基于單片機控制的溫度調節系統設計

王安龍+彭森

摘 要：隨著物聯網智能家居的發展，我們以8位AVR微處理器Atmega16為核心，此處理器具有高性能、低功耗等優點，采用模塊化設計，利用無線收發，建立一個實時監測并且具有調節溫濕度功能的系統。該設計主要包括了溫濕度采集、數據傳輸、數據處理以及溫濕度調節四個模塊。該系統操作簡單、性價比高、集成度好、響應速度快、抗干擾能力強而且具有穩定低功耗等優點，便于批量生產和廣泛推廣使用。

關鍵詞：單片機；環境監測；溫濕度傳感器；無線

1 引言

隨著工業革命帶來的科技進步，社會在不斷的發展，人們的生活水平也在不斷的提高，對于自己的生活條件的要求也越來越高，但是重型工業帶來的環境污染也是越來越嚴重，尤其是北方冬季的霧霾天氣時間長影響嚴重，因此對于家庭環境的要求也很日益提高，因此對于室內環境的實時監測是有必要，對改善家庭居住環境會有重要的意義。

2 系統設計原則

系統的設計應該嚴格遵守下面幾個原則：

第一個是安裝與操作的要求簡單，易于使用。在合理的設計情況下，盡量貼近消費者的知識水平，使得大部分人可以輕松的了解產品、接受產品、使用產品。

其次是可靠性好，數據準確。可靠性是此系統的核心，如果性能不夠可靠必然會影響數據采集的準確性，影響系統判斷，錯誤的改變環境溫濕度，影響消費者室內環境得舒適度。

然后是各項數據指標要合理。本系統的應用環境為室內，工作環境對極端環境的要求不高–5℃—50℃求允許正負±2℃。

3 系統硬件設計方案

圖1 溫濕度控制系統的總體框圖。本系統總體分為五部分，第一部分是數據采集，包含溫濕度采集模塊；第二部分是數據傳輸，包含無線傳輸模塊；第三部分是數據分析處理，包換單片機控制模塊、顯示模塊、鍵盤電路模塊和報警電路模塊；第四部分是溫濕度調節，包含溫濕度調節模塊；第五部分是個人PC端的監控，包含MCU與PC連接模塊。

本系統主要可以實現以下幾個功能：

1）首先利用溫濕度傳感器對所監控的環境溫濕度進行實時的數據采集，然后實際環境的大小設置不能的監測點，通過溫濕度傳感器采集的數據進行對比分析和處理，然后進行判斷，并且實時顯示環境的溫度與濕度。

2）如果傳感器監測的溫濕度與設定的范圍不一致，單片機就會做出反應，通過無線模塊發送命令到溫濕度調節模塊，對當前環境進行調節直到設定的范圍內，然后關閉溫濕度調節模塊。

4 系統測試

系統完成后我們在宿舍環境下進行了幾天的測試，在白天的情況下通過系統測試的數據與精確溫度計的測試結果進行對比，最大誤差與最小誤差分別是0.5與0.1℃，三天累計三十次的測試結果的平均誤差為0.2℃，在合理的范圍內。

濕度測試與溫度測試同步進行，最大誤差與最小誤差分別是0.4%與0.1%，平均誤差在0.3%，也在合理的誤差范圍內。

5 結論

本次設計由于時間緊迫，雖然基本完成了預期目標，但是設計成果并不是很理想，依然存在相當一部分問題：

沒有對溫度數值統計處理、儲存也沒有對多次采集的數據進行分析求均值，來提高對溫度測量的準確性，這是以后對此系統進行完善的部分。

其次是隨著智能家居的普及，利用互聯網用短信或者微信等方式來提醒主人，這些是我繼續研究與完善的部分，還有更多的功能等著去完善，使這個系統更加智能化。

隨著工業的進步，科學的發張，現在出現了越來越多的智能溫度傳感器，對傳感器也提出越來越高的要求，向著高精度、多功能、標準化、可靠安全以及高度集成的方向發展，成本也會越來越低廉。

參考文獻

[1] 羅亞萍. 基于AT89C52單片機的室內有毒氣體監控系統[J].山西電子技術， 2011， 05（2）： 17-19.

[2] 張友德. 單片微型機原理、應用與實驗[M].上海：復旦大學出版社， 2005

[3] 馮東. 基于無線傳感器網絡的溫度采集系統的研制[D].大連：大連海事大學， 2008， 11（4）： 62-63.

[4] 王志宏. 基于DHT11的實驗室多點溫濕度報警系統設計[J].山西電子技術， 2011， 9（3）： 54-56.

[5] 褚家美. 無線傳感器網絡的硬件設計[J].南京大學學報， 2010， 03（7）： 11-13.

[6] 閆玉德. 單片微型計算機原理與設計[M].北京： 中國電力出版社， 2010.

[7] 王守中. 51單片機開發入門與典型實例[M].北京：人民郵電出版社， 2007.

[8] 李光飛. 單片機課程設計實例指導[M].北京：北京航空航天大學出版社， 2004.

[9] 郭天祥. 新概念51單片機C語言教程[M]. 北京： 電子工業出版社，2009

作者簡介

王安龍，邵陽學院電子科學與技術專業學生

彭森，邵陽學院信息工程系教師