臥室溫濕度采集系統設計

安徽省蚌埠學院電子與電氣工程學院 芮旺勝 吳章洋 儲 燁

人們的日常生活與溫度、濕度兩個影響人體正常生活的自然因素息息相關，它們能夠影響人們的正常生活，所以監測這兩個重要因素極其重要。本設計采用51單片機STC89C51為核心處理器，由空氣溫濕度DS18B20為傳感器將所測數據送入單片機，進行運算處理，最終在LCD1602液晶屏幕上顯示測量結果。系統將基于模塊化設計來確定各模塊單元，并選擇相應的電子元器件，進而進行電路設計。系統硬件電路主要由單片機電路、傳感器電路、電源電路、液晶顯示電路等組成。

溫度、濕度這兩個因素影響人們的正常生活，尤其在我們生活中占有時間較多的居住環境，所以實施對臥室居住環境的溫、濕度實時監測很有必要。臥室溫度、濕度過高過或過低，會影響人們的身體健康。此款溫濕度采集系統在溫度、濕度過高或過低都會提供燈光報警，提醒人們注意調節自己所處的環境溫度、濕度。實現了對臥室的溫度、濕度實時檢測。

以STC89C51單片機為核心處理器，通過對空氣溫濕度測量儀的模塊化，選擇出對于居住環境最優的類型，根據元器件類型的型號進行各個模塊的軟件編寫，進行本次設計的電路硬件和軟件的校核，最終提供對于臥室溫濕度的準確數值，提醒用戶自己的居住環境中的實時溫度、濕度環境。

選用Altium Designer軟件對設計選用的電路進行仿真實驗，結果表明系統運行穩定、可靠性高，適用于臥室溫濕度采集系統。

1 系統的總體設計方案

我們的采集系統選取STC89C51單片機為核心，選用DS18B20實現系統的溫度以及濕度的采集系統。使用外接晶振，通過電子調整頻率的方法保持同步。復位電路利用它把電路恢復到起始狀態，就像計算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態，重新進行計算。

DS18B20傳感器其輸出的是數字信號，具有體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強、精度高的特點。DS18B20數字溫度傳感器接線方便，與單片機連接時，通過一條口線即可實現STC89C51與DS18B20的雙向通訊。通過LCD1602液晶顯示實驗程序產生的溫度、濕度、時間，顯示程序的正確性。聲光報警系統，在溫度或者濕度超過或低于某個設定的數值，提供聲光報警，提醒用戶溫濕度傳感器已經不在適宜的范圍中。如圖1所示。

2 系統硬件電路

2.1 單片機最小系統

單片機作為我們的控制模塊的核心內容,也是屬于我們整個系統的核心，是可以直接影響到系統的整體性能、總體價位、開發難度等，綜合考慮后選擇STC89C51單片機。單片機運用比較廣泛，它的處理速度能夠滿足本次設計的總體需求，由于STC89C51單片機接口較多，數量也能夠滿足。STC89C51是單時鐘機器周期的單片機，全雙工，擁有4K字節可編程閃爍存儲器，配合PC端的控制程序，可將用戶的程序代碼通過軟件下載進入STC89C51單片機內部，而且速度更快。

圖1 系統總設計方案

電路的溫濕度采集系統選擇DS18B20傳感器，它具有的優點是體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強、精度高，主要根據應用場合的不同而改變其外觀，可用于各種各樣的極限溫度場合，也適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件以及它的轉換電路集成在類似于一只三極管的集成電路內，使用方便。如圖2所示。

圖2 溫濕度采集系統工作原理

2.2 LCD1602液晶顯示

系統通過STC89C51單片機與溫濕度傳感器DS18B20電路相連接，使用LCD1602液晶顯示屏來顯示對于系統產生的傳感數據。LCD1602能夠產生32位字符顯示，1602表示每行顯示16個字符，一共可以顯示兩行。這類液晶通常稱為字符型液晶，只能顯示ASCII碼字符，系統能夠產生我們所需要的字符型液晶顯示，所以使用LCD1602就可以讓液晶顯示，我們就可以通過LCD1602液晶使溫度、濕度顯示出來。

2.3 復位電路與聲光報警系統

通過溫濕度傳感器對我們居住環境實時監測，用來保證我們的身體健康。溫度、濕度超過平常數值常會對人體造成危害。室內濕度也不宜過高或過低，室內濕度過高，人體散熱就比較困難。室內濕度過低，空氣干燥，人的呼吸道會干澀難受。室內溫度不宜過高也不宜過低，室溫過高會使人感到悶熱難受。當溫度或者濕度在正常范圍內產生變化的時候，不會產生影響。

復位電路的作用：在上電或復位過程中，控制CPU的復位狀態，在這段時間控制讓CPU保持復位狀態，擁有一個緩存時間，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止STC89C51單片機發出錯誤的指令，使其執行錯誤操作，通過復位電路，可以增加容錯率，減少錯誤的發生。如圖3所示。

圖5 系統整體原理圖

在溫濕度傳感器的使用過程中，需要復位電路將電路恢復到起始狀態防止臥室溫濕度采集系統出現錯誤而導致不能使用，復位重新啟動，可以繼續實時監測臥室溫度、濕度。

圖3 復位電路控制系統模塊圖

圖4 聲光報警系統模塊圖

溫度或者濕度在正常范圍內產生變化的時候，不會產生影響。但是在超過或者低于我們設定的數值時，就可以產生燈光報警，用戶根據顯示系統就可以知道我們居住環境所需要的溫度、濕度，從而準確的給自己的居住環境通過其它方式，帶來最舒適的環境。如圖4所示。

2.4 人機交互系統

通過溫濕度傳感器，系統由液晶顯示與聲光報警兩個部分組成。液晶顯示通過LCD1602液晶顯示屏，通過ACSII的字符顯示出溫度、濕度、時間等數據，能夠實時監測，并且及時告訴使用者溫度或者濕度是否在正常的范圍內。聲光報警器，在設定好我們對于溫濕度傳感器的數值時，超過或者低于我們所設定的正常數值，系統將會提供報警功能，提醒使用者在不適合的生活環境之中。如圖5所示。

圖6 軟件顯示框圖

3 系統軟件設計

系統通過使用keil4和stc-isp兩個軟件，通過keil來設計和編程C語言，軟件需要對程序進行初始化、溫濕度監測、是否在正常數值以內、設計監測時間等。如圖6所示。

結論：系統通過溫濕度傳感器的芯片DS18B20實時監測房間內的溫濕度數據，將所產生的數據通過STC89C51單片機進行處理，通過復位電路和LCD1602顯示，實現了對數據實時監測掌握，當溫度或者濕度不在我們的正常范圍之內時，我們可以通過聲光報警系統，再通過系統得到實時數據，提醒用戶未在我們所設定好的溫度、濕度范圍內。