基于單片機的溫濕度檢測系統的設計

閔天倫 韓 靜 冷豐汐

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

基于單片機的溫濕度檢測系統的設計

閔天倫 韓 靜 冷豐汐

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

溫濕度檢測系統應用于農業生產中的同時，也應用于工業生產中。為了滿足生產的要求，在設計溫濕度檢測系統時，需保證溫濕度檢測系統電路更加簡便，更加穩定，以方便用戶更好的調試溫濕度檢測系統。與模擬溫濕度傳感器相比，數字傳感器無需進行復雜的校準，無需進行任何標定，因此，其應用更加廣泛。在電子技術中，單片機是常用的控制器件，其具有使用壽命長、出錯概率小、載入程序易更新等特點。本文基于AT89C51單片機的溫濕度檢測系統的設計進行了研究。

單片機；溫濕度；檢查系統；設計

0 引言

在實際生產中，溫濕度是常見的被控參數，在設計溫濕度系統時，需要將溫度和濕度結合起來進行綜合性的考慮[1]。當前，國內數字溫濕度儀測量溫濕度主要采取溫阻法和濕阻法兩種方法，對于高精度溫濕度的測量，需要采取雙溫通風干濕球測量法。單片機在控制溫濕度時具有控溫濕度精度高、體積小、價格低、功能強和簡單靈活等方面的優勢，其能夠滿足工農業生產工藝的需求。

1 單片機概述

1.1 單片機概念

單片機是采用超大規模集成電路技術將能夠進行數據處理的功能集成到一塊硅片上，而形成的既小又完善的微型計算機系統，其數據處理功能包括中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等。因此，單片機是一種集成電路芯片，又稱為單片微控制器。單片機是把計算機系統集成到一個芯片上，其不是完成某一個邏輯功能的芯片。與計算機相比，單片機相當于一個微型的計算機，其沒有I/O設備。單片機廣泛應用于智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等領域[2]。將單片機加入到工農業產品，就相當于在產品名稱前冠以形容詞——智能型，就能起到使產品升級換代的功效。

1.2 單片機的類型

單片機是計算機發展的重要分支，重要領域，根據計算機的發展情況，從各個方面將單片機分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。按照適用范圍將單片機分為通用型和專用型。其中通用型單片機是為了某種專門用途設計的，如80C51單片機；專用型單片機是根據某類產品或某個產品設計的，如在片內集成 ADC接口等設計溫度測量控制電路，以滿足電子體溫計的使用需求[3]。按照單片機是否提供并行總線將單片機分為總線型和非總線型。其中總線型單片機是指通過串行口將并行外圍器件與單片機相連，其主要設置有并行地址總線、 數據總線、控制總線；非總線型單片機是指在不要并行擴展總線的情況下，將需要的外圍器件及外設接口集成一片內，從而極大的節約了封裝成本，減少了芯片體積。按照單片機使用領域將單片機分為工控型和家電型。其中工控型單片機尋址范圍大，運算能力強；家電型單片機外圍器件和外設接口集成度高，且小封裝、低價格，其是常見的專用型家電的單片機。以上分類不是唯一的，且沒有嚴格界定的。比如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還是工控型。

2 基于單片機的溫濕度檢測系統的設計

2.1 溫濕度檢測的意義

在農業生產中，植物的健康生長不僅需要溫度，還需要濕度，然而，只有合適的溫濕度才能促進植物快速生長，才能推動植物快速成熟，因此，需要嚴格植物生長所需的溫濕度，以建立適合植物生長的溫濕度環境，從而提升農業經濟效益[4]。在工業方面，同樣需要重視溫濕度，如果精密的生產設備長期處于過高的溫濕度環境中，不僅會造成設備故障，還會帶來安全問題，更會造成無法計量的損失。在科學研究方面，隨著科研微型化發展的同時，科學研究對實驗環境提出了更高的要求，因此，在實驗過程中，需要全面的了解實驗環境的溫濕度，，以便提高科學研究成果，從而提升人們生活質量[5]。由此可以說，溫濕度檢測具有重要的意義，控制好溫濕度能夠帶來更多的經濟效益。

2.2 溫濕度檢測系統的設計

（1）溫濕度檢測系統整體結構

溫濕度檢測系統是通過溫濕度傳感器采集相關的數據，并將這些數據輸送到單片機中，隨后單片機對這些數據進行處理，然后將處理后的數據輸出，如果輸出的數據超過設定的范圍，系統就會發出報警信號。溫濕度檢測系統整體機構如圖1。（2）單片機控制中心單片機控制中心是整個檢測系統的核心，其工作是加載總程序，并接收處理后的數據，然后比較處理后的數據與程序中設定的安全溫濕度范圍的區別，如果比較得出的溫濕度差在安全溫濕度范圍內，單片機控制中心會將環境中的溫濕度顯示出來，以便用戶更好的觀察環境中的溫濕度；如果比較得出的溫濕度差超過安全溫濕度范圍，則單片機控制中心會發展報警信號，并將環境中的溫濕度顯示出來，這是用戶需采取適當的措施，以降低環境中的溫濕度，從而保證溫濕度的穩定性[6]。單片機控制中心應選用應用廣泛的AT89C51型號的單片機，該型號的單片機經濟性好、適用性強、更換容易、程序加載上傳更加簡單。

（3）溫濕度采集和轉換電路

DS18B20 傳感器具有集成度高、微型、精度高、經濟性好等特點，其溫度測量范圍在-55℃～125℃之間，在這個范圍內測量的溫度值能夠精確到 0.5℃，因此，溫度采集傳感器采用DS18B20 傳感器，選用該傳感器時，將溫度測量范圍調至-10℃～85℃之間，以便測量的溫度值更加的精確。HS1101 傳感器具有高穩定性、高可靠性、反應迅速的特點，其不受環境變化的影響，因此，濕度傳感器采用HS1101 傳感器，其原理是利用電容的介電常數隨環境中的水分變化而變化，從而完成濕度的采集工作。系統中的轉換器采用8055 轉換器，完成將溫度傳感器和濕度傳感器采集到的模擬數據量轉換成單片機能夠直接進行處理的數字數據形式，進而輸送到單片機中[7]。

（4）溫濕度系統中的顯示報警系統

溫濕度系統的顯示部分采取四位數碼管的形式，該形式中的前兩位數代表了溫度，后兩位數代表了濕度，其中濕度適宜百分值的形式顯示的。顯示部分連接單片機外圍電路的方式是采用七段數碼管共陰極的方式，數據的顯示采取數碼管靜態顯示的方式。報警部分采取簡單的嗡鳴形式，該形式構造簡單、經濟實用，報警部分是檢測的數據在超過安全溫濕度范圍即會發出報警信號，用于提醒用戶需采取適當的方法進出處理，以保證環境中溫濕度的穩定。

（5）溫濕度檢測系統的軟件系統的設計

軟件系統是溫濕度檢測系統中核心部分，軟件系統的設計采取循環的方式，以更好的完成數據的收集，完成數據的對比，通過循環的方式增加溫濕度檢測系統的使用期限[8]。在設計軟件系統時，需確保系統能夠完成對輸出數據的完整濾波，以保證輸出數據的穩定性；需屏蔽外界的干擾，以提高單片機的工作性能；需去除單片機數據的抖動，以保證顯示的數據的準確性、可靠性。

3 總結

在單片機溫濕度檢測系統中，其系統控制中心是以AT89C51/52系列單片機為中心的系統，該系統是通過傳感器準確測量溫濕度，隨后再將測得的數據通過轉換器將數據進行轉換，以便單片機能夠對這些數據進行處理，然后將處理后的數據輸出到顯示電路中，從而完成溫濕度的檢測。這樣只要單片機正常的運行，就可以一直檢測環境中的溫濕度。完整的溫濕度檢測系統既是硬件電路的支持又是軟件設計的核心。通過設計溫濕度檢測系統能夠準確把握溫濕度的測量，并提高測量數據的準確率、可靠率。

[1]馮媛碩,宋吉江.基于單片機的溫濕度檢測控制系統設計[J].山東理工大學學報(自然科學版),2014,01:19-23.

[2]陳曉楠,張慧.基于單片機的溫濕度控制系統的設計[J].電子制作,2014,06:5+2.

[3]郭晨偉,王志東.基于單片機的溫濕度檢測系統的設計[J].山東工業技術,2014, 08:84.

[4]梅榮.基于單片機的溫濕度檢測與控制系統研究[J].農機化研究,2012, 01:131 -134+138.

[5]程捷,何晨.基于單片機的溫濕度檢測系統設計與實現[J].儀表技術,2011,06: 56-58.

[6]季作亮.基于單片機的溫濕度控制系統的設計[D].山東師范大學,2014.

[7]郝保明,楊思超.基于單片機的溫濕度檢測系統設計[J].宿州學院學報,2013, 10:47-50.

[8]馮玉龍.基于單片機的溫濕度檢測系統設計[J].通訊世界,2015,09:206.

TU7

B

1007-6344（2016）07-0099-01

閔天倫(1995.02--)男，上海市人，本科學歷，專業：電子信息科學與技術。

韓靜(1996.05--)女，遼寧省錦州市人，本科學歷，專業：通信工程。

冷豐汐(1996.06--)女，遼寧省撫順市人，本科學歷，專業：通信工程。