基于單片機的溫濕度監控系統設計與實現

邵陽學院電氣工程系 陳雪梅 雷振新 李海娜

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基于單片機的溫濕度監控系統設計與實現

邵陽學院電氣工程系 陳雪梅 雷振新 李海娜

【摘要】設計了一種基于AVR系列單片機中的Atmegal16和低成本的數字溫濕度傳感器DHT11溫濕度監控系統，系統由下位機溫濕度采集器和上位PC機組成，上位機與下位機通過串口RS232通訊實現溫濕度監控。

【關鍵詞】單片機；DHT11；RS232

引言

溫度和濕度是飲食建工、溫室培養、檔案管理、藥品保存、動物養殖、煙草行業、工控行業等過程中基本的測量參數，甚至在人們的居家飲食、駕車出行等過程中都有重要意義，如果能被準確的測量，將會對生產科研以及生活有著不可磨滅的意義。這里設計一款溫濕度監控系統就是為實現這些目標而設計的。該系統是自動化程度高，可以顯示溫度和濕度數據，也可以通過串行端口與主機進行通信，并且對所獲得的數據處理和分析。系統采用51系列單片機進行控制，具有處理數據能力強、工作作速率快、節能環保等優點。穩定性強，可靠性高，簡單實用，具有很好的延伸推廣價值。采用現代科學技術對溫濕度進行檢測、顯示數據、信息保存以及實時遠程控制，對于提高工農業生產效率和產品質量、節約能源、甚至是居家生活等都有重要的作用［1，2］。

1　系統設計方案

基于單片機的溫濕度監控系統的結構框圖如圖1所示，系統由上位機和下位機溫濕度數據采集端組成。

圖1　系統結構框圖

上位機與下位機之間通過串口RS232通信。其中下位機溫濕度數據采集端由單片機、溫濕度傳感器模塊、液晶顯示模塊和報警模塊組成。

1.1各部分功能

（1）上位機：負責溫濕度數據管理；設置溫濕度報警上限；用戶通過上位機下發溫濕度采集命令。（2）下位機溫濕度數據采集端：接收上位機下發的數據采集命令，采集溫濕度數據通過串口發送給上位機，同時在液晶顯示模塊上顯示溫濕度值。根據上位機設置的溫濕度報警上限，當溫濕度超過溫濕度報警值時進行報警

1.2工作過程

下位機溫濕度數據采集端直接安裝在溫濕度采集點，負責溫濕度數據采集。上位機負責下發數據采集命令，并將命令數據按照通信協議打包通過RS232發送給無線收發器。溫濕度數據采集方式分兩種：方式一、上位機自動循環發送數據采集命令，系統溫濕度節點進行數據采集。方式二、用戶通過上位機下達指定采集節點數據采集命令。下位機收到數據采集命令后將采集到的溫濕度數據通過串口發送到上位機，上位機接收到數據驗證正確后存儲以供分析處理。下位機在未收到上位機的命令時自動循環采集溫濕度數據并與溫濕度報警值進行對比，超過報警值通過報警電路報警。液晶顯示模塊在下位機工作過程中都將實時顯示當前溫濕度數據［3，4］。

2　系統硬件設計

2.1下位機溫濕度數據采集端硬件設計

下位機溫濕度數據采集端采用溫濕度傳感器DHT11、AVR單片機Atmegal16、RS232串口電平匹配芯片MAX3232E和液晶顯示芯片LCD1602等功能芯片。電路圖如圖2所示：圖2中1為電源電路，采用9V電池供電，經LM1117-3.3V電源電壓轉換芯片轉換為系統需要的3.3V電壓。圖2中2為單片機ATmegal16與LCD1602芯片、RS232電平轉換芯片MAX3232E，以及溫濕度傳感器DHT11的連接電路。ATmegal16的PB0-PB7分別與LCD1602的數據接口DB0-DB7相連，LCD1602的功能引腳RS、RW、CE引腳分別與ATmegal16的PA、PA2、PA3引腳相連；ATmegal16的串口TXD與RXD經MAX3232E電平轉換后經過DB9與上位機相連。ATmegal16的PA0口控制報警電路。報警模塊采用蜂鳴器。考慮到本設計的真實需要，只需用PNP三極管起到放大作用來控制蜂鳴器發聲即可，具體電路如圖3所示。

圖2　下位機溫濕度數據采集端電路圖

圖3　報警電路圖

3　系統軟件設計

系統軟件設計包括上位機監控管理軟件以及串口驅動程序、LCD1602顯示程序、溫濕度傳感器的底層驅動程序。

3.1上位機監控管理軟件

上位機監控管理軟件是用高級語言Visual C++9.0編程，主要完成上位機工作畫面編程、上位機與無線收發器的RS232串行口通信協議編程、數據分析處理、檢測數據庫的生成、溫濕度數據曲線的生成、以及各種報表的生成與打印。

3.2底層驅動程序設計

底層驅動程序設計采用AVR Studio 6編譯器。主要驅動程序有：溫濕度傳感器中DHT11的驅動程序、串口通信程序、LCD1602驅動程序。其中各上位機與下位機的通信采用串口中斷接收。當上位機無數據采集要求時，單片機定時循環讀取DH11的溫濕度數據，并與報警值對比，超限報警并通過串口發送給上位機。

4　結論

該系統可以實現高效率、低成本的溫濕度采集。上位機采用PC機，可以提供良好的人機界面，同時也提供了良好的人機界面，操作方便直觀，在國內有廣闊的應用前景。另外該系統可以通過Internet進行聯網，進一步實現溫濕度的遠程監控

參考文獻

［1］溫陽東，張玉鳳，朱敏.基于無線傳感網絡的溫度監測節點設計［J］.工礦自動化，2011.37（7）：89-92.

［2］張娟，陸欣云.基于nRF24L01的短距離無線通信系統［J］.南京工程學院學報（自然科學版），2012（01）：48-53.

［3］張冬林，李鑫，戴梅.基于DHT11的低成本蠶室溫濕度自動控制系統設計［J］.現代農業科技，2010，（18）：14-15.

［4］薛玲，孫曼，張志會，夏莉麗，魏希文.基于單片機AT89S51的溫濕度控制儀［J］.2010，37.

基金項目：湖南省教育廳一般項目（14C1014）；湖南省教育廳科研優秀青年項目（15B214）；中科院天體結構與重點實驗室開放課題（OP201302）。

作者簡介：

陳雪梅（1983-），女，湖南邵陽人，助教，主要從事計算機應用技術的研究與應用。