温湿度控制器设计实验报告-计算机控制技术

课程：院（部）：专业：班级:学生姓名：学号：指导老师：完成时间：温湿度控制器设计报告本设计研究单片机数字温湿度控制器，通过全数字型温湿度传感器测量宽范围的温湿度数据，用来满足恒温湿车间控制、大棚温湿度控制等工农业生产领域需要，要求温湿度测量响应时间快、长期稳定性好，抗干扰能力强，具有较高的应用价值。性能特点配用全数字型温湿度传感器DHT11，温度测量范围0℃--100℃，湿度测量范围0%RH—90%RH，可以满足一般需要。若要求更宽测量范围，只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。温湿度测量响应时间快、长期稳定性好。采用先进的专用微处理器芯片STC89C52，可靠性高，抗干扰能力强。配用EEPROM芯片AT24C04，使存储的温度上下限和湿度上下限可以掉电永久保存。可以通过四个按键方便地实现温湿度上下限的调整。当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。配用三极管和继电器，可以通过驱动继电器打开或切断风机、加热器等外部设备。功能说明1、实时测量当前温度值和湿度值，在液晶屏动态显示。2、可以显示当前允许温度范围，在液晶屏显示，如“20-45”表示允许温度范围为20摄氏度至45摄氏度。3、可以显示当前允许湿度范围，在液晶屏显示，如“15-60”表示允许湿度范围为15%至60%。4、当温度低于温度下限时，低温报警灯亮，控制继电器动作。5、当温度高于温度上限时，高温报警灯亮，控制继电器动作。6、当湿度低于湿度下限时，低湿报警灯亮，控制继电器动作。7、当湿度高于湿度上限时，高湿报警灯亮，控制继电器动作。8、可以通过键盘调整温度上下限和湿度上下限，具体方法是连续按设置键直至温度下限、温度上限、湿度下限、湿度上限相应的位置闪烁，再通过Up键和Down键调整数值，调整完毕继续按设置键进入正常状态。9、可以保存设置参数至EEPROM中，具体方法是按保存键，此时当前设置参数存盘，重新上电显示新的设置值。如果不按保存键，所调整的设置参数只在此次运行有效，关电后恢复原先设定值。硬件设计1、设计框图本研究设计的温湿度控制器框图如图1所示。图1温湿度控制器方框图图中STC89C52单片机每2秒钟从DHT11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。液晶屏上同时可以显示温湿度上下限值，该上下限设置值保存外外部EEPROM存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上调或下调。当温度或湿度值超过上下限值时，报警信号点亮相应报警灯。同时该报警信号通过三极管驱动继电器，以控制外部风机或加热器。2、温湿度传感器器及检测电路图2DHT11温湿度传感器外型及管脚DHT11温湿度传感器外型及管脚如图2所示。其中电源引脚的供电电压为3.5--5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。DHT11典型应用电路如图3所示，其连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻，图3DHT11典型应用电路DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。一次完整的数据传输为40bit，高位先出。数据格式如表一：表1DHT11数据格式3、单片机电路(1)STC89C52单片机特点增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；工作电压：5.5V-3.5V（5V单片机）；工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz；用户应用程序空间4K//8K/16k/32K/64K字节；片上集成1280字节RAM；通用I/O口（32/36个），复位后为准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）；ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器。每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA；可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；有EEPROM功能；看门狗；内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）；时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器；用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟；常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～17MHz；共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；外部中断I/O口4路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，PowerDown模式可由外部中断唤醒；通用全双工异步串行口(UART)；工作温度范围：-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)；封装：PDIP-40,PLCC-44。(2)STC89C52单片机管脚及封装STC89C52单片机有多种封装形式，本设计中选用40DIP封装，其管脚定义如图4所示。其最小应用系统如图5所示。图4STC89C52管脚图图5单片机最小系统(4)单片机电路由STC89C52组成的温湿度控制器单片机系统原理图如图6所示。图中DATA引脚为温湿度传感器单总线引脚，单片机通过该引脚和传感器通信，读取温湿度数据。K1、K2、K3、K4为四只调节按键，分别为设置键、上调键、下调键和保存键，用以调整温湿度上下限值并保存数据。L2、L3、L4、L5为四只报警灯，其中L2为低温报警，L3为高温报警，L4为低湿报警，L5为高湿报警。图6单片机系统原理图4、显示电路显示部分采用SMC1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：表2液晶屏技术指标接口信号说明如表3所示。表3液晶屏接口信号说明与单片机接口电路如图7所示。图7LCD与单片机接口电路5、温湿度上限存储温湿度阈值存储在EEPROM芯片AT24C04中，并可以通过K1—K4按键调节并保存，其中K1、K2、K3、K4分别为设置键、上调键、下调键和保存键。AT24C04是IIC芯片，其电路如图8所示。图8EEPROM存储电路6、继电器驱动电路当温湿度数据超过正常范围时，单片机发出继电器动作信号。该低电平信号通过三极管方法，驱动继电器线圈得电，继电器结点动作。该结点可以控制空调、加热器、抽风机等电器，以控制温湿度范围。具体电路如图9所示。图9继电器电路下载与调试。USB转串口驱动安装打开USB驱动文件夹下的PL2303_Prolific_DriverInstaller_v130.exe安装文件，按提示安装USB转串口驱动程序。安装完成后，插入USB下载线后，在[开始]-[控制面板]-[打印机和其他硬件]-[设备管理器]，在“端口”分支下有（ProlificUSB-to-SerialCommPort(COMX)。X表示串口号，如果没有说明USB转串口驱动没有安装，须重新安装。记住括号里的COM口号。图14成功安装USB转串口驱动示意图下载程序打开STC单片机下载软件文件夹，点击运行STC_ISP_V481.exe程序，出现如下界面。图15下载软件正确选择MCU类型，COM口（与刚才安装的COM号一致），最高波特率和最低波特率都选2400bps或者1200bps，并打开正确的.hex数据文件。点击“Download/下载”按纽，