【《基于单片机的远程温湿度监控系统设计》6800字（论文）】

基于单片机的远程温湿度监控系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u30511绪论 183641.1研究背景与现状 2267661.1.1研究背景 2177681.1.2研究现状 3318782温湿度监控的总体设计 3277992.1温湿度监控系统的总体设计框图 38408图2-1温湿度监控系统总体的设计框图 4267922.2任务设计 4198822.2.1设计总体方案 4273272.3控制系统 5273592.3.3测量部分：温湿度传感器 9290122.4显示部分 11252542.5控制部分 12299613硬件设计 15280383.1主控制电路和测温时控制电路 1533443.2主要模块的电路 1629774软件设计 19204325系统仿真图及实物图 22320765.1系统仿真图 2265755.2实物图 22238546结论 2329482参考文献 24摘要：该设计基于采用模块化和分层设计的单片机的温度和湿度检测与监控系统。目前对湿度、温度进行检测的普遍手段是使用新型智能温湿度传感器DHT11。她的工作原理是智能化的传感器在接收到系统传来的温度和湿度信号之后，对它们进行转换，最终以数字信号的形式传递给STC89C52芯片，在该芯片自行分析传递来的数字信号，并在处理之后发送到LCD1602液晶显示器，系统控制设备地作用就是当湿、温度相关数值超出阈值时进行控制，在这方面，最普及地做法是加湿、除湿装置来控制湿度，在温度控制方面使用的是设计中最常用到地冷却、加热装置。关键词：温湿度；单片机；STC89C52；1绪论1.1研究背景与现状自从温度计问世以来，温度这一物理量被量化，成为精确可测的单位，在日常生活中，必须要考虑温度，它时刻影响着各个领域。随着时间的流逝，越来越多的领域和行业开始把温度纳入到自身的体系中，诸如科学研究，农业，工业和电力控制等。温度和湿度监视系统在当前的医药安全领域应用较多，例如储存药品，器官，血袋和疫苗等重要的医疗器具、药品的时候，必需要随时了解存储环境的温度和湿度情况，要保证存放的药物符合最佳存储条件。根据政府监管机构最新发布的相关政策中，明确了要监控存储在医院中的某些腐蚀性物品的温度和湿度。通过这样的方法来检测数据并获得温度的历史记录，提高了病人吃药和住院环境的安全性。除了医药领域外，其他行业一样很重视温度在物品生产、加工、存储过程中的影响，例如烟草，药用材料，食品等非常重要的物质。为了发展的需要，在诸多行业标准规范中添加了许多条关于建立实时温度和湿度监测系统的条例，同时还标明了必须要不留遗漏地保存历史温度数据。1.1.1研究背景与其他机器一同使用的时侯，温度传感器能够辅助其他设备，更好地进行工作，所以使用传感器监控温度变化是有必要的。然而，温度监控还有很大一部分待解决地难点，首当其冲地就是手动定时采样温度，大大降低了优化系统地有效性，被动采样过程繁琐，人力资源被浪费，并且在每两次采样地时间间隔内观察不到数据变化，就是这些原因导致了必须要用无线温度监测。随着计算机技术的发展，计算机硬件所需要的存储环境条件也越来越严苛，例如芯片就必须在干燥环境中使用，就必须要考虑到机房内的湿度、温度等因素，只有满足了相应的条件，才能延长计算机的使用寿命、保障计算机平稳运行。并且为了每天24小时实时监视温度和湿度，可以在内部加上温度和湿度传感器，以便实时观测。科技在进步，时代也在变化，家庭生活，气象，生产，环境保护，国家安全防护，科研，航空航天等部门的温湿度数据地测量、记录，以及仪器地使用大多是依靠工作人员进行的。但如果温湿度太极端，人工将无法进行测量。本设计的核心思想为构建一个依靠单片机控制地智能温湿度监测系统，借助采用温湿度传感器进行同步测量，降低温湿度监测系统的工作量。该设计主题具有结构简单，价格低廉，适用范围广，及时报警，可靠性高，安全性高等特点。1.1.2研究现状检测技术包含很多种，其中对温度、湿度地测量不管什么时候都是核心地部分，无论是从保证产品质量还是可持续发展理念下的节约能源，都能够发挥重要地作用。因此，在全球发达国家和发展中国家中，近年来都在精化、提升测量温度和湿度的技术的速度和精度，并研发了一系列的新型设备。从这几年各国的研究方向来看，温湿度测量技术伴随着科技的崛起开始向智能化的方向发展，借助智能化的湿温度传感器来将数字信号和PTC微处理器进行智能化的有机结合，构建温湿度传感系统，来实现预期功能。这种智能化系统凭借着简单的结构以及简单的电路把制作成本大大降低，与此同时还兼顾了传统系统的稳定性，在此基础上提升了准确性和抗干扰性，操作简单，适合户外作业，使用起来也很灵活。2温湿度监控的总体设计2.1温湿度监控系统的总体设计框图图2-1温湿度监控系统总体的设计框图2.2任务设计2.2.1设计总体方案该项目的主要目的是快速、同步、准确地显示环境中的温湿度数据，在这个时候还要考虑到当检测到的温度、湿度超出设定值时发出示警，蜂鸣器开始工作，然后发出警报，在接收到信号之后，控制模块安装后自动启动，在重新降回参考值时，蜂鸣器就不响了，控制单元进入休眠，整个系统继续之前地正常运转，在这个时候，工作指示灯亮起。在此系统上需要完成的操作：①温度极限值和湿度值由使用者根据需要输入在显示屏上，以便可以实时准确地显示采样的温度和湿度值。②收集温度和湿度值，比较参考值与当前值之间的差，检查其是否满足参考值，并立即激活报警装置（包括报警灯和蜂鸣器等提示功能）发出声音警报并采取适当的措施进行程序控制温度和湿度。详细信息如下：（1）对温度的监控：在显示屏上显示由传感器测量到的温度数据。（2）对湿度的监控：在显示屏上显示由传感器测量到的湿度数据。（3）显示：LCD显示放置在所处环境的瞬时数据。按照传统检测系统，本设计依照内部元件的职责所用，分为三部分。（1）采集温湿度模块使用具有简单接口和单总线模式的DHT11数字温度和湿度传感器，无需额外的校准。在日常环境中，想要满足检测人员或用户对温度、湿度检测的需要，至少要保证分辨率为8bit。（2）在第二部分数据处理模块中，主要进行的操作包括对第一个采集模块发来的数据进行计算和逻辑控制的功能，所以在单片机地选用方面需要的型号是STC89C52。（3）在第三个用户交互模块相较于前两部分较为复杂，要保证预设功能正常发挥作用，需要包含的部件有按钮，1602点阵LCD，以及用来报警的蜂鸣器和在系统中不可或缺的控制器组成。在使用前，技术人员可通过按钮操作温湿度具体地数据，1602地功能十分单一在此过程中只显示数据，至于蜂鸣器地功能就是提醒使用人有消息，在最后，控制器地功能是按需求设定温度和湿度。2.3控制系统2.3.2单片机最小系统（a）上电复位(b)按键脉冲复位(c)按键电平复位图2-3-2-a单片机复位电路（a）内部方式（b）外部方式图2-3-2-b单片机时钟电路2.3.3测量部分：温湿度传感器2.3.4操作过程图2-3-4DHT11温湿度传感器接线图图2-3-4通讯过程2.4显示部分图2-4的部件是第三模块里面仅起到显示功能地LCD1602。2.4.11602液晶简介常用的LCD1602零件按照功能被归类成两大类，一是支持背光，二是不支持背光。本次设计中，我选择的是最常见的主流控制器HD44780。无论是否有背光，应用程序都没有区别。图2-4-1显示在两者之间。引脚功能表2.4.1里面，给出了关于LCD1602各针接口的功能介绍，只看编号前十四个是不支持背光的一种，整体的十六个是支持背光的一种。2.4.2指令说明在表2.4.2里面，详细的介绍了十一条控制指令的作用，列出来的都是来自LCD1602里面地控制器。2.5控制部分2.5.1温湿度设置设置温湿度高低阈值在图2-5-1里面介绍。2.5.2控制设备系统控制设备地作用就是当湿、温度相关数值超出阈值时进行控制，在这方面，最普及地做法时加湿、除湿装置来控制湿度，在温度控制方面使用的是设计中最常用到地冷却、加热装置。使用设定两项检测目标数据阈值地方法：温度：点打开对应地操作面板，点调整区间地最高值变大，点调整区间地最高值变小，点保存并刷新，这意味着成功。设定上限温度。点打开对应地操作面板，点调整区间地最低值变大，点调整区间地最低值变小，点保存并刷新，这样就完成了。湿度：一直点着，就会打开湿度对应地操作面板，点调整区间地最高值变大，点调整区间地最高值变小，点保存并刷新，这意味着成功。设定上限湿度。一直点着，就会打开湿度对应地操作面板，点调整区间地最低值变大，点调整区间地最低值变小，点保存并刷新，这意味着成功。设定下限湿度。2.6中断系统2.6.1中断在程序运行期间，同意自身和非自身的因素中止了运行。然后，以治内的事情将其转断事程，断事式结束，CPU继之以先前的程序。2.6.2产生中断STC89C52共计5个中断源。（1）INT0（2）INT1（3）T0（4）TI（5）TXD/RXD2.6.3中断系统有以下4个特殊功能寄存器（1）定时器控制寄存器TCON；（2）串口控制寄存器SCON；（3）中断使能寄存器IE；（4）中断优先级寄存器IP。2.7复位电路恢复STC89C52的初始化，其主要功能是将PC机初始化为0O0H，使微处理器可以在0000H设备上开始运行程序。除了通常在初始化时登录外，如果系统由于程序或运行错误而被阻止，则必须按“重置”按钮重新启动系统以解决问题。图2-7复位电路图在微型计算机系统中，复位电路是确保电路稳定运行的重要组成部分。一般来说，微机电路的正常工作需要5V±5%的电源，即4.75～5.25V，由于微机是数字电路，所以需要一个稳定的速率信号。当VCC电压大于4.75V或小于5.25V时，晶体振动稳定。如果微机工作正常，单片机的恢复分为自动充电供电。MCU复位包括自动复位、手动复位和看门狗强制复位。复位键通常通过电容器的充电和卸载进行，复位键可分为复位按钮和复位按钮，看门狗强制复位通过外部控制开关或控制程序实现目标。2.8时钟电路时钟电路可以简单地定义为：创建精确的振荡周期，用来创造时间的电路是同步电路。该电路通常由晶体振荡器组成。晶体学由晶体和冷凝器控制。通常使用时钟电路，如机械时钟开关，电子触摸电路，MP3和MP4。图2-8时钟电路循环用于产生单片机的基本时间信号，这是一种利用外部晶体实现振动的电路。该电路可以为单片机提供工作时钟。当时钟为零时，单片机不工作。当然，如果时钟超过了单片机的工作频率，单片机就会再次停止工作。时钟电路是微型计算机的核心。它控制着计算机的工作节奏，处理器通过复杂的切换顺序完成不同的控制功能。单片机的时钟信号是利用芯片中的振荡器产生时钟信号的内部方法。另一种是外部方法，从外部接收时钟信号，单片机驱动器没有时钟产生电路，单片机不工作，STC89C52的时钟信号可以由内部振荡器产生，也可以直接由外部电路产生。3硬件设计3.1主控制电路和测温时控制电路这个硬件是围绕着来设计的，周围还设计了其他外围电路。用来检测两项数据的传感器DHT11DATA连在AT89S51微控制器P3.0上面。LCD1062会与P1的端口接上。一旦温、湿度超出先前设定的阈值，马上蜂鸣器开始工作，伴随着警告音，指示灯会亮。它增加了单片机的输出容量并增加了单片机的Outputcurrent。系统使用上电复位，RST增加至高电平，微控制器开始正常运行。图3-1电路原理图STC89C52内部装了一个高增益反相放大器，它的功能就是在单片机内起到内部振荡器这一作用，、是input和output。该放大器形成了自激振荡器，振荡器使用片外晶体或陶瓷谐振器作为反馈组件，并在放大器的反馈电路中与电容器C1和C2连接，以形成并联振荡电路。3.2主要模块的电路3.2.1系统的蜂鸣器电路为了避免意外，必须要配备用来紧急警报的系统，在数据异常时，会告知使用者，也可以进行特殊命令，该设计将计算机收集的数据用于数据处理。在转换和数字滤波过程中，把它的两边阈值跟设定的来对比，假设满足不了的话，蜂鸣器就开始发出警示音，不然都的话就正常显示。要制作单片机，您需要使用晶体管放大电路。功率较小，因此我们使用PNP晶体管。一旦检测到的数据不对劲，不再满足参考值，会立即激活报警装置（包括报警灯和蜂鸣器等提示功能）发出声音警报并采取适当的措施进行程序控制温度和湿度。图3-2-1蜂鸣器实物图图3-2-1蜂鸣器电路3.2.2晶振电路晶体振荡器功能很简单，就是在平时稳定的给系统发送一周时钟信号。一般情况下，整个系统使用的是独一无二的晶体振荡器用以协调每个结构的同步。但是它使用电子方式控制f的路子。在设计中晶振器大多数的时候是和锁相环电路配合进行工作的，来发挥上文中说的其唯一的功能。图3-2-2晶振电路3.2.3温湿度设置（按键）电路图3-2-3按键电路3.2.4显示电路平时我们很容易接触到液晶显示器，在学校学习时用到的计算器，还有儿童玩具商店出售的小朋友们佩戴的电子手表等，很多实验设备、仪器、家电都有用到。虽然用途多，但是功能其实很单一，大多数时候都是用来显示相应的符号、阿拉伯数字或者时英文字母。本次设计选择的是应用最多的一款模块，因为它是工业控制系统中使用最广泛的LCD屏幕之一，图3-2-4就是它的电路图。字符LCD模块是点矩阵方法，并且LCD易于驱动，并在编完程结束显显出相应的内容。温度极限值和湿度值由使用者根据需要输入在显示屏上，以便可以实时准确地显示采样的温度和湿度值。收集温度和湿度值，比较参考值与当前值之间的差，检查其是否满足参考值，并立即激活报警装置（包括报警灯和蜂鸣器等提示功能）发出声音警报并采取适当的措施进行程序控制温度和湿度。详细信息如下：

（1）对温度的监控：在显示屏上显示由传感器测量到的温度数据。

（2）对湿度的监控：在显示屏上显示由传感器测量到的湿度数据。

（3）显示：LCD显示放置在所处环境的瞬时数据。图3-2-4显示电路4软件设计系统软件程序编写语言是C51。用的是。该程序使用模块化程序方法。LCD初始化显示模块这个模块的最大作用是把系统初始化，然后设定其工作时的状态。内容上分为下面三个方面：（1）系统运行，屏幕里出现2排代码，分别是“”，“”。（2）等候采集温、湿度。（3）系统开始平稳运行。程序流程图：图4-1DHT11数据采集流程图用的是温湿度传感器来检测工作场地的相关数据，把它们通过数字信号的形式发送到负责对数据运算解析的主控制器。前面运算过的数据发送至。设置键控制温湿度区间上下阈值成零，然后可以按下设置按钮。能够按顺序设定这些数据。温度：点打开对应地操作面板，点调整区间地最高值变大，点调整区间地最高值变小，点保存并刷新，这意味着成功。设定上限温度。点打开对应地操作面板，点调整区间地最低值变大，点调整区间地最低值变小，点保存并刷新，这样就完成了。湿度：一直点着，就会打开湿度对应地操作面板，点调整区间地最高值变大，点调整区间地最高值变小，点保存并刷新，这意味着成功得设定上限湿度。一直点着，就会打开湿度对应地操作面板，点调整区间地最低值变大，点调整区间地最低值变小，点保存并刷新，这意味着成功得设定下限湿度。假设检测到得温度突破输入得区间阈值，系统就会给控制模块发送命令，启用对应得冷却或者加热装置。假设检测到得湿度突破输入的区间阈值，系统就会给控制模块发送命令，启用对应得加湿或者干燥装置。图4-2是对应的程序运行流程图。图4-2主程序流程图5系统仿真图及实物图5.1系统仿真图图5-1温湿度监控系统仿真图5.2实物图6结论本文设计了一种基于单片机的温湿度监控报警与控制系统。温度和湿度数据通过温度和湿度传感器收集和处理，LCD显示放置在所处环境的瞬时数据，本次设计选择的1602LCD是应用最多的一款模块，字符LCD模块是点矩阵方法，并且LCD易于驱动，并在编完程结束显显出相应的内容。设计系统控制设备地作用就是当湿、温度相关数值超出阈值时进行控制，在这方面，最普及地做法时加湿、除湿装置来控制湿度，在温度控制方面使用的是设计中最常用到地冷却、加热装置，来调节和恢复超出范围的温度和湿度。其后，介绍了本课题的重要组成部分STC89C52的基本结构和工作原理，并简要介绍了最小系统、中断系统、重启系统和单片机监控系统。再者，DHT11温湿度传感器来检测工作场地的相关数据，把它们通过数字信号的形式发送到负责对数据运算解析的主控制器。LCD1602会与P1的端口接上。一旦温、湿度超出先前设定的阈值，马上蜂鸣器开始工作，伴随着警告音，指示灯会亮。前面运算过的数据发送至LCD1602。系统软件程序编写语言是C51。用的是Keiluvsion2。该程序使用模块化程序方法。上述描述所使用的软件，并借助了Proteus成功模拟工作。最后，设计的程序没有问题，按照论文的数据，制作出了样品，拿到专业的环境使用，同样没有问题，借助智能化的湿温度传感器来将数字信号和PTC微处理器进行智能化的有机结合，构建温湿度传感系统，来实现预期功能。当然，这还不够，本设计产品，依旧需要在大量的实践中使用，采集数据，测试有没有问题，来继续改进并进行更深入的研究。参考文献[1]孙宏宇.牛舍环境及供料自动控制系统的研究[D].吉林农业大学，2008:24[2]汤武辉.Proteus仿真软件与单片机实验教学[N].长江大学学报（自然版），2010,(3)：33