基于DHT11的空氣溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

潘繼強(qiáng)

摘要：系統(tǒng)使用DHT11傳感器作為空氣溫濕度測(cè)量模塊，首先由DHT11溫濕度傳感器把采集到的溫濕度數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)STC89C52，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，傳送到液晶顯示屏1602進(jìn)行準(zhǔn)確的顯示。同時(shí)，如果溫濕度超過(guò)設(shè)定的閥值，繼電器將會(huì)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)測(cè)試，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，可廣泛用于倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫濕度傳感器；液晶顯示屏

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）21-5105-04

空氣的溫濕度作為重要的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)。在工農(nóng)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制，同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量空氣的溫濕度對(duì)于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)也有至關(guān)重要的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)溫濕度測(cè)量的要求越來(lái)越高，而且測(cè)量的范圍也越來(lái)越廣，采用單片機(jī)和傳感器對(duì)空氣溫濕度進(jìn)行測(cè)量，不僅具有測(cè)量方便，體積小和顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高測(cè)量的精度。使用傳感器設(shè)計(jì)的空氣溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)精確的反映室內(nèi)的溫度和濕度的變化，同時(shí)可以完成諸如升溫到特定的溫度、降溫到特定的溫度，在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。如果將此系統(tǒng)應(yīng)用到糧倉(cāng)或倉(cāng)庫(kù)中，可以精確的控制倉(cāng)庫(kù)的空氣溫濕度，對(duì)于倉(cāng)庫(kù)中的糧食和物品能起到很大的保護(hù)作用。如果將此系統(tǒng)應(yīng)用到溫室當(dāng)中無(wú)疑為植物生長(zhǎng)提供了更加適宜的環(huán)境，對(duì)于大棚種植的花卉和蔬菜將會(huì)有很大的幫助。

1 用戶需求分析

針對(duì)空氣溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是倉(cāng)庫(kù)和溫室大棚，所以系統(tǒng)必須具備很強(qiáng)的準(zhǔn)確性、實(shí)用性、可靠性及安全性，經(jīng)調(diào)研分析系統(tǒng)應(yīng)具備的功能主要有：

1） 能夠?qū)崟r(shí)的感知周圍環(huán)境的溫度濕度數(shù)據(jù)并且能及時(shí)的顯示出來(lái)，完了之后能在固定的時(shí)間間隔內(nèi)更新顯示數(shù)據(jù)。

2） 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需設(shè)置四個(gè)按鍵以便手動(dòng)的設(shè)置報(bào)警閥值，以便在不同的應(yīng)用場(chǎng)合當(dāng)溫度和濕度超過(guò)設(shè)定閥值能夠?qū)τ脩暨M(jìn)行報(bào)警提醒，使得系統(tǒng)更加人性化、智能化，具有更高的實(shí)用價(jià)值。

3） 當(dāng)溫度和濕度超出閥值時(shí)能自動(dòng)開(kāi)啟相應(yīng)的繼電器，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載風(fēng)扇，當(dāng)溫度超限時(shí)通風(fēng)降溫，當(dāng)濕度超限時(shí)也可以抽濕，并且通過(guò)不同顏色的指示燈提醒用戶注意到底是溫度還是濕度超過(guò)閥值。閥值可以通過(guò)只讀存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)斷電保存。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)用戶的需求在設(shè)計(jì)思路上主要以STC89C52型單片機(jī)為核心，通過(guò)液晶顯示模塊LCD1602實(shí)時(shí)地顯示傳感器DHT11采樣到的溫濕度值，當(dāng)超過(guò)相應(yīng)的閥值進(jìn)行報(bào)警并驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，閥值可以通過(guò)電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)芯片AT24C02存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)斷電保存?？傮w設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

從總體方案圖可以看出系統(tǒng)主要由五個(gè)大的模塊構(gòu)成，分別是主控模塊、傳感器模塊、LCD液晶顯示模塊、繼電器模塊以及閾值設(shè)置模塊。其中主控模塊是此次設(shè)計(jì)任務(wù)的核心，主要是指STC89C52芯片，由它控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，利用其各個(gè)口分別控制其他模塊，使其他模塊能夠成為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)功能的需要。具體的系統(tǒng)電路圖如圖2所示。

圖2中DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件。DHT11傳感器連接STC89C51系列單片機(jī)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。單片機(jī)的P1.7口用來(lái)收發(fā)串行數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)口，連接傳感器的Pin2（單總線，串行數(shù)據(jù)）。由于測(cè)量范圍電路小于20米，建議加一個(gè)10K的上拉電阻，因此在傳感器的Pin2口與電源之間連接一個(gè)10K電阻。而傳感器的電源端口Pin1和Pin4分別接單片機(jī)的VDD和GND端。傳感器的第三腳懸浮放置。DHT11傳感器原件的電路原理圖如圖3所示。電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。溫濕度閾值存儲(chǔ)在EEPROM芯片AT24C02中，并可以通過(guò)K1—K4按鍵調(diào)節(jié)并保存，其中K1為溫度上限增加，K2為溫度上限減小，K3為濕度上限增加，K4為濕度上限減小。AT24C02是低工作電壓的2K位串行電可擦除只讀存儲(chǔ)器，內(nèi)部組織為256個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8位，該芯片被廣泛應(yīng)用于低電壓及低功耗的工商業(yè)領(lǐng)域。

4 系統(tǒng)軟件框架設(shè)計(jì)

在我們對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的功能需求和總體結(jié)構(gòu)有所了解之后，需要根據(jù)算法思路和程序的執(zhí)行過(guò)程建立程序總體框架的流程圖，然后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)劃分模塊，各個(gè)模塊逐個(gè)實(shí)現(xiàn)其功能，最終把各個(gè)子模塊合理的連接起來(lái)，構(gòu)成總的程序。首先從DHT11溫濕度傳感器中讀入實(shí)時(shí)溫度和濕度，在液晶屏上即時(shí)顯示，液晶屏上同時(shí)顯示溫濕度上限值，該上限值保存在外部EEPROM存儲(chǔ)器中，掉電不失，并且可以通過(guò)四個(gè)按鍵上調(diào)或下調(diào)溫度濕度閥值。當(dāng)溫度或濕度值超過(guò)上限值時(shí)，報(bào)警信號(hào)點(diǎn)亮相應(yīng)報(bào)警燈。該報(bào)警信號(hào)可以通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器，以控制外部風(fēng)機(jī)或制冷器。主流程圖如圖4所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上介紹了基于DHT11空氣溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，并根據(jù)電路圖制作好了電路板，然后將C語(yǔ)言程序燒錄到電路板中。由于篇幅原因，文中只羅列出主程序的流程圖和代碼。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，在測(cè)量空氣溫度濕度時(shí)具有很高的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可以應(yīng)用到倉(cāng)庫(kù)、溫室大棚等場(chǎng)合。

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