基于單片機的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

邵陽學院電氣工程系 陳雪梅 雷振新 李海娜

?

基于單片機的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

邵陽學院電氣工程系 陳雪梅 雷振新 李海娜

【摘要】設計了一種基于AVR系列單片機中的Atmegal16和低成本的數(shù)字溫濕度傳感器DHT11溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由下位機溫濕度采集器和上位PC機組成，上位機與下位機通過串口RS232通訊實現(xiàn)溫濕度監(jiān)控。

【關鍵詞】單片機；DHT11；RS232

引言

溫度和濕度是飲食建工、溫室培養(yǎng)、檔案管理、藥品保存、動物養(yǎng)殖、煙草行業(yè)、工控行業(yè)等過程中基本的測量參數(shù)，甚至在人們的居家飲食、駕車出行等過程中都有重要意義，如果能被準確的測量，將會對生產(chǎn)科研以及生活有著不可磨滅的意義。這里設計一款溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)就是為實現(xiàn)這些目標而設計的。該系統(tǒng)是自動化程度高，可以顯示溫度和濕度數(shù)據(jù)，也可以通過串行端口與主機進行通信，并且對所獲得的數(shù)據(jù)處理和分析。系統(tǒng)采用51系列單片機進行控制，具有處理數(shù)據(jù)能力強、工作作速率快、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。穩(wěn)定性強，可靠性高，簡單實用，具有很好的延伸推廣價值。采用現(xiàn)代科學技術對溫濕度進行檢測、顯示數(shù)據(jù)、信息保存以及實時遠程控制，對于提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、甚至是居家生活等都有重要的作用［1，2］。

1　系統(tǒng)設計方案

基于單片機的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示，系統(tǒng)由上位機和下位機溫濕度數(shù)據(jù)采集端組成。

圖1　系統(tǒng)結構框圖

上位機與下位機之間通過串口RS232通信。其中下位機溫濕度數(shù)據(jù)采集端由單片機、溫濕度傳感器模塊、液晶顯示模塊和報警模塊組成。

1.1各部分功能

（1）上位機：負責溫濕度數(shù)據(jù)管理；設置溫濕度報警上限；用戶通過上位機下發(fā)溫濕度采集命令。（2）下位機溫濕度數(shù)據(jù)采集端：接收上位機下發(fā)的數(shù)據(jù)采集命令，采集溫濕度數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機，同時在液晶顯示模塊上顯示溫濕度值。根據(jù)上位機設置的溫濕度報警上限，當溫濕度超過溫濕度報警值時進行報警

1.2工作過程

下位機溫濕度數(shù)據(jù)采集端直接安裝在溫濕度采集點，負責溫濕度數(shù)據(jù)采集。上位機負責下發(fā)數(shù)據(jù)采集命令，并將命令數(shù)據(jù)按照通信協(xié)議打包通過RS232發(fā)送給無線收發(fā)器。溫濕度數(shù)據(jù)采集方式分兩種：方式一、上位機自動循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，系統(tǒng)溫濕度節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集。方式二、用戶通過上位機下達指定采集節(jié)點數(shù)據(jù)采集命令。下位機收到數(shù)據(jù)采集命令后將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到上位機，上位機接收到數(shù)據(jù)驗證正確后存儲以供分析處理。下位機在未收到上位機的命令時自動循環(huán)采集溫濕度數(shù)據(jù)并與溫濕度報警值進行對比，超過報警值通過報警電路報警。液晶顯示模塊在下位機工作過程中都將實時顯示當前溫濕度數(shù)據(jù)［3，4］。

2　系統(tǒng)硬件設計

2.1下位機溫濕度數(shù)據(jù)采集端硬件設計

下位機溫濕度數(shù)據(jù)采集端采用溫濕度傳感器DHT11、AVR單片機Atmegal16、RS232串口電平匹配芯片MAX3232E和液晶顯示芯片LCD1602等功能芯片。電路圖如圖2所示：圖2中1為電源電路，采用9V電池供電，經(jīng)LM1117-3.3V電源電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的3.3V電壓。圖2中2為單片機ATmegal16與LCD1602芯片、RS232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232E，以及溫濕度傳感器DHT11的連接電路。ATmegal16的PB0-PB7分別與LCD1602的數(shù)據(jù)接口DB0-DB7相連，LCD1602的功能引腳RS、RW、CE引腳分別與ATmegal16的PA、PA2、PA3引腳相連；ATmegal16的串口TXD與RXD經(jīng)MAX3232E電平轉(zhuǎn)換后經(jīng)過DB9與上位機相連。ATmegal16的PA0口控制報警電路。報警模塊采用蜂鳴器?？紤]到本設計的真實需要，只需用PNP三極管起到放大作用來控制蜂鳴器發(fā)聲即可，具體電路如圖3所示。

圖2　下位機溫濕度數(shù)據(jù)采集端電路圖

圖3　報警電路圖

3　系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計包括上位機監(jiān)控管理軟件以及串口驅(qū)動程序、LCD1602顯示程序、溫濕度傳感器的底層驅(qū)動程序。

3.1上位機監(jiān)控管理軟件

上位機監(jiān)控管理軟件是用高級語言Visual C++9.0編程，主要完成上位機工作畫面編程、上位機與無線收發(fā)器的RS232串行口通信協(xié)議編程、數(shù)據(jù)分析處理、檢測數(shù)據(jù)庫的生成、溫濕度數(shù)據(jù)曲線的生成、以及各種報表的生成與打印。

3.2底層驅(qū)動程序設計

底層驅(qū)動程序設計采用AVR Studio 6編譯器。主要驅(qū)動程序有：溫濕度傳感器中DHT11的驅(qū)動程序、串口通信程序、LCD1602驅(qū)動程序。其中各上位機與下位機的通信采用串口中斷接收。當上位機無數(shù)據(jù)采集要求時，單片機定時循環(huán)讀取DH11的溫濕度數(shù)據(jù)，并與報警值對比，超限報警并通過串口發(fā)送給上位機。

4　結論

該系統(tǒng)可以實現(xiàn)高效率、低成本的溫濕度采集。上位機采用PC機，可以提供良好的人機界面，同時也提供了良好的人機界面，操作方便直觀，在國內(nèi)有廣闊的應用前景。另外該系統(tǒng)可以通過Internet進行聯(lián)網(wǎng)，進一步實現(xiàn)溫濕度的遠程監(jiān)控

參考文獻

［1］溫陽東，張玉鳳，朱敏.基于無線傳感網(wǎng)絡的溫度監(jiān)測節(jié)點設計［J］.工礦自動化，2011.37（7）：89-92.

［2］張娟，陸欣云.基于nRF24L01的短距離無線通信系統(tǒng)［J］.南京工程學院學報（自然科學版），2012（01）：48-53.

［3］張冬林，李鑫，戴梅.基于DHT11的低成本蠶室溫濕度自動控制系統(tǒng)設計［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，（18）：14-15.

［4］薛玲，孫曼，張志會，夏莉麗，魏希文.基于單片機AT89S51的溫濕度控制儀［J］.2010，37.

基金項目：湖南省教育廳一般項目（14C1014）；湖南省教育廳科研優(yōu)秀青年項目（15B214）；中科院天體結構與重點實驗室開放課題（OP201302）。

作者簡介：

陳雪梅（1983-），女，湖南邵陽人，助教，主要從事計算機應用技術的研究與應用。