基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

閔天倫 韓 靜 冷豐汐

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 遼寧 沈陽(yáng) 110159）

基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

閔天倫 韓 靜 冷豐汐

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 遼寧 沈陽(yáng) 110159）

溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的同時(shí)，也應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。為了滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求，在設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，需保證溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)電路更加簡(jiǎn)便，更加穩(wěn)定，以方便用戶(hù)更好的調(diào)試溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。與模擬溫濕度傳感器相比，數(shù)字傳感器無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)，無(wú)需進(jìn)行任何標(biāo)定，因此，其應(yīng)用更加廣泛。在電子技術(shù)中，單片機(jī)是常用的控制器件，其具有使用壽命長(zhǎng)、出錯(cuò)概率小、載入程序易更新等特點(diǎn)。本文基于AT89C51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

單片機(jī)；溫濕度；檢查系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0 引言

在實(shí)際生產(chǎn)中，溫濕度是常見(jiàn)的被控參數(shù)，在設(shè)計(jì)溫濕度系統(tǒng)時(shí)，需要將溫度和濕度結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合性的考慮[1]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)數(shù)字溫濕度儀測(cè)量溫濕度主要采取溫阻法和濕阻法兩種方法，對(duì)于高精度溫濕度的測(cè)量，需要采取雙溫通風(fēng)干濕球測(cè)量法。單片機(jī)在控制溫濕度時(shí)具有控溫濕度精度高、體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)和簡(jiǎn)單靈活等方面的優(yōu)勢(shì)，其能夠滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝的需求。

1 單片機(jī)概述

1.1 單片機(jī)概念

單片機(jī)是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的功能集成到一塊硅片上，而形成的既小又完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)處理功能包括中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等。因此，單片機(jī)是一種集成電路芯片，又稱(chēng)為單片微控制器。單片機(jī)是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上，其不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片。與計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，其沒(méi)有I/O設(shè)備。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域[2]。將單片機(jī)加入到工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，就相當(dāng)于在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞——智能型，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效。

1.2 單片機(jī)的類(lèi)型

單片機(jī)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要分支，重要領(lǐng)域，根據(jù)計(jì)算機(jī)的發(fā)展情況，從各個(gè)方面將單片機(jī)分為通用型/專(zhuān)用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。按照適用范圍將單片機(jī)分為通用型和專(zhuān)用型。其中通用型單片機(jī)是為了某種專(zhuān)門(mén)用途設(shè)計(jì)的，如80C51單片機(jī)；專(zhuān)用型單片機(jī)是根據(jù)某類(lèi)產(chǎn)品或某個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，如在片內(nèi)集成 ADC接口等設(shè)計(jì)溫度測(cè)量控制電路，以滿(mǎn)足電子體溫計(jì)的使用需求[3]。按照單片機(jī)是否提供并行總線將單片機(jī)分為總線型和非總線型。其中總線型單片機(jī)是指通過(guò)串行口將并行外圍器件與單片機(jī)相連，其主要設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線；非總線型單片機(jī)是指在不要并行擴(kuò)展總線的情況下，將需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，從而極大的節(jié)約了封裝成本，減少了芯片體積。按照單片機(jī)使用領(lǐng)域?qū)纹瑱C(jī)分為工控型和家電型。其中工控型單片機(jī)尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；家電型單片機(jī)外圍器件和外設(shè)接口集成度高，且小封裝、低價(jià)格，其是常見(jiàn)的專(zhuān)用型家電的單片機(jī)。以上分類(lèi)不是唯一的，且沒(méi)有嚴(yán)格界定的。比如，80C51類(lèi)單片機(jī)既是通用型又是總線型，還是工控型。

2 基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 溫濕度檢測(cè)的意義

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，植物的健康生長(zhǎng)不僅需要溫度，還需要濕度，然而，只有合適的溫濕度才能促進(jìn)植物快速生長(zhǎng)，才能推動(dòng)植物快速成熟，因此，需要嚴(yán)格植物生長(zhǎng)所需的溫濕度，以建立適合植物生長(zhǎng)的溫濕度環(huán)境，從而提升農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[4]。在工業(yè)方面，同樣需要重視溫濕度，如果精密的生產(chǎn)設(shè)備長(zhǎng)期處于過(guò)高的溫濕度環(huán)境中，不僅會(huì)造成設(shè)備故障，還會(huì)帶來(lái)安全問(wèn)題，更會(huì)造成無(wú)法計(jì)量的損失。在科學(xué)研究方面，隨著科研微型化發(fā)展的同時(shí)，科學(xué)研究對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境提出了更高的要求，因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要全面的了解實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫濕度，，以便提高科學(xué)研究成果，從而提升人們生活質(zhì)量[5]。由此可以說(shuō)，溫濕度檢測(cè)具有重要的意義，控制好溫濕度能夠帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)溫濕度傳感器采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)中，隨后單片機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)輸出，如果輸出的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的范圍，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)整體機(jī)構(gòu)如圖1。（2）單片機(jī)控制中心單片機(jī)控制中心是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的核心，其工作是加載總程序，并接收處理后的數(shù)據(jù)，然后比較處理后的數(shù)據(jù)與程序中設(shè)定的安全溫濕度范圍的區(qū)別，如果比較得出的溫濕度差在安全溫濕度范圍內(nèi)，單片機(jī)控制中心會(huì)將環(huán)境中的溫濕度顯示出來(lái)，以便用戶(hù)更好的觀察環(huán)境中的溫濕度；如果比較得出的溫濕度差超過(guò)安全溫濕度范圍，則單片機(jī)控制中心會(huì)發(fā)展報(bào)警信號(hào)，并將環(huán)境中的溫濕度顯示出來(lái)，這是用戶(hù)需采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以降低環(huán)境中的溫濕度，從而保證溫濕度的穩(wěn)定性[6]。單片機(jī)控制中心應(yīng)選用應(yīng)用廣泛的AT89C51型號(hào)的單片機(jī)，該型號(hào)的單片機(jī)經(jīng)濟(jì)性好、適用性強(qiáng)、更換容易、程序加載上傳更加簡(jiǎn)單。

（3）溫濕度采集和轉(zhuǎn)換電路

DS18B20 傳感器具有集成度高、微型、精度高、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，其溫度測(cè)量范圍在-55℃～125℃之間，在這個(gè)范圍內(nèi)測(cè)量的溫度值能夠精確到 0.5℃，因此，溫度采集傳感器采用DS18B20 傳感器，選用該傳感器時(shí)，將溫度測(cè)量范圍調(diào)至-10℃～85℃之間，以便測(cè)量的溫度值更加的精確。HS1101 傳感器具有高穩(wěn)定性、高可靠性、反應(yīng)迅速的特點(diǎn)，其不受環(huán)境變化的影響，因此，濕度傳感器采用HS1101 傳感器，其原理是利用電容的介電常數(shù)隨環(huán)境中的水分變化而變化，從而完成濕度的采集工作。系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換器采用8055 轉(zhuǎn)換器，完成將溫度傳感器和濕度傳感器采集到的模擬數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠直接進(jìn)行處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形式，進(jìn)而輸送到單片機(jī)中[7]。

（4）溫濕度系統(tǒng)中的顯示報(bào)警系統(tǒng)

溫濕度系統(tǒng)的顯示部分采取四位數(shù)碼管的形式，該形式中的前兩位數(shù)代表了溫度，后兩位數(shù)代表了濕度，其中濕度適宜百分值的形式顯示的。顯示部分連接單片機(jī)外圍電路的方式是采用七段數(shù)碼管共陰極的方式，數(shù)據(jù)的顯示采取數(shù)碼管靜態(tài)顯示的方式。報(bào)警部分采取簡(jiǎn)單的嗡鳴形式，該形式構(gòu)造簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，報(bào)警部分是檢測(cè)的數(shù)據(jù)在超過(guò)安全溫濕度范圍即會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，用于提醒用戶(hù)需采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)出處理，以保證環(huán)境中溫濕度的穩(wěn)定。

（5）溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)是溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)中核心部分，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采取循環(huán)的方式，以更好的完成數(shù)據(jù)的收集，完成數(shù)據(jù)的對(duì)比，通過(guò)循環(huán)的方式增加溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的使用期限[8]。在設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)時(shí)，需確保系統(tǒng)能夠完成對(duì)輸出數(shù)據(jù)的完整濾波，以保證輸出數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；需屏蔽外界的干擾，以提高單片機(jī)的工作性能；需去除單片機(jī)數(shù)據(jù)的抖動(dòng)，以保證顯示的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性。

3 總結(jié)

在單片機(jī)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)中，其系統(tǒng)控制中心是以AT89C51/52系列單片機(jī)為中心的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過(guò)傳感器準(zhǔn)確測(cè)量溫濕度，隨后再將測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便單片機(jī)能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)輸出到顯示電路中，從而完成溫濕度的檢測(cè)。這樣只要單片機(jī)正常的運(yùn)行，就可以一直檢測(cè)環(huán)境中的溫濕度。完整的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)既是硬件電路的支持又是軟件設(shè)計(jì)的核心。通過(guò)設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確把握溫濕度的測(cè)量，并提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率、可靠率。

[1]馮媛碩,宋吉江.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,01:19-23.

[2]陳曉楠,張慧.基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子制作,2014,06:5+2.

[3]郭晨偉,王志東.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù),2014, 08:84.

[4]梅榮.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012, 01:131 -134+138.

[5]程捷,何晨.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù),2011,06: 56-58.

[6]季作亮.基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].山東師范大學(xué),2014.

[7]郝保明,楊思超.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].宿州學(xué)院學(xué)報(bào),2013, 10:47-50.

[8]馮玉龍.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].通訊世界,2015,09:206.

TU7

B

1007-6344（2016）07-0099-01

閔天倫(1995.02--)男，上海市人，本科學(xué)歷，專(zhuān)業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)。

韓靜(1996.05--)女，遼寧省錦州市人，本科學(xué)歷，專(zhuān)業(yè)：通信工程。

冷豐汐(1996.06--)女，遼寧省撫順市人，本科學(xué)歷，專(zhuān)業(yè)：通信工程。