基于單片機(jī)的精密儀器生產(chǎn)車間溫濕度自動控制系統(tǒng)

劉瑩　吳蓬勃　李新龍

【摘要】該設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的溫濕度檢測控制系統(tǒng)，采用模塊化、層次化設(shè)計(jì)。采用新型的數(shù)字型溫濕度傳感器DHT11，它可以實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度的采集，并將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；運(yùn)用單片機(jī)STC89C52對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，為顯示提供信號；顯示部分采用字符型LCD1602液晶顯示器顯示所測溫度和濕度值；溫濕度控制電路由溫濕度傳感器和預(yù)設(shè)溫度值比較報警電路組成，用戶根據(jù)需要預(yù)先輸入預(yù)設(shè)值，當(dāng)實(shí)際測量的溫濕度大于或小于預(yù)設(shè)的溫濕度數(shù)值時，發(fā)出報警信號（指示燈會亮）。本系統(tǒng)電路簡單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、檢測精度高，具有一定的實(shí)用價值。

【關(guān)鍵詞】溫濕度傳感器；液晶顯示器；單片機(jī)

本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫濕度計(jì)與傳統(tǒng)的溫濕度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測量范圍廣，測量準(zhǔn)確，其輸出溫濕度采用數(shù)字顯示，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)STC89C52，數(shù)字溫濕度傳感器使用DHT11，用LCD1602液晶屏，實(shí)現(xiàn)溫濕度顯示，用加濕設(shè)備、除濕設(shè)備、加溫設(shè)備、降溫設(shè)備控制溫濕度的高低，能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證與設(shè)計(jì)目標(biāo)

依據(jù)功能設(shè)定該系統(tǒng)主要分為以下四個模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、用戶操作模塊和設(shè)備響應(yīng)模塊。

其中溫濕度采集模塊使用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器；數(shù)據(jù)處理模塊使用的是AT89C52單片機(jī)，其完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和邏輯控制的功能；用戶操作模塊由操作鍵盤、開關(guān)構(gòu)成，其中操作鍵盤包括復(fù)位按鍵、主界面按鍵、加鍵、減鍵和enter鍵五個按鍵；設(shè)備響應(yīng)模塊由1602點(diǎn)陣液晶、繼電器和LED指示報警燈構(gòu)成。

2.硬件部分設(shè)計(jì)

溫濕度自動控制系統(tǒng)的硬件部分由單片機(jī)模塊電路、溫濕度傳感器模塊電路、顯示模塊電路、按鍵模塊電路和繼電器模塊電路組成。

2.1單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)

2.1.1單片機(jī)最小電路

1、復(fù)位電路

單片機(jī)的復(fù)位分為上電自動復(fù)位、按鍵手動復(fù)位兩種和看門狗強(qiáng)制復(fù)位三種等。上電復(fù)位通常利用電容的充放電來實(shí)現(xiàn)，按鍵復(fù)位則可分為按鍵脈沖復(fù)位和按鍵電平復(fù)位兩種，看門狗復(fù)位則通過外接看門狗電路或軟件看門狗程序?qū)崿F(xiàn)。

2、時鐘電路

時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)的基本時鐘信號。8052的時鐘信號可由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生，也可由外部電路直接提供。內(nèi)部振蕩器的輸入和輸出腳分別為XTAL1和XATL2，由XTAL2給單片機(jī)內(nèi)部電路提供時鐘信號。當(dāng)時鐘信號由外部電路提供時，外部時鐘引入XTAL2，而XTAL1腳接地。

2.2溫濕度傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

1、接口說明

建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻，大于20米時根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。

2、電源引腳

DHT11的供電電壓為3-5.5V。傳感器上電后，要等待1S以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100NF的電容，用以去耦濾波。

3、串行接口（單線雙向）

DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間4MS左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零.操作流程如下：

一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40BIT，高位先出。

數(shù)據(jù)格式：8BIT濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8BIT濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8BIT溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8BIT溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8BIT校驗(yàn)和。

2.3顯示模塊電路設(shè)計(jì)

LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。

2.4按鍵模塊電路設(shè)計(jì)

本溫濕度自動控制系統(tǒng)的鍵盤控制電路共有5個按鍵：主控鍵、+鍵、-鍵、確定鍵和復(fù)位鍵。其中，主控鍵負(fù)責(zé)主頁面的調(diào)節(jié)包括：溫度的上限、溫度的下限、濕度的上限、濕度的下限以及主頁面顯示。加鍵和減鍵負(fù)責(zé)溫濕度的上下限數(shù)值的增加與減少，而確定鍵負(fù)責(zé)確定設(shè)置好的溫濕度上下限值。

3.軟件部分設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件程序基于KEIL UVSION2開發(fā)平臺，采用C51語言編寫。本程序采用模塊化程序方法，其中主要包括兩大模塊：主程序模塊、子程序模塊。而子程序模塊又包括：LCD初始化顯示模塊、DHT11數(shù)據(jù)采集模塊、按鍵掃描模塊、數(shù)據(jù)比較模塊。

3.1主程序模塊

本系統(tǒng)采用DHT11溫濕度傳感器，它對生產(chǎn)車間內(nèi)溫濕度進(jìn)行采集，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將數(shù)字信息提供給主控制器進(jìn)行處理和分析，主控制器開始LCD初始化，進(jìn)行延時等待后提取DHT11溫濕度傳感器模塊，將采集好的信息經(jīng)過處理后傳給LCD1602進(jìn)行顯示，同時調(diào)用系統(tǒng)控制模塊，與系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)定值進(jìn)行比較，系統(tǒng)的溫濕度上下限默認(rèn)值均為0，可以通過設(shè)置按鈕進(jìn)行設(shè)置完成。

3.2子程序模塊

子程序模塊包括：LCD初始化顯示模塊、DHT11數(shù)據(jù)采集模塊、按鍵掃描模塊、數(shù)據(jù)比較模塊。

3.2.1LCD初始化模塊

LCD初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化以及設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

3.2.2DHT11數(shù)據(jù)采集模塊

DHT11數(shù)據(jù)采集模塊是作為獨(dú)立的程序被主函數(shù)調(diào)用的，在程序中包含了比較、延時等語句。

3.2.3掃描按鍵模塊

本設(shè)計(jì)共五個按鍵：主控鍵、+鍵、-鍵、確定鍵和復(fù)位鍵。其中，主控鍵負(fù)責(zé)主頁面的調(diào)節(jié)包括：溫度的上限、溫度的下限、濕度的上限、濕度的下限以及主頁面顯示。加鍵和減鍵負(fù)責(zé)溫濕度的上下限數(shù)值的增加與減少，而確定鍵負(fù)責(zé)確定設(shè)置好的溫濕度上下限值。所以在軟件程序中，會對按鍵進(jìn)行掃描，然后確定按鍵所設(shè)定的具體數(shù)值。

3.2.4數(shù)據(jù)比較模塊

當(dāng)溫濕度數(shù)值設(shè)定好以后，就會作為設(shè)定值與溫濕度采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后做出相應(yīng)的響應(yīng)。