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1、基于单片机室内温湿度 题目（中文）：基于单片机的室内温湿度 监控系统设计与探讨 目 录 摘 要 1 关键词 Abstract 1 1 绪论 3 1.1课题的目的和意义 3 1.2国内外温湿技术及其发展趋势 7 1.3 主要内容 7 2 方案比较和选择 9 2.1湿度传感器的选择 10 2.2单片机的选择 11 3 系统总体框图设计 12 3.1 硬件系统的的原理方框图 12 3.2 系统工作原理 12 3.3湿度传感器 12 3.4信号分析与处理 12 3.5其他硬件模块 12 4 软件设计 13 4.1 主程序流程图 13 4.2 DHT11流程图 13 4.3 键盘扫描子程序流程图 13
2、5总结 13 6参考文献 13 致谢 13 附录A 系统总体电路图 13 附录B 系统源代码 13 基于单片机室内温湿度监控系统的设计与探讨 摘 要 本文采纳STC89C52单片机、DHT11传感器、1602LCD显示屏和继电器限制等模块,完成温湿度测试和限制任务，其关键部分为（1）温湿度传感器DHT11实时测试温度、湿度。（2）推断采集的数值与设置值是否一样，并限制继电器进行下一步的限制。上述设计可以在室内连续地检测空气湿度、环境温度，并进行自动限制和视觉显示。解决了人工测量不能连续进行测量的弊端,省时省力节约工作量,并且测量精确削减因人工失误造成不必要的损失。 关键字 湿度传感器、 数字温
3、度传感器、 单片机 Study and design of indoor temperature and humidity monitoring system based on single chip microcomputer Abstract Through the use of STC89C52 single chip, DHT11 sensor module, 1602LCD display module and relay control module, the requirements of temperature and humidity detection and contro
4、l are realized. The main contents are (1) temperature and humidity of temperature and humidity sensor DHT11 in real time. (2) judge whether the value of the acquisition is consistent with the setting value, and control the relay to control the next step. The above design can continuously detect air
5、humidity and ambient temperature in the room, and carry out automatic control and visual display. It solves the drawbacks of manual measurement that can not be measured continuously, saves time and effort, saves workload, and measures accurately to reduce unnecessary losses caused by manual errors.
6、Key words SCM；humidity sensors；digital temperature sensors； relay control 1 绪论 1.1课题的目的和意义 本设计在现实生活特别好用，这是一个特别好的熬炼课题，它能使我们的学生充分利用他们所学的学问。本设计主要探讨室内温室度监控，它类似于简洁空调的设计,充分驾驭空调运作理论设计方式；运用物理常识设计限制温湿度改变的设施；温度与湿度参数可以从传感器器处得到，51单片机限制编程完成设计智能化以及进行限制,且对最终效果实施仿真分析1。科学技术的不断进步与发展，功能齐全的设施不断出现，各个产业的要求也起先对温湿度提出更加严苛的标
7、准。之前的测试将人工当做重点，人工巡查记载状态与数据。在这种落后的模式下，效率不高，并且肯定程度上造成了人力资源的奢侈,因为科学的缺失造成了很多重大事故。智能监控体系可以很好的避开传统模式下的缺点且更为精确刚好2。其运转模式为:首先感应环境温度和湿度，然后传送数据给单片机推断数据是否异样;假如感应的温度和湿度异样,则调整措施;假如超出异样时间 ,异样信号输出到报警;假如异样处置结束,假如处置结束,警报会被解除,被解除。这样,限制器可查看到室内温度以及湿度,进而完成对屋内温度以及湿度的高效管理。所以本设计也具备现实价值3。1.2国内外温湿度监控技术及其发展趋势 科学技术的发展水平不断提高。在生活
8、水平与环境上人们也有了更高的追求。其中一个典型的例子是温度和湿度限制。因此，快速、便利、牢靠的温湿度检测系统可以在当前的生活中运用。特殊是在重试验中，假如数据检测不精确，会发生许多生产事故。目前，温度和湿度检测系统通常采纳水银、酒精或煤油，精度为1摄氏度，用物理模拟方法检测湿度。传统的温湿度检测仪一般都有很密的刻度间隙，难以区分和读数。由于其热容量较大，热平衡时间相对较长，因此测量数据不精确，运用不便4。在温湿度限制的探讨发展较晚在国内。自上世纪80年头以来,在引进,在汲取国外高技术的温湿度监测技术的基础上,对单一环境因素的限制技术,如温度、湿度、温室内二氧化碳浓度等我国分析也得到了良好的成就
9、5。二十世纪末期，北京农业高校设计的WJG-1型试验温室环境计算机管理系统,由于只是开展单因子限制因此操作性以及稳定性等部分存在肯定的问题6。随着温湿度传感器的发展渐趋于系统、集成、智能化的方向，温湿度测量技术也在不断日益进步，通过对环境湿度和温度的监控测量来适用于包括农业生产、气象监测、国防科研、航天部门等多个领域，不仅如此，在食品平安、造纸工业以及生物制药领域，温湿度测量技术发挥着更加至关重要的作用。在温湿度测量技术中，二者之间也存在着区分，作为相对独立的测量温度而言，湿度的测量来讲却存在相对依靠，不仅会受到大气压强的影响，而且温度的改变也会作用于湿度，由此可见，在测量方法方面，湿度的测量
10、明显要比温度的测量更具困难性。随着科学技术的不断发展创新，现如今成熟的温湿度的测量技术产品也层出不穷。1.3本论文主要探讨内容 1.温湿度数据不间断测试和呈现。传感器每两秒测试且更新一回，且利用液晶屏呈现出来。2.报警阈值的手动设置。温湿度上下限的设定可以通过键盘设置，设计更加智能化、人性化好用价值大大提高。3.在温湿度超出设定阈值的时候继电器自主启动且驱动负载。此外指示灯显示部分正常运作，阈值存放在AT24C02内，具备断电保存功能。4.设计可以用于室内、粮仓等地方实现智能限制，温度超过最高上限须要降温，湿度超出上限除湿，温度过低增热，湿度过低增湿。 2 方案选择 2.1 温湿度传感器的选择
11、 测量空气湿度的方法有许多，其中的原理是间接获得空气水分和四周空气的湿度，这是基于某种物质从空气中汲取空气所引起的物理或化学改变。电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件是在湿度改变的基础上依据介电常数、电阻率和聚合物材料体积的改变来测量的。 DHT11数字温湿度传感器是包含已校准数字信号输出的重要设备。其运用单独数字模块采集科技与温湿度传感科技，保证产品具备较高的稳定性和科学性。传感器主要由电阻式感湿以及NTC测温元件构成，且和高性能8位单片机彼此联系。所以此产品质量较高、效率高、抗干扰水平高、成本低等优势。不同DHT11传感器均在相对精准的湿度校验室内开展校准。校准系数主要以程序方式存放在OTP内存
12、中，设备内部在测试信号的整个时期须要调用上述系数。单线制串行接口，提高内部集成的便利性。较小体积、较少损耗，信号传播距离超过二十米，让其变成多种应用乃至相对苛刻的应用领域的最佳选择。主要运用 4 针单排引脚封装。连接便利，此外可依照现实需求进行修改。2.2单片机的选择 在大部分垫子设计内依照性价比状况须要将8位单片机当做最佳方式。当前，其在我国照旧占据关键位置。MCS51的硬件结构导致其指令系统不会出现微小改变，工作人员只要重视芯片内部资源的比较，易于选择不同公司的不同产品。 STC89C52属于低损耗、性能齐全的CMOS8位微处理器，具备8K可编程Flash。运用高密度非易失性记忆技术生产，
13、全部兼容工业80C51设施的大部分指令内容。其中,内部存储器支持系统内编程，此外也可以运用一般方式。在单芯片上,其具备自由8位CPU和在线系统可完成闪存任务,促使其为大部分限制系统找寻到高效且稳定的处理方案。 3 系统硬件设计 3.1 硬件系统的的原理方框图 该方案以STC89C52单片机为核心,实时限制和检测温度和湿度。它具有独立地执行其自身功能的检测单元，依据主限制器发出的指令实时筹集温度与湿度信息。主限制机主要下发限制指令，不同检测单元接受上述指令，筹集详细信息，筹集测试信息，此外也汇总和显示最终结果。包括单片机最小系统的设计、温湿度检测、复位电路、键盘和显示电路、系统软件等。系统的的原
14、理方框图如图1： 图一 系统原理图 3.2 系统工作原理 设计的主要功能模块有限制面板、LCD显示屏、温湿度传感器执行器等。利用干燥器和空调器快速加热或冷却室内空气,提高或降低空气湿度。其工作原理如下: 1电源连接到系统后，温湿度传感器起先接收室内空气温度和湿度信号。同时，系统检测用户是否设置了温度和湿度的上下界。假如没有设置，则默认设置系统。2。限制板已经有这些信号作为起先限制工作的基础。推断房间里的温度。假如温度低于25摄氏度的温度,启动空调暖室内。假如温度高于系统28 摄氏度的默认温度,则打开制冷设备给室内降温。然后系统读取当前环境湿度值,假如湿度值低于默认数值45%,此时开启加湿器进而
15、提高内部湿度;假如湿度值超过默认数值65%,此时开启烘干机来降低内部湿度。当室内温度和湿度达到用户设定或系统默认值时,继电器及其负载停止工作，进入温湿度保持状态。 3.3温湿度传感器 1. DHT11概述 DHT11是集成型的数字温湿度一体传感器。 主要运用单独数字模块采集科技与相关信息传感科技，保证设备具备较高的科学性和平稳性。其主要包含电阻式感湿与NTC测温元件，且和性能齐全的8位单片机相联系。所以此产品具备质量较高、效率高、抗干扰水平高、成本低等优势。测试范围20%90%RH，050。测温精度是-+2，测湿精度是-+5%RH。2DHT11特点 （1）4引脚装置，超小规格。（2）数字信号输
16、出，从而减轻用户信号预处理负担. （3）稳定性高，超低功耗。（4）适用范围包括恒温恒湿限制、家用电器、温湿度表等领域。（5）单总线结构输出充分留存用户限制器的I/O口资源。此外不须要其余相关部分。（6）独有的单数据传输协议促使我们轻松得到信息。 （7）各型号管脚完全可以互换。 图二外形及引脚说明 3 DHT11与单片机连接的设计 DHT11型数字湿度传感器和与片机连接电路清晰、干脆。I/O限制器端口就可以完成上、下位彼此间的连接工作。普遍的连接电路参考图。此外在连接线的长度少于二十米时,要连接5K上拉电阻。超过相应限额时,须要依据现实状况选择合适电阻。 图3与单片机连接图 35数据分析与处理
17、此模型运用STC89C52芯片。其中指令代码全部兼容，6个或12个时钟/机器周期可随意选择8。 在该系统中,选用STC89C52单片机作为系统的总控芯片。STC89C52单片机须要把测试得出的温湿度信息传送给LED显示模组,完成温湿度数字化呈现。键盘可确定阈值，超出固定阈值之后就能完成自主限制。3.5.1 单片机最小系统 单片机系统延长是基于最小系统进行，内部最小系统主要是复位以及晶体振荡电路。主要电路图参考图4可知。 图4 复位和晶体振荡电路 1.复位电路 单片机复位主要原理是在时钟电路正式运作之后，把两个机器周期的高电平传送到RST引脚，设备随之完成复位。在详细环节中，在内部ALE和PSE
18、N引脚全部可输出高电平，在RST引脚进入到低电平常，设备就会从0000H单元操作程序。 在实践活动中，可采纳上电和手动两类方式，完成人为复位单片机操作系统。复位电路主要运用RC电路的充放电效应。去除整体上电时期，RST引脚可接收比较短的低电平。此外，在复位开关被按的时候，电源利用高电阻联系到RST引脚。在其得到高电平，放松复位按键时，其也能随之复原低电平，如此单片机系统就顺当完成复位操作。复位信号的电路如图5所示: 图5复位信号的电路 2.晶振电路 时钟电路主要功能是形成对应信号，主要是设备日常运作所须要的信息。STC89C52原本具有振荡器可被当做CPU的时钟源。此外也能联系外部振荡器形成时
19、钟信号。 (1)内部时钟模式 此模式主要运用单片机内存在的振荡器。参考图6(a)可知，引脚XTAL1与XTAL2是51单片机内高增益反极放大器的输入以及输出端，运作频率主要范围为033MHz。 单片机运用此模式的时候，其中晶体振荡器或陶瓷振荡器联系到XTAL与XTAL2引脚，两个电容器并联联系。电容主要状况为: A ：外接晶体振荡器时，电容值C1=C2=3010pF； B ：在外接陶瓷振荡器时，电容值一C1=C2=4010pF： 在详细研发时期,外部振荡器与电容须要全面靠近XTAL1与XTAL2引脚比防止寄生电容的出现,促使振荡器可以平稳的供应时钟信号。(2)外部时钟模式 主要表示外部振荡器形
20、成时钟信号，单片机可马上运用。参考图6(b)可知，多种单片机的接入形式各不相同。8051单片机，在连接XTAL2引脚之后，外部时钟信号传送到内部对应发生器，XTAL1接地。因为XTAL 引脚逻辑等级别是TTL信号，此时要接对应拉升电阻。对于CMOS型80C51等诸多型号，和一般8051不一样，内部时钟信号取自反向放大器的输入9。因此此类信号全部接到内部XTAL1 引脚，此时其他部分可悬空。 图6时钟电路 思索到现实状况，此时运用内部时钟电路和频率12.000MHz的晶体振荡器，选择30pF的不同陶瓷电容器。 3.6 其他硬件模块 3.6.1 显示模块 设计运用LCD1602 液晶显示屏。LCD
21、1602 属于运用便利且相对普遍的液晶显示屏。总共能显示两行，每行十六个字符，此外可调整对比度以及选择不同背景光。详细连接电路详情为图7： 图7LCD1602与单片机连接电路图 3.6.2 键盘模块 本设计键盘为低电平扫描电路，也就是按键的一边连接到单片机I/O口，另外一边须要接地，检测I/O出现低电平常代表按下按键。如此便于键盘扫描具体编程。详细状况可参考图8内容： 图8键盘电路 3.6.3 继电器限制模块 单片机是一种弱电设备。一般状况下，其工作与5V或者更低的电压。驱动电流也是低于mA数量级。假如部分大功率设施想要通过单片机限制电机，明显无法完成。所以，要有一个链接连接起来， “功率驱动
22、”可变成链接。继电器驱动则是普遍的、便利的、重要的功率驱动。此类驱动主要涵盖不同的概念:第一是驱动继电器,对单片机来说其属于大功率器件,此外相关驱动负载,比如其可以促进中间继电器或接触器,所以驱动则是单片机与其余高功率负载接口。主要限制电路参考图9： VCC VCC RELAY1 空调加湿及干燥器 K1 Relay-SPDT 1K R30 10K R33 Q1 NPN D1 Diode 1N5401 1 2 3 Header 3H 图9 继电器限制电路 图内三极管的功能类似于开关，单片机输出高电平常，此刻三极管位于导通时期，继电器闭合导通。反之，输出低电平常，则位于暂停状态，继电器断开。二极管
23、功能是维护电路，避开三极管或者继电器出现感应电动势损害电路内其余部分设施。 4 系统软件设计 系统主程序设计一般包含下述多个部分：（1）键盘扫描部分。（2）众多信息筹集。（3）不同数据的详细呈现。（4）继电器限制负载电路。 4.1 主程序流程图 详细流程内容参考图10 启动继电器限制电路，调整参数 N Y 各参数是否要调整? 各参数显示 结束 起先 初始化和位定义 清标记 清显示 扫描键盘 各参数采集 图10主程序流程图 系统监控程序属于关键部分。其是整个程序的结构，依照提前确定的操 作方式限制综合运作状况。此部分的突出功能是按时合理的处理源自系统、内部的各种各样的服务恳求,有效地管理系统的软
24、件和硬件之间的信息交换系统中的人机对话设备和其他设备,并做出相应的处理在系统有故障的时候。STC89C52单片机是重要的限制模块。主要运作环节为:连接电源之后,系统起先进入监控时期,各个端口完结初始化。在缺少相关信息输入时,其会主动筹集温湿度传感器采集到的数据 ,并且可以自动调整最终显示在液晶显示屏上。 4.2 DHT11流程图 DHT11流程图如图11所示： 给DHT11上电 延时1S 保持高电平 检测记录信号 输出低电平 延时 输出低电平 数据输出 结束信号 图11DHT11流程图 测试时期最先进行初始化温湿度传感器DHT11，全部结束之后，为DHT11上电，在上电启动后延时1秒然后保持高
25、电平检测并记录数据信号，接着输出低电平并再次延时，最终输出低电平并输出数据给单片机进一步处理通过LCD显示屏显示出来。 4.4 键盘扫描子程序流程图 键盘扫描子程序流程图如图12： 图12键盘扫描子程序流程图 键盘扫描子程序最初扫描按键，查看是否存在按键被按下，在最终明确存在的时候，此后会判定什么按键被按下，假如是S1，此时步入设置模式，此时按键S2与S3被开启，要进入什么参数的设定须要依据按键S1被按下频次确定，S1被按下一次，设定温度值，假如是两次，设定湿度值，在按键S4按下时，则保存参数并返会正常显示。按键S2和S3作用是调整参数值，每按下S2，目前设定的参数值随之加一。假如是S3，目前
26、设定的参数值随之减一。5总结 本文对单片机的温湿度测试与显示设备的设计主要基于单片机与传感器技术、数字电子技术和液晶显示器等。系统地介绍了硬件的组成和设计方法。1.将传感器技术和单片机限制系统融合起来，充分表现出环境温度的信息筹集与读取。2.运用LCD液晶显示技术，确定与之相关的显示电路。3.继电器模块自动调整当超过温度和湿度的上限和下限。 4.当前系统具有科学的软硬件模块、便利的设计、操作简洁、费用低。 因为单片机成本不高、设计简洁，因此在诸多行业，比如在工业限制、智能家居等行业运用相对普遍。本文指出此设计具备强大的好用性，然而在制作和设计时期照旧出现众多明显的问题和缺点。因此也须要后续的优
27、化与改善。尤其是在节能与提升平稳性等部分。然而，此产品具有相应的可扩展性。比如，此设施的测试结果不只可呈现在本地，此外也能利用串口与RS-485总线通信协议把单片机传送给主限制机，全面储存起来。主限制机主要是发放限制指令，全面管控全部设备的温湿度采集状况，筹集到的信息，经过整合、显示与存放、测量的结果(包含历史信息)。不同主限制器彼此间也能紧密联系与协调合作，进而加强系统整体性与最终效果。 参考文献 1 杨圣编.PIC系列单片机的原理与实践M.中国科学技术高校出版社，2003； 2 何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天高校出版社M.1990年1月； 3 王晓君.MCS-51及兼容单片机原理
28、与选型.电子工业出版社M.2003年11月； 4 湿度传感器HS1101的原理与应用EB/OL.中国电子科技信息网. 5 胡汉才.单片机原理与接口技术M.清华高校出版社,1996. 6 黄贤斌,郑筱霞.传感器原理与应用M.北京:高等教化出版社.成都:电子科技高校出版社,2004,3(2009.1重印) 7 刘笃仁,韩保君.传感器原理及应用技术M.机械工业出版社.2003,8 8 <美>M考夫曼,AH塞得.电子计算手册M.国防科技出版社. 9 王毅.单片机器件应用手册M.北京:人民邮电出版社,1994 10 谢自美 电子线路设计华中科技高校出版社20115688 致谢 从三月份起先，
29、经过两个多月的劳碌，至此，毕业设计和论文都到了画上句号的时候。从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经验了喜悦、聒噪、苦痛和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此困难。这篇毕业论文的就是我的最终一次所要交的作业，所以须要我更加珍惜和努力完成。 我要特别感谢我的导师。他为人随和热忱，治学严谨细心。在闲聊中他总是能像知心挚友一样激励你，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求你，从开题报告起先，始终到最终论文的反复修改、润色，老师始终仔细负责地赐予我深刻而细致地指导，帮助我开拓探讨思路，细心点拨、热忱激励。正是老师的帮助与激励，我的毕业论文才能够得以顺当完成，感谢老师！ 附录A 系统总体电路图 附录B 系统源代码