基于單片機的溫濕度測量儀自動控制系統設計*

王 冰

（沈陽理工大學，遼寧 沈陽 110159）

對于現處于21世紀的中國，經歷了上下五千年的歷史巨變，中國在不斷發展的過程中變得越發強大，在國防軍事、科技創新、宇宙探索等很多方面都表現出了質的飛躍。在這種條件下，人們對于科技產品的需求也在這個巨變的過程中發生了潛移默化的改變，尤其對于農業、工業等生產業來說，智能化給人們帶來了前所未有的方便與快捷，它不僅僅是人力物力的節省，在一些需要相關數據信息的工作上，智能化產品的應用則提供給人們更加精準的數值，從而使人們的效益達到最大化，這也大大推進了我國各個產業的巨大發展。

在生產業的生產過程中，對于某一環節能否把溫濕度的值控制在優質生產的范圍內至關重要。因此，隨著需求的增多，溫濕度控制技術也在不斷地提高。如今的溫濕度測量儀對于生產業來說，在畜牧業中動物飼養、藥品業中藥物的保存、以及食品業中食品保存等方面非常重要，尤其是在農業中溫室大棚植物種植方面。

1 系統整體方案

系統整體方案可完成的各個模塊控制功能：中心控制模塊、溫濕度傳感器模塊、溫控模塊、藍牙模塊、按鍵電路模塊以及顯示電路模塊等。

中心控制模塊：該模塊選擇單片機作為主控制器來設計該方案，核心器件選取的是由STC公司生產的單片機STC89C52，STC89C52是一種功率消耗低、性能使用性強的元器件，并且還是一種CMOS 8位微處理的控制器。在STC89C52當中，它主要還是以MCS-51為內核。

溫濕度傳感器模塊：該模塊選擇溫濕度傳感器DHT11對溫濕度變化進行信號轉換傳輸。DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。其精度：濕度±5%RH，溫度±2℃，量程：濕度 5～95%RH，溫度-20～+60℃。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。

溫控模塊：該模塊選擇風扇以及氧化鎂結晶達到對溫度的控制。將繼電器與風扇相連接，若溫濕度傳感器檢測到溫度高出預定范圍，所連接的風扇將會轉動，通過風扇加快空氣流動，從而達到降低溫度的目的；將加熱片與氧化鎂結晶相連接，若溫濕度傳感器檢測到溫度低于預定范圍，所連接的加熱片將會加熱氧化鎂結晶，通過氧化鎂結晶產生熱量，從而達到升高溫度的目的。

藍牙模塊：該模塊選擇藍牙HC-05，它采用CSR主流藍牙芯片，是一種主從一體的藍牙串口模塊。換言之，當藍牙設備與藍牙設備配對連接成功后，我們可以忽視藍牙內部的通信協議，直接將藍牙當做串口用。在對藍牙設置好能進行配對連接的AT模式時建立連接，兩設備共同使用一通道也就是同一個串口，一個設備發送數據到通道中，另外一個設備便可以接收通道中的數據。該藍牙串口軟件BTClient是一個在android客戶端實現藍牙無限通信的源程序，客戶手機打開藍牙可直接搜索到藍牙模塊HC-05。通過該模塊，人們可以通過手機APP對當前環境的溫濕度數值進行設定，當溫濕度值超出預定范圍時，手機APP將會進行提醒，同時溫控模塊也會響應進行動作。

顯示電路模塊：該模塊選擇LDC1602顯示溫濕度測量儀的溫濕度值。相比于其他數據顯示器，LDC1602不僅價格便宜，而且在功能上也絲毫不輸于其他類型顯示器，LDC1602完全可以實現對溫濕度測量儀的溫濕度值的顯示要求。

按鍵電路模塊：該模塊選擇按鍵實現單片機對各個電路模塊的控制作用，通過按鍵更加簡潔方便的實現了對溫濕度測量儀溫度、濕度值的設定以及調控，最終實現對溫濕度測量儀的控制作用。

本設計是以單片機STC89C52為控制核心的溫濕度測量儀系統設計，它采用了溫濕度傳感器與A/D轉換器等元器件相結合，對溫濕度進行信息采集，從而轉換信號將信息傳送給其他模塊，通過單片機的總控制，使藍牙模塊以及溫控模塊做出相應的動作，實現其功能。對于顯示電路模塊是將現處環境的溫濕度通過測值展示在LDC1602顯示屏上。按鍵電路模塊則是通過三個按鍵調整設定溫濕度值的要求范圍，并且可以通過按鍵恢復原有設定的最佳溫濕度值的范圍。以溫室大棚為例，正常條件下，溫室大棚中一般植物生長有固定的溫濕度范圍最為適合植物生長，但是會有特殊的植物所需溫度和濕度的值不同，此時就需要自行設定溫濕度的控制范圍，當要恢復到一般植物生長所需溫濕度范圍時，人們可通過按鍵直接恢復原有設定范圍。

2 硬件系統組成

本系統是基于單片機的溫濕度測量儀自動控制系統。該系統實現了藍牙控制和溫度控制的方式對溫濕度測量儀當前所處環境進行調整，從而使所針對地區的溫濕度控制在所設定的最佳區間范圍。利用單片機控制的溫濕度傳感器以及信息采集電路，通過傳感器產生的信號實現對當前溫濕度的數值進行采集，從而將具體數值信息傳送到顯示屏以及手機APP上。通過以上各元器件的相互控制實現溫濕度測量儀的作用。硬件主要控制結構流程圖如圖1所示。

圖1 硬件主要控制結構流程圖

該系統的硬件組成是選用單片機STC89C52作為主控制芯片，單片機STC89C52作為驅動是因為它具有高速、低功耗、高性能、超強抗干擾能力這些特點，且為CMOS 8位微控制器。其有STC89C52具有通用接口I/O口，以及四個準雙向口上拉接口，分別是P1/P2/P3/P4，其中P0口是漏極開路輸出，當作P0口為總線擴展用時，不用加上拉電阻，而當P0口作為I/O口用時，則需加上拉電阻。在系統中，單片機STC89C52與溫濕度傳感器DHT11、A/D轉換器、加熱片、繼電器、藍牙HC-05電路、LDC1602顯示屏以及按鍵等外圍電路元器件相連接，通過共同控制作用，組成基于單片機的溫濕度測量儀自動控制系統。硬件系統的基本框圖如圖2所示。

圖2 硬件系統的基本框圖

3 溫濕度測量儀軟件方案的設計與仿真

單片機作為將中央處理器CPU、存儲器、定時器、I/O接口電路等主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。在整個控制過程中，正是由于主控制芯片單片機內軟件程序功能對各個連接的元器件進行控制，才使得各個模塊之間的信號能夠得到很好的管理，從而井然有序地進行信息傳遞，不會出現信號之間地相互干擾問題，成功地完成與人們要求相對應的功能動作。

該設計的系統軟件需要通過Keil uVision5軟件來把編輯好的程序導入到單片機STC89C52內，然后對溫濕度測量儀進行調試。該系統通過protues運行后運行結果圖如圖3所示。

圖3 protues運行后運行結果圖

4 系統調試及測試

溫濕度測量儀的硬件測試，測試內容如下：溫濕度傳感器對于不同溫度和濕度在顯示屏上的數值顯示，以及當所處環境溫濕度超出預定范圍時，指示燈是否亮起對應的LED燈，并且溫控系統是否針對相應溫度變化使風扇轉動以及加熱片發熱。該溫濕度測量儀自動控制系統實物圖如圖4所示。

圖4 溫濕度測量儀自動控制系統實物圖

當溫度低于預定范圍時，如圖順序，左側第一個燈（綠色）亮起，顯示屏中顯示現在的溫濕度數值，并且手機接到溫度過低提醒，與此同時加熱片開始發熱。當溫度高于預定范圍時，左側第二個燈（紅色）亮起，顯示屏中顯示現在的溫濕度數值，并且手機接到溫度過高提醒，與此同時風扇開始轉動。

當濕度低于預定范圍時，左側第三個燈（綠色）亮起，顯示屏中顯示現在的溫濕度數值，并且手機接到濕度過低提醒。當濕度高于預定范圍時，左側第四個燈（紅色）亮起，顯示屏中顯示現在的溫濕度數值，并且手機接到濕度過高提醒。

5 結論

該基于單片機的溫濕度測量儀自動控制系統設計主要為幫助人們實現對于控制以及檢查溫濕度的需求，減少人們在人力物力等方面不必要的浪費，將現有科技元器件與創新相結合，使相對便宜的元器件實現最大價值。通過溫濕度測量儀的使用，人們可以避免溫室大棚農作物因溫濕度問題的減產、減少室內養殖動物因溫濕度不適問題而引發的疾病，以及防止重要檔案文件因溫濕度問題導致的字跡消失等。在當今飛速發展的中國，相信隨著科技產品的不斷創新和推廣，人們的生活將會變得更加智能化、自動化和人性化。