基于單片機的溫濕度監控系統設計研究

王子亮

摘? ?要：溫濕度監控系統是環境管理體系中的重要組成部分，在環境穩定性、安全性、舒適性、可靠性、適宜性的保障上發揮著至關重要的作用。立足溫濕度監控需求，將單片機作為系統微處理器芯片，在數據采集技術、視頻顯示技術、傳感器技術等結合應用下，設計了一種基于單片機的溫濕度監控系統，以實現對環境中溫濕度的實時監測與遠程控制，并為相關研究提供有益指導。

關鍵詞：單片機;溫濕度監控;監控系統;系統設計

溫濕度在環境管理中的重要性決定了其監測管控的必要性，尤其在對環境具有較高要求的場所中，如溫室培養、食品運輸、藥品存儲、檔案管理、裝備儲存、住宅供暖等。對此，加強溫濕度監控系統的設計與研發，在保證溫濕度監控系統基本功能的基礎上，降低系統成本，提高系統運行穩定性、可靠性、安全性，提升系統工作質量與效率，勢在必行。以下是筆者在研究過程中提出的一種基于單片機的溫濕度監控系統設計，意在拋磚引玉。

1? ? 基于單片機的溫濕度監控系統設計需求分析

溫濕度監控系統是基于環境建設與管理要求形成的一種以空氣溫度、空氣濕度為監控對象，以計算機網絡技術、通信技術、傳感技術、顯示技術、視頻監控技術等結合應用為支撐的環境自動化、智能化管控系統，其設計與開發目的在于滿足各領域、各行業（紡織、醫藥、食品、武器裝備、檔案管理、植物栽培、畜牧養殖、建筑工程等）對環境變化的要求。因此，基于單片機的溫濕度監控系統基本功能需求如下：（1）系統能夠代替人工對空氣溫度、濕度進行檢測，實現溫濕度各項參數的收集、整理與分析。（2）系統能夠根據環境實際情況與溫濕度控制要求，對溫濕度進行自動調節，實現溫濕度智能化控制。（3）系統用戶界面具有較強交互性，且操作簡單，可根據用戶需求進行相關信息的直觀、快速、準確顯示。（4）系統具備遠程監控、歷史信息查詢、登錄終端自由切換、網絡安全問題自主性預防等特殊功能。（5）系統存在可拓展性，可根據用戶個性化需求實現具體情境的具體設定，保證系統可持續應用與大范圍推廣[1]。

2? ? 基于單片機的溫濕度監控系統設計思路分析

根據溫濕度監控系統設計的基本功能需求，在進行系統開發時，本設計利用溫濕度傳感器進行空氣溫濕度信息的有效采集。本設計選用功耗低、成本小、反應快、性價比高、抗干擾能力強的STC89C52單片機作為系統核心，滿足溫濕度監控系統嵌入式設計需求。設計配置數據庫實現溫濕度數據存儲，既能斷電保存，也能歷史回顧。本設計利用液晶顯示器進行溫濕度監測值實時顯示，并配置告警模塊，當溫濕度值超出設置范圍時，將進行自動告警與自動調節。本設計在藍牙技術、移動通信技術等結合應用下，實現溫濕度系統遠程監控。溫濕度系統測溫范圍在-10～50 ℃，測濕范圍在5%～90% RH，溫度測量誤差控制在2 ℃以內，濕度測量誤差控制在5%以內，能夠在多場景進行應用，如室內、車內、倉庫等，采用溫濕度監控系統組織架構[2]。

3? ? 基于單片機的溫濕度監控系統關鍵技術分析

在溫濕度監控系統設計與開發過程中，為保證其設計思路的實現與設計基本功能的發揮，應以先進科學技術為支撐。就本系統而言，應用到的科學技術相對較多，其中單片機技術、數據采集技術、通信技術等是較為關鍵的技術。

3.1? 單片機技術

單片機是單片微型計算機的簡稱，又被稱為“微控制器”，是一種具有高度集成性的電路芯片。在通常情況下，單片機能夠將中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、隨機存取存儲器（Random Access Memory，RAM）、只讀存儲器（Read Only Memory image，ROM）、定時器/計算器、A/D轉換器、I/O口等集成，構成一個微型計算機系統。單片機普遍具有可靠性高、處理速度快、功耗低、控制能力強、適用性強等優勢，能夠滿足多數控制系統的需求，實現系統模塊化發展[3]。因此，在本系統設計研發過程中，選用STC89C52單片機作為系統主控芯片，進行檢測數據及相關信息的有效管控。

3.2? 數據采集技術

在構建基于單片機的溫濕度監控系統時，其溫濕度數據收集、處理與分析能力直接影響系統運行質量與效率。對此，基于單片機的溫濕度監控系統需配置數據采集模塊、數據存儲模塊，用于對溫濕度信息進行及時采集與處理。在此過程中，借助溫濕度傳感器的溫濕度檢測功能，能夠完成溫度與濕度的信息采集，并進行數字信號與電信號的有效轉換，實現信息在系統中的傳輸、分析、存儲與利用。

3.3? 通信技術

溫濕度監控系統進行信息傳輸、信息處理、信息利用等離不開通信技術的支持。通信技術作為綜合性技術，涉及的內容相對較多，包括數據交換、電路基礎、電子線路、通信網絡等。本研究系統涉及的核心電路組有溫度傳感器接口電路、調試電路、電源電路、復位電路、單片機電路、藍牙通信接口電路等，在各電路的有效連接下，實現系統內外部通信協調。

4? ? 基于單片機的溫濕度監控系統設計實現分析

4.1? 溫濕度監控系統硬件設計

基于單片機的溫濕度監控系統，其硬件設計主要包括以下幾部分：

（1）系統電源模塊設計。在實際運行過程中，基于單片機的溫濕度監控系統電源模塊運行的安全性、穩定性、可靠性、有效性直接影響系統運行的穩定、安全與可靠。因此，在基于單片機的溫濕度監控系統硬件設計過程中，需做好電源模塊設計工作。本研究的溫濕度監控系統所采用的單片機為STC89C52單片機，溫濕度傳感器為DHT11溫濕度傳感器。根據單片機、溫度傳感器以及其他系統模塊對電流、電壓的要求，需對220 V交流電壓做降壓處理，使其在橋式整流電路作用下，由220 V交流電壓轉變為12 V直流電壓、5 V直流電壓、3 V直流電壓，為單片機、溫濕度傳感器以及其他電路供壓。與此同時，為進一步提高電流、電壓穩定性，可利用濾波技術消除雜質，降低諧波、脈動的不利影響，讓系統供電始終處于安全、可靠狀態。

（2）溫濕度采集模塊設計。由于溫濕度監控系統監督、管控的是環境中溫濕度變化情況。需要對溫濕度及其變化信息進行采集，并通過數字信號與模擬信號之間的有效轉換，將數據傳輸至溫濕度監控系統主控平臺—STC89C52單片機，實現數據分析、處理與利用。溫濕度采集模塊須具備溫濕度參數采集功能、溫濕度參數數模轉換功能，因此，選用DHT11溫濕度傳感器布設溫濕度采集模塊。DHT11溫濕度傳感器屬復合型傳感器，具備電阻式感濕元件、負溫度系數（Negative Temperature Coefficient，NTC）測溫元件，能夠與STC89C52單片機進行有效連接[4]。與此同時，DHT11溫濕度傳感器體量相對較小，且信號傳輸距離相對較遠（20 m以上），在溫濕度監控系統中的適用性更強。此外，DHT11溫濕度傳感器也具備功耗低、響應快、抗干擾能力強、數字信號輸出準確等優勢，可有效提升溫濕度監控系統的整體性能，提高溫濕度監控系統的應用有效性。

（3）液晶顯示模塊設計。液晶顯示器在基于單片機的溫濕度監控系統中的有效運用是提升溫濕度監控系統交互性、體驗性、操作性的重要手段，能夠將溫濕度信息以文字、數值、圖形等形式直觀顯示，便于用戶對溫濕度變化情況進行分析與掌握。與此同時，液晶顯示模塊能夠將系統核心功能集中、具體顯示，指導用戶系統操作行為，讓系統應用更具簡便性、實用性。例如，用戶登錄客戶端之后，進入溫濕度監控系統，根據液晶顯示器顯示信息輸入命令;單片機接受到命令后，依據系統軟件程序設計執行命令，滿足用戶使用需求。

4.2? 溫濕度監控系統軟件設計

軟件設計是基于單片機的溫濕度監控系統核心所在，在保證系統設計功能的有效實現上有重要作用。就本研究的溫濕度監控系統而言，軟件設計主要包括溫濕度數據采集設計、系統主函數設計、手機智能終端程序設計、報警程序設計、液晶顯示程序設計等。以溫濕度數據采集設計為例，系統在進行初始溫濕度信息采集時需復位，以免系統運行過程中出現數據錯報問題;根據溫濕度監控需求，合理配置溫濕度信息采集時間，通常情況下采集頻率以1 s為基準;溫濕度數據采集程序應具備精簡化特征，以免程序過于復雜而影響系統運行效率;合理設置STC89C52單片機與DHT11溫濕度傳感器之間的數據傳輸方式，保證數據交換具備較強時效性，單總線傳輸方式存在信息交換時序長的問題，可通過控制其他程序運行的方法，提升系統運行的穩定性。以手機智能終端程序設計為例，堅持“以人為本”設計原則，立足系統實用性、交互性要求，確保操作界面簡單、便利、高效。在通常情況下，可利用Eclipse軟件進行基于溫濕度監控系統的手機智能終端平臺開發，完成登錄界面、系統操作界面、信息顯示界面等的設計。

5? ? 基于單片機的溫濕度監控系統性能測試分析

在完成基于單片機的溫濕度監控系統構建之后，需對系統進行測試，以保證系統設計基本功能的有效實現，確保系統具有較好的市場推廣前景。在通常情況下，在對基于單片機的溫濕度監控系統進行測試時，測試內容主要包括性能測試（如穩定性、可靠性、安全性、功能性）、硬件平臺測試、模塊測試（如數據采集模塊、通信模塊、服務器模塊、數據存儲模塊）、代表性界面交互操作測試（如用戶登錄、歷史數據查詢、監控時段管控、監控量調整）等。通過上述測試，本研究的系統基本達到設計要求，能夠安全、穩定、高效地運行。

6? ? 結語

綜上所述，基于單片機的溫濕度監控系統，在溫濕度傳感模塊、告警模塊、視頻顯示模塊、無線通信模塊等結合作用下，能夠實現系統運用環境中溫濕度參數的有效收集，完成溫濕度檢測、報警、遠程控制、可視化顯示等功能，滿足溫濕度實時監控與遠程管理需求，讓環境管理更具簡單性、便捷性、靈活性、科學性、時效性。因此，面對溫濕度監控系統廣闊的發展前景，系統設計與研發須立足實際需求，加強溫濕度監控系統的針對性設計，讓溫濕度測量更精準、功能更全面、應用更實效。

[參考文獻]

[1]姚? 剛，司維超，顧佼佼，等.基于單片機的溫濕度實時監控系統設計與實現[J].計算機時代，2019（8）：29-32，36.

[2]鞏銀苗，魯西坤，景? 旭，等.基于單片機的倉庫溫濕度監控系統的設計[J].電子制作，2018（7）：26-28.

[3]鄭曉茜，馬朝華，趙? 方，等.基于MSP430和GSM技術的糧倉溫濕度監控系統設計[J].糧食與油脂，2017，30（3）：87-90.

[4]陶? 佳.基于VB和單片機的溫濕度及火焰監控報警系統設計[J].電子測試，2017（2）：7-8.