【《基于单片机的酿酒槽的温度检测与监控系统方案设计》12000字（论文）】

第页共44页基于单片机的酿酒槽的温度检测与监控系统方案设计目录TOC\o"1-3"\h\u222471绪论 2294021.1研究背景及意义 2140701.2国内外发展及研究现状 3287241.3本文主要内容 329322整体方案设计 576102.1市场需求分析 5204932.2系统设计 5322742.3方案论证 5255232.4方案总结 9265453硬件电路说明 10289993.1电路概述 10141433.2主控电路说明 1048283.3单片机最小电路 11139313.4传感器电路说明 12111943.5显示电路说明 13251643.6按键电路说明 1560863.7报警电路 16219404软件程序说明 177764.1主控程序说明 17325424.2子程序说明 1746965系统调试 21182145.1功能调试测试 2137075.2调试总结 25132276结论 26摘要本课题基于对酿酒环境的温度控制，制作一款适应性强、性价比高的温度控制系统。本系统通过DHT11温湿度传感器与独立按键为输入部分，将温度信息与按键指令传至STC89C52单片机中控芯片进行处理判断，在数据处理判断采用PID算法，控制风机转动降温实现温度的范围轻松控制；通过主控制系统处理数据控制风机对除湿的控制。LCD1602与有源蜂鸣器为输出部分，实时对时间、温度和湿度显示可查看与调整，同时设定阈值采用蜂鸣器报警的方式进行提示。与传统的酒槽测温方式相比较，温湿度传感器的使用能够有效的解决工作量大、记录不及时、效率低下的问题，更能预防酿酒者因为数据不连续性，较晚发现酒槽内部发酵过程中温度变化的风险。关键词：酿酒；温度控制；DHT11；STC89C521绪论1.1研究背景及意义“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催”仅凭这二句话,就将当时边塞景象活跃的呈现在了纸面上，在疾苦的边塞战士们喝上美酒那些惆怅也不复存在一般，也凸显出在古人心中美酒的地位。酒的起源可追溯至原始社会，原始部落的人们发现野果发霉后流出的汁水散发出香气可饮用，于是酿酒便开始流行。夏朝时期杜康所酿的杜康酒便是今日也名声显赫，商代时期的酿酒产业发达青铜酒器的制作更是繁荣，周代时期更是将酒文化推向与上天沟通的祭祀上，春秋战国时期用于铁器的使用让物资财富积累进一步促进了酒势盛行，秦汉时期经济富饶更是出现了酒政文化，三国时期酒文化更是达到了劝酒的地步，魏晋南北时期终于允许民间自由酿酒彼时酒业兴盛让酒税也成为国家的一大财源，隋唐时期诗词歌赋繁荣让酒文化也沾染上一丝文人墨客的气息，宋辽金元时期酒文化延续了上一个朝代的繁荣还出现了许多个性酒店为现代的酒文化打下基石，明清时期战乱不断百姓在迁徙中也将酒带到里巷市井之中与民间相融。几千年来酒文化并没有随着时间的流逝而消失，而是宛如一坛美酒越酿越浑厚成为人们一项重要的生活内容。一坛美酒的酿造需要原料和发酵剂，不同原料与不同发酵剂所酿出的酒风味各不相同，但相同的是都需要时间的发酵。所谓发酵主要是依靠微生物的繁殖作用，因此微生物在酿造发酵过程中起很大作用，原料在微生物的作用下发生糖化和酒化，所以才能成就酒独特的风味。那么控制发酵的温度与湿度也就是酿酒的重要环境，不同的温度微生物的繁殖速度是不同的，并且酿造不同的酒需要的温度湿度也不相同，找到最适合发酵的温度湿度并长时间保持这样的问题就是急需解决的。在国内人们所酿的酒一般以白酒、黄酒与啤酒为主，普通人家酿酒储存方式主要放置温暖的衣柜和被子里，酒厂的酿酒储存方式主要依靠地窖，若是在适合的季节是可行的，但若是冬日寒冷时节进行发酵则需要其他保暖的方式。而保持怎样的温度湿度往往都需要有经验的老师傅进行判断进行掌控，若是需要没有经验的人酿造显然是不可行的。随着温度计与湿度计的发明，人们逐渐知道每种酒的最佳酿造温度湿度是多少，并有了准确的数字进行判断。同时科技发展，人们也揭开温度湿度保持的秘密，通过加热、加湿、散热等方式获得最佳酿造环境。但是传统的温度控制系统的反应速度慢，并且测量的精度不高，此时设计出一款高精度的温度控制系统就意义重大。本次设计就是依据这样的方式，通过以STC89C52单片机作为中控中心与DHT11搭配使用，加以蜂鸣器和LCD1602等辅助，同时可调控的温湿度阈值让使用场景更加多样化，在酿酒的市场中适用性更强。此外，它的研究和使用技术更加的成熟，其更完善的系统让它可以大规模生产，工厂大规模生产更能降低生产制作的成本，可以让该系统凭借其优异的性能与亲民的价格，成为酿酒市场中的热门选择。1.2国内外发展及研究现状国外学者对温湿度技术的探讨也相当频繁，例如温度计，出现于西方科学革命之后，利用空气与液体热胀冷缩的原理使得温度能清晰的用数字表现。湿度计的出现则是依托与温度计，利用温度差来计算空气中的相对湿度。二十世纪七十年代，国外科学家就通过模拟量化的组合仪器,可以收集被测现场信号并定期进行记录与监视及控制。十年左右的时间，国外的市面上就产生了分布式控制器。目前也正在全面开发和研究利用计算机进行数据收集系统的多功能控制器。现在，全球各地的温湿度测量和监视技术发展势头迅猛，有些国家也在基本实现智能化的基础上正向着全面智能化的方向发展着。发达国家的科学家们在研究对快速发展酿酒产业的过程中就发明了一批温室控制计算机，并得到广泛的应用。我国对于温湿度检测和监控技术的研发开始于二十世纪的八十年代。当时我国的技术人员在借鉴了外国的研发基础上，才初步掌握了温湿度室内微机管理，这个技术也有一定局域性，限于对温湿度的单项环境的管理。当前的温湿度测控设备计算机应用技术，我国总体上已经从理论学习和简单使用阶段转变为实际应用阶段。按照目前我国的温湿度测控技术现状，还是不能满足工厂化的生产标准程度；在参与工厂实际生产制造活动中，还是有不少的核心技术问题困惑着工人们，面临着生产设备配套能力较差、工业化程度滞后、软硬件间无法进行资源共享和产业设备安全性低等弊端。如今，现代温度传感器在数字化和智能化发展中开辟了新的天地。未来，传统传感器的信息智能方向将不断完善。随着时间不止，社会的发展永不止步，数字化测量系统的脚步也跟着社会在不断的发展，智能化、信息化的检测技术在人们的日常生产生活也变得更加重要，体积小方便携带、低能高效以及系统稳定性等也成为了未来发展的主流方向。1.3本文主要内容本文研究的主要目的让酿酒生产环境温湿度的检测控制技术变得智能化，并通过微系统控制芯片STC89C52单片机设计一种温湿度可控制可显示的设备进行实现。设计系统简介如下：系统由单片机核心系统、传感器、显示部分、按键部分和报警部分模块组成。本系统主要通过传感器模块获取周围测温湿度信息，由按键控制降温降湿达到简单智能的控制方式。采用近距离测试酿酒生产环境的数据采集与计算与阈值报警功能，在本次设计中所选择硬件设备，也尽可能的防止来自外部环境因素的干扰。本文主要研究工作如下：查询温湿度传感器的相关资料书籍，通过书籍、网上查询等方式，了解每个主要模块的使用方法以及确定需要使用的元器件，并进行购买。确认课题研究设计方向为基于单片机的酿酒槽的温度检测与监控的研究，以及设计本系统的三个需要的功能：实时显示当前温湿度并随着环境温度的变化而更新、自动控制调整温湿度、温湿度阈值报警。实现目标的这三个功能，作品整体美观，可以长时间使用。根据设计目标列举硬件方案，使用多种方式查询保证方案正确性。查询每一个需要用到的模块使用手册，根据功能需求进行程序代码编写，用KEIL5进行代码编辑，编写好代码程序再使用Proteus软件进行电路仿真，检测是否能实现设计所需的功能。根据设计的电路原理图，选择合适的元器件或成品模块，进行电路板焊接。最后通过软件部分和硬件部分的相结合，优化产品的功能并进行测试。

2整体方案设计2.1市场需求分析现如今智能温控设备系统都比较成熟了，各酿酒厂家所购置的大型温控控制板性能均较稳定且使用效果好。而本次设计的性价比高的小型温控系统则更适用于家庭内部酿米酒、果酒与药酒等家庭自制酒类的制作。在国内人们在家里酿酒的习惯是非常常见的，在短视频平台还没火爆时，酿酒还是长辈们的拿手绝活，但随着短视频平台的爆火许多人开始在平台上上传生活片段，其中就有许多酿酒的片段。酿梅子酒、桑葚酒、糯米酒等简单实惠的酒类的方法让许多人都开始尝试酿酒，但仅靠视频中介绍的放置温暖通风处发酵的方式失败率较高，且关键天气气候情况变化无常，每个人家里的“温暖通风处”显然不同，而本次设计的温控的系统就适用于这种情况。当人们在家里酿造少量的酒类时，可将该温控放置发酵环境中。简易的按键操作方式，醒目的显示屏，使用简单易上手，家中长辈都能快速学会，相信该温控系统在家用酿酒市场中能有一席之地。2.2系统设计市场上的电子智能温控系统基本是由感应检测、信号传输、芯片控制、输出反馈的结构组成，主要对应温控循环系统必需步骤。感应检测由于是由各种传感器组成，因此也称入侵探测器。作为入侵探测器主要起信息采集传输的作用，而不同传感器的灵敏度、精确度可以决定整个检测系统的精确程度，同样多样化信息的采集就需要增加传感器即可进行多方面信息采集的功能；信号传输就是信息传递的一个通道，根据传输方式的不同可分为专线、借用线、无线三种，可以根据需求预选择合适的传输方式；芯片控制则是系统中必不可少的“大脑”，系统信息处理的能力全依赖于“大脑”的选择，因此在有限的预算下选择一个高性价比的“大脑”是很有必要的；输出反馈也是系统结果的表现部分，可以选择视觉与听觉两种方式进行直观的表现，如显示屏、音响、灯光等。市面上的温控系统最大的区别就在与感应检测部分与输出反馈上：（1）感应部分为接触式温度传感器、热敏电阻、高精度集成温度传感器等，通过各种各样的传感器，从各个方面进行检测。（2）显示部分利用互联网发送至手机上屏幕显示、灯光闪烁或者常亮等多种显示方式。2.3方案论证方案1方案1采用由DS18B20模块为感应部分如图2-1，STM32F1单片机作为核心处理器，LCD12864屏作为温湿度的显示和报警模块。通过DS18B20对酿酒槽进行检测，输送信号至STM32单片机，由STM32单片机再将指令输送到LCD12864液晶显示屏进行显示当前温湿度以及报警。图2-1方案1设计框图STM32F1芯片是中低端32位的微控制器。其信号传输的性能强度与程序执行速度都优于51和52单片机，不仅能同时进行多个操作，并且集成搭载的外围设备性能也是极强。并且由于电子产业的快速发展，集成技术的进步其产品的制作工艺已十分成熟。集成度极高的模块上搭载了复位电路、低电压调节器等电路，整体集成模块尺寸小，在电路板中不占用太多的空间让其成为市面上的芯片宠儿。DS18B20温度传感器，是一款在市场上较受大众欢迎的温度传感器，因它的测量温度范围大，集成的模块抛弃原本多余复杂的连接方式，达到直接接入便可使用便捷方式，因此是众多测温感温产品中不可或缺的温度传感器，如家中的桶装水热水器、四季恒温鱼缸等家用电器。LCD12864液晶显示屏虽然屏幕较小，但仍是国内众多小型电子产品中显示屏的不二选择，因其是含带中文字库的显示屏，因此在国内的电子产品中使用频率很高。其可显示的汉字字数为4行8列32个汉字，在显示汉字的同时其也能数字、字符、图形、曲线，还可以显示上下左右的滚动、闪烁等显示特效效果。通用的WiFi模块体积小、功耗低，在使用时接入相应的端口即可使用。在一般家庭环境中网络的覆盖的情况下，通过互联网络将数据信号进行远距离发送信息能达到自行传输数据的功能。方案2方案2采用由B3950NTC热敏电阻为感应部分如图2-2，STC12C5A60S2单片机作为中控中心，OLED12864显示屏作为显示报警模块。通过B3950NTC热敏电阻进行检测，发送信号到STC12C5A60S2单片机，再由STC12C5A60S2单片机发送指令信号至OLED12864液晶显示屏显示及报警。图2-2方案2设计框图STC12C5A60S2单片机是STC系统新一代控制芯片中一款综合能力较均衡的内核芯片。其内核是在8051单片机的基础上进行增强的，所以指令和代码都兼容于8051单片机。内置有的EEPROM的可编程只读、可擦除的功能也利于程序编写后的下载与修改，可以让产品有充分的开发制作时间。B3950NTC热敏电阻是一款热销的不锈钢探头防水性温度传感器示如图2-7，零功率电阻为10KΩ，其温度测试范围可从零下40°到125°，可靠性很强在高温、高湿、低温及热冲后均能正使用，且价格实惠性价比高。因此B3950经常出现在水族箱、温室大棚与冷冻电器等湿度较高的区域。OLED12864是一款节能的显示屏，与LCD屏幕不同其没有背光，在仅连接电源的情况下显示屏不会有任何光亮也不会有损耗，使用时必须在程序正确操作以后才会有相应显示，这种节能的方式与LCD和LED有很大不同也是其的优点之一。MP3播放模块是20世纪风靡一时的数字音乐播放模块。其播放格式MP3、WMA也是目前主流音频格式。其工作流程是非常简单在系统启动后，通过从储存卡中获取MP3格式文件的数据，再通过RAM端口对信息进行缓冲处理，然后单片机进行解码并输出音频信号到扬声器端即可实现声音报警提示功能。方案3方案3采用由DHT11模块为感应部分如图2-3，STC89C52单片机作为核心处理器，LCD1602屏作为显示模块显示当前温湿度和告警信号，蜂鸣器作为警报器。通过DHT11进行检测，同时独立按键也可以发出指令到STC89C52微处理器，再通过STC89C52微处理器将命令发送到LCD1602显示，超出预先设置好的上限阈值后蜂鸣器发声告警，风机转动工作。图2-3方案3设计框图STC89C52单片机是基于传统C51单片机升级的控制芯片，相较于传统单片机其工作性能更稳定，但对比STM32芯片的数据处理能力，其就较适于处理数据较少的系统设计要求。其内部集成的8位CPU可编程Flash在数据处理能力也不错，也能很好的运行系统设计中的代码编程。52单片机内含的硬件资源也较为丰富，内部放置可擦除的只读存储器能反复消除一千次，在对系统测试和程序进行多次调试时也不会出现问题。和其他的单片机相比较，52单片机也是经济实用型的单片机，因此其在使用率方面也是很高的。DHT11温湿度传感器是一种大众首选的温度和湿度复合传感器，包括具有数字信号输出的校准温度和湿度系数值。为了确保产品模块的可靠性和稳定性，市场上集成的模块大多数都是使用数字模块采集技术和温湿度检测技术进行生产。在家庭生活中家用电器比较复杂的因素，如电压不稳、各种信号干扰的情况下都能正常使用，因此DHT11强大的抗干扰水平让它在相同类型的温湿度传感器中具有较高的性价比。LCD1602液晶显示屏是一种点阵型液晶显示屏，能够同时显示两行共三十二个字符，主要用来显示一些简单的字符以及字母。虽然工业字符型的显示屏可以显示的内容非常有限，但在学校课堂中的使用要求比较简单，因此课业设计中对液晶显示器却是很熟悉的，比如：万年历、闹钟等都需要它进行设计。LCD1602液晶显示屏较高的性价比以及使用的方法简单移动，是众多需要使用到显示功能的电子产品的首选，显示的内容为数字、字母和简单图形。因为它的结构点阵字符位而组成的，组合起来后点与点之间没有紧密贴合产生明显的间隔，其作用是隔开字符和字符之间的间距，不能很好的显示出稍微复杂一点的图形或图片，只用来简单显示一些数字、符号、字母等都可通过其的间隔达到自然的分隔效果，也不要占用另外的字符。所以因其屏幕的大小及显示类等的局限性，目前高端显示市场一般都不采用这种简单显示器。L298N电机驱动是一种迷你型的直流电机驱动，它的供电电压为2~10V，可以同时驱动两台直流电机工作，也可单独驱动其中一台电机工作，也可实现正反转和调速功能。有源蜂鸣器的长度为九毫米，是常用一种电子讯响器，其结构紧密且密封性极强的，在仅需简单发声产品上几乎是必备的发声元件。使用时将其接到额定电源就可连续发声，且其密封性强，适合在家庭使用环境下使用时抗干扰能力较强。2.4方案总结根据以上三个方案进行分析，方案一中使用的DS18B20是一款实用性很强的温度传感器也符合本次的设计要求，但在酒酿过程中湿度也是一项重要指标因此选择温湿度结合的传感器更佳。STM32单片机的价格由于经济制裁问题一路飙升，已经不是高性价主控芯片的选择目标。LCD12864屏幕的显示报警模块仅作为数字及字母的结果显示其使用率也低不合算，因此本次设计不采用；方案二中使用B3950NTC热敏电阻是一款综合性能较高的温度传感器，温度检测范围很广而本次设计是针对酒酿环境检测，酿酒环境的温度一般在30-40℃，并不需要测量过高或过低的温度。系统中控中心使用STC12C5A60S2单片机芯片是STC公司旗下性价比超高的主控芯片，数据处理速度较快，可擦除性也适用于本设计，不选择其作为设计主要是由于本次设计周期较短没有过多的时间研究该芯片的使用。显示报警部分采用的OLED12864液晶显示屏作为视觉显示提示，显示温湿度屏幕显示效果好但成本更高，且并没有过多的警示效果，并不符合系统的设计要求，因此本设计不采用；方案三中使用的DHT11温湿度传感器不仅能满足对温度的检测，还能额外增加湿度检测的需要，且家庭环境中的抗干扰能力较强，在室内也更有优势。STC89C52单片机虽然性能没有前两款单片机强但本系统数据处理较少并不复杂，不需要过于过强的处理能力，因此STC89C52单片机非常符合本次设计对性价比的高要求。显示模块使用的LCD1602屏幕不大且只能显示字符、数字及图形但对于本次设计需要显示的测量数字与时间的显示结果已经足够。风机驱动使用L298N电机驱动模块，占用单片机较少的IO口，尽可能的合理分配单片机的IO口的使用程度。报警部分加入有源蜂鸣器增加了系统的丰富度，对声音进行加强让测量的结果更加清晰。经过综合对比方案三相较于方案一与方案二在性价比及系统要求的完成方面都有优势，因此本次基于单片机的酿酒槽的温度检测与监控的设计采用方案三进行设计。3硬件电路说明3.1电路概述设计硬件主要由控制电路、最小系统电路、温湿度传感器电路、显示电路、按键电路、报警电路、驱动电路、外接时钟电路7大部分组成如图3-1。主控制电路由STC89C52芯片控制系统运行，最小系统电路由电源电路、晶振电路及复位电路组成。按键电路是系统中重要的信息输入部分，通过按键输入的信息和温湿度传感器采集到的信息，传输至STC89C52芯片进行处理比较，主控电路通过PID算法运算，将处理好的数据通过IO口输出至显示电路、报警电路，并加入风机电路达到降温的目的。经过传感器采集到的湿度数据输送至微处理器作比较再判断是否驱动风机启动除湿工作。图3-1系统原理图3.2主控电路说明系统设计主控芯片为STC89C52如图3-2所示，总共有40个引脚，这款芯片是C51的增强版。相比于C51，C52的内部储存增大了一倍，还额外增加了一个定时器T2。如图3-3本次设计共用到32个引脚。其中使用27个准双向IO口连接5个独立按键（复位按键K1、菜单设置按键K5、编辑减值按键K4、编辑加值按键K3、确认按键K2）、有源蜂鸣器、温湿度传感器、时钟电路、风机电路、显示电路。RST引脚连接到复位电路，单片机的18引脚与19引脚连接晶振电路，20引脚接地，40引脚连接+5V电压。图3-2STC89C52芯片图图3-3主控电路原理图3.3单片机最小电路复位电路如图3-4：由一个10μf电容串联一个10K电阻组成，电容连接+5V电压，电阻连地。通过电容与电阻的组合产生不少于二个机器周期的高电平，达到可靠复位的目的。晶振电路如图3-5：由两个C2C3：22pF电容与一个X1：11.0592M的晶振组成，通过晶振与电容串联，达到提供基准的时钟信号的目的。电源电路如图3-6：本系统采用五伏供电电压，使用Micro-USB传统安卓接口进行连接。图3-4复位电路原理图图3-5晶振电路原理图图3-6电源电路原理图3.4传感器电路说明DHT11传感器模块共有是3个引脚如图3-7，VCC引脚连接+5V电源，GND引脚接地，DATA引脚连接单片机的IO口双向传输信号，形成信息传输通道将采集到的信息以数字信号的形式传输至单片机加以处理。在能完成目标任务的同时能有效的节省单片机的引脚使用。图3-7温湿度传感器图3.5显示电路说明显示电路由一个10KΩ可调电阻与LCD1602液晶显示屏组成。LCD1602的8个引脚（D0-D7）连接至STC89C52单片机芯片，可调电阻VR1接LCD1602的VO引脚。LCD1602液晶显示屏共有16个引脚如图3-8，在电路连接中其脚1接地，16引脚接背光负极，2引脚接+5V电源，15引脚接背光正极，3引脚连接可调电阻，做液晶显示器的对比度调节端，4引脚连接单片机PIN1.7做寄存器，5引脚连接地线，6引脚单片机PIN1.6做使能端。在本设计中需要显示的内容有两排共4个内容，第一排显示当前年月日与当前环境下的实时温度，第二排显示的是当前时分秒与当前环境下的实时湿度。显示有以下几种显示结果（数值可变化如图3-9、如图3-10）：2022-01-02(表示2022年01月02日)T:17C(表示摄氏度17，单位°C)11:38:26(表示11时38分26秒)H:68%(表示相对湿度68，单位%)Temp_H：30C(表示温度上限阈值为30，单位°C)Temp_H：30C>(表示可选择进入温度上限阈值30的编辑，单位°C)Temp_H：30C>>(表示已进入温度上限阈值30的编辑，单位°C)Temp_L：10C(表示温度下限阈值为10，单位°C)Temp_L：10C>(表示可选择进入温度下限阈值10的编辑，单位°C)Temp_L：10C>>(表示已进入温度下限阈值10的编辑，单位°C) Humi_H:80%(表示相对湿度上限阈值为80，单位%)Humi_H:80%>(表示可选择进入湿度上限阈值80的编辑，单位%)Humi_H:80%>>(表示已进入湿度上限阈值80的编辑，单位%) Humi_L:30%(表示相对湿度下限阈值为30，单位%)Humi_L:30%>(表示可选择进入湿度下限阈值30的编辑，单位%)Humi_L:30%>>(表示已进入湿度下限阈值30的编辑，单位%) 2022-01-02Y（表示进入“年”的编辑）2022-01-02M（表示进入“月”的编辑）2022-01-02D（表示进入“日”的编辑）11:38:26H（表示进入“时”的编辑）11:38:26M（表示进入“分”的编辑）11:38:26S（表示进入“秒”的编辑）当显示屏显示T（摄氏度）的值大于等于温度上限阈值时，蜂鸣器连续鸣响风机转动降温。当显示屏显示T（摄氏度）的值小于等于温度下限阈值时，蜂鸣器连续鸣响风机静止。当显示屏显示T（摄氏度）的值在上限阈值与下限阈值之间时，蜂鸣器不鸣响风机静止。当显示屏显示H（相对湿度）的值大于等于湿度上限阈值时，蜂鸣器连续鸣响风机转动除湿。当显示屏显示H（相对湿度）的值小于等于湿度下限阈值时，蜂鸣器连续鸣响风机静止。当显示屏显示H（相对湿度）的值在上限阈值与下限阈值之间时，蜂鸣器不鸣响风机静止。图3-8显示屏电路原理图图3-9显示屏实际图图3-10显示屏显示菜单页面图3.6按键电路说明因系统需求复位电路及进入菜单编辑修改年月日、时分秒、温度阈值及湿度阈值等较为复杂的操作，因此采用了5个独立按键进行设计如图3-11、3-12。K1为复位按键，主要作用当按下K1按键一次输入一次高电平，电路复位为初始状态。K2为确认按键，主要作用为确认进入菜单设置功能、确认修改的年月日、温度、时分秒、湿度给予保持值的功能。K3为编辑加键，主要作用为编辑项目（年月日、温度、时分秒、湿度）数值的加法，单位均为1。K4为编辑减值键，主要作用为编辑项目（年月日、温度、时分秒、湿度）数值的减法，单位均为1。K5为菜单设置键，主要作用为进入菜单编辑模式及选择编辑项目（年月日、温度、时分秒、湿度）时的向下选择。图3-11K1复位按键电路原理图图3-12K2K3K4K5设置按键电路原理图3.7报警电路本系统报警电路主要如图3-13由一个蜂鸣器、一个PNP型号的S8550三极管和一个1k电阻组成，连接在单片机的P3.3端口，接+5V电压。系统初始化时持续向蜂鸣器输送高电平信号，蜂鸣器不工作。当温湿度传感器采集到的信号输送至芯片与先前设定好的上下限阈值作比较，当采集到的信号值大于或者小于设定好的上下限值时，芯片会向有源蜂鸣器输送低电平信号，此时蜂鸣器发出声音，相当于向人们告警的作用。直至传感器采集到的信号处于设定好的上下限值时芯片才会向有源蜂鸣器输送高电平信号停止蜂鸣器的发声。图3-13报警电路原理图

4软件程序说明4.1主控程序说明本系统的主控芯片为STC89C52，采用PID算法实现温度控制。PID算法是用于反馈概念的自动控制系统，在实际电路控制中由比例、积分与微分三种规律的控制，称为PID控制调节。本系统主要运用PID算法达到温度自动控制的功能。如图4-1当系统开机后进行初始化，DHT11温湿度传感器开始采集信息向STC89C52单片机进行判断，同时向LCD1602输出显示信息。若此时温度大于或等于上限温度阈值，则PID算法处理信息向风机输入信号转动降温同时蜂鸣器鸣响，直到再次判断温度小于上限温度阈值；若此时温度小于等于下限温度阈值时，蜂鸣器鸣响。湿度控制则是由传感器采集的数据输送至芯片，与预先设定好的上下限值作比较，若此时湿度大于或等于上限湿度阈值，则单片机处理信息向风机驱动模块输入信号全速转动除湿同时蜂鸣器鸣响，直到再次判断湿度小于上限湿度阈值，蜂鸣器和风机才会停止工作；若此时湿度小于等于下限湿度阈值时，蜂鸣器鸣响；图4-1程序基本框图4.2子程序说明传感器子程序说明传感器的主要作用使采集温度湿度信息并转化为数字信息发送给单片机进行处理，如图4-2因此系统开始运行后，传感器初始化就进行信息采集，通过IO口传递至单片机就是一个程序循环。图4-2传感器子程序框图菜单设置子程序说明菜单功能的设置主要通过4个按键K2菜单设置键、K3编辑加值键、K4编辑减值键、K5确认键完成。如图4-3当系统开始运行并完成初始化时，单片机已准备好信息的传入判断。当检测到K5菜单设置按键按下时，进入菜单编辑模式同时LCD1602显示菜单信息，菜单信息最先显示（X表示实际数值）“Temp_H：XXC>”与“Temp_L：XXC”表示当前可选择调整温度上限阈值，若此时按下K2确认键则显示“Temp_H：XXC>>”表示确认调整温度上限阈值可通过按下K3K4加减当时的值。若按下K5菜单设置键则选择跳转至“Temp_L：XXC>”表示当前可选择调整温度下限阈值。可以通过连击K5菜单设置键选择10种项目进行调整，分别为Temp_H：XC、Temp_L：XC、Humi_H:XX%、Humi_L:XX%、XXXX-XX-XXY、XXXX-XX-XXM、XXXX-XX-XXD、XX-XX-XXH、XX-XX-XXM、XX-XX-XXS。同时使用“>”与“>>”两种符合表示两种状态：当前可选择、已确认选择正在编辑状态。图4-3菜单设置子程序框图显示子程序说明LCD1602液晶显示模块是一个显示元器件。想将字符固定显示在特定的位置或者达到特定的显示效果，可以将需显示的字符输入显示字符位地址，通过单片机命令显示模块在相应区域显示相应内容，使用流程便捷。LCD1602代码的编写也是非常简单的，因为LCD1602液晶显示屏已经带有字库，不需要使用判断语句。且因LCD1602液晶显示模块已和单片机的P2.0~P2.7接口直接连接,单片机除去P0的I/O口没有上拉电阻外，其他I/O连接器在微控制器内部具有降低的电阻，因此无需在单片机I/O口和显示屏的接线之间添加进一步的排阻。因此LCD1602的控制简单，如图4-4开始初始化LCD1602，添加延时后一次发送指令和数据来控制液晶显示字符，单片机持续的输入指令，则LCD1602就能持续的显示实时当前环境的温湿度。图4-4显示子程序流程图

5系统调试5.1功能调试测试温湿度检测并显示功能本系统对温湿度检测是基础功能，对温湿度的检测进行了三天的实际测试。测试结果如下表5-1。测试时的对照为当地天气实时预报当时平均气温，测试结果表明温湿度检测显示功能可正常使用。而且在测试时还另外更改了温湿度的上下限阈值，当传感器检测到的温度和湿度低于设定的上限阈值时，风机转动，开始降温或者除湿工作，同时蜂鸣器发出告警；当传感器检测到的温度和湿度低于设定的下限阈值时，蜂鸣器发出告警。表5-1温湿度实地测试记录表测试时间室内环境温度（°C）室外环境温度（°C）室内环境湿度（%）室外环境湿度（%）当地平均气温（°C）1月8日20:3219215977121月9日12:1516177476101月9日13:1816146873101月9日19:2017136778101月9日21:2829136288121月10日15:5220145985111月10日18:0017146882111月10日22:571613739011图5-11月8日实物室内测试图图5-21月8日实物室外测试图图5-31月8日当地气温图时间显示与调整功能开机后观察LCD1602显示的两行信息，第一行为当前年月日与当前环境温度，第二行为当前时分秒与当前环境相对湿度，对比网络时间与本系统显示时间一致。开机后通过按下K5按键进入选择菜单设置，连击四次K5按键之后开始进入时间的二级菜单选择设置，需要按下K2键在LCD1602显示屏最右方出现“<”时，此时按下K3K4加减键才有效，当需要更改的数值已经调整到相对应的数值时，还需要再按下一次K2键，保存修改好后的数据，修改温湿度及年、月、日、时、分、秒都需要进行同样的操作。如图5-4中LCD1602显示已修改后的时间。因此测试结果表明时间显示调整功能可以正常使用。图5-4修改后时间显示图阈值调整功能机器通电启动后，按下K5键进入菜单设置，再按下K2键待LCD1602显示屏最右方出现“<”，进入当前菜单参数设置，通过按下K3或者K4键进行数值的加减操作，设置好温湿度上下限阈值时，最后再按下K2键保存之前进行的设置参数，然后重复之前的步骤分别设置温度上下限阈值和湿度上下限阈值，设置好温湿度的上下限阈值后再多次按下K5按键回到LCD1602正常显示的页面；再次按下K5，进入菜单设置页面，此时观察当前的温湿度上下限阈值已经修改为调整后的数值。而且进行过多次实验，调整后的上限值低于测量值，风机工作蜂鸣器发声告警；下限值高于当前测量值时，蜂鸣器发声告警但风机不工作。因此测试结果表明阈值调整功能是可以正常使用。图5-5是修改湿度上限阈值；图5-6是修改好湿度上限阈值后检测到当前环境湿度高低设定好的湿度上限阈值，蜂鸣器发出告警，告警指示灯工作，同时风机驱动，开始除湿工作。图5-5修改湿度上限阈值