基于單片機的溫濕度測控系統設計

孫培君

本文主要采用單片機和數字溫濕度傳感器對溫濕度控制系統進行了研究設計。該系統利用單片機分別采集各個溫濕度點的信號，實現了溫濕度顯示、報警等功能。并以單片機為主控制芯片，采用數字溫度傳感器實現溫濕度的檢測。系統采用LCD顯示，形象直觀的顯示測出的溫濕度值。系統具有硬件組成簡單、精度高、測溫范圍廣等特點。

【關鍵詞】單片機 溫濕度傳感器 LCD 溫濕度點

1 引言

在我們日常的生活、生產加工產業以及食物制冷等領域，溫濕度都起著至關重要的作用，通過對溫濕度的穩定控制才能保證各個部分能夠正常的工作，如在實際環境中，火災的報警裝置能夠很好的完成對環境中的火情進行檢測，當發現火情時，采取相應的措施。而在食物或者糧食儲藏中，通過對倉庫的溫濕度實時檢測，能夠很好的完成糧食的儲藏。傳統意義上的溫濕度采集方法，精度低、實時性差，數據采集易受條件限制，在實際應用中及其的不方便，不僅浪費人力財力物力，同時也不易推廣。如上所述，隨著現代科技技術逐漸的發展，溫濕度顯得越來越重要。而單片機技術在現代科學技術發展中扮演者重要的角色，特別在儀器儀表、工業檢測以及智能化控制方面有了較好的應用，已經取得了較為矚目的成就，同時考慮到功能及產品的價格，本文采用單片機和溫濕度傳感器研究設計了溫濕度檢測儀，以期在實際環境中得以應用。

2 溫濕度控制系統硬件設計

在本設計中，電路主要包括單片機、溫濕度采集模塊、放大電路以及顯示模塊。通過最小系統完成單片機控制單元能夠正常的工作，而在控制電路中，主要包含控制開關以及繼電器的設計，控制開關主要由操作人員控制，繼電器是由單片機控制，顯示電路通過液晶屏將傳感器采集到的數據完成顯示任務。

2.1 閥值設定電路的設計

為確保系統穩定可靠工作，存儲器是必不可少的一部分。該存儲器主要作用是存儲溫濕度上下限的數值，同時具有在系統掉電后，也能夠完成數據的存儲。

在AT24C02單片機中，將預先設置的閥值存儲在EEPROM芯片中，同時可通過按鍵開關K1—K4完成數據閥值的調節。在設計中，通過k1完成閥值的增加，而通過K2完成閥值的減小，隨后，通過k3完成濕度閥值的增加，同時通過k4完成閥值的減小。在系統中AT24C02是IIC芯片，其電路的具體設計如圖1所示。

2.2 系統核心控制單元的設計

在本設計中，核心控制單元由單片機的最小系統構成，通過最小的元器件的應用來完成單片機的工作，在51系列單片機的最小系統中，單片機的最小系統一般分為：復位電路、晶振電路的設計以及單片機時鐘電路的設計等三個部分組成。其電路設計如圖2所示。

2.3 液晶顯示電路的設計

在本系統中采用的液晶屏是HJ1602A，其能夠同時完成32個字符的顯示，在日常的的電子設備中，都會涉及到液晶屏，所以液晶屏對我們來講并不陌生，如在計算機、電子表、游戲機等中的應用，使我們對液晶屏有一定的了解，其中顯示的內容大多是字符及圖像的顯示。如圖3為液晶屏的實際電路設計。

2.4 驅動電路的設計

在電路的實際設計的過程中，可通過四個控制繼電器完成對系統器件的控制，來完成系統的升溫、降溫、以及加濕等等相關操作，如圖4所示。

2.5 報警電路的設計

本設計采用峰鳴音報警電路。如圖5所示。蜂鳴器額定電流≤30Ma，而對于單片機，在P3口的電流為15mA，因此通過理論分析，僅僅通過單片機端口的電流完成蜂鳴器的驅動是不夠的，因此在電路中必須使用晶體放大器完成電流的放大，同時為了降低系統的功耗，可以在單片機接口加入PNP型晶體管，在外部測量到的溫度或者濕度值超過閥值的時候，此時三極管導通，這個時候蜂鳴器會被驅動。

3 系統的軟件設計

由于系統中的單片機的主要工作比較簡單，我們選用了AT89C51這一款單片機，編程工作用Keil軟件來完成。Keil是51系列單片機最常用的程序設計工具之一，它既支持匯編語言編程，也支持C語言編譯，同時還有完善的調試功能。由于C語言便于實現復雜的算法，所以我們的軟件程序使用C語言來編譯。

3.1 傳感器流程圖設計

本文選用DHT11傳感器，該傳感器不再需要外置的A/D轉換模塊，并具有標準接口，使用方便。DHT11作為一種新型的單總線溫濕度數字傳感器，具有更多的優點，它使系統設計更加簡單，控制方便，易于實現。其程序流程圖如圖7所示。

3.2 繼電器流程圖設計

繼電器是控制原件工作的單位。單片機輸出信號控制繼電器帶動工作原件工作，調節室內的溫濕度，使其穩定在設定值的范圍內。其程序流程圖如圖8所示。

3.3 顯示器流程圖設計

圖9為系統的顯示流程圖。主要是通過對傳輸過來的信號進行顯示后，給操作者提供提示。已達到為本系統提供對溫度的顯示和監控的目的。

4 結論

本文主要對溫濕度控制系統進行了設計研究。溫濕度控制系統是利用單片機來實現的，同時介紹了對溫濕度的顯示、控制及報警，實現了溫濕度的實時顯示及控制。溫濕度控制部分，采用溫濕度傳感器、單片機及LCD的硬件電路來實現對溫濕度的實時檢測及顯示，由軟件與硬件電路配合來實現控制及超出設定的上下限的報警系統。本研究還存在一定的缺陷，控制精度還有待進一步提高，下一步需要在實際應用中來檢驗。

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作者單位

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