基于單片機的溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)

林 曌

（渤海大學工學院，遼寧 錦州121000）

0 引言

單片機是一種微型的控制器，通過對邏輯電路內的芯片集成于計算機系統(tǒng)中，使具有較輕的、質量較好的、價格較便宜的、開發(fā)容易等特點。在計算機微電腦控制器下的溫度與濕度的控制系統(tǒng)在國外已經(jīng)非常的普及，通過單片機的設計與應用，可以設計溫度的儀表控制系統(tǒng)，測量與檢測系統(tǒng)，加熱加濕控制系統(tǒng)，按規(guī)定對儀器進行加熱系統(tǒng)的定時控制系統(tǒng)等等。通過廣泛的應用單片機的相關特征，完成了人們對于電子技術的應用，越來越多的工作可以通過電子技術完成，人們逐步的認識到單片機技術促進了人們對于計算機的探究能力的發(fā)展，加深了當代工業(yè)革命技術的快速發(fā)展。單片機在民用中也得到了廣泛的應用，例如家中的彩電、冰箱、溫度調節(jié)器、電飯煲等等都是通過計算機內的單片機電腦控制系統(tǒng)，集成化完成對于系統(tǒng)的有效控制。

1 溫度、濕度系統(tǒng)下的單片機控制系統(tǒng)的特點和研究意義

具有時間延遲滯后的溫度和濕度的控制系統(tǒng)，能夠適應周圍的環(huán)境，對周圍復雜問題進行系統(tǒng)的分析和整理，對于單片機的溫度和濕度的控制系統(tǒng)采用自動適應控制、人工智能控制和計算機電腦控制等方法完成單片機系統(tǒng)的溫度與濕度系統(tǒng)控制。普通的溫度控制系統(tǒng)具有自整數(shù)定位的功能，通過系統(tǒng)學習記錄，可以對歷史記錄和溫度控制系統(tǒng)記錄進行計算機變化調整，保證計算機系統(tǒng)控制最優(yōu)化。單片機的濕度控制系統(tǒng)具有高的精準度、智能化系統(tǒng)和小型化模式設計。隨著計算機家用電器的普及，越來越多的工作被應用與計算機的設計中，單片機的智能化設計和管理，為人類的社會帶來了生活上的舒適和工作上的便捷，開發(fā)單片機技術的研究，保證我國對于微型計算機集成系統(tǒng)的研發(fā)力度，保證在單片機技術發(fā)展下，我國集成系統(tǒng)的快速發(fā)展。

本文主要通過利用集成單片機系統(tǒng)對溫度和濕度進行有效的控制，保證系統(tǒng)運行下對于設備溫度控制與濕度控制的管理，針對單片機AT89C51集成系統(tǒng)，結合數(shù)字計算機傳感系統(tǒng)和數(shù)字電路的設計，完成對于溫度控制和濕度控制，從而達到智能化控制效果，降低工作的勞動力強度，加強單片機AT89C51集成系統(tǒng)下的溫度控制與濕度控制的有效性，完成系統(tǒng)內部整個溫度、濕度控制的有效完成效果。

2 單片機系統(tǒng)控制下的溫度、濕度控制原理

單片機AT89C51集成系統(tǒng)需要滿足對于溫度、濕度相關數(shù)據(jù)的基本測量，通過溫度控制系統(tǒng)和濕度控制系統(tǒng)完成室內溫度、濕度有效控制和有效調節(jié)，保證系統(tǒng)的加熱和制冷效果，保證系統(tǒng)的自動噴水效果。當溫度高于系統(tǒng)設定的溫度的時候，系統(tǒng)產(chǎn)生報警聲，控制器的噴水開關打開，制冷系統(tǒng)開始工作，從而達到降低溫度和控制濕度的效果，當溫度低于實際設定的溫度時，加熱系統(tǒng)開啟，伴隨著加濕器設備開始工作，是室內溫度逐漸上升為要求的溫度，使室內的濕度逐步上升為控制范圍內的濕度，完成單片機AT89C51集成系統(tǒng)下的溫度、濕度的有效控制。

2.1 溫度與濕度控制系統(tǒng)的分布控制原則

圖1

一是加強對系統(tǒng)內部信號的采集工作，包括溫度、濕度相關指標。二是對于信息采集后的處理工作，即通過計算機系統(tǒng)將信息轉換成計算機自動識別的管理系統(tǒng)輸出相應的控制指令，決策信息，完成計算機系統(tǒng)功能的轉變。三是對于系統(tǒng)指令的有效接收和分析輸出控制，保證控制加熱器的有效性工作，實現(xiàn)噴水加濕的效果，從而完成整個單片機系統(tǒng)的分布控制管理。以下是單片機的結構控制管理圖。

2.2 單片機AT89C51集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程

以單片機AT89C51集成系統(tǒng)為中心的系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)的采集，對于溫度、濕度數(shù)據(jù)收集以及計算機輸入數(shù)據(jù)的管理，通過單片機系統(tǒng)集成化運算，顯示在系統(tǒng)的計算機上，加強完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理過程，數(shù)據(jù)信息采用智能的溫度控制和濕度控制系統(tǒng)，保證采集數(shù)據(jù)的準確性，采用報警聲音顯示，對系統(tǒng)進行有效的控制，通過對單片機系統(tǒng)的控制開關完成系統(tǒng)的加熱控制，保證室內環(huán)境的功能控制。測量溫度和濕度的電路通過對室內溫度的限制和設定，保證系統(tǒng)相關設定值的控制范圍，當系統(tǒng)發(fā)出報警時，表示系統(tǒng)內環(huán)境的溫度已經(jīng)超出了原設定的溫度與濕度，此時，系統(tǒng)內的加熱系統(tǒng)啟動，內部開關自動閉合，配合設計中啟動加濕系統(tǒng)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效調整。單片機可以進行遠程遙控系統(tǒng)控制管理，對室內的多個控制管理器件進行有效的控制，保證單片機溫度和濕度的管理。

3 單片機AT89C51集成系統(tǒng)的主要硬件設計

單片機AT89C51集成系統(tǒng)是一種帶有4K節(jié)的閃存器，具有較低的電壓、較高的CMOS八通道高性能微處理系統(tǒng)。單片機對于輸入的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，具有閃存式的可擦除性，采用了ATMEL高精度的工業(yè)化存儲系統(tǒng)，將多功能的單片機集成系統(tǒng)組合在CUP上，完成系統(tǒng)單片機數(shù)據(jù)的嵌入，從而提高靈活性下的低功能控制管理方案。

3.1 單片機AT89C51集成系統(tǒng)的主要特點

單片機AT89C51集成系統(tǒng)具有較強的系統(tǒng)兼容能力，可以與MCS-51系統(tǒng)兼容，具有4K字節(jié)的可編程FLASH系統(tǒng)存儲功能，具有1000次的可擦除性，保證單片機寫入程序的循環(huán)使用，可以為數(shù)據(jù)保存10年，其整體的靜態(tài)工作有0-24HZ，具有三極的程序存儲鎖定程序，內部RAM為32位的可編程控制系統(tǒng)，具有32位的I/O總線，有兩個16位的定時器，有5個中斷源，可以進行串行的通道編程管理，具有較低的閑置模式和掉電模式。

3.2 測溫度的控制電路原理

DS18B20集成溫度控制電路是基于半導體原理的溫度控制系統(tǒng)電路，具有較小的體積和面積，較高的抗干擾能力，較高精準度，較好的數(shù)據(jù)功能。通過對單片機技術的學習，認識DS18B20集成溫度控制電路的傳感器設置，通過一根數(shù)據(jù)總線完成結構和經(jīng)濟的測量系統(tǒng)的有效構成。DS18B20集成溫度控制電路的測量溫度范圍是零下55攝氏度到零上125攝氏度，其精準度范圍為0.5攝氏度，可以通過對現(xiàn)場的溫度總線進行數(shù)字方式的控制，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。DS18B20集成溫度控制電路可以測量惡劣環(huán)境，可以在3伏至5伏范圍內完成系統(tǒng)封裝，保證在集成系統(tǒng)中的報警溫度控制。

DS18B20集成溫度控制電路具有全數(shù)字的溫度控制轉換系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)，具有先進的數(shù)據(jù)通信總線，具有12位的數(shù)據(jù)分辨率，精度比例可大0.5攝氏度，其最大的工作周期為750毫秒，它可以進行封裝處理，內置PROM限制溫度的控制功能，具有64位的ROM，內置相關序列號，具有多種封裝方式，可以使用于不同的硬件系統(tǒng)，具有負壓特性，保護電源不會造成燒毀現(xiàn)象問題。以下是DS18B20集成溫度控制電路的封裝。其中，GND是接地信號，DQ是數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳，當需要外接電源供電時，可以采用與DQ相連，為外界供電，VDD是可以選擇的引腳，當工作于寄生電源的狀態(tài)下時，這個引腳必須接地處理。

圖2

DS18B20集成溫度控制電路將測量的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)相互連接，增加了其抗干擾能力。通過ROM只讀存儲功能，對DS18B20集成系統(tǒng)進行編碼，前八位是單線的系統(tǒng)編碼，其編碼為19H，后面的48位是芯片的序列，最后八位是56位的CRC數(shù)據(jù)嗎檢測，因此，DS18B20集成系統(tǒng)共有64位的ROM。RAM數(shù)據(jù)的暫存功能是對數(shù)據(jù)和暫存和內部的存儲功能，數(shù)據(jù)在掉電后逐步丟失，DS18B20共有九個字節(jié)RAM，每個字節(jié)有8位，1位是溫度轉換的數(shù)據(jù)信息，3,4位是溫度控制值的存儲位置，上電復位后即被刷新掉。第5字節(jié)是EEPROM的鏡像6,7,8是計數(shù)寄存器，從而提高用戶對于溫度數(shù)據(jù)的更高分辨能力，是內部的溫度控制轉換。EEPROM具有強力的記憶存儲能力，不會造成數(shù)據(jù)丟失問題。通過對上下溫度進行校驗，保證相關數(shù)據(jù)的使用，DS18B20集成溫度控制電路系統(tǒng)采用RAM進行鏡像處理。

3.3 測濕度的控制電路原理

測量空氣濕度的方式較多，其主要原理是通過對空氣中物質進行分析，確定其數(shù)據(jù)可能吸收的水分子量，從而間接的分析出物質在吸收控制中周圍的空氣濕度。電容、電阻和濕敏元件是三種應用于濕度測量的方法器件。以HS1101傳感器系統(tǒng)為例，不需要對進行校準處理，具有較高的長期穩(wěn)定性和高效的可靠性，可以快速的響應相關時間，對側面數(shù)據(jù)進行封裝，適用于線路的電壓輸出和功率調節(jié)，制造流水線數(shù)據(jù)中的自動裝配工作，保證工作HS1101電容傳感器的相對濕度單位為零至100%RH，電容的范圍未162PF至200PF，其誤差分為小于2%PF，響應的有效時間為5s內，溫度的相關系數(shù)為0.04。HS1101電容傳感器系統(tǒng)在電路中以一個電容配件的方式存在，隨著系統(tǒng)電容的逐步增加從而測量空氣中濕度的變化，可以采用濕敏元件進行充放電測量，與震蕩電路組成正弦形式的電壓信號，通過放大和轉換，形成數(shù)字信號，另外，在濕敏電容的555震蕩電路中，通過對電容的變化和電壓頻率信號的處理，額可以直接對計算機進行采集測量。集成電視的555芯片外接電阻和與濕敏電容構成充電回路，通過對芯片內部的晶體管控制構成對C的放電回路，形成多級的震蕩電路，電阻在電路中還具有一定的短路保護作用和平衡空氣濕度的作用。

4 單片機AT89C51集成系統(tǒng)的主要軟件設計

4.1 單片機AT89C51集成系統(tǒng)的設計語言

系統(tǒng)采用匯編語言，即C語言，以模塊化形式進行系統(tǒng)設計。主要對系統(tǒng)內部的主要程序、溫度和濕度的檢測程序，電子顯示程序等進行系統(tǒng)的測量。以循環(huán)的方式完成主程序的工作，在中斷的初始化發(fā)展中，對鍵盤進行掃描、管理溫濕度的檢測，對系統(tǒng)語言進行有效的處理，從而顯示在程序中。C語言具有較高的軟模塊化，其機器代碼較為準確，可讀性較好、可靠性較高，準確性較強。所以，通過對C語言編程控制，完成軟件系統(tǒng)的開發(fā)和應用。通過溫度、濕度的傳感器設置對室內的溫度和濕度進行有效的測量，通過LCD顯示濕度值，比較濕度值與溫度值和報警系統(tǒng)直接的關系，控制好報警系統(tǒng)限制程度，根據(jù)溫度和濕度的調節(jié)控制實際的光開關控制，對系統(tǒng)進行定期的溫度和濕度管理，及時將數(shù)據(jù)上傳到計算機內，軟件系統(tǒng)的語言編程，是通過循環(huán)模式完成程序的編寫，對初始化設計，溫度和濕度相關的檢測范圍，主要程序的循環(huán)條件進行系統(tǒng)調用控制。主程序是對于系統(tǒng)軟件控制和管理的主要部分，通過對系統(tǒng)上電后的初始參數(shù)設定，對中斷數(shù)據(jù)進行有效處理，從而完成主要溫度和初始溫度的有效設定，保證系統(tǒng)各個封裝電路的有效系統(tǒng)運轉，完成對于溫度、濕度檢測，數(shù)據(jù)比較控制以及報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析。

4.2 單片機AT89C51集成系統(tǒng)的各個功能模塊

通過對程序的溫度控制模塊、濕度控制模塊和初始化模塊的相關參數(shù)設計，報警系統(tǒng)的顯示和執(zhí)行模塊，認識具有的各類功能。

初始化模塊是將調用的系統(tǒng)進行初始化設計，溫度控制模塊和濕度控制模塊是對調用的溫度子程序進行系統(tǒng)的檢測，對初始化溫度的傳感器DS18B20系統(tǒng)開始的程序進行系統(tǒng)檢測，啟動溫度轉換模式，當轉換模式完成后，以二進制代碼形式進行數(shù)據(jù)處理，將代碼轉換為溫度值，顯示在屏幕上，而濕度檢測的程序是在初始化傳感器HS1101上開始的，通過計算濕度信號的頻率完成濕度值的轉換和顯示。通過調用LCD顯示的驅動程序，完成參數(shù)的有效設定，啟動驅動顯示模塊，對顯示程序進行調節(jié)和控制。通過對報警程序的調用，執(zhí)行系統(tǒng)顯示程序，從而判斷是否超過設定的溫度范圍和濕度范圍，一旦發(fā)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)中有出現(xiàn)超范圍情況時，即直接進入程序的報警系統(tǒng)。

5 結語

綜上所述，本文通過對AT89C51單片機進行溫度和濕度的檢測設計，認識溫度、濕度系統(tǒng)下的單片機控制系統(tǒng)的基本原理，介紹了單片機AT89C51集成系統(tǒng)的主要硬件設計和軟件編程，了解在溫度控制和濕度控制系統(tǒng)中對于各部分程序的硬件和程序的處理方法，將溫度和濕度進行精準測量控制，保證AT89C51單片機的溫度和濕度的有效檢測，因單片機具有較高的精度和穩(wěn)定性，保證了系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)的有效控制，合理的完成信息數(shù)據(jù)的采集和轉換，通過運用溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器HS1101完成信號的有效采集和處理，保證單片機系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效性和準確性。通過對單片機AT89C51控制設計完成溫度和濕度的數(shù)據(jù)管理，建立起一種集成化、封裝式的穩(wěn)定高精度測量芯片，以質量好、價格低廉、容易開發(fā)的多種特點，形成現(xiàn)代單片機系統(tǒng)技術的應用，保證人們生活和工作中，對于電子產(chǎn)品利用的需求，通過芯片的電腦識別系統(tǒng)，完成對于溫度和濕度的有效控制，保證集成化系統(tǒng)的可控性。

［1］Milan Verle.新型80C51單片機輕松入門與應用開發(fā)[M].金盾出版社，2011.

［2］郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].電子工業(yè)出版社，2011.

［3］余燦基.單片機編程魔法師之高級裸編程思想[M].電子工業(yè)出版社，2014.

［4］李朝青，劉艷玲.單片機原理及接口技術[M].北京航空航天大學出版社,2013.