基于單片機的精密儀器生產車間溫濕度自動控制系統

劉瑩吳蓬勃李新龍

1.3.沈陽工學院信息與控制學院 遼寧撫順 113122 2.石家莊郵電職業技術學院電信工程系 石家莊 050031

基于單片機的精密儀器生產車間溫濕度自動控制系統

劉瑩1吳蓬勃2李新龍3

1.3.沈陽工學院信息與控制學院 遼寧撫順 113122 2.石家莊郵電職業技術學院電信工程系 石家莊 050031

該設計是基于單片機的溫濕度檢測控制系統，采用模塊化、層次化設計。采用新型的數字型溫濕度傳感器DHT11，它可以實現對溫度、濕度的采集，并將采集到的模擬信號轉換成數字信號；運用單片機STC89C52對數據進行分析和處理，為顯示提供信號；顯示部分采用字符型LCD1602液晶顯示器顯示所測溫度和濕度值；溫濕度控制電路由溫濕度傳感器和預設溫度值比較報警電路組成，用戶根據需要預先輸入預設值，當實際測量的溫濕度大于或小于預設的溫濕度數值時，發出報警信號（指示燈會亮）。本系統電路簡單、集成度高、工作穩定、調試方便、檢測精度高，具有一定的實用價值。

溫濕度傳感器；液晶顯示器；單片機

本設計所介紹的數字溫濕度計與傳統的溫濕度計相比，具有讀數方便，測量范圍廣，測量準確，其輸出溫濕度采用數字顯示，該設計控制器使用單片機STC89C52，數字溫濕度傳感器使用DHT11，用LCD1602液晶屏，實現溫濕度顯示，用加濕設備、除濕設備、加溫設備、降溫設備控制溫濕度的高低，能準確達到以上要求。

1.系統設計方案論證與設計目標

依據功能設定該系統主要分為以下四個模塊：數據采集模塊、數據處理模塊、用戶操作模塊和設備響應模塊。

其中溫濕度采集模塊使用的是DHT11數字溫濕度傳感器；數據處理模塊使用的是AT89C52單片機，其完成溫濕度數據的采集、運算和邏輯控制的功能；用戶操作模塊由操作鍵盤、開關構成，其中操作鍵盤包括復位按鍵、主界面按鍵、加鍵、減鍵和enter鍵五個按鍵；設備響應模塊由1602點陣液晶、繼電器和LED指示報警燈構成。

2.硬件部分設計

溫濕度自動控制系統的硬件部分由單片機模塊電路、溫濕度傳感器模塊電路、顯示模塊電路、按鍵模塊電路和繼電器模塊電路組成。

2.1 單片機模塊電路設計

2．1．1 單片機最小電路

1、復位電路

單片機的復位分為上電自動復位、按鍵手動復位兩種和看門狗強制復位三種等。上電復位通常利用電容的充放電來實現，按鍵復位則可分為按鍵脈沖復位和按鍵電平復位兩種，看門狗復位則通過外接看門狗電路或軟件看門狗程序實現。

2、時鐘電路

時鐘電路用于產生單片機的基本時鐘信號。8052的時鐘信號可由內部振蕩器產生，也可由外部電路直接提供。內部振蕩器的輸入和輸出腳分別為XTAL1和XATL2，由XTAL2給單片機內部電路提供時鐘信號。當時鐘信號由外部電路提供時，外部時鐘引入XTAL2，而XTAL1腳接地。

2.2 溫濕度傳感器模塊電路設計

1、接口說明

建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻，大于20米時根據實際情況使用合適的上拉電阻。

2、電源引腳

DHT11的供電電壓為3-5．5V。傳感器上電后，要等待1S以越過不穩定狀態在此期間無需發送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100NF的電容，用以去耦濾波。

3、串行接口(單線雙向)

DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次通訊時間4MS左右，數據分小數部分和整數部分，具體格式在下面說明，當前小數部分用于以后擴展，現讀出為零．操作流程如下：

一次完整的數據傳輸為40BIT，高位先出。

數據格式：8BIT濕度整數數據+8BIT濕度小數數據+8BIT溫度整數數據+8BIT溫度小數數據+8BIT校驗和。

2.3 顯示模塊電路設計

LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別。

2.4 按鍵模塊電路設計

本溫濕度自動控制系統的鍵盤控制電路共有5個按鍵：主控鍵、+鍵、-鍵、確定鍵和復位鍵。其中，主控鍵負責主頁面的調節包括：溫度的上限、溫度的下限、濕度的上限、濕度的下限以及主頁面顯示。加鍵和減鍵負責溫濕度的上下限數值的增加與減少，而確定鍵負責確定設置好的溫濕度上下限值。

3.軟件部分設計

系統軟件程序基于KEIL UVSION2開發平臺，采用C51語言編寫。本程序采用模塊化程序方法，其中主要包括兩大模塊：主程序模塊、子程序模塊。而子程序模塊又包括：LCD初始化顯示模塊、DHT11數據采集模塊、按鍵掃描模塊、數據比較模塊。

3.1 主程序模塊

本系統采用DHT11溫濕度傳感器，它對生產車間內溫濕度進行采集，并將其轉換成數字信號，將數字信息提供給主控制器進行處理和分析，主控制器開始LCD初始化，進行延時等待后提取DHT11溫濕度傳感器模塊，將采集好的信息經過處理后傳給LCD1602進行顯示，同時調用系統控制模塊，與系統默認設定值進行比較，系統的溫濕度上下限默認值均為0，可以通過設置按鈕進行設置完成。

3.2 子程序模塊

子程序模塊包括：LCD初始化顯示模塊、DHT11數據采集模塊、按鍵掃描模塊、數據比較模塊。

3．2．1 LCD初始化模塊

LCD初始化模塊的主要功能是完成系統的初始化以及設定系統的工作狀態。

3．2．2 DHT11數據采集模塊

DHT11數據采集模塊是作為獨立的程序被主函數調用的，在程序中包含了比較、延時等語句。

3．2．3 掃描按鍵模塊

本設計共五個按鍵：主控鍵、+鍵、-鍵、確定鍵和復位鍵。其中，主控鍵負責主頁面的調節包括：溫度的上限、溫度的下限、濕度的上限、濕度的下限以及主頁面顯示。加鍵和減鍵負責溫濕度的上下限數值的增加與減少，而確定鍵負責確定設置好的溫濕度上下限值。所以在軟件程序中，會對按鍵進行掃描，然后確定按鍵所設定的具體數值。

3．2．4 數據比較模塊

當溫濕度數值設定好以后，就會作為設定值與溫濕度采集到的數據進行比較，然后做出相應的響應。