【基于单片机的室内空气总体温湿度值的测量管理系统设计9900字（论文）】

I温湿度测定是现代智能家居工作环境中最基本本文主要研究内容之一是通过系统的软件设计开发研究一并使用一个基于stc89c52单片机、dht11传感器电路控制管理模块、1602液晶显示屏电路控制管理模块和一个继电器电路控制模块系统管理模块，设计出一个基于室内空气总体温湿度值的测量系统控制管理系统，简单地说来讲就已经基本达到了对基于室内空测量数据结果采集得来的空气信息实时传输过来到一分别进行了数据分析和信号处理，准确地将它们通过显示连接到一个液在本设计中，硬件部分根据系统功能选取了每个模块些器件的特性还完成了它们的硬件电路设计与 2 3Ⅱ2.1系统总框图 32.2硬件选择 42.2.1单片机的选择 42.2.2传感器的选择 42.2.3显示器的选择 2.3本章小结 5第3章系统硬件电路的设计 63.1系统硬件概述 63.2主控模块设计 63.2.1单片机引脚介绍 63.2.2单片机最小系统 73.3液晶显示模块设计 93.3.1液晶显示屏简介 93.3.2液晶显示模块电路设计 93.4DHT11传感器模块设计 3.4.1DHT11传感器简介 3.4.2DHT11传感器模块电路设计 3.5按键模块设计 3.6阀值设定模块设计 3.6.1AT24C02简介 3.6.2阈值存储模块电路设计 3.7继电器模块电路设计 3.8蜂鸣器报警模块设计 3.9本章小结 第4章系统软件程序的设计 4.1系统的主程序流程 4.2按键程序设计 4.3EEPROM存储程序设计 4.4液晶显示程序设计 214.6本章小结 21第5章系统制作调试与功能实现 25.1系统实物的制作 25.1.1实物焊接 25.1.2程序调试及下载 23 245.2.1温湿度实时检测及显示功能 245.2.2阈值设置与掉电保存功能 245.2.3温湿度报警及调节功能 245.4本章小结 25Ⅲ 26 27附录1原理图 281第1章绪论当今世界，随着我国的现代科学和信息技术的进一步飞速发展与不断的进步以及我国国民经济的不断健康增长，人们在日常生活中的物质上和精神条件水平也已经开始得到巨大的提升和改善，人们对于自己的家庭生活服务品质也越来越多地认识和更加重视，在智能家居其中的生活环境质量检测也逐渐发展成为了当今人们密切共同关注的一个热点话题。温度湿度检测是智能家居环境中最基本的环境参数。空气中各种温湿度的高低会直接关系到我们身体的健康以及舒适程度和心理情绪，所以对于温湿度的高低进行监测与控制也是非常必要的。使用51单片机设计一个自动对室内温湿度进行控制的系统，可以即时准确地反应室内的温湿度进而通过负载调节室内的温湿度以便达到舒适的环境。本设计要实现以下的功能：1.温湿度显示进行实时测温监控和屏幕显示。可以通过液晶实时的将由采用湿度传感器检测得来的空气温湿度测量数据。2.可以通过手动进行调节温湿度限定范围。可以通过键盘来进入控制设定温湿模式使用按键来轻松完成对室内温湿度的上下限设定。3.断电下的阈值数据保存可以由外部EEPROM存储，实现断电数据保存。4.当温度或者湿度已经超出温湿度控制系统所设置规定的范围时，蜂鸣器报警及信号灯就会点亮，并且仪器相应的继电器电路吸合。继电器驱动开关同时打开或者是切断所有风扇、加热器、抽湿机、加湿器、等外部控制装置。总体而言，本次设计主要涉及了温湿度的测量、显示以及实现简单控制。通过温湿度传感器检测可以得到当前环境下的温湿度，将所有的需要及时检测的温度数据及时提供反馈给单片机，然后对其数据进行了信号分析和数据处理，并分别将其储存在不同的数组中，以便在数据显示使用。再通过采用驱动继电器元件来进行控制负载，在空气温度或者空气湿度已经超出了控制范围的时候继电器可以直接2通过驱动控制负载正常运行工作，及时自动开启风扇等外部第1章：先是详细分析了这个选题的历史背景、研究课题的含义与目的、还第3章：设计与连接了各个主要电路，并且对电路的设计原则和注意事项进行了交代，包括DHT11的连接电路、第4章：对系统的软件设计和编程进行了介绍。第5章：对温湿度控制器制作过程、最终实现功能进行介绍。3本章主要介绍了整个系统的组成框架，实现方案的设计与实现，以及所选取的硬件。本系统从其总体的功能角度划分为可以认定为三个组成部分，第一个组成部分主要目的是对各种环境中的温湿度信息进行自动采集，其中主要包括环境温湿度信息采集模块；第二个主要组成部分为温湿度数据的分析和数据处理，包括单片机控制模块、按键电路模块、显示模块和报警电路模块；第三部分为温湿度的调节，包括温湿度调节模块。硬件主要特点就是系统中采用了包括以stc89c52型号的单片机作为系统的基本设计和核心，通过一个利用lcd1602的液晶显示器进行实时地监视和显示由空气中的温度传感器dht11检测得到的室内空气中各种温湿度的数据，设定好的断电数据的保存值经at24c02存储，实现了对断电后的数据存储。最后还有超出阈值后对的空气温湿度可以进行报警及自动调节的装置。本文设计的温湿度控制系统框图如图2.1所示。LCD显示警单片机6第3章系统硬件电路的设计方案的设计主要由五个模块共同组合而成，分别是为单片机的主控模块、传感器控制模块、lcd型液晶显示控制模块、温湿度测量范围的设定模块及继电器控制模块。其中在主控系统的控制模块中所采用的控制芯片就是stc89c52芯片，它直接被应用来控制整个系统的正常工作和维护系统的运行，利用其各个I/O□分别对其他各个模块的功能进行了自动控制，使其他各个模块都能够直接地组合在一起来形成一个完整的集成系统，满足了各种功能的不同需要。在dht11温湿度传感器中，读取室内空气的温度及室内空气的相对湿度，在一个lcd1602液晶屏上实现即时测量温湿度的显示。液晶屏上同时也可以显示出温湿度设定的范围，该屏的温湿度设定显示范围被直接存放在系统外部的EEPROM数据存储器at24c02中，进行自动掉电数据的保存，并且每个温湿度设定显示范围的值都可以直接经过四个控制按键可以分别进行手动上调或者是手动下调。当相对温度或者相对湿度测量数值超出系统所需的规定范围，则输出报警信号将报警灯点亮，同时用三极管单片机各引脚分配情况如下：PO□(P0.0~P0.7)作为与液晶的数据传输□;P1.0和P1.1分别接AT24C02的SCL和SDA以实现与AT24C02芯片之间的数据P1.2与液晶的RS端相连P1.3和E接，以控制液晶显示；P1.7传感器DHT11数据□相连。P2.0~P2.3作为阈值模块中四个按键的接口；P3.2、P3.3、P3.4、P3.6分别接四个继电器驱动电路，用于控制调节温湿度。P3.5接蜂鸣器控制端，以控制报警模块工作。3.2.1单片机引脚介绍STC89C52有40个引脚：主电源引脚2根别是VCC(+5V)和GND外接晶振引脚2根分别是XTAL1和XTAL2控制引脚4根以及32根可编程输入/输出引脚7123456789O让单片机工作首先得接好它的最小系统，这可以启动单片机的必要条件，也电源：接+5V晶振：在本次设计使用在芯片中，在18和19引脚外接晶振，单片机内部产生时钟脉冲信号。图中两个30PF的电容C2和C3起到稳定频率和快速起振的作用。本设计晶振选的是12MHZ,采用12MHz晶振能够比较好的预测时间。复位：本设计采用上电自动复位，通过外部复位电路平时，其状态为高阻态而并不是5V电压，没有足够的驱动电流。因此需要在PO□连接上拉电阻，电阻另一端连接VCC。由VCC通电流。单片机最小系统如图3.2所示：9LCD1602A是一种字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。(16列2行),可以清楚的显示字母、数字、符号等。相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多5。(1)引脚说明：编号符号引脚说明编号符号引脚说明电源地数据电源正极数据液晶显示偏压数据数据数据R使能信号数据数据背光源正极数据背光源负极由上面的的引脚说明可完成对其与单片机的连接，电路中液晶连接图如下。在后续程序功能中只需往液晶写数据，所以R/W脚直接接地，3号引脚调节液晶对比度的，查资料所得液晶3脚的电压在0.8V左右显示的亮度比较清晰，所以3名称2串行数据，单总线空脚，请悬浮4(2)接口说明：正之间接一只5K的上拉电阻。引脚三为空脚，此管脚悬空不用。如下图3.5所根据上述接口说明，我们可以搭建出传感器与单片机的电路。引脚2是数据DHT11传感器原件的电路连接图如下图3.6所示：A₂48765管脚描述：管脚名称功能器件地址选择↵串行数据串行时钟写保护地3.6.2阈值存储模块电路设计温湿度阈值存储在EEPROM芯片AT24C02中，SCL管脚接单片机的P1.0脚，SDA接单片机的P1.1脚，因为I2C接口的输出端是漏极开路的，所以必须在接口外接上拉电阻，电阻选10K。如图3.9所示是这个芯片的电路连接图：872402_SDA5A1A2l234继电器在电路中起导通、切断外部设备的作用。(1)因为单片机输出电流能力有限，如果继电器直接接到单片机的I/O□上，达不到驱动继电器的电流，所以无法直接驱动继电器，所以接了三极管来驱(2)电路中的继电器由PNP型三极管驱动，当温湿度值不在设定范围时，(3)三极管选用的是PNP型三极管，因为单片机的I/O□刚上电时会输出(4)继电器并联两个二极管一个发光二极管用于指示该继电器动作，另的电阻。由于选用的继电器电流在45mA-100mA才会正常工作，即三极管发射极电流Ie要在45mA-100mA这个范围内，所以在基极接电阻，至于接多大的电阻才能让流经继电器的电流I内，我的做法采用试测法，分别接了几个不同阻值的电阻，测出相应的电流，最终选定的是1K的电阻。驱动去湿继电器电路连接如图3.10所示，降温、升温、加湿的继电器电路一致，D7D7一J3.8蜂鸣器报警模块设计蜂鸣器电路的连接和继电器电路的连接类似，单片机足以直接驱动蜂鸣器，所以也接了三极管来驱动。蜂鸣器正常工作再电压2.2V~7.1V、电流10mA~35mA之间，经过试测选择了在基极连上2.2K的电阻。机最小系统电路、DHT11的连接电路、按键电路、AT24C02芯片连接电路、继电器模块电路的设计及蜂鸣器报警电路的连接，且还针对这些电路设计的一些基本原理和其中的注意事项进行作了详细的设计介绍，其中主要包含了一些模O第4章系统软件程序的设计在对整个设计系统硬件模块进行了一个比较整体的硬件设计和电路搭建之后，还需要根据系统功能需求，首先建立了一个程序设计框架的整体设计流程框图，再划分后成为多个系统模块，按照逐个系统模块要求进行程序设计实现它们的功能，最终把各个子系统模块的程序设计合理地相互连接了组合起来，构成一个总的主程序首先要对整个系统进行初始化，然后将采集到的温湿度指令传给系统的主程序流程图如图4.1所示：开始延时定集显示N图4.1主程序流程图(1)程序开始时，首先初始化主程序。(2)调用AT24C02的程序给定温湿度范围。(3)调用温湿度传感器DHT11子程序以对环境温湿度进行采集。(4)调用液晶显示子程序，把温湿度信息放到LCD显示屏上。按键程序作为子程序供主程序调用，根据系统设计的功能需求设置了4个按钮。其中，按键S1对应的是设置，通过进行再按一下S1键就可以进入到下一项；;按下按键S2对应的是增加数值一；按下按键S3对应的是减小数值一；按下按键S4对应的功能确定并保存，当温湿度上下限设定完成时，按一下此键在使用按键时还需要进行键盘的去抖，不然会系统引起是检测出键闭合后执行一个延时程序，产生延时，让前沿抖动消失后，再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键消抖流程如图4.2所示：开始开始否键是否按下是否是执行按键相应功能图4.2消抖程序流程图AT24C04存储程序的编写主要是先对IC总线初始化，然后往AT24C04写数据，读数据，最后显示，程序一直循环。开始程序流程图如图4.4所示：LCD初始化设第一行显示位置显示第一行内容设第二行显示位置显示第二行内容DHT11传感器模块的软件流程图如下图4.5所示：延时数据输出本章主要介绍了系统的软件设计，包括主程序软件设计、按键程序软件设计、EEPROM存储程序设计、液晶显示电路软件设计、传感器电路软件设计。第5章系统制作调试与功能实现在基本上完成了系统的硬件和软件设计以后，还要针对整个系统的各个组成部分做出相应的调试和测试，并把程序下载到实物中，如果各部分都满足设计要求，那么该设计也就完成。这章将对系统的各个重点组成部分进行功能性的测试，查看一下本文中系统的各项功能是否符合要求。焊接实物前我们得知到各个器件的参数，如工作电压、电流等，有些可以直接在说明书上可以直接找到，有些则没有，需要我们自己测量，以下是测量的数↵电压电流正常红LED蜂鸣器2.2~7.1V小风扇有了这些参数之后，对应之前一章各部分的硬件电路设计，选用合适的的电阻完善电路连接。在器件和参数都有之后，我们根据功能将各个模块的器件合理的在板子上进行布局，确保所有部件都能合理的放下再接下来的逐一焊接工作。焊接前实物硬件各模块大致布局如图：图5.1系统模块布局焊接好后系统的实物连接如图5.2、图5.3所示：实物制作完成后需要对单片机进行编程和调试，本设计是在KeilC环境下开发的，所以严格按照KeilUvision下载步骤将编译好的程序.hex文件下载到单片机在完成对程序的调试及烧录之后，对系统的各项功能进行测试检验，看是否达到预期。5.2.1温湿度实时检测及显示功能制作完成后的控制器可以进行室内环境下进行温湿度的实时测量和显示，不足之处是液晶显示屏在不同光度的环境下无法调节，人眼看的不是很舒服，比如我在相对暗的环境下测试时液晶的亮度就显得很亮，而在相对明亮的环境下测量时又显得亮度不足，如图5.3所示：5.2.2阈值设置与掉电保存功能通过按键进入设置模式实现温湿度上下限设定，S1为选择设定项，S2为上限增加，S3下限减小，S4为确定。设置好温湿度范围后确认，关掉电源并再次开启电源，当前温湿度范围没有改变，说明该功能可以实现。如图5.4所示：5.2.3温湿度报警及调节功能温湿度调节模块采用了四个由单片机控制的继电器，继电器用来控制增加、减少房间温度和湿度的电器设备的电源开关。当室内的温湿度不在范围内时，蜂鸣器会发出嘀嘀的声音，以此来提示用户，同时继电器吸合，相应的设备也会启动，从而对室内的温湿度进行调节。在设定温湿度恰好就在温湿度范围内，这样哈气或者用东西捂着传感器，让它的温、湿度的显示超出设定范围。经过测试，功能可以正常实现。因而简单的实现了对温、湿度的控制。但由于经费有限，调节温湿度的外围设备仅装了一个用于降温的风扇，其他设备通过二极管指示灯来模拟相应设备的动作。如图5.5中所示，温度25℃超过设定温度(21℃-23℃),湿度也超出设定范围(45%-50%),所以蜂鸣器报警，风扇启动，控制抽湿器的本章主要对控制器的制作过程，制作完成后的功能进行了介绍，并对各功能进行了测试。功能的介绍主要包括了温湿度实时检测及显示本设计是一种以单片机作为主要核心的温湿度控制系统，利用软件进行编程，最终基本实现了所有的要求。虽然该系统还是存在许多缺点和不足，但是它的设计总体上已经很好地反映了出来的设计目标和技术要求，与所预期的效果的结果相差不多。温湿度是智能家居环境中最基本的环境参数，对温湿度的监测和控制系统的研究就具有实际的理论及实用价值，是进一步智能家居环境系统研究的基础。本文主要完成了以下工作：(1)对智能家居的环境检测方法进行研究；(2)对单片机、传感器以及液晶显示进行了分析选择。设计出的温湿度控制系统能够可靠的检测并调节室内温湿度；(3)完成了温湿度控制器的结构设计，电路设计，各个模块之间的硬件连接。(4)完成了控制系统电路设计和各功能软件编程；(5)完成了最后实物的焊接及各功能测试；限于本人能力，此次毕业设计的系统做的不是特别的完善，有很多提高和待改进的地方。本设计中存在的不足之处：(1)本设计只是解决了智能家居环境检测的部分问题(2)在显示模块设计上，液晶显示屏的亮度在不同光照的环境下无法调节。(3)因在实物焊接时采用的是飞线的方式进行连接，连接点之间容易断开且后续查找非常麻烦。后期会尝试学习如何设计PCB。(4)没有上位机显示。参考文献[1]季作亮.基于单片机的温湿度控制系统的设计[D].山东师范大学，2014[2]张汉权，黄月红，王培声，等.一种基于单片机的温湿度检测控制系统设计[J].科学与财[4]樊家顺.机房温湿度监测报警器的设计与制作[J].数字化用户，2017,23(47):266.DOI:10.3969/j.issn.1009-0843.2017.47.240.DOI:10.3969/j.issn.1003-0522.2013.15.099.[6]吉彦平，孟实，王小明，等.基于单片机的家庭环境参数监测系统[J].百科论坛电子杂[7]余彦琼.以STC12C5A60S2单片机为基础的智能家居环境监控系统的设计探讨[J].科学[8]莫先.基于STM32单片机家电控制及家居环境监测系统设计与实现[D].重庆理工大[9]陈荣坤.基于STC12C5A