基于單片機的溫度濕度監控系統

林 曌

（渤海大學工學院，遼寧 錦州121000）

0 引言

單片機是一種微型的控制器，通過對邏輯電路內的芯片集成于計算機系統中，使具有較輕的、質量較好的、價格較便宜的、開發容易等特點。在計算機微電腦控制器下的溫度與濕度的控制系統在國外已經非常的普及，通過單片機的設計與應用，可以設計溫度的儀表控制系統，測量與檢測系統，加熱加濕控制系統，按規定對儀器進行加熱系統的定時控制系統等等。通過廣泛的應用單片機的相關特征，完成了人們對于電子技術的應用，越來越多的工作可以通過電子技術完成，人們逐步的認識到單片機技術促進了人們對于計算機的探究能力的發展，加深了當代工業革命技術的快速發展。單片機在民用中也得到了廣泛的應用，例如家中的彩電、冰箱、溫度調節器、電飯煲等等都是通過計算機內的單片機電腦控制系統，集成化完成對于系統的有效控制。

1 溫度、濕度系統下的單片機控制系統的特點和研究意義

具有時間延遲滯后的溫度和濕度的控制系統，能夠適應周圍的環境，對周圍復雜問題進行系統的分析和整理，對于單片機的溫度和濕度的控制系統采用自動適應控制、人工智能控制和計算機電腦控制等方法完成單片機系統的溫度與濕度系統控制。普通的溫度控制系統具有自整數定位的功能，通過系統學習記錄，可以對歷史記錄和溫度控制系統記錄進行計算機變化調整，保證計算機系統控制最優化。單片機的濕度控制系統具有高的精準度、智能化系統和小型化模式設計。隨著計算機家用電器的普及，越來越多的工作被應用與計算機的設計中，單片機的智能化設計和管理，為人類的社會帶來了生活上的舒適和工作上的便捷，開發單片機技術的研究，保證我國對于微型計算機集成系統的研發力度，保證在單片機技術發展下，我國集成系統的快速發展。

本文主要通過利用集成單片機系統對溫度和濕度進行有效的控制，保證系統運行下對于設備溫度控制與濕度控制的管理，針對單片機AT89C51集成系統，結合數字計算機傳感系統和數字電路的設計，完成對于溫度控制和濕度控制，從而達到智能化控制效果，降低工作的勞動力強度，加強單片機AT89C51集成系統下的溫度控制與濕度控制的有效性，完成系統內部整個溫度、濕度控制的有效完成效果。

2 單片機系統控制下的溫度、濕度控制原理

單片機AT89C51集成系統需要滿足對于溫度、濕度相關數據的基本測量，通過溫度控制系統和濕度控制系統完成室內溫度、濕度有效控制和有效調節，保證系統的加熱和制冷效果，保證系統的自動噴水效果。當溫度高于系統設定的溫度的時候，系統產生報警聲，控制器的噴水開關打開，制冷系統開始工作，從而達到降低溫度和控制濕度的效果，當溫度低于實際設定的溫度時，加熱系統開啟，伴隨著加濕器設備開始工作，是室內溫度逐漸上升為要求的溫度，使室內的濕度逐步上升為控制范圍內的濕度，完成單片機AT89C51集成系統下的溫度、濕度的有效控制。

2.1 溫度與濕度控制系統的分布控制原則

圖1

一是加強對系統內部信號的采集工作，包括溫度、濕度相關指標。二是對于信息采集后的處理工作，即通過計算機系統將信息轉換成計算機自動識別的管理系統輸出相應的控制指令，決策信息，完成計算機系統功能的轉變。三是對于系統指令的有效接收和分析輸出控制，保證控制加熱器的有效性工作，實現噴水加濕的效果，從而完成整個單片機系統的分布控制管理。以下是單片機的結構控制管理圖。

2.2 單片機AT89C51集成系統數據采集過程

以單片機AT89C51集成系統為中心的系統控制數據的采集，對于溫度、濕度數據收集以及計算機輸入數據的管理，通過單片機系統集成化運算，顯示在系統的計算機上，加強完成系統數據的處理過程，數據信息采用智能的溫度控制和濕度控制系統，保證采集數據的準確性，采用報警聲音顯示，對系統進行有效的控制，通過對單片機系統的控制開關完成系統的加熱控制，保證室內環境的功能控制。測量溫度和濕度的電路通過對室內溫度的限制和設定，保證系統相關設定值的控制范圍，當系統發出報警時，表示系統內環境的溫度已經超出了原設定的溫度與濕度，此時，系統內的加熱系統啟動，內部開關自動閉合，配合設計中啟動加濕系統，保證系統數據的有效調整。單片機可以進行遠程遙控系統控制管理，對室內的多個控制管理器件進行有效的控制，保證單片機溫度和濕度的管理。

3 單片機AT89C51集成系統的主要硬件設計

單片機AT89C51集成系統是一種帶有4K節的閃存器，具有較低的電壓、較高的CMOS八通道高性能微處理系統。單片機對于輸入的系統數據，具有閃存式的可擦除性，采用了ATMEL高精度的工業化存儲系統，將多功能的單片機集成系統組合在CUP上，完成系統單片機數據的嵌入，從而提高靈活性下的低功能控制管理方案。

3.1 單片機AT89C51集成系統的主要特點

單片機AT89C51集成系統具有較強的系統兼容能力，可以與MCS-51系統兼容，具有4K字節的可編程FLASH系統存儲功能，具有1000次的可擦除性，保證單片機寫入程序的循環使用，可以為數據保存10年，其整體的靜態工作有0-24HZ，具有三極的程序存儲鎖定程序，內部RAM為32位的可編程控制系統，具有32位的I/O總線，有兩個16位的定時器，有5個中斷源，可以進行串行的通道編程管理，具有較低的閑置模式和掉電模式。

3.2 測溫度的控制電路原理

DS18B20集成溫度控制電路是基于半導體原理的溫度控制系統電路，具有較小的體積和面積，較高的抗干擾能力，較高精準度，較好的數據功能。通過對單片機技術的學習，認識DS18B20集成溫度控制電路的傳感器設置，通過一根數據總線完成結構和經濟的測量系統的有效構成。DS18B20集成溫度控制電路的測量溫度范圍是零下55攝氏度到零上125攝氏度，其精準度范圍為0.5攝氏度，可以通過對現場的溫度總線進行數字方式的控制，提高系統的抗干擾能力。DS18B20集成溫度控制電路可以測量惡劣環境，可以在3伏至5伏范圍內完成系統封裝，保證在集成系統中的報警溫度控制。

DS18B20集成溫度控制電路具有全數字的溫度控制轉換系統和輸出系統，具有先進的數據通信總線，具有12位的數據分辨率，精度比例可大0.5攝氏度，其最大的工作周期為750毫秒，它可以進行封裝處理，內置PROM限制溫度的控制功能，具有64位的ROM，內置相關序列號，具有多種封裝方式，可以使用于不同的硬件系統，具有負壓特性，保護電源不會造成燒毀現象問題。以下是DS18B20集成溫度控制電路的封裝。其中，GND是接地信號，DQ是數據的輸入和輸出引腳，當需要外接電源供電時，可以采用與DQ相連，為外界供電，VDD是可以選擇的引腳，當工作于寄生電源的狀態下時，這個引腳必須接地處理。

圖2

DS18B20集成溫度控制電路將測量的溫度檢測與數字數據相互連接，增加了其抗干擾能力。通過ROM只讀存儲功能，對DS18B20集成系統進行編碼，前八位是單線的系統編碼，其編碼為19H，后面的48位是芯片的序列，最后八位是56位的CRC數據嗎檢測，因此，DS18B20集成系統共有64位的ROM。RAM數據的暫存功能是對數據和暫存和內部的存儲功能，數據在掉電后逐步丟失，DS18B20共有九個字節RAM，每個字節有8位，1位是溫度轉換的數據信息，3,4位是溫度控制值的存儲位置，上電復位后即被刷新掉。第5字節是EEPROM的鏡像6,7,8是計數寄存器，從而提高用戶對于溫度數據的更高分辨能力，是內部的溫度控制轉換。EEPROM具有強力的記憶存儲能力，不會造成數據丟失問題。通過對上下溫度進行校驗，保證相關數據的使用，DS18B20集成溫度控制電路系統采用RAM進行鏡像處理。

3.3 測濕度的控制電路原理

測量空氣濕度的方式較多，其主要原理是通過對空氣中物質進行分析，確定其數據可能吸收的水分子量，從而間接的分析出物質在吸收控制中周圍的空氣濕度。電容、電阻和濕敏元件是三種應用于濕度測量的方法器件。以HS1101傳感器系統為例，不需要對進行校準處理，具有較高的長期穩定性和高效的可靠性，可以快速的響應相關時間，對側面數據進行封裝，適用于線路的電壓輸出和功率調節，制造流水線數據中的自動裝配工作，保證工作HS1101電容傳感器的相對濕度單位為零至100%RH，電容的范圍未162PF至200PF，其誤差分為小于2%PF，響應的有效時間為5s內，溫度的相關系數為0.04。HS1101電容傳感器系統在電路中以一個電容配件的方式存在，隨著系統電容的逐步增加從而測量空氣中濕度的變化，可以采用濕敏元件進行充放電測量，與震蕩電路組成正弦形式的電壓信號，通過放大和轉換，形成數字信號，另外，在濕敏電容的555震蕩電路中，通過對電容的變化和電壓頻率信號的處理，額可以直接對計算機進行采集測量。集成電視的555芯片外接電阻和與濕敏電容構成充電回路，通過對芯片內部的晶體管控制構成對C的放電回路，形成多級的震蕩電路，電阻在電路中還具有一定的短路保護作用和平衡空氣濕度的作用。

4 單片機AT89C51集成系統的主要軟件設計

4.1 單片機AT89C51集成系統的設計語言

系統采用匯編語言，即C語言，以模塊化形式進行系統設計。主要對系統內部的主要程序、溫度和濕度的檢測程序，電子顯示程序等進行系統的測量。以循環的方式完成主程序的工作，在中斷的初始化發展中，對鍵盤進行掃描、管理溫濕度的檢測，對系統語言進行有效的處理，從而顯示在程序中。C語言具有較高的軟模塊化，其機器代碼較為準確，可讀性較好、可靠性較高，準確性較強。所以，通過對C語言編程控制，完成軟件系統的開發和應用。通過溫度、濕度的傳感器設置對室內的溫度和濕度進行有效的測量，通過LCD顯示濕度值，比較濕度值與溫度值和報警系統直接的關系，控制好報警系統限制程度，根據溫度和濕度的調節控制實際的光開關控制，對系統進行定期的溫度和濕度管理，及時將數據上傳到計算機內，軟件系統的語言編程，是通過循環模式完成程序的編寫，對初始化設計，溫度和濕度相關的檢測范圍，主要程序的循環條件進行系統調用控制。主程序是對于系統軟件控制和管理的主要部分，通過對系統上電后的初始參數設定，對中斷數據進行有效處理，從而完成主要溫度和初始溫度的有效設定，保證系統各個封裝電路的有效系統運轉，完成對于溫度、濕度檢測，數據比較控制以及報警系統的數據分析。

4.2 單片機AT89C51集成系統的各個功能模塊

通過對程序的溫度控制模塊、濕度控制模塊和初始化模塊的相關參數設計，報警系統的顯示和執行模塊，認識具有的各類功能。

初始化模塊是將調用的系統進行初始化設計，溫度控制模塊和濕度控制模塊是對調用的溫度子程序進行系統的檢測，對初始化溫度的傳感器DS18B20系統開始的程序進行系統檢測，啟動溫度轉換模式，當轉換模式完成后，以二進制代碼形式進行數據處理，將代碼轉換為溫度值，顯示在屏幕上，而濕度檢測的程序是在初始化傳感器HS1101上開始的，通過計算濕度信號的頻率完成濕度值的轉換和顯示。通過調用LCD顯示的驅動程序，完成參數的有效設定，啟動驅動顯示模塊，對顯示程序進行調節和控制。通過對報警程序的調用，執行系統顯示程序，從而判斷是否超過設定的溫度范圍和濕度范圍，一旦發現二者數據中有出現超范圍情況時，即直接進入程序的報警系統。

5 結語

綜上所述，本文通過對AT89C51單片機進行溫度和濕度的檢測設計，認識溫度、濕度系統下的單片機控制系統的基本原理，介紹了單片機AT89C51集成系統的主要硬件設計和軟件編程，了解在溫度控制和濕度控制系統中對于各部分程序的硬件和程序的處理方法，將溫度和濕度進行精準測量控制，保證AT89C51單片機的溫度和濕度的有效檢測，因單片機具有較高的精度和穩定性，保證了系統的相關數據的有效控制，合理的完成信息數據的采集和轉換，通過運用溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器HS1101完成信號的有效采集和處理，保證單片機系統數據的有效性和準確性。通過對單片機AT89C51控制設計完成溫度和濕度的數據管理，建立起一種集成化、封裝式的穩定高精度測量芯片，以質量好、價格低廉、容易開發的多種特點，形成現代單片機系統技術的應用，保證人們生活和工作中，對于電子產品利用的需求，通過芯片的電腦識別系統，完成對于溫度和濕度的有效控制，保證集成化系統的可控性。

［1］Milan Verle.新型80C51單片機輕松入門與應用開發[M].金盾出版社，2011.

［2］郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].電子工業出版社，2011.

［3］余燦基.單片機編程魔法師之高級裸編程思想[M].電子工業出版社，2014.

［4］李朝青，劉艷玲.單片機原理及接口技術[M].北京航空航天大學出版社,2013.