、0的单片机温度测量系统J.农机化研究,2007(10):1-2.5刘巧云.一种新型温湿度测量系统的设计J.低温与超导,2007(05):88-91.6庞清乐,孙同景,秦伟刚.基于C8051F330单片机的多路温湿度测控系统J.微计算机信息,2004(04):56-57.7吴伟斌.温室温湿度的远程监控系统J.农机化研究,2005(04):130-133.致 谢经过几个月的对语音温湿度控制系统相关资料的研究，论文已经顺利完成。在论文写作过程中我遇到了很多困难，在同学和导师的帮助下都得以顺利解决。论文即将结束之际，要感谢论文指导老师对我无私的帮助，不厌其烦的指出论文中存的问题，导师严谨的治学态度，诲

45、人不倦的敬业精神以及宽容的待人风范使我受益颇多。另外要感谢图书馆的管理员，在资料查阅过程中给予的帮助还要感谢参考文献的作者，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，本文很难如此顺利地完成。最后，感谢我的父母，养育之恩，无以回报，愿你们永远开心快乐。由于个人能力有限，论文仍存在很多不足，恳请各位领导答辩老师给出宝贵的建议。1附 录致谢附录：核心代码清单附录：核心代码清单#include <reg52.h>#include <intrins.h> #include <math.h>void xianshi() ceshi();lcd1602_adr(0x04);

46、if(bz1=0)1602wn(' ');if(bz1=1)1602wn('-');1602wn(0x30+wd%100/10);1602wn(0x30+wd%10);1602wn(0xdf);lcd1602_adr(0x0c);1602wn(0x30+sd%1000/100);1602wn(0x30+sd%100/10);1602wn(0x30+sd%10);jishum=(jishum+1)%3;lcd1602_adr(0x43);/温度上限下限if(jishum<1)&&(moshi=1)1602wn(' ');160

47、2wn(' ');else 1602wn(0x30+wd1%100/10);1602wn(0x30+wd1%10);1602wn('-');/温度上限下限if(jishum<1)&&(moshi=2)1602wn(' ');1602wn(' ');else 1602wn(0x30+wd2%100/10);1602wn(0x30+wd2%10);1602wn(0xdf);lcd1602_adr(0x4a); if(jishum<1)&&(moshi=3)1602wn(' '

48、);1602wn(' ');else 1602wn(0x30+sd1%100/10);1602wn(0x30+sd1%10);1602wn('-');/湿度上限下限if(jishum<1)&&(moshi=4)1602wn(' ');1602wn(' ');else 1602wn(0x30+sd2%100/10);1602wn(0x30+sd2%10); if(ky1=0)moshi=(moshi+1)%5;while(ky1=0);if(ky2=0)&&(moshi=1)if(wd1<

49、100)wd1=wd1+1;while(ky2=0);if(ky2=0)&&(moshi=2)if(wd2<100)wd2=wd2+1;while(ky2=0);if(ky2=0)&&(moshi=3)if(sd1<100)sd1=sd1+1;while(ky2=0);if(ky2=0)&&(moshi=4)if(sd2<100)sd2=sd2+1;while(ky2=0);if(ky3=0)&&(moshi=1)if(wd1>0)wd1=wd1-1;while(ky3=0);if(ky3=0)&&(moshi=2)if(wd2>0)wd2=wd2-1;while(ky3=0);if(ky3=0)&&(moshi=3)if(sd1>0)sd1=sd1-1;while(ky3=0);if(ky3=0)&&(moshi=4)if(sd2>0)sd2=sd2-1;while(ky3=0