基于DHT11傳感器的機房溫濕度控制系統設計

徐鑫秀 趙士原

摘? 要：機房內電子設備工作的穩定性關系著整個網絡的通信性能，這些設備的性能受多種因素影響，其中溫濕度的變化是影響電子設備性能的一個關鍵因素，而機房內的溫濕度不僅受自然環境影響，也會受到電子設備和線路本身在長時間工作情況下散發的大量熱能的影響。因此，基于DHT11傳感器設計一款機房溫濕度控制系統，實時檢測并調節機房內溫濕度，不僅利于保障通信網絡的安全可靠，還能節約能源，該系統具有運行可靠、性價比高的優勢。

關鍵詞：通信機房;溫濕度檢測;STC89C52單片機;DHT11

Abstract：The stability of the electronic device in the computer room work relations to the entire network of communication performance，the performance of these devices are influenced by many factors，including the change of temperature and humidity is one of the key factors influencing the performances of electronic equipment，and the room is not only affected by the natural environment of temperature and humidity，electronic devices and circuit itself under the condition of long time work also will send out a lot of heat. Therefore，the design of a temperature and humidity control system in the computer room based on the DHT11 sensor and the real-time detection and adjustment of temperature and humidity in the computer room are not only conducive to ensuring the safety and reliability of the communication network，but also can save energy. The system has the advantages of reliable operation and high cost performance.

Keywords：communication room;temperature and humidity detection;STC89C52 MCU;DHT11

0? 引? 言

隨著校園網絡化、智能化建設的不斷深入，通信機房內儀器設備的工作狀態對于整個校園信息網運行暢通越來越重要，設計人員對通信機房內的環境提出了越來越苛刻的要求[1]，尤其是對機房內的溫濕度、潔凈度以及空氣的流速等參數進行調節控制是現代通信機房的必然要求。本文正是為了實現對機房內實時溫濕度數據進行采集和調節而設計了一種溫濕度控制系統，該系統選擇DHT11傳感器采集室內實時的溫濕度數據，然后用風扇、空調等對室內溫濕度進行實時的調節操作，通過在本校系部機房的實際使用檢驗，該系統基本能夠滿足小型機房的溫濕度調節要求。

1? 系統設計要求

本系統設計要求利用傳感器對機房室內溫濕度進行實時的數據檢測，把所獲得的溫濕度數據傳送到單片機系統和預設的溫濕度上下限數值來進行比較，并把測得的數據傳送給顯示屏，讓其顯示所測出的實時數據，只要實時數值比自己提前設置好的值高或者較低的時候，就要打開空調或者風扇，并把信息發送到遠程界面。而當溫度和濕度已經處于提前設定好的范圍內時則要停止空調和風扇的工作，這樣最終能夠達到節能減排的基礎目的。該系統主要研究以下五個方面：

（1）可以調節所需最適合溫濕度的上下閾值;

（2）實時測量機房室內溫濕度數據;

（3）顯示所得到的實時數據值;

（4）當所測得數據值高于或低于所設置的閾值時，系統會自動發出遠程報警信息;

（5）當實際值超出限值，自動啟動空調或風扇進行調節。

2? 系統總體方案

通過對系部通信機房實際環境檢測需求和溫濕度控制要求的調研，我們選擇了如圖1所示的系統總體方案，整個系統可以分為以下幾個主要模塊：電源、主控芯片、溫濕度數據采集（傳感器）模塊、LED液晶顯模塊、GSM無線發射模塊、指示燈、風扇或空調，以及實現交互功能的按鍵。圖1是系統設計主要框圖。

總的來說，本系統的設計基本滿足了系部通信機房溫濕度的實時檢測、且通過風扇模塊及時地控制溫濕度，能夠達到節能并且減排的基礎目的，同時整個系統的設計也兼顧了經濟性和通用性。

3? 系統硬件設計

主控芯片的選型非常關鍵[2]，選型過程中需主要考慮其使用的便捷性、穩定性和性價比。因為溫濕度對于電子產品的性能有較大的影響，如果過高且不能及時得到有效控制會嚴重影響其工作效率，因此通信機房溫度控制系統需要具有良好的穩定性[2]，如果主控芯片選擇得合適，那么整個系統的應用就會非常可靠，同時也要滿足便捷性和性價比;但是如果單片機的型號選擇得不太恰當時，就很有可能會造成整個系統的安全遭到攻擊，同時也提高了成本要求，這樣也就會影響單片機工作時的正常運行，甚至最終還會根本達不到之前設計要求完成的功能。綜合比較每一個可用元器件資源的費用支出，還有開發和維護是否便捷等因素，最后決定選擇STC89C52單片機用作主控芯片。

3.1? 溫濕度傳感器模塊選型及電路設計

由于通信機房本身線路多而且復雜，設備也比較繁雜，所以溫濕度傳感器的選擇應盡可能地滿足集約性和小型化，而且通信機房本身線路和設備功耗比較大[3]，因此作為直接測量通信設備溫濕度的器件，溫濕度傳感器的選擇要考慮其功耗的大小，當然測量精度也要滿足本設計的需求和測量范圍，機房內的電子設備一般其最佳的運行環境溫度是22.0～24.0 ℃，濕度是35%～50%RH之間。綜合考量，最后認為傳感器可以選擇數字型傳感器DHT11作為本文通信機房溫濕度控制系統的數據采集模塊。數字式溫濕度傳感器DHT11[4]濕度測量范圍為5%～95%RH，測量精度為±5%RH，溫度測量范圍為-20.0～+60.0 ℃，測量精度為0.2 ℃，可以滿足本設計的溫濕度測量范圍及精度，同時節約了成本，而且只用一個總線就能夠與主控芯片相接傳送數字信號。另外它還可以對數字信號修正使其更加精確，在一定程度上也可以使傳送數據的正確性得到保障。而且其功率消耗不高，非常合適本文設計的系統，溫濕度檢測電路如圖2所示，將DHT11的引腳2（DHT）與STC89C52的引腳P10，圖中P5D為該模塊與供電系統連接引腳（下同）。

3.2? 按鍵電路設計

該系統中還存在一個按鍵電路，使用這些按鍵可以讓操作人員與系統進行互動。這些按鍵由一個接口與主控芯片的輸出接口進行連接，另一個與電源進行連接用來提供高電位。這么做的原因是主控芯片的輸出接口懸置不工作的時候，正常情況下自動認為其處于高電位，所以說沒有人為操控按鍵時可以認為輸出接口是處于懸置狀態。具體電路如圖3所示。

其中按鍵的功能分別為：

第一個鍵（S1）：主要功能是來進行設置，當把按鍵按下之后，顯示屏進入設置狀態，連續進行按下選擇設置溫度的數值或者濕度的數值，在液晶屏上就可以清楚地看到說明。

第二個鍵（S2）：若選中了溫度或濕度的數值之后，按下此鍵可以進行對其上限的閾值進行加值，提高其上限。

第三個鍵（S3）：若選中了溫度或濕度的數值之后，按下此鍵可以進行對其上限的閾值進行減值，降低其上限。

第四個鍵（S4）：若選中了溫度或濕度的數值之后，按下此鍵可以進行對其下限的閾值進行加值，提高其下限。

第五個鍵（S5）：若選中了溫度或濕度的數值之后，按下此鍵可以進行對其下限的閾值進行減值，降低其下限。

3.3? 液晶顯示模塊接口電路

在智能自動控制系統中，人機交互是至關重要的[5]。在本系統中所采用的液晶顯示模塊為LCD1602，該模塊界面簡潔、使用方便，其驅動電路的連接方式也十分容易。STC89C52與LCD1602模塊的接口電路連接如圖4所示，其中LCD1602的8個數據傳輸引腳D0-D7引腳與STC89C52的P07-P00引腳相接，數據/命令選擇端RS、使能端EN分別接至STC89C52的P26、P27。

3.4? GSM無線發射模塊接口設計

SIM800L模塊負責在本系統中向用戶發送報警信息，是實現遠程監控報警功能的核心模塊。SIM800L模塊的體積小，滿足本系統對實物焊接的要求，SIM800L短信模塊通過串行端口連接到單片機芯片，并通過軟件編程來對SIM800L模塊進行控制，圖5為SIM800L模塊的接口設計電路：SIM800L模塊在使用時需要與單片機STC89C52的串行口進行連接。由于SIM800L模塊的引腳在與單片機未連接時所使用的是TTL電平，而單片機自身在通信的時候使用的也是TTL電平，所以STC89C52單片機與SIM800L模塊的引腳連接為：TXD引腳與此模塊的RX連接，RXD與此模塊的TX連接，二者的GND共在一起，就可以實現單片機與模塊的通訊。

3.5? 電源電路

電源電路作為單片機最小系統的重要組成部分，通過USB接口+5.0 V適配器取電，也可以使用三節1.5 V的干電池供電，沒有電源電路就無法為單片機提供電源，單片機就不能正常工作。因為USB接口電源自身沒有濾波電路，所以要在USB器件上加上一個電容C2，為它提供一個簡單的濾波電路。因為在電源的輸出電壓中波動比較大，如果波動過大，會影響實驗的效果，所以要對它的輸出電壓進行濾波，這樣測到的實驗數據才會準確。電源電路如圖6所示。

4? 系統軟件設計

本系統的軟件設計部分主要包含：主程序、溫濕度采集子程序、LCD1602顯示子程序、按鍵設定子程序、無線模塊和風扇驅動子程序。按鍵設定子程序主要是完成對溫濕度上下線閾值的設定和存儲;無線模塊和風扇驅動子程序主要是用來完成對報警電路和風扇或者空調驅動電路的輸出控制，圖7為主程序流程圖。

5? 系統實現

根據前述硬件設計和軟件設計，最終制作的實物如圖8所示。

6? 結? 論

根據通信機房溫濕度控制系統的整體要求，進行總體方案的設計和主要模塊的選擇，包括主控芯片、溫濕度傳感器、顯示屏的選型，在選型過程中我們不僅考慮了機房的溫濕度環境，同時根據應用需求兼顧選型的經濟性和通用性，通過合理的對照、慎重考慮之后選擇的器件型號滿足了簡潔廉價又合理的設計要求。

參考文獻：

[1] 劉夢璇，任博強，胡旭東，等.基于優先隊列法的機房精密空調系統集中控制方法 [J].電力系統及其自動化學報，2015，27（4）：98-102.

[2] 范文瑤.基于ZigBee的通信機房無線溫度監控系統 [D].成都：西華大學，2010.

[3] LI H X，WANG J Y，FENG Y B，et al. Hardware implementation of the quadruple inverted pendulum with single motor [J].Progress in Natural Science，2004，14（9）：823-827.

[4] 邵婷婷，韋強，肖晟涵.一種基于云平臺的溫濕度監測系統設計 [J].電子設計工程，2020，28（6）：92-96.

[5] 田袆.基于FPGA的智能溫室測控系統CPU的設計與實現 [D].西安：西北大學，2011.

作者簡介：徐鑫秀（1984.11—），男，漢族，山西朔州人，就職于電子工程系，助教，碩士，研究方向：機器學習、計算機視覺;趙士原（1982.10—），男，漢族，內蒙古赤峰人，助理工程師，本科，研究方向：網絡工程、機器學習、算法。