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1、|基于单片机机房温湿度 监测系统设计学院（系）： 自动化学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 年 月 号|学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据
2、进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日(注：此页内容装订在论文扉页)|摘要随着科技的进步，新的通信仪器也不断被发明出来，为了使通信仪器始终工作在最佳状态并且达到最长使用寿命，对通信机房的环境要求也越来越苛刻。温湿度控制系统的功能是对机房内空气的温度、湿度、洁净度、空气流速等参数进行调节以满足人体舒适和通信机房机器工作的要求。本文设计了一种基于 AT89C51 的温湿度的控制系统，系统以单片机为主，将温湿度传感器、通信接口等器件联
3、系起来，对数据进行处理转换。通过温湿度控制技术将温湿度控制在一定范围内，并且尽量提高温度控制的精确度。系统利用空调和风机的协调控制进行温湿度改变，同时通过风机充分利用室外的温湿度来保持室内的温湿度，可以避免单独用空调的不断电控制时造成的电能浪费，从而达到节能的目的。本系统采用可靠性好，温湿度测量精确度高的 SHT11 温湿度传感器以达到更高的控制精度。本设计控制方法简单，通过简单的人机交互将需要的温度范围设定好，然后通过对机房温湿度的实时监测将温湿度反馈，在不满足温度设定时，系统发出警报通知工作人员打开空调工作。在湿度控制方面原理也类似，通过键盘设定湿度，然后当湿度不满足时，系统发出警报通知工
4、作人员采取相应措施使湿度达到设定湿度范围。本设计人机交互简单，只需按键盘的上下键即可进行温度的设定，具有很好的实用推广作用。关键词：单片机；温湿度监测；温湿度控制|AbstractWith the advancement of technology， new communication equipment has also been devised， in order to make the communication equipment is always working in the best condition and achieve the longest service life o
5、f the communications room environmental requirements have become more demanding. Temperature and humidity control system functions is the engine room air temperature， humidity， cleanliness， air velocity and other parameters adjusted to meet human comfort and telecommunications room machine work requ
6、irements.This article is designed based on AT89C51 temperature and humidity control system， a microcontroller-based system will be temperature and humidity sensors， communication interfaces and other devices linked to the data processing conversion. Temperature and humidity control by the temperatur
7、e and humidity control in a certain range， and to maximize the accuracy of the temperature control. The use of air conditioning and fan systems coordinated control temperature and humidity changes， through full use of the outdoor fan to keep the temperature and humidity indoor temperature and humidi
8、ty， air conditioning alone can avoid the constant power control energy waste caused， so as to achieve energy-saving purposes. The system uses a high reliability， high accuracy measurement of temperature and humidity SHT11 temperature and humidity sensors to achieve higher control precision.The desig
9、n of the control method is simple， through simple interactive set the desired temperature， and then through the room temperature and humidity of the real-time monitoring the temperature and humidity feedback， when the temperature setting is not satisfied， sending a signal to the air-conditioning ope
10、ration until reaches the set temperature， time and then send a signal to the air conditioning control terminal， make it stop working in order to achieve the purpose of energy saving. In the humidity control principle is similar， set the humidity through the keyboard， and then when the humidity is no
11、t satisfied， air conditioning and fan work in order to achieve the purpose of humidification or dehumidification， when the humidity reaches the set humidity range， air-conditioning and fan off into energy mode.The design of human-computer interaction is simple， just press the keyboard arrow keys to
12、set the temperature， has good practical role in the promotion.Keywords：SCM， ；temperature and humidity monitor， ；temperature and humidity control|目录摘要 .IAbstract .II目录 .1第 1 章 绪论 .11.1 设计背景及意义 .11.2 国内外动态及发展前景 .1第 2 章 系统总体设计 .32.1 系统概述 .32.2 器件选型 .32.2.1 单片机选型 .32.2.2 传感器选型 .4第 3 章 SHT11 传感器 .63.1 SH
13、T11 温湿度传感器的基本原理 .63.2 SHT11 温湿度传感器特性 .63.3 SHT11 传感器的命令与接口时序 .8第 4 章 系统硬件设计 .104.1 室内温湿度监测电路原理及设计过程 .104.2 LCD1602 的优点及硬件连线图 .114.3 按键输入的硬件连线图及分析 .114.4 系统总体硬件接线图 .12第 5 章 系统软件设计 .135.1 系统主程序设计 .135.2 室内温湿度监测模块程序设计 .14第 6 章 仿真结果及分析 .156.1 程序调试 .156.2 仿真结果截图 .16第 7 章 结论 .19附录 .20参考文献 .33致谢 .34|第 1 章
14、绪论1.1 设计背景及意义现代通信机房通信设备密集，提高了对通信机房安全性的要求，因此对温度和湿度的控制也更加重视。任何温度和湿度的急剧变化都可能会导致这些通信设备不能正常工作或失效，严重时甚至可能会导致通信系统崩溃。因此，研究可靠的通信机房温度和湿度控制系统，已经迫切成为当前的需要。温度和湿度控制使用人工手段有许多缺点和不足之处，如占用人力资源，控制精确度太低，不能预测温度和湿度的变化趋势等 1。综合各种核心通信设备的最佳工作环境，可以设定通信机房的温度范围为 22 至 24摄氏度，相对湿度在 3550之间 2。人工加热，加湿，通风和制冷设备的操作控制费时费力，而且精确度不高。基于单片机的通
15、信机房温湿度控制系统，却能够满足通信机房温度和湿度的监测和控制要求。温湿度控制系统的功能是对机房内空气的温度、湿度、洁净度、空气流速等参数进行调节以满足人体舒适和电信机房机器工作的要求。它使得电信机房的仪器能处在最佳工作状态，达到最长的使用寿命 3。本设计采用单片机作为核心设备，单片机具有体积小、灵活性强、功能强大等众多优点，越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等许多领域。本文的基于单片机的通信机房温湿度控制系统设计主要在于让使用者可以从现场或者远处精确监测并且控制通信机房的温度和湿度 4。1.2 国内外动态及发展前景目前先进国家通信机房的自动化水平较高，装备有完善的检测仪表和计算机
16、控制系统。其计算机控制系统已采用集散系统和分布式系统的形式，大部分配有先进的控制算法，能够获得较好的操作性能指标。单片微型计算机是随着超大规模集成电路的技术的发展而诞生的。由于它具有体积小，功能强，性价比高等优点，所以广泛应用于通信装置，电子仪表，家用电器，节能装置，军事装置，机器人，工业控制等诸多领域，使产品小型化，智能化，既提高了产品的功能和质量又降低了成本，简化了设计。国内外大部分控制算法都采用 PID 算法及改进的 PID 算法，PID 控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、兼容性好、可靠性高等优点，被广泛应用于通信机房的温湿度控制。当用计算机实现后，数字 PID 控制器更
17、显示出参数调整灵活、算法变化多样、简单方便的优点。随着生产的发展，对控制的要求也越来越高，随之发展出许多以计算机为基础的新型控制算法，如自适应 PID 控制、模糊 PID 控制、智能 PID 控制等等 5。我国目前的温湿度控制总体技术水平处于发达国家 20 世纪 80 年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，他只能适应一般温度控制，难于高控制精度的温湿度控制。在较高精度控制场合和高智能化控制场合领域内，国内技术还不成熟 6。控制算法方面，国内基本上都是采用 PID 算法，或者改进的 PID 算法。很|少有采用在书面资料上描述的现代先进算法。因此我国的温湿度控制技
18、术与发达国家还有一定的差距。温控器控制性能方面，国内：0.1控制精度的温控器，现在国内有好几个品牌都能够达到这个标准。但 0.01控制精度就难说了，更高的控制精度就基本上没有了。国外：有好几个品牌能达到 0.01控制精度，有个别品牌能达 0.005控制精度 7。检测性能方面，国内温控器的温度漂移基本上都是 0.1以上。国外的有几个品牌温度漂移能保持在 0.03以下。 对于通信机房的温湿度监测系统的发展前景，有人提出了以下几点：（1）监视/控功能系统具有通过遥信、遥测、遥控和遥调，所谓“四遥”功能，对整个系统进行集中监控管理，实现少人值守和无人值守的目标。（2）系统可实时收集各设备的运行参数、工
19、作状态及告警信息。系统能对智能型和非智能型的设备进行监控，准确的实现遥信、遥调、遥控及遥调等四遥功能。即既能真实的监测被监控现场对象设备的各种工作状态、运行参数，又能根据需要远程地对监控现场对象进行方便的控制操作，还能远程的对具有可配置运行参数的现场对象的参数进行修改。 （3）系统设置各级控制操作权限。如果需要并得到相应授权，系统管理人员可以对系统监控对象、人员权限等进行配置；系统值班操作人员可以对有关设备进行遥控或遥调，以便处理相关事件或调整设备工作状态，确保机房设备等在最佳状态下运行 8。 （4）告警功能a）无论监控系统控制台处于任何界面，均应及时自动提示告警，显示并打印告警信息。所有告警
20、一律采用可视、可闻声光告警信号。b）不同等级的告警信号应采用不同的显示颜色和告警声响。紧急告警标识为红色标识闪烁，重要告警为粉红色标识闪烁，一般告警为黄色标识闪烁。c）发生告警时，应由维护人员进行告警确认。如果在规定时间内（根据通信线路情况确定）未确认，可根据设定条件自动通过电话或手机等通知相关人员。告警在确认后，声光告警应停止，在发生新告警时，应能再次触发声光告警功能。d）具有多地点、多事件的并发告警功能，无丢失告警信息，告警准确率为 100%。e）系统能对不需要做出反应的告警进行屏蔽、过滤。f）系统能根据需要对各种历史告警的信息进行查询、统计和打印。各种告警信息不能在任何地方进行更改。g）
21、系统除对被监控对象具有告警功能外，还能进行自诊断（例如，系统掉电、通讯线路中断等） ，能直观地显示故障内容，从而系统稳定具有稳定自保护能力 9。|第 2 章 系统总体设计2.1 系统概述此机房温湿度控制系统以单片机为主，将温湿度传感器、通信接口等器件联系起来，对数据进行处理转换。通过温湿度控制技术将温湿度控制在一定范围内，并且尽量提高温度控制的精确度。该系统的工作流程：传感器感应机房内温湿度，将温湿度信息转化成数字信息，通过 I2C 总线与单片机通信，传输给单片机存储起来，并将此信息与键盘输入的温湿度阈值作比较。若温湿度在设定阈值内，则表示此时机房温湿度正常；若温湿度不在设定阈值内，则表示此时
22、机房温湿度不正常，单片机控制报警器发出警报，工作人员听到警报采取相应措施调节机房内温湿度。使机房内温湿度达到设定范围内，警报消除。同时，单片机将温湿度信息送至液晶显示器实时显示，便于工作人员记录观察。AT89C51 单片机机房内温湿度SHT11 传感器键盘输入报警器液晶显示图 2.1 系统总体设计框图2.2 器件选型2.2.1 单片机选型单片机的的选型是一件重要而费心的事情，如果单片机型号选择得合适，单片机应用系统就会经济可靠；如果选择得不合适，就会造成经济浪费，影响单片机应用系统的正常运行，甚至根本就达不到预先设计的功能。|对于一个已经设计好的单片机应用系统来说，它的技术要求和系统功能都应当
23、十分明确。如果选择功能过于少的单片机，这个单片机应用系统就无法完成控制任务；但是如果选择的单片机功能过于强大，这不但没有必要，还会造成资源浪费，增加实用成本10。本设计对单片机的要求很高，于是选择了性能卓越的 AT89C51 单片机。AT89C51 是51 系列单片机的一个型号，它是 ATMEL 公司生产的。AT89C51 是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用
24、8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C51 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合 11。AT89C51 有 40个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C51 可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程（S 系列的才支持在线编程） 。其将通用的微处理器和 Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本 12。 AT89C51 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51 内核。主要
25、管脚有：XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接 +5V 电源的正负端。 P0P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义 13。图 2.2 AT89C51 单片机2.2.2 传感器选型现在国内外主要使用的温湿度传感器有 DHT90，SHT7x 系列，SHT1x 系列，THTK-01等。DHT90 和 THTK-01 在温湿度测量精确度上有所不足，而本设计对通信机房的温湿度监测精确度要求很高，因此排除。SHT7
26、x 系列是立式插针型温湿度传感器，SHT1x 系列是贴片型温湿度传感器，在实用方面，贴片型传感器安装简便而且价格相对较低，故选择 SHT1x 系列传感器 14。|本设计系统温湿度传感器采用的瑞士生产的 SHT11 单片集成传感器。SHT11 的湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的“微型结构”检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还可抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单一的个体，因而测量精度较高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器之间随温度梯度变化引起的误差 15。CMOSensTM 技术不仅将温湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大器、模数转换器、校准数据存储器、标准 I2C 总线等电路全部集成在一个芯片内。SHT11 的每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。SHT11 传感器的校准系数预先存在 OTP 内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个 14 位的 A/D 转换器相连，可将转换后的数字温湿度值送给二线 I2C 总线器件，从而将数字信号转换为符合 I2C 总线协议的串行数字信号 16。