實驗室溫濕度控制系統的設計

馬惠鋮

（延安大學西安創新學院理工系，陜西西安 710100）

0 引言

溫度和濕度的檢測是許多行業的重要工作之一，不論是貨品倉庫、生產車間，都需要有規定的溫度和濕度，然而溫度和濕度卻是最不易保障的指標，針對這一情況，研制可靠且實用的溫度和濕度檢測系統就顯得非常重要[1]。

本設計中的DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有校準系數信號輸出的復合傳感器，采用單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。產品為4針單排引腳封裝，連接方便，體積小、功耗低，信號傳輸距離可達20米以上。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接，因此該產品具有品質優、響應快、抗干擾能力強、性價比高等優點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準，校準系數以程序的形式存在OTP內存中，傳感器內部在檢測型號的處理過程中要調用這些校準系數。

1 總體設計

1.1 設計內容

用新型的智能集成溫濕度傳感器DHT11實現溫度、濕度的檢測，將溫度和濕度信號通過傳感器進行信號的采集并轉換成數字信號，再運用單片機AT89C52進行數據分析和處理，為顯示電路提供信號。如圖1-1所示：

圖1-1 設計模塊圖

1.2 設計要求

（1）通過DHT11傳感器對周邊溫濕度信息的采集并轉換成數字信號，將信息提供給單片機進行處理和分析，溫度檢測范圍：0～50℃，測量精度：1℃，濕度檢測范圍：20～90%RH，檢測精度：1%RH。

（2）通過編程用單片機來實現溫濕度的顯示。

（3）通過LCD1602液晶顯示器來顯示溫濕度數值。

2 硬件設計

2.1 電路工作原理

本設計的設計電路采用模塊化、層次化設計，設計的電路原理圖如圖2-1所示：

圖2-1 電路原理圖

2.1.1 工作原理

本設計是由硬件和軟件相結合，應用軟件控制硬件的自動智能化工作。設計中用新型的智能溫濕度傳感器DHT11實現對溫度、濕度的檢測，將溫濕度信號通過傳感器進行采集并轉換成數字信號，再運用單片機AT89C52進行數據分析和處理，為顯示提供信號，然后將信號傳輸給LCD1602液晶顯示器。

2.1.2 工作過程

給電路通以+5v 電壓，電路進入初始化工作，大約1s 后，傳感器DHT11開始采集檢測環境信息，然后將獲得的信息通過p1.0腳傳送到單片機進行數據分析和處理，最后將信號傳輸至LCD1602液晶顯示器，顯示器經內部處理后顯示出精確的溫度和濕度值[2]。

2.2 電路控制系統

本電路的控制系統為單片機最小系統（AT89C52、時鐘電路、復位電路）。以單片機芯片AT89C52作為CPU，時鐘電路由一個頻率為12MHz的晶振和兩個33pF的電容組成，復位電路由一個22uF的電容和一個10k的電阻組成。

2.3 控制部分

本系統控制設備采用加濕設備、除濕設備、加溫設備、降溫設備作為控制器，加濕設備、除濕設備、加溫設備、降溫設備分別控制濕度與溫度，使得實驗室的溫濕度得到控制。

單片機P1?1，P1?3分別為溫度超過或低于上下限控制腳，P1?2，P1?4分別為濕度超過或低于上下限控制腳。控制腳通過控制加濕設備、除濕設備、加溫設備、降溫設備，調節溫度及濕度。

當實驗室實際溫度超過設定溫度上限時，系統將調用控制模塊對降溫設備控制，將實驗室的溫度降低；當實驗室實際溫度低于設定溫度下限時，系統將調用控制模塊對升溫設備控制，將實驗室的溫度升高；當實驗室實際濕度超過設定濕度上限時，系統將調用控制模塊對除濕設備控制，將實驗室的濕度降低；當實驗室實際濕度低于設定濕度下限時，系統將調用控制模塊對加濕設備控制，將實驗室的濕度提高。

3 程序設計

整個系統的功能是由硬件電路配合軟件程序來實現的，當硬件定型的時候軟件也就定下了，軟件由主程序和子程序組成。主程序，它是整個軟件的核心，專門用來協調各個執行模塊和操作者的聯系；子程序，它是用來完成各種實質性的工作的，如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執行軟件就是一個小的執行模塊，這里將每一個模塊一一列出來，并為每個執行模塊進行功能定義和接口定義。各執行模塊規劃好以后，就可以規劃監控軟件了。首先要根據系統的總體功能選擇一種最合適的主程序結構，然后根據實時性的條件，合理安排監控軟件和執行軟件之間的調度關系。

3.1 主程序模塊

（1）主程序模塊框圖

主程序主要完成硬件初始化，子程序調用等功能。

在主程序中，對溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示器的初始化，同時調用傳感器數據，進行顯示。其框圖如圖3-1所示。

3.2 DHT11初始化模塊

該流程主要對傳感器的初始化進行設計，流程圖如圖3-2所示：

圖3-1 主程序模塊框圖圖

圖3-2 DHT11初始化流程

4 結束語

用新型的智能集成溫濕度傳感器DHT11實現對溫度、濕度的檢測，將溫度濕度信號通過傳感器進行采集并轉換成數字信號，再運用單片機AT89C52進行數據分析和處理，為顯示電路提供信號。整個系統響應速度快，成本低，適合推廣。下一步可以將外圍電路原件一起整合，使之成為一個完整的系統。

[1]李建民.單片機在溫度控制系統中的應用[M].江漢大學學報，2012，（5）72-78.

[2]白靜.數字電路與邏輯設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009：37-56.