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1、摘要针对传统仓库温湿度监控存在的不足，本文基于AT89C51单片机设计了一种仓库智能温湿度管理系统，该系统可利用SHT11温湿度传感器来实现对仓库温湿度的实时智能监控，并将监控结果在显示界面中动态显示,监测的数据在传感器本身经过模数变换,变换成数字量,通过AT89C51单片机对仓库的温度和湿度进行接受和控制,最后由两种LCD完成温度，湿度和日期的显示。此系统可以实现温度和湿度的检测和显示,使用起来比其他的设计比较方便,我们日常生活和工农业的温度和适度检测都用于该系统。关键词：单片机AT89C51 SHT11数字温湿度传感器 LCD1604，LCD128protues仿真软件。目录1. 绪 论9
2、1.1 研究的目的及意义91.2 国内外发展情况102. 设计要求和设计方案选择72.1设计要求72.2 系统的设计方案与组成72.2.1 设计思路72.3 传感器72.3.1 传感器的种类72.3.2 传感器的选择82.3.3 传感器选择方案82.3.4 介绍SHT11传感器83. 硬件设计123.1 芯片介绍123.1.1 单片机AT89C51123.1.2 LCD显示LCD1604123.1.3 DS1302原理及应用143.1.4温湿度传感器SHT11153.2 模块功能介绍163.2.1 复位电路部分163.2.2 DS1302时钟电路模块163.2.3 SHT11传感器模块173.
3、2.4 显示电路模块173.2.5 超限处理电路模块183.3 整体电路图194. 软件设计204.1 程序框图204.1.1 主程序框图：204.1.2 温湿度采集及处理框图：214.1.3 LCD显示框图：215. 仿真与调试225.1软件介绍225.1.1Proteus软件简介225.1.2 keil 软件简介225.2 Protues与Keil C的联合仿真235.3 调试结果24结论241. 绪 论1.1 研究的目的及意义跟着人民经济的迅速发展和科学技术的普遍，具有高功能设备的开发速度变得越来越快，越来越多的企业也开始对温度和环境的干湿程度等提出了逐渐严格的要求。一般而言，原来使用的
4、温湿度监测模式是完完全全依靠人本身进行测量的，依靠人类自身对其进行相关的数据的采集以及使用人工粗纱等手段从而对需要检测的环境进行数据的摘抄。这种模式带来的结果就是浪费了大量的人力物力造成了人员等资源的极大浪费。在实际工作中，常常发生因为人类的采集不准确，造成了许许多多的严重的事故，给人们的生命财产也带来的很大的威胁。该监控系统可以解决资源浪费和不及时管理的问题。对于仓库本身而言，其主要的环境要求主要有潮湿度的需求，从而达到对仓库内的物品的安全保护，比如说霉变、防腐等的要求。这些是衡量仓库管理制度质量的重要指标。储能器的寿命和可靠性带来直接影响。为了确保日常工作的顺利运行，加强仓库的温湿度监测显
5、得甚为关键。然而，以往的检测主要是借助湿度计、双金属测量仪等完成的。经由人工途径，将与温湿度要求不相符的仓库甄选出来，进而对开展除湿、通风等工作。这样会出现执行的准确度很差，不能及时的跟上执行要求，同时也会出现信息采集的人员的工作强度非常大等等不好的情况或者说问题。时代在不断发展，科技在持续精进，在这样的大环境之下，以往的温湿度测量技术在现如今的市场当中非但不再具有优势，反而在精度、灵敏度等方面备受质疑。故而，急需基于时代的现实需求规划设计出可实现温湿度信息的控制系统。传感器模块为SHT11数字温湿度传感器，并将其与单片机相连，实现系统对仓库环境温度和湿度的实时测量。该设计的电路，其软件部分的
6、编排相对而言是不复杂的。所以来说，本文将会根据SHT11这个运用频率比较高的数字温湿度传感器作为实例，对基于其而开展的设计过程进行阐述。此设计非常满足人类的常用的包括仓库温湿度控制等等诸多要求。1.2 国内外发展情况现如今，国内外仓库在调节及控制环境温湿度的之时运用了多种类型产品，譬如加湿器等。按规定必须通过温湿度测量仪来对控制的实际温湿度是不是与储备材料保存环境的标准相符做出清晰的判定。而温湿度测量等相关的仪器是布置在对环境有要求的仓库之中的。在过去，仓库温湿度主要通过人工测量方式来进行检查，并将采集结果以文件的形式进行记录和汇总，这种人工测量方式不仅费时费力，同时测量精度也难达到规定要求，
7、同时当仓库面积较大、数量较多时不适用，所以工作者在巡检上要花费诸多的时间。因而，倘若选用手动抄表的方式，每天的温度和湿度的数量会非常有限，并在夜间不能巡逻记录。就现状而言，关于湿度传感器的产品有很多，包括国内的，国外的等等诸多产品，而且这些产品也已经形成了规范化的标准。新型数字式温湿度传感器SHT11是一种全新的产品，运用了智能化线性化技术，在生产上也用了全新技术，将瑞士科技的数字化组网的特点展现出来，同时达成了经济性、先进性以及便捷性的有效统一。传感器彼此间能够进行联网，也可单个应用。因而，整个系统的复杂度大大减小，而且在兼容性方面颇具优势，更容易扩展。SHT11选用的数字技术使得系统的精度
8、得以确保，而不会被传输活动所干扰；传感器的数据能够直接进到集电极中，而无需经由A/D等复杂度较高的电路。另外，此系统出现问题的几率极低，并且易于维护。SHT11温湿度传感模块在实现温度测量的同时也可实现湿度测量，因而相较于传统的测量系统而言结构更为简单，且可有效节省与单片机的通信结构，具有较强的抗静电、抗干扰、防止和其它不相干设备互相连接等诸多的保护功能，同时拥有着特别强的恢复功能，也拥有着对一些酸碱环境气体等抵抗的手段。2. 设计要求和设计方案的选择2.1设计要求本文所设计的仓库温室的检测系统可实现的基本功能如下：可实现对仓库温湿度的有效检测；可对温度和湿度进行实时显示；一旦过限即会进行自动
9、报警；关键技术参数 测温：530；测湿：2560%Rh温度测量精度：0.5C湿度测量误差：3%Rh能够对上下报警值进行设置。一旦湿、温度高于极限，就会进行报警。工作电源：DC4.55.5V2.2 系统的设计方案与组成2.2.1 设计思路根据本文所设计的任务和要求，本文所选用的传感器模块采用SHT11温湿度传感器。系统开始工作后，根据初始条件传感器读取湿度值和温度值，与设定好的相应数值相对比。倘若发现当下值高于极限，则会有报警信号发出。如若系统在极限范围之内，就会对正常湿度温度进行有效的显示。2.3 传感器2.3.1 传感器的种类温度传感器可实现温度和湿度数据的实时检测，还可以将检测的温度信号输
10、出，按照测量的结果可将传感器分为两类，一种是接触型的传感器，另一种则是不接触型的传感器。二、电容式液位传感器:通过改变电容来实现信号测量，这种测量方式具有具有可靠性高、具有较强的可操作性等诸多优势，广泛应用于工业生产等诸多领域之中。三、温湿度传感器：可实现温度和湿度数据的实时检测，并通过该模块对环境中的温度和湿度进行实时测量后可按照用户的需求输出响应的信号，并将其在显示模块中予以显示。2.3.2 传感器的选择在本文所的设计的仓库温湿度测量系统中为了实现精确测量，同时节省单片机的通信接口，选择适用温湿度传感器，我们在对比各个方案之后再针对传感器展开详尽的阐述。2.3.3 传感器选择方案方案一：运
11、用热敏电阻及其他器件并借助其温度感测效应来完成对伴随测量温度有所改变的电流或电压参数予以收集，经过数模转换之后将信号输入单片机中进行处理。在显示电路中可实现对检测温度信息的实时显示。此设计必须在A/D转换器中应用，所要转换的电路及监测的电路都十分复杂，而且湿度模块也不简单。模拟电路的积累对后期的数据收集也极有难度。方案二：在设计之时，出于对大部分MCU电路都会用到传感器的思考，必然会联系到温、湿度传感器。模拟得出的仿真，能够将测量所得温度数值直接读出，而且转换也易于完成，同时又能够与设计的需求相契合。方案三：伴随技术的持续精进，涌现出了许多温、湿度一体的传感器，并且价格比别的传感器更便宜。搜索
12、之后，SHT11温度和湿度传感器被我在Proteus组件库里寻觅了出来。其不但汇聚了前两种方案的优势，而且有规避了相应的缺点，此外，与参数的相应要求也都相符。综上，不难发现方案三的电路复杂度最低，而且精度能够得到较好的确保，其综合了前两个方案所拥有的优点，故而我们选用此方案。2.3.4 介绍SHT11传感器： 主要功能特性如下所示： （1）在一个芯片中集成有温度检测和湿度监测功能，同时还具有数模转换、信号放大等功能； (2)所给出的温度和湿度检测值与实际值十分接近。 (3)稳定性好；(4)功能值得信赖； (5) 可靠性强； 电源电压为2.45； 该传感器内部结构示意图如下图所示，其性能参数可详
13、见表2-1。 该传感器命令和时序为： (1)传输开始：在进行初始化传输时输出“传输开始”指令，如此一来，一旦SC k为高电平，那么DATA就会从高电平转变成低电平，而且如若下一个SCK仍为高电平，那么DATA就会有所提高。紧接着下一个命令涵盖的地址位、命令位分别为3个（当下只有“000”）、5个，同时位于DATA脚的ACK位为低电位，指示命令即可无误传输至SHT11。 （2)连接复位顺序 如若SH T 11传感器的通信导致连接复位序列处于中断状态，那么以下信号序列就会对串行端口进行重置：一旦DATA线为高电平，触发SCK涵盖9倍以上9倍，且将之前的命令“传输开始”发出。表2-2 SHT11传感
14、器命令列表 3. 硬件设计3.1 芯片介绍3.1.1 单片机AT89C51主要特性如下： 引脚说明如下表所示.表3-1 P3口管脚备选功能 构造特征： 3.1.2 LCD显示LCD1604 原理液晶模块内部的具有一百六十余个点阵字符图案。能够有效地完成对数字、大小英文字母、各类标点符号以及日期等信息的显示。液晶指令表如下表所示表3.1.2 1604液晶指令表显示器特性：l 电压范围l 可实现对比度动态调节l 具有复位电路l 提供控制命令lll 初始化 3.1.3 DS1302原理及应用是一款由公司所推出的一种功能强大的时钟芯片，该芯片可提供时钟或日历电路功能。DS1302是DS120的改进版，
15、它和DS120时钟芯片最大的区别之一就是前者使用了双电源管脚，即具有主电源和备用电源两种不同类型，可在断电情况下为系统供电，在便携式电话传真机等领域中得到了大范围的运用。以下是的关键性能指标:可实现对所有年份进行运算，具有闰年显示功能。 ，则300nA 和TTL均具有良好的兼容性 可简述为-双电源管用以供主电源、备份电源-额外添加的7 字节暂时存于存储器中 的管脚阐述：以下为其排列顺序：晶振管脚：地：复位脚：数据输入/输出引脚：串行时钟 ：供电管脚3.1.4温湿度传感器SHT11 SHT11简介温湿度传感模块相较于传统的传感器而言具有更大的测量优势，例如可实现温度和湿度信息的同时测量，因而相较
16、于传统的测量系统而言结构更为简单，且可有效节省与单片机的通信结构，具有较强的抗静电、抗干扰、防止和其它不相干设备互相连接等诸多的保护功能，同时拥有着特别强的恢复功能，也拥有着对一些酸碱环境气体等抵抗的手段。主要用来测量温度和湿度，也是被瑞士SCNSIRIN公司推出来的使用最普遍的一款。该传感器最为突出的特点就是将温、湿度传感以及加热器、信号转换、A/D转换汇聚在一起。 SHT11引脚功能 SMD-LCC表面贴片的形式封装SHT 11温湿度传感器。接口复杂度极低，可详见图3.1.2。12348765NCNCNCNCGNDDATASCKVDD该模块的引脚功能：电压是2.4到5.5 V左右。 SHT
17、11的内部结构详见图3.1.3所示。3.2 模块功能介绍3.2.1 复位电路部分其工作原理如下：最初接连于单片机的复位电路的时候，电容器就是无电的，而且电容器里的电阻处于极低状态。通电之后，电阻将5V的电充到电容器，电容器的电容从0V缓慢上升到大约4V（短时间一般小于0.3秒），然后执行复位操作(这是手动复位的原则)。图3.2.1 手动复位和晶振电路3.2.2 DS1302时钟电路模块时钟模块的核心为DS1302芯片，其中和数模转换分别连接到单片机的端口，此类端口划归在控制引脚的范围里。该模块达成了对系统日期及时间的实时生成，在实时控制温湿度方面起到了实际的效用。该芯片的各链接电路在数据及时间
18、上都比较精准，而且不复杂。 图3.2.2 DS1302时钟电路模块3.2.3 SHT11传感器模块传感器模块的主要功能是对仓库的温湿度进行实时测量，并将测量结果传输到数模转换模块之中，把处理好的数字送到单片机上。能让整个电路稳定工作。关键功能结构即为前文中所述的芯片。图3.2.3 SHT11传感器模块3.2.4 显示电路模块该模块由芯片的数据和时间，实时温湿度电路，液晶模块组成。LCD1604是一种液晶显示器。每行由四列和16个字符。连接到P0端口RS,RW;E连接到P3.5，P3.6和P3.7控制。采用模块显示温湿度控制与测量。它的用途是让人们更明确的了解本次设计的目的。图3.2.4 LCD
19、1604与LCD12864连接电路3.2.5 超限处理电路模块电路的这一部分由D1，D2，D3，D4和D5等5个发光二极管和一个嗡嗡声报警器组成。该报警器与单片机的P1.0端口相接，图3.2.5是发光二极管和单片机相连状况。为了发光、冷去了、加热、干燥和加湿度分别用D1、D2、D3、D4和D5等发光二极管来代表。数字温湿度传感器采集出的温度与湿度如若高于事先设定的极限值，则发光二极管所呈现出的发光反应也会有所区别，并发出连续的“滴”声。图3.2.5 超限处理电路模块3.3 整体电路图4. 软件设计KEIL UVISION3编程软件、C语言被本次设计所选运用。只有在KEIL使用软件之后，才可以得
20、出相应的结果数据，并且将其无误展现。模块方面则主要包涵了C主功能文件、 h文件（数量为9个）。4.1 程序框图4.1.1 主程序框图： 4.1.2 温湿度采集及处理框图： 4.1.3 LCD显示框图： 5. 仿真与调试5.1软件介绍5.1.1Proteus软件简介proteus 软件不仅拥有其它同类产品均有的模拟仿真相关硬件能力，而且更重要的是这种软件可以虚拟一个数字化的单片机及其相关的周围的硬件系统。所以说，基本可以确定的是，这种软件，就现在来说，是同类产品中最好使用的一种软件设备。这个软件最近几年才在我们国家开始流行起来，但是因为它的卓越的能力，已经被广大的老师们，学生们，科研工作者，企业
21、的开发人员等人群所熟悉。在世界范围内，Proteus都可以称得上是一款广受认可的EDA工具软件。不管是原理图的早期规划设计、有关程序的代码调试，还是单片机与其邻近有关硬件电路的共同虚拟模拟实验都可由其完成。可以说，这一个软件完成了从头脑中想象的产品到实际中可以使用的产品的一个完整的设计工序。到目前为止，它可以说是工业界的软件中惟一的一个包揽了关于电路仿真的软件、PCB设计的软件以及虚拟模型仿真软件这三种不同类型不同功能的综合性的集成软件。另外，在进行编译的任务时，这个软件还可以实现多种不同类型的编译操作，例如Matlab等。5.1.2 keil 软件简介Keil是使用一家企业的名字命名的。在研
22、发51系列单片机中，Keil软件绝对可以称得上是龙头老大。这个软件提供包括c语言和汇编语言在内的语言开发环境。在这个一系列的软件里，KeilC51是Keil软件公司专门为51系列设计的系统。运行Keil这个软件，需要提供一个相应的操作系统环境来支持，比如微软公司的98，2000以及xp系列操作系统。假设说利用C语言来完成相应的程序设计，那么使用KeiI作为其开发的环境必然是一种简单方便而且高效的选择。如果说，软件的设计需要汇编语言而不是C语言去实现，那么Keil这个软件也拥有一系列相对应的集成开发的环境，能力突出的调试系统，所有的这些，保证了设计者仅仅花费较少的精力就能完成相当大的工程。目前来
23、说，Keil系列的软件有多种不同类型的版本以对应不同的需求。但是一般来说，不同类型的软件的使用方式是大同小异的。5.2 Protues与Keil C的联合仿真Protues ISIS与另外的单片机系列仿真软件不一样的是，它会可以虚拟出相关单片机设备的周围的电路示意情况或者是没有单片机设备来构成相关电路的不一样的工作情况，而且还会虚拟出单片机CPU的工作情况。下面简要介绍一下Protues 与Keil C的接口连接的具体步骤。完成Protues这个软件和Keil C这个设备的端口连接的具体过程如下所示:（1）安装Protues和Keil C并安装vdmagdi，exe程序。（2）输入Protue
24、s ISIS并选择Debug|使用远程调试监视器菜单选项。（3）与Vision3一起进入Keil C的集成开发环境，创建一个新的项目(项目)，为项目选择合适的MCU模型，并添加Keil C源程序。那么就会在相应的界面发现“选择项目|选择目标”这个菜单功能,当然也可以通过点击工具栏中的选项作为相应的结果按钮,从而可以在弹出的页面找到bug这个选项卡,然后再使用下拉列表框,找出一个名叫Protues VSM的模拟器,然后勾选相应的单选按钮,或者一个小黑点的小圈的使用。点击设置按钮设置通讯接口，并在主机文本框中输入“127.0.0.1”。如果说在本地的局域网里没有要连接的PC主机，或者说PC主机不在
25、本地局域网中，而是远程PC主机，那么可以通过本地计算机的端口实现远程连接，一般而言默认的端口为“8000”，此时键入对应的远程的PC机的IP地址，完成互联操作。最终的一步是完成这个目标项目的编译工作、调试工作和运行的相关工作。至此，就已经完成了Keil C 软件和 Protues软件的互相连接的调试工作，实现了互相连接。下面再介绍一下Protues软件 与Keil C软件的联合仿真过程。前面已经绘制了8051 LED显示设备如何进行展示的基本原理图，同时在这个工作上面，设计了一个可以完美兼容Protues软件和Keil C软件的全部的虚拟仿真工作。（1） 硬件设计（2）程序设计（3）仿真实现步
26、骤5.3 调试结果图中对各个温湿度值进行了展示，现实温度与理论温湿度的差值都在许可的误差范围里(图5.4，温湿度分别为60和80%，分别为60.03和82.37%)。第一行显示的是日期，日期为：4.28；第二行显示的是时间，时间为：20：02；第三行显示的是温度，温度为：62.684；第四行显示的是湿度，湿度为：46.822.说明设计成功。仿真结果如下所示。结论如今，无论在工业上还是在电子技术等方面应用单片机越来越普遍了，而且单片机也展现出了它独特的优越性。它可以与一些简单的电路加上有关的程序实现一个设计。它的不断发展会给电子设计的未来带来很大的贡献。 针对传统仓库温湿度监控存在的不足设计了一
27、种基于AT89C51单片机的智能温度湿度监控系统，该系统可通过SHT11温湿度传感器来实现对仓库温湿度的实时智能监控，并将监控结果在显示界面中动态显示,监测的数据在传感器本身经过模数变换,变换成数字量,通过AT89C51单片机对仓库的温度和湿度进行接受和控制,最后由两种LCD完成温度，湿度和日期的显示。此系统可以实现温度和湿度的检测和显示。该设计的温湿度测量有精度高，成本低，体积小，界面简单等优点。由AT89C51，时钟电路及复位电路一起构成的单片机的最小系统的运用，使得整个系统的工作都能够保持在正常的状态；由LCD1604和LCD128*4组成显示电路，此电路可以明确地显示出温湿度；由5个发
28、光二极管和1个报警器组成超限处理电路，这电路对温度和湿度的超限值进行发光和报警；SHT11传感器对仓库内的温度和湿度进行采集。软件设计了系统的主框图，温湿度采集及处理框图，LCD显示框图等。由于在课本上和现实中学习关于这次设计的知识是有限的，加之时间较为紧迫，自己的经验也比较少，故而此次设计的总体性能有一些不足之处，还需要进行优化，软件设计没那么合理。可这次设计，对学习数字温湿度传感器和时钟芯片的学习有了很大的帮助。不但更为深入的理解了有关知识，而且对于单片机仿真软件的运用也更加灵活自如。参考文献1 张毅刚，彭喜元单片机原理及接口技术M人民邮电出版社，2008-112江世明. 基于Proteu
29、s的单片机应用技术M. 电子工业出版社, 2009.3 黄晓健, 黎世静, 黎锦棠, 何东华. 粮库自动通风控制系统的研究J. 粮食流通技术, 2011(5): 30-33.4 田建君. 仓库自动通风及温、湿度监测系统J. 电子产品世界, 2004(4): 70-71.5ATMEL.Atmel-8151-8-bit-AVR-ATmega128A_Datasheet,2015.6 刘同法, 陈忠平, 彭继卫等. 单片机外围接口电路与工程实践M. 北京航空航天大学出版社, 2009.7 马忠梅. 单片机的C语言应用程序设计（第4版）M. 北京航空航天大学出版社, 2007.8 任文霞, 吕文哲,
30、王彦朋. 电子电路仿真技术M. 中国电力出版社, 2009.9 刘泾. 电路和模拟电子技术实验指导M. 西南交通大学出版社, 2011.10 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程M. 电子工业出版社, 2009.11 夏明娜, 高玉芝. 单片机系统设计及应用M. 北京理工大学出版社, 2012.12 张毅刚. 单片机原理及接口技术C51编程M. 人民邮电出版社, 2011.13 刘海成. 单片机及应用系统设计原理与实践M. 北京航空航天大学出版社, 2009.14 张溪单片机电子产品设计高等教育出版社M200815 贺静凯, 刘德新, 管明祥. 单片机系统设计、仿真与应用基于Keil和Proteus仿真平台M. 西安电子科技大学出版社, 2011.