基于單片機的溫濕度控制系統設計與實現

摘要：通過對單片機的溫濕度控制系統進行設計，以提高單片機的應用價值。通過充分了解測控系統的組成與控制原理、明確單片機控制電路的實現方式，改變以往單片機在使用過程中存在的體積過大、使用效果無法滿足實際需求等一系列問題。在單片機實際設計的過程中，利用C 語言和控制程序設計了相應的執行機構電路，結合鍵盤輸入和報警電路等方式，確保單片機的設計和控制質量得到提升。

關鍵詞：單片機；溫濕度控制；系統設計與實現

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

0 引言

隨著國民經濟的迅速增長，工業現代化的基礎研究和應用技術越來越受到重視，特別是單片機技術已經成為工業發展中的一個重要組成部分。另外，對工業生產環境的重要參數進行檢測和控制也是現代化工業生產中的重要一環。本文在開展單片機的設計過程中，對國內學者的相關研究進行了分析和探索，最終利用C 語言完成了對控制程序的設計。

1 單片機的溫濕度控制系統

我國不同行業對于溫度、濕度等環境要求有所區別，部分行業由于涉及的設備較多，因此對于溫度、濕度的控制要求非常高。

1.1 控制系統的組成與控制原理

基于單片機對溫濕度控制系統進行設計，應融入自動控制原理。自動控制系統由鍵盤輸入電路、傳感器和執行電路等多個元件組成，這些元件的使用質量會影響自動控制系統的整體使用效果。控制系統硬件組成原理圖如圖1 所示。在大多數情況下，傳感器所輸出的信號均為模擬量，利用模擬數字（analog to digital，A/D）轉換器進行轉換，由型號為MCUSTCT89C51 的單片機進行信號的接收，如果在使用過程中發現模擬信號太弱，則應在這一階段利用運算放大器（operational amplifier，Op-Amp）放大信號。如果在進行系統檢測的過程中，其信號值并沒有出現在檢測區域內，單片機就會在這一階段驅動蜂鳴器報警并且在該設計階段執行機構控制，使得環境出現相應的改變[1]。單片機的溫濕度控制系統在數據檢測時，其參數會直接影響整體使用效果，所以需要盡可能做好參數的控制，并將其融入理想的區間范圍內。參數控制過程中需要明確硬件設計的重要性，硬件設計的質量也會影響元件在選擇過程中的使用方式，同時還應盡可能提升元件的使用質量，使其功能效果進一步得到改善[2]。

1.2 單片機的選擇

在進行單片機溫濕度控制系統的設計時，首先要了解單片機及其特性。計算機的產生使得人類的發展速度越來越快，由于計算機體積較為龐大，人們開始研究新的工具來進行控制系統的電路設計，單片機就是基于這一需求出現的。單片機相比計算機而言，其使用更加簡單、方便，利用微控制器能夠在第一時間做好相關信息的處理，中央處理器可以快速處理所獲取的信息，同時由于其體積較小，當前受到各行各業的重視。由于單片機可以利用中央處理器快速處理不同的消息，并且通過存儲器對多功能部件進行有效整合，因而確保了單片機的使用質量能夠得到提升。在本次針對單片機溫濕度控制系統的設計與分析過程中，所選擇的單片機為低能耗、低價格且高性能的八位微處理器。

2 單片機控制電路的實現方式

2.1 利用C 語言進行控制程序的設計

C 語言在單片機溫濕度控制系統的設計中極為重要。在軟件協調操作中，計算機的程序語言與其他程序語言不同，可以將其分為3 種，分別是機器語言、匯編語言和高級語言。本次使用C 語言對單片機電路進行控制，利用C 語言進行程序編寫可以使得整個模塊的設計思路更加清晰明確，同時可以利用程序軟件提高整個模塊的使用質量，了解不同的獨立子模塊，并通過軟件接口對整個程序進行連接和處理。設計要求在當前明確每一個子程序的運行方式，并且提高程序運行的整體質量；應明確主程序在實際運行時處于無限循環的狀態，在進行程序運行時，對環境參數進行測試以了解整個環境的實際狀況，并且下發相應的判斷指令[3]。

2.2 鍵盤輸入與報警電路

按鍵輸入不多的情況下可以選擇獨立式鍵盤，其占用口線較少，在進行軟件編寫時更加簡單、容易。一般情況下，按鍵的節點是斷開的，但是要充分考慮機械在按鍵按壓過程中具有觸點彈性作用。抖動的時間長短則通常是根據工作人員的按鍵動作以及機械本身的特性決定的。大多數情況下，按鍵按壓的時間一般為零點幾秒至數秒不等。鍵盤輸入過程中通過按鍵掃描可以對單片機溫濕度控制系統所在環境的溫度、濕度進行測量，當所測量的數據達到濕度閾值時啟動其加濕功能，整體功能的使用需要根據實際狀況進行設定，以充分展現鍵盤輸入的優勢。

2.3 執行機構電路

在進行單片機溫濕度控制系統設計時，需要考慮該設備的幾個主要系統，分別是加熱系統、降溫系統、加濕系統和降濕系統。如圖2 所示，整個系統的電路圖在使用過程中具有相似性。根據圖2 的內容進行分析，能發現其中電阻為限流電阻，而二極管的作用則是保護晶體管。當繼電器吸合時，二極管會出現截止的狀況，既確保單片機的使用質量得以提升，同時也不影響后續的電路工作；當繼電器釋放時，由于繼電器線圈中存在電感，線圈的兩端會產生較高的感應電壓，此電壓的極性為上正、下負。因此，在整體使用過程中需要考慮到正端要求，正端接在晶體管的集電極，在使用時就可以避免產生過高的電壓進而確保晶體管得到有效保護，從而使其使用質量也能得到明顯的改善[4]。

通過對單片機的溫度、濕度進行測量，設計相應的控制系統來實現對溫度的實時巡檢，能夠確保單片機在日常工作中滿足各項功能需求，更能夠及時完成主控機下達的指令，實現對溫度的實時采集，其測量結果不僅可以在本地顯示，還可以通過聯網隨時隨地上傳至系統，并且與原本的設定值進行數據分析與處理。當參數值恢復到設定閾值后，單片機執行機構即停止運行，該設計系統的可靠性與抗干擾性在這一階段也能夠得到改善[5]。

3 應用分析

在使用系統時，對溫度、濕度的傳感效果很大程度上依賴于溫度本身，因此測量濕度時需要盡可能保證溫度傳感器和濕度傳感器在同一溫度下工作，提高整體的使用質量。為了降低印刷電路板在使用過程中因熱傳導而出現故障的可能性，需要讓其銅鍍層盡可能處于最小狀態，并且在兩者之間留出一條縫隙。如果該系統長時間地暴露在陽光下或者處于強烈的紫外線輻射中，也會導致系統的使用性能不斷下降，因此在進行設計時應做好配線處理。

4 結論

綜上所述，在單片機的溫濕度控制系統設計與實施的過程中，需要對機器進行充分解，根據實際設定需求在一定范圍內控制溫度和濕度，通過信號采集、信號分析、信號處理3 個不同流程提高檢測的整體效果，還要結合其設計的不同場景從實際出發完成拓展系統的功能設計。在進行單片機系統的設計過程中，設計方式為模塊式，需要對其進行后續的可行性分析，確保單片機的整體使用效果和使用質量都能得到進一步的提升和改善。

參考文獻

[1] 趙靜萍. 基于STM32 單片機的古籍閱覽室溫濕度自動化檢測和控制系統設計[J]. 自動化與儀器儀表，2023（8）：209-213.

[2] 蘇一洲. 基于STM32 單片機的室內溫濕度控制系統設計[J]. 現代工業經濟和信息化，2023，13（3）：89-91，124.

[3] 杜娟. 基于AT89S51 單片機的溫濕度監測與控制系統設計與應用研究[J]. 現代制造技術與裝備，2022，58（4）：182-184.

[4] 黃建輝. 基于單片機的中藥柜溫濕度控制系統設計[J]. 電子制作，2021（15）：87-89.

[5] 任衛紅， 史君誠. 基于單片機的溫濕度控制系統設計[J]. 機械與電子，2021，39（6）：48-51.