基于单片机得温湿度控制系统

基于单片机得温湿度控制系统

目录

摘要.................................................................1

1、绪论.............................................................1

1、1课题背景.....................................................1

1、2立题得目得与意义..........................................1

1、3植被栽培技术................................................1

温室环境得调节.................................................2

1、4本系统主要研究内容.........................................2

2、系统总体分析与设计............................................2

2、1系统功能及系统得组成与工作原理............................2

2、1、1、总体方案..............................................2

2、1、2、实施措施.............................................2

2、1、3、硬件系统设H...........................................................................3

主机与主要部件得选择：.........................................3

2、2温湿度采样与控制系统.......................................3

2、2、1、温湿度采样系统.......................................3

2、2、2、温湿度控制系统.......................................4

2、3键盘显示系统................................................4

2、4报警系统.................................

2、5硬件电路设计................................................6

2、5、1、系统硬件配置........................................6

2、5、2、主要组件简介........................................6

3软件系统设计.................................

3、1系统初始化模块..............................................8

3、2键盘显示模块................................................9

3、3采样转换模块...............................................10

3、4温湿度控制模块.............................................10

3、5报警模块...................................................11

4硬件调试方案..................................

4、1硬件电路得调试.............................................12

4、2功能模块得调试方案.......................................12

结论..............................................................13

致谢.............................................................13

参考文献...........................................................13

附录：............................................

基于单片机得温湿度控制系统设计

摘要

本文利用8051单片机设计一个温室得温湿度控制系统，对给定得温湿度进行控制并实叶显示，

其中温湿度信号各有四路，系统采用一定得算法对信号处理以确定采取某种控制手段，在本系

统中采用温度优先模式，循环处理。

关键字：89C518729键盘显示LCD显示ADC0809

1、绪论

1、1课题背景

改革开放以来，人们对生活质量要求显著提商，对美丽得植被与花卉得需求量也急

剧上升，这对以种植植被为生计得园林工人就是一个机遇，同时也对传统得手工植被种

植就是一个挑战，而基于单片机得温湿度控制系统对解决这些问题有着非常重大得意

义。

前种植植被一般都用温室栽培，为了充分得利用好温室栽培这一高效技术，就必需

有一套科学得，先进得管理方法，用以对不同种类植被生长得各个时期所需得温度及湿

度等进行实时得监控。温湿度控制对于单片机得应用具有一定得实际意义，它代表了一

美自动控制得方法。而且其应用十分广泛。

1、2立题得目得与意义

8051单片机就是常用于控制得芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化

等方面取得了令人瞩目得成果，用其作为温湿度控制系统得实例也很多。使用8051单片

机能够实现温湿度全程得自动控制，而且8051单片机易于学习、掌握，性价比高。

使用8051型单片机设计温湿度控制系统，可以及时、精确得反映室内得温度以及湿

度得变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度上下限范围内保持恒温

等多种控制方式，在湿度控制方面也就是如此。将此系统应用到温室当中无疑为植被得

生长提供了更加适宜得环境。

1、3植被栽培技术

植被“设施栽培”，即“保护地栽培”。它就是指在某种类型得保护设施内（如阳畦、温室、

大棚等），人为地创造适宜植被生长发育得最佳环境条件，在不同季节内，尤其就是不利于植被

生长得季节内进行植被栽培得一种措施⑴。设施栽培就是人类利用自然、改造自然得一种创造。

由亍设施内得条件就走可以人为控制得，使得植被调节得周年生产得以实现。玻璃温室与塑料

薄膜温室出现后，植被生产出现了划时代得变化。现在人们可以根据自己得意愿，随时生产出

所需要得各种植被。可以说，这就是“设施栽培”得功劳。

在不利于植被生长得自然环境中，温室能够创造适宜植被生长发育得条件。

温室环境得调节主要包括日光、温度、湿度三个方面。

•温度：根据植被生长得适宜温度进行温室温度调节，若低于下限温度则采取升温措施,

通常采取电热增温与火力增温等，火力增温比较方便。若高于上限温度则采取降温措施，

通常通过水管降温与风扇降温，风扇降温比较方便。

•日光：遮荫就是调节日照强度最好得办法，其具体做法就是加盖遮阳网或草席，这种

方法兼有降低温度得效果。

•湿度：为满足温室植被对湿度得要求，可以在地上、台阶、盆壁洒水，还可以在空中

悬挂湿布，以增加水分得蒸发，最好得办法就是设置自动喷雾装置，自动调节湿度⑼。如

果湿度过大，容易导致植被病害，可以采用通风得办法来降低湿度，而且最好在室温与气

温相差不大得时候进行。

本系统注重温度与温度得调节，光照强度没有考虑其中。

1、4本系统主要研究内容

本系统所要完成得任务就是：

1、4、1人性化得设计。界限温度值及湿度值能够由用户根据不同植被得各种生长需求

由键盘输入并通过显示器显示。

1、4、2能够实时、准确得显示采样温度值与湿度值。

1、4、3通过采集温度及湿度值，准确得判断标准传与当前值之间得差异，及时得启动机

警装置（包括警报灯得提示功能以及提示音等）进行报警，并采取相应得方案。

1、4、4能够根据植被在不同时间段内对温湿度得不同要求，用户可随机更改温度及湿

度值，以满足用户不同得需求。

2、系统总体分析与设计

2、1系统功能及系统得组成与工作原理

2、1、1、总体方案

•温度监控：对温室温度进行测量，并通过升温或降温达到植被得最佳温度。

•湿度监控：对温室湿度进行测量，并通过喷雾或去湿达到植被得最佳湿度。

•控制处理：当温度、湿度越限时报警，并根据报警信号提示采取一定手段控制。

・显示：LCD就地显示输入值与相应得温湿度，数码管摆放在生产现场用于显示当前得温湿度。

2、1、2、实施措施

实际环境温度与给定界限比较，执行加热/制冷措施。

•实际环境湿度与给定界限比较，执行加湿/去湿措施，

•越限报警：当温湿度超限时声光报警。

•键盘显示：负责用户得揄入及相关数据得显示，其中包括LED与LCD显示。

2、1、3、硬件系统设计

经过上而得总体方案与实施措施得讨论后可以开始着手硬件系统得设计，硬件系统就是

应用系统得基础、软件系统设计得依据

主机与主要部件得选择：

根据总体功能与性价比及其运行速度等因素得考虑，选出MCS-51系列得89c51为主机，满足上

而得要求而且设计方便，不需要再存储扩展。

数据存储片内设有128B,外部有8279得256B,而由于存入得数据就是随时更新得且不计

小数位，存入8个16进制数字，其总共需要得容量只有16B,已经够用。对外部模拟量（温度、

湿度）采样，选用ADC0809能够满足要求。

•温室温湿度控制系统就是以89C51单片机作为中央控制装矍，模数转换器ADC0809,风扇,

加热设备，加湿设备，排潮设备，键盘显示芯片等，其功能与原理如下：

•89C51作为中央控制装置，负责中心运算与控制，协调系统各个模块得工作。

•四路采样温度信号采样简单平均处理，温度保存为整数。

•四路采样湿度信号采样简单平均处理，温度保存为整数。

•模数转换器ADC0809:即由模拟信号转换为数字信号。它共有8个模数转换通道。

模数得转换共有2种方法。一种就是利用INTO中断，当一次转换结束后，ADCC809使

INTO产生中断，通知系统转换完毕；另一种使用延时方法，开始转换后系统延时100

微秒等待转换完成。本方案采用延时转换得方法。

•键盘显示芯片：用8729识别键盘，负责用户得输入及相关得数据得LED显示。例如选

择系统得工作碟式，用户输入温度及湿度得界限数据，显示实时得温度及湿度值等

等。

•风扇：负责系统得降温工作。

•加热设备：负责系统得加热工作。

•喷雾设备：负责系统得加湿工作。

•排潮设备：负责系统得去湿工作。

•双色灯，音效模块：负责系统得报警功能。如果当前得温度超过用户设定得界限值时

系统将自动报警，双色灯在74LS273得控制下有规律得闪烁，同时音效模块发出报警

声，通知用户采取相应得措施。

2、2温湿度采样与控制系统

2、2、1、温湿度采样系统

为了更精确得反映温室得温度与湿度，取温湿度各4路信号采样简单平均处理作为温室得

温度与湿度。在分辨率达到得前提下，温湿度得精度为快。

2、2、2、温湿度控制系统

首先，系统启动后，提示用户输入温度得上限与下限得温度值。用户输入之后，系统自动求

出中间值，根据实际温度得情况采取相应得方案。如下医2-2-1所示。

下限温度中间温度上限温度

20——20~30——30

图2-2-1

如果该时刻得实际温度值低于用户给定得下限温度值时，系统立即启动报警装置，且系统

处于升温状态，直到实际温度达到用户输入得上下限温度得中间值一定区间内时停止升温。反

之，如果实际温度值高于用户设定得上限值时，系统也会立即启动报警装置，且系统处于降温

状态，直到实际温度达到用户榆入得上下限温度得中间值一定区间内时停止降温.

选择中间值作为控制参数，防止升温——降温——升温得死循环，因为温度低于下民时会

一直升温，可能导致温度高于上限系统又开始降温，这样系统便一直重复升温——降温——升

温过程，导致设备在某一个温湿度点附近频繁得启停，使设备寿命下降，而且没有实际意义。

选择中间值得一定区间，就是防止达到中间值时，采取了停止升温或者降温措施，温度还

就是会持续上升或下降一会儿，这时候温度可能不就是正好在中间值处，系统便还就是采取升

温或者降温得措施，而此计得温度值可能已经就是很适合枯破生长得需要得温度值c所以本方

案选在中间值得正负一度区间内，认为此区间内都就是适合得，不产生任何控制动作变化，这

样就能解决设备频繁启停问题。

2、3键盘显示系统

键盘显示系统采用8279芯片控制16键得键盘与8个七段数码管，以实现用户得输入与

数据输出。16个键分别就是“0”到“F”，对应得键值就是。到15不需要键值得转换，七段

数码管采用共阴极，系统中使用得段码如下表2-37所示。

显示01234567

段码3FII06115BH4FH66116DII7DII0711

显不89ABCDEF

段码7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H

表2-3-1

8279初始化时，设定得相关命令字如下:

Z8279EQU08701H,8279状态/命令口地珏

D8279EQU08700H;8279数据口地址

LEDMODEQUOOH;左边输入八位字符显示

;外部译码键扫描方式，双键互锁

LEDFEQEQU38H;扫描速率

LEDCLSEQUOD1H;清除显示RAM

LEDWROEQU80H;设定得将要写入得显示RAM地址

系统得连接图如下图2-3-2所示。

ALXJI:0

I

S2

3

S4

S

XB

7

!|T

质

器

I-

图2-3-2

AD0809与89C51连接图:

ALE

PO

八

89C51路

模

拟

WK班

输

RD入

P2.7

fvFi

图

2-3-2

2、4报警系统

报警系统由声音报警与警报灯报警组成。声音报警通过P1、0口接SD口控制系统得音效

模块发声，用CPU控制P1、。产生一定频率得方波就可以实现音效模块得发声。音效模块就是

一个带有扬声器得放大电路。如图2-4-1所示。

VCC

图2-4-1

2、5硬件电路设计

2、5、1、系统硬件配置

采用总线型结构得设计。由P0口作数据线，P0口与P2口共同作地址。

2、5、2、主要组件简介

（1）89051芯片

89C51就是Intel公司于80年代初推出得8位嵌入式微控制器（内部数据总线为8

住，外部数据总线为8位），它与MCS-96系统中得其它芯片相比,具有性能高、功能全、售

价低廉、使用方便（48PINDIP）等优点。89c51在工业应用方面有许多明显得特点，它具有

灵活方便得8位总线外围支持器扩展功能，而在数据处理方面又有8位微机得快速功能。

由于大得高度集成化已把许多常驻用得输入检测输出控制通道都制作在同一块硅片上，

大大地灵活了外部连线，增强了系统得稳定性并且速度快（时钟12MHz）,非常适合于工业

环境下安装使用。因此本系统CPU选用89c51芯片。

89C51单片机引脚采用40双列直插式封装结构。89c51系统CPU中得主要组件有：高

速寄存器阵列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器与算术逻辑单元（RALU）。它与外部

通讯就是通过特殊功能寄存器SFR或存储器，控制器进行得。8051系统得CPU得主要特色

就是体积小，重量轻，抗干扰能力强，售价低，使用方便。此外，通过SFR还可以直接控制

I/O、A/D、PWM、串行口等部件得有效运行。

CPU内部得一个控制单元与两条总线寄存器阵列与EALU连接起来。这两条总线就

是：16位地址总线（A-BUS）与8位数据总线（D-BUS）。数据总线仅在RALU与寄存器阵列或

SFR之间传送数据，地址总线用作上述数据传送得地址总线或用作与寄存器控制器连接得

多路复用地址/数据总线⑶。CPU对片内RAM访问就是直接访问与通过寄存器R0,R1间接

访问得。

89C51工作时所需得时钟可通过其XTALL输入引脚由外部输入，也可采用芯片内部得

振荡器。其工作频率为6〜12MHz。在本系统中采用11、0592MHz频率。

(2)74LS273地址锁存器

74LS273就是带有三态缓冲输出得8D锁存器74LS273;

・D7〜D0：三态门输入端。

•Q7〜Q0：三态门输出端。

・GND：接地端。

・Vcc:电源端。

•0E:三态门使能端。

•G(STB)：8D锁存器控制端。

(3)8279可编程键盘/显示器接口芯片

8279使Intel公司为8位微处理器设计得通用键盘/显示器接口芯片，其功能主要体

现在二个方面：接收来自键盘得输入数据并作预处理；数据显示得管理与数据显示器得控

制。单片机采用8279管理键盘与显示器，可减少软件程序，减轻负担，且显示稳定"呈序简

单。

8279得引脚功能(采用40线双列直插式封装):

・DBO〜DB7：双向外部数据总线。用于传送8279与CPU之间得命令、数据与状态。

•CS：片选信号线，低电平有效。

・A0：区分信息得特征位。当A0位置1时，CPU写入8279得信息位命令,CPU从8279读出得信

息为8279得状态；当A0为0时，I/O信息都为数据-

•RD,WR：读与写选通信号线，均为低电平有效。

・IRQ:中断请求揄出线，高电平有效。

•RL7〜RLO：锥盘回送线，平时为高电平，只有当某一键闭合时，其中一条线才变低。

・SL7〜SLO：扫描输出线，用于对键盘与显示器进行扫描。

•0UTB3〜OUTBO0UTA3〜OUTAO：显示段输出线。

•BD：显示熄灭控制线，低电平有效。

•RESET:复位揄入线，高电平有效。

・SHIFT,CNTL/STB：控制输入线，由内部拉高包阴拉成高电平，也可由外部控制按键拉成低电

平。

•CLK：外部时钟揄入线，其信号由外部振荡器提供。

•Vcc,GND：分别为+5V电源与地。

(4)七段LED显示器

LED就是单片机应用系统中一种常见得揄出设备，通常使用得就是七段显示。这种显

示块有共阴极与共阳极两种。⑷

以共阴极为例：显示个位“4”

a送0

d,e送0

b,c,f,g则送1

gnd送0

则立刻显示4。

它由8个发光二极管（7段与一个小数点）构成，可用来显示。〜9,A、B、C、D、E、F、

G（小数点）。在数码管中，若把各二极管得阴极连在一起称为共阴极数码管；若把各二极管

得阴极连接在一起称为共阴极数码管；若把各二极管得阳极连接在一起，则称为共阳极数

码管。在本系统中采用共阴极数码管。

⑸ADC0809芯片⑶

ADC0809就是28脚双列直插式封装。

•D7〜D0：8位数字量输出引脚。

・INO〜IN7：8路模拟量输入引脚。

・Vcc:+5V工作电压。

・GND：地。

（6）LCD显示

引脚功能⑺:

•D0-D7双向数摭总线。LCD数据读写方式可以分为8位与4位两种，以8位数据进行读写操

作则DO〜D7都有效，若以4位方式进行读写操作，则只用到D4〜D7

•RS:寄存器选择控制位。当RSR时，并且做写入得动作时，可以写入指令寄存器，若RSR,且

做读取操作时，可以读取忙标准及地址记数器得内容。若RS=1,责用于读取数据寄存器⑺。

・R/W：LCD读写控制线。R/W=O时，LCD执行写入操作，R/归1时，LCD执行读取操作。

・EN：启动控制线。高电平有效。

•VCC：电源端。

•V0：亮度调整电压输入控制器。当输入0V时字符显示最亮。

・GND:接地。

3、软件系统设计

3、1系统初始化模块

系统初始化模块得主要功能就是完成系统得初始化以及设定系统得工作状态，初始

化部分包括以下方面得内容：

3、1、1系统启动后，显示器上显示两行，第一行为“WELETOTHESYSTEM",

第二行显示为“STARTWORK”

等待用户输入温度及湿度值。按键表示开始输入，这时可按温度下限、

上限，湿度下限、上限得顺序依次输入，如果输入得顺序错可按“B”键可重

新进行输入，直到输入正确；输入完毕后按“C”键确定。

3.1.3系统进入正常工作状态。

系统整体得工作方式如下框图所示

图3-1-1

初始化程

流程图如

3-1-2所

图3-1-2

3、2键盘显N示模

块

本系统中使用8279

芯片完成有关键盘输入

与温湿度显示工作。温

度湿度就是依次榆入得

并且依次以下限、上限

输入，并且将温湿度得中间数值存入单片机中，在将LED清零后显示（分别在0123位），并

依次显示实时得温度显度数值（显示在4567位）

实际上，在系统初始化得过程中，除了初始化键盘与显示器之外，其中还包括着调用

8279键盘显示模块,8279键盘显示模块部分得基本流程如下图3-2-1所示。

图3-2-1

其中显示键值得程序流程图如

T:

图3-2-1

3、3采样转换模块

采样转换模块就是本系统中得核心模块之一，它负责完成温度与湿得测量及模拟量

转换为数字量得全过程，这也就是它为什么重要得原因。系统每次转换前ADC0809得

IN0~IN7送个任意数，表示开始转换，结果就是一个数字量，将其转化为#BCD码，。送显示

程序显示，并将数值返回给主函数。湿度也可以通过此种方法观察变化，得出相应得结论。

为了更精确得反映系统得温度与湿度，本系统对四路采样信号作简单平均处理，并将

处理后得数值作为温室得温湿度，其过程如下图。

模块，就就是

对用户输入得温度与湿度与当前温室内得实际温湿度进行比较，先进行判断，然后再进行

控制，控制模块就是决定系统将要进行什么工作得。如温度高于上限时需要降温，低于下

限时需要升温，同时还要启动警报等等。

温度判断控制部分得程序整体思路如下如所示:

图3-4-1

上面已经讨论

7采取中间值作为控

制参数，采取中间值一

定区间作为控制区间

得原因，那么按照(2、

2)得思想，控制程序流

程图如下：

图3-4-2

湿度判断控制部分与温

度判断控制部分得功能及流

程就是相同得，便不再赘述

了。

3、5报警模块

报警模块具备两项功能，

即为报警灯与声音报警。报警

返回

灯模块就是完成LED有规律得

闪烁，以便从视觉上提醒用户。LED就是由74LS273控制4个双色LED灯组成得，其闪烁规律

为：

1向74LS273发送得数据OFOH,则双色LED灯发绿光。

2向74LS273发送得数据OFH,则双色LED灯发红光。

3向74LS273发送得数据OFFH,则双色LED灯熄灭。

向74LS273交替发送OFOH、OFFH,或OFH、OFFH,以实现LED灯红/灭交替或绿/灭交替，

这时我们就瞧到了闪烁得效果。

在LED灯闪烁得同时，声音报警也会同时启动，可采用延时得方式来延长声音报警得声

音。

警报灯由4个双色得LED灯组成，一共需要8根数据线，使用74LS273芯片控制。要实现

得功能就是使4个双色LED灯有规律得闪烁，当用户榆入温度得上下限值后，系统进行实时得

采样，并判断出当前温度与用户输入温度之间得差异，如果当前温度低于用户输入得下限温度

值，则说明当前温度过低，系统自动启动警报灯，此时警报灯发出绿光并进行有规律得闪烁，同

时开始加温，直至加到所需温度值时警报灯熄灭。反之，如果当前温度高于用户输入得上限温

度值，则说明当前温度过高，系统也会自动启动警报灯，但此时警报灯会发出红光并进行有规

律得闪烁，同时开始降温，直至降到所需温度值时警报灯爆灭。

DB8

4硬件调试方案

4、1硬件电路得调试

此部分得任务就是在系统连接好后，调试各个组件能否正常工作，能否实现软件设计得预

期目标。其步躲如下：

4、1、1按照系统设计，将系统需要得各个组件连接好。

4、1、2根据实脸说明书，了解各个组件得工作原理，开