基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計

郭晨偉 王志東

（鄭州光力科技股份有限公司 河南450001）

1 溫濕度檢測的意義

溫濕度的測量越來越受到人們的關(guān)注。在農(nóng)業(yè)方面，植物的健康生長離不開溫度和濕度，但是只有在適合植物生長的溫濕度環(huán)境中才能推動植物的快速生長和成熟，因此要嚴(yán)格控制植物生長環(huán)境中的溫濕度，才能促進農(nóng)業(yè)增收，帶來經(jīng)濟效益。在工業(yè)生產(chǎn)中，溫濕度照樣是不可忽視的，一些精密的生產(chǎn)設(shè)備不能長期工作在溫度或者濕度過高的環(huán)境中，長期工作在這種情況可能會造成設(shè)備故障，嚴(yán)重的會造成安全問題，帶來的損失不可估量。在科學(xué)研究方面，現(xiàn)在科研的發(fā)展越來越微型化，對實驗環(huán)境的要求越來越嚴(yán)格，我們需要實時了解實驗環(huán)境的溫濕度，這樣才能促進科學(xué)研究的成功，使得我們的生活越來越美好。所以，溫濕度的檢測具有非常重要的實際意義，能帶來更多的經(jīng)濟效益。

2 溫濕度檢測設(shè)計

在用單片機進行溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計中，主要以AT89C51/52系列的單片機為中心控制系統(tǒng)，通過溫濕度靈敏度的傳感器進行準(zhǔn)確地測量，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成單片機可以進行處理的數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)輸出到顯示電路中，并產(chǎn)生報警信號，這樣就能完成了溫濕度的實時檢測，只要單片機能夠正常工作，就能一直對所處環(huán)境的溫濕度進行準(zhǔn)確的檢測。完整的溫濕度檢測系統(tǒng)既需要硬件電路的支持，又需要軟件設(shè)計的核心。

2.1 溫濕度檢測系統(tǒng)的總體框圖

設(shè)計的溫濕度檢測系統(tǒng)是通過溫濕度傳感器將數(shù)據(jù)采集到單片機中，然后在單片機中和設(shè)定數(shù)字進行比較，然后既輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)，如果超過范圍則產(chǎn)生報警信號，將這些模塊進行劃分和組合，其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示：

圖2.1 溫濕度檢測系統(tǒng)的總體框圖

2.2 單片機控制中心

單片機整個檢測系統(tǒng)的核心部分，完成總程序的加載，能夠接收經(jīng)過傳感器采集和轉(zhuǎn)換器進行處理后的數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)和程序中設(shè)定的安全的溫濕度的范圍進行比較，得出溫濕度值，如果在這個范圍內(nèi)，則只顯示環(huán)境中的溫濕度值，方便使用用戶的觀測；但是，如果超過了其安全的范圍，則會啟動報警電路，并且顯示環(huán)境中的溫濕度值，告知用戶趕緊采取有效措施降低環(huán)境中溫度、濕度或者是溫濕度，保持使用環(huán)境中溫濕度的穩(wěn)定。

其中，單片機的復(fù)位電路，啟動電路都設(shè)計完好，應(yīng)用最簡單的方式進行設(shè)計。建議選用市場中容易買到的，應(yīng)用廣泛的AT89C51型號的單片機。經(jīng)濟性好，適用性強，更換容易，程序加載上傳更加簡單。

2.3 溫濕度采集和轉(zhuǎn)換電路

溫度采集使用DS18B20傳感器，因為它具有集成度高，微型，精度高，數(shù)字顯示有點，經(jīng)濟性好。其溫度測量范圍可以達(dá)到：零下55℃到零上125℃，在這期間測溫分辨率可以精確到0.5℃，但是如果選用測量溫度范圍是：零下10℃到零上85℃之間，其精度可以更高，達(dá)到±0.5℃，達(dá)到設(shè)計需要。

濕度傳感器選用HS1101，該原理是應(yīng)用電容的介電常數(shù)可伴隨環(huán)境中的水分含量改變而發(fā)生變化，以采集到環(huán)境中濕度值。因為HS1101具有高穩(wěn)定性、高可靠性、反應(yīng)迅速、適合任何環(huán)境中的使用的優(yōu)勢，設(shè)計中采用此種傳感器進行濕度的采集。

A/D轉(zhuǎn)換電路，多采用8055轉(zhuǎn)換器，完成將溫度傳感器和濕度傳感器采集到的模擬數(shù)據(jù)量進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成單片機能夠直接進行處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形式，送入到單片機中。

2.4 溫濕度顯示報警電路

電路中的顯示部分采用四位數(shù)碼管進行顯示，其中前兩位顯示溫度，后兩位顯示濕度的百分值，采用7段數(shù)碼管共陰極的連接方式將其直接與單片機的外圍電路進行連接，采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示的方式進行數(shù)值顯示。

報警電路采用最簡單的嗡鳴方式，構(gòu)造簡單，經(jīng)濟實用性強，當(dāng)檢測數(shù)值超過設(shè)定的安全的范圍值時，就啟動報警電路，提醒用戶急需采取措施進行補救。

2.5 檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

當(dāng)然，設(shè)計中不能缺少核心成分軟件的設(shè)計，采用循環(huán)的方式完成數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的比較，使用死循環(huán)的方式使得溫濕度檢測程序能夠一直運行下去，增長使用期限。但是，在軟件設(shè)計中還要能夠完成對輸出數(shù)據(jù)的完整濾波，這樣輸出的數(shù)據(jù)才能穩(wěn)定；還要能對外界的干擾實現(xiàn)屏蔽，提高單片機的工作穩(wěn)定性；還能去除單片機的數(shù)據(jù)的抖動，使得顯示數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。

3 總結(jié)

為了實現(xiàn)對所處環(huán)境中的溫濕度的測量，經(jīng)過研究設(shè)計出了以AT89C51單片機為中心處理系統(tǒng)的溫濕度的檢測系統(tǒng)。能夠準(zhǔn)確的進行溫濕度的測量，測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高，可靠性強，由于單片機程序只要載入就可以一直工作下去，測量周期長，使用壽命久，能一直實現(xiàn)對溫濕度的檢測。

【參考文獻】

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[2]李權(quán)利,杜偉峰,徐軍.單片機原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.【作者簡介】