關于單片機在溫濕測控技術中的應用研究

陜西省電子信息學校 艾明祥

近年來，對環(huán)境溫度和濕度的檢測需要在很多場合進行，對測量精度的要求也在逐步提高。單片機技術的應用在很大程度上實現(xiàn)了溫濕度測量的自動化和數(shù)字化。特別是以單片機連接高準確度的數(shù)字溫濕度傳感器和顯示模塊，以及無線通信模塊和報警輸出模塊的溫濕度測控系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)讀取方便的特點，測量準確，性能穩(wěn)定，其優(yōu)點遠高于傳統(tǒng)的手工測量儀器。因此，數(shù)字溫濕度測控技術逐漸應用于一些對溫濕度精度要求非常精準的行業(yè)。

1 意義

單片機是具有時滯的溫濕度控制系統(tǒng)，可以對周圍環(huán)境的溫濕度進行準確的感應，從而可以分析出周圍環(huán)境的問題。溫濕度控制系統(tǒng)采用自動控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)來完成對溫濕度的檢測與控制，溫濕度控制系統(tǒng)具有自動調整與定位得功能。系統(tǒng)通過對溫濕度歷史數(shù)據(jù)的記錄，以便可以對周圍環(huán)境的溫度進行自動調整，從而可以對單片機進行更好的應用。單片機控制系統(tǒng)具有準確性高、智能化、小型化設計等特點。在溫濕度系統(tǒng)與單片機相互結合在一起，對溫濕度的控制可以更加的精準和便利。

2 系統(tǒng)的總體設計

CPU模塊、溫濕度傳感器、按鍵輸入模塊、液晶顯示模塊、無線通信模塊和報警輸出模塊是組成溫濕度系統(tǒng)的主要部分，控制系統(tǒng)主要是以CPU模塊為核心，由C8051F020單片機、復位電路和晶體振蕩電路組成。在系統(tǒng)溫濕度檢測方面，通過設計8路溫濕度采集通道，可同時檢測多個地方的溫濕度。在測量傳感器的使用上，采用數(shù)字溫濕度傳感器TH10，這種傳感器具有測量精度高、數(shù)據(jù)讀取方便、功耗低等優(yōu)點。按鍵輸入模塊主要用于設定溫度、濕度的上下限報警值。

LCD顯示模塊用于顯示采集到的8路溫濕度值；無線通信模塊采用Wi-Fi模塊hm-wf8266b，負責將采集到的溫濕度值和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)實時傳輸給上層管理主機，報警輸出模塊包括聲光報警電路兩部分，根據(jù)采集到的8路溫濕度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對網(wǎng)絡控制狀態(tài)的實時指示。超過限值時，根據(jù)不同情況進行聲光報警。

采用單片機作為溫室溫濕度控制中心。通過對周圍的環(huán)境進行實時的檢測，以及及時的收集，可以根據(jù)歷史記錄對周圍環(huán)境的溫濕度進行調整，以對環(huán)境更好的控制。單片機控制系統(tǒng)包括對溫度、濕度等重要參數(shù)進行實時監(jiān)控，一旦發(fā)生意外情況，系統(tǒng)可以及時發(fā)出報警信號，從而可以降低成本，保障整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

3 單片機的控制器類型

恒溫恒濕系統(tǒng)以單片機為中心，對各種的參數(shù)進行處理，主要通過采集傳感器等元件對周圍環(huán)境的溫度和濕度等相關參數(shù)進行采集，中間環(huán)節(jié)經(jīng)過A/D交換系統(tǒng)后到達單片機。到達最后的環(huán)節(jié)，計算結果并顯示在監(jiān)視器上。如有異常參數(shù)，啟動報警電路，通過單片機處理實時控制發(fā)出預警。

4 單片機硬件支持與構造

單片系統(tǒng)的硬件主要包括電源系統(tǒng)，一個用于實時監(jiān)視溫室環(huán)境的單片電源管理控制開關構造，系統(tǒng)檢測通過單片收集環(huán)境參數(shù)，并通過下載中央系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，然后返回監(jiān)視器顯示系統(tǒng)，監(jiān)視警報系統(tǒng)預定的安全閾值。設置系統(tǒng)中的閾值范圍，并在系統(tǒng)各組成部分之間建立通信，以獲得閾值后的報警操作，環(huán)境數(shù)據(jù)采集元件連接到預警系統(tǒng)，這樣就可以避免錯誤不觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸異常警報單片設備的硬件系統(tǒng)與中央控制中心相關聯(lián)，中央控制中心通過從該輔助部件獲取數(shù)據(jù)實時接收和分析數(shù)據(jù)。單片設備并將其發(fā)送給系統(tǒng)中央系統(tǒng)地過濾、收集和處理轉換為A/D的信號，通過轉換在監(jiān)視器上顯示經(jīng)處理的信號，并連接到報警系統(tǒng)以控制超過閾值的環(huán)境參數(shù)。

5 系統(tǒng)硬件設計

AT89C51單片機集成系統(tǒng)是一種低壓高性能8通道的微處理系統(tǒng)的器件。在輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)時，單片機具有閃存的可擦除性，通過采用ATMEL高精度工業(yè)存儲系統(tǒng)。在單片機控制下實現(xiàn)了系統(tǒng)的多芯片集成，提高了系統(tǒng)的靈活性。

AT89C51宏處理器集成系統(tǒng)與MCS-51系統(tǒng)兼容，具有4K字節(jié)可編程閃存系統(tǒng)的存儲功能，可清除1000倍，保證單芯片寫入程序的循環(huán)使用。可以保存10年數(shù)據(jù)。整體靜態(tài)動作為0-24Hz，有三極程序的存儲鎖定。內部Ram是32位可編程控制系統(tǒng)，有32位I/O總線、2個16位固定。這是時光機和5個中斷源。可以進行串行信道編程管理，有低怠速和關閉模式。

DS18B20集成溫控電路是一種基于半導體原理的溫度控制系統(tǒng)電路。它體積小，面積小，抗干擾能力強，精度高，數(shù)據(jù)功能好。通過對單片機技術的研究，了解DS18B20集成溫控電路的傳感器設置，通過數(shù)據(jù)總線完成結構和經(jīng)濟性測量系統(tǒng)的有效組成。DS18B20集成溫控電路的溫度范圍為-55℃～125℃，精度范圍為0.5℃。通過現(xiàn)場溫度總線的數(shù)字化控制，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

DS18B20的集成溫度控制電路測量不利條件，在3V到5V的范圍內對系統(tǒng)進行封裝，控制集成系統(tǒng)中的報警溫度和輸出系統(tǒng)，并且具有12位數(shù)據(jù)分辨率，具有0.5℃的精度比，是最大動作周期750ms。這里，可以進行封裝處理，包括PROM的溫度限制函數(shù)。64位，嵌入式序列號具有多個封裝模式，可用于不同硬件系統(tǒng)，具有負壓特性，保護電源不受燙傷的影響。發(fā)光本發(fā)明描述集成電路的溫度控制包。在以下情況下，GND是接地信號，DQ是數(shù)據(jù)輸入及輸出觸發(fā)器，能夠用于與DQ相關的外部電力供給，VDD是可選的去電信號，在寄生電源狀態(tài)下需要接地處理。

集成溫度控制電路DS18B20將檢測到的溫度檢測連接到數(shù)字數(shù)據(jù)。這改進了反干擾約會DS18B20集成系統(tǒng)，其中由函數(shù)編碼的只讀存儲器的第八位由單個線路系統(tǒng)編碼，并且最后48位由一個序列編碼。在56位數(shù)據(jù)位中檢測到最后8位的CRC，DS18B20的集成系統(tǒng)具有64位和RAM數(shù)據(jù)臨時存儲功能，并且數(shù)據(jù)和存儲功能的內部數(shù)據(jù)在中斷后略微丟失。電流每字節(jié)有9位隨機存儲器、溫度轉換數(shù)據(jù)位的溫度調整值的存儲位置的3位和4位，在復位后被更新，第5位是EEPROM鏡，第6、7、8是計數(shù)寄存器，溫度數(shù)據(jù)的識別率，即溫度調整的內部變化更換通過用戶而提高。DS18B20溫度控制集成電路系統(tǒng)使用RAM處理圖像，以確保EEPROM在不丟失數(shù)據(jù)的情況下具有高存儲容量、上下溫度和相關數(shù)據(jù)的使用。有很多方法可以測量空氣濕度。其主要原理是通過分析空氣中的物質來確定被數(shù)據(jù)吸收的水的分子量，從而間接分析空氣中的濕度對物質在吸收控制中的作用。電容式、電阻式和濕度傳感器是三種濕度測量裝置。以HS1101傳感器系統(tǒng)為例，不需要進行標定。它具有高的長期穩(wěn)定性和高效率的可靠性。它可以快速響應相關時間，并封裝側面數(shù)據(jù)。適用于生產(chǎn)線的電壓輸出和功率調節(jié)，以及生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的自動裝配。HS1101電容式傳感器的相對濕度單位為零到零，誤差小于2%PF，有效響應時間在5s內，溫度相關系數(shù)為0.04。HS1101電容傳感器系統(tǒng)作為電容器附件存在于電路中。隨著系統(tǒng)電容的逐漸增大，濕度傳感器可以用來測量空氣中的濕度。濕度傳感器可用于測量充放電。正弦電壓信號由振蕩電路構成，數(shù)字信號經(jīng)放大、轉換后形成。另外，在555型濕敏電容器中，該系統(tǒng)可用于測量空氣中濕度的振蕩電路，通過對電容變化和電壓頻率信號的處理，計算機可以直接采集和測量。集成電視的555芯片與外部電阻和濕敏電容器連接，形成充電電路。通過控制芯片內的晶體管，它形成一個放電電路到C，形成一個多級振蕩電路。電阻還具有一定的短路保護功能和平衡空氣濕度的功能。

6 系統(tǒng)軟件設計

在編寫溫度和濕度數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)軟件時采用C語言，因為C語言具有諸如簡單設計、易于操作、可移植性等特征。在系統(tǒng)的運行過程中，中斷響應控制模式來定義溫室氣體的濕度范圍。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的標準值，來定期檢測溫濕度的范圍，溫度和濕度以確定它們是否超過預定范圍。啟動相應的執(zhí)行機構，并將相應的參數(shù)返回到調節(jié)范圍，主程序、數(shù)據(jù)采集、顯示和報警系統(tǒng)時整個系統(tǒng)的主要部分。如圖1和圖2分別是主程序模塊和鍵盤模塊。

（1）主程序模塊（圖1所示）

圖1 主程序模塊

（2）數(shù)據(jù)采集模塊

采樣數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)量化和處理對應的模擬信號，并將相應信號的值返回主程序。

（3）顯示模塊

顯示模塊完成符號、數(shù)值的顯示輸出功能。

（4）報警模塊

在出現(xiàn)異常時，控制報警信號就會自動輸出，當溫度室內溫度的濕度值大于或小于預定定位值時，報警自動發(fā)送報警。

（5）鍵盤模塊（圖2所示）

圖2 鍵盤模板

結語：通過單片機控制溫度和濕度，實現(xiàn)了溫度和濕度的自動控制，一旦達不到標準的要求，系統(tǒng)就會發(fā)出報警的警告，使工作人員進行調整，從而改變溫濕度。通過測試，系統(tǒng)完全滿足溫濕度的精度要求。此外，該方法也可應用于其它系統(tǒng)的溫度控制和濕度控制。