基于STC89C52單片機的車內溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)

羅 潛，廖文浩，柳 暢

（1.廣東梅州職業(yè)技術學院，廣東 梅州 514011；2.廣州番禺職業(yè)技術學院，廣州 511487）

隨著人們生活水平的不斷提高，汽車越來越多地走進了普通百姓家庭，在給人們的生活、工作以及學習帶來極大便利的同時，人們也越來越注重汽車的舒適性。其中，車內溫濕度就是汽車舒適性的重要指標之一[1,2]。車內溫濕度過高或過低都會直接影響到車內人員的舒適程度，甚至會導致交通事故。為了給駕駛員和乘車人員營造一個舒適的溫濕度環(huán)境，設計了一款基于STC89C52單片機的車內溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由STC89C52單片機最小系統(tǒng)、DHT11溫濕度傳感器模塊、LCD1602顯示模塊、繼電器驅動模塊，以及按鍵模塊等軟硬件組成，能夠對車內溫濕度進行實時監(jiān)控，使車內保持舒適的溫濕度環(huán)境[3-5]。

1 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)以STC89C52單片機最小系統(tǒng)為核心，并搭配DHT11溫濕度傳感器模塊、LCD1602顯示模塊、蜂鳴器報警模塊、繼電器驅動模塊，以及按鍵模塊等外圍功能模塊。系統(tǒng)整體結構如圖1所示。DHT11溫濕度模塊實時采集車內的溫濕度，并把采集到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給STC89C52單片機。STC89C52單片機會對傳送回來的溫濕度數(shù)據(jù)進行處理，把采集到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給LCD1602顯示模塊進行顯示。如果溫濕度值超過或低于溫濕度上下限值，蜂鳴器報警模塊會發(fā)出“嘀嘀嘀”的報警聲，同時繼電器驅動模塊會驅動車載空調設備工作，及時調控車內溫濕度，并可通過按鍵模塊來設置溫濕度上下限值。

圖1 系統(tǒng)整體結構圖Fig.1 The system structure diagram

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件設計采用Altium Design進行系統(tǒng)電路設計，在電路設計過程中要選擇符合常規(guī)用法的經(jīng)典電路，并且要注意硬件抗干擾的設計。系統(tǒng)電路原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)電路原理圖Fig.2 The system circuit Schematic diagram

2.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用STC89C52單片機最小系統(tǒng)作為微控制系統(tǒng)，主要由STC89C52單片機、時鐘電路、復位電路以及電源組成[6]。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能的CMOS 8-bit MCU，具有如下功能特點：8kB Flash，512B RAM，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，WDT，4個8位I/O口，3個16位T/C，4個外部中斷，1個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口；另外，STC89C52可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種SOFTWARE可選擇節(jié)電模式；空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、T/C、串口，中斷繼續(xù)工作；掉電保護模式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，MCU停止工作，直至下一個中斷出現(xiàn)或硬件復位；最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。

時鐘電路本質上是一個振蕩器，通過產生特定的時鐘信號來驅動單片機工作，采用11.0592 MHz高速外部晶振Y1和電容C6、C7組成的并聯(lián)諧振回路，分別連接到STC89C52單片機的X1（Pin18）、X2（Pin19）引腳。

復位電路的作用是使整個系統(tǒng)恢復至初始狀態(tài)，采用阻容式復位電路來實現(xiàn)系統(tǒng)上電復位，在系統(tǒng)接通電源那一瞬間，電容C8進行充電；當電容C8兩端電壓未達到STC89C52單片機RESET（Pin9）引腳高電平的門限電壓值時，RESET引腳輸出為低電平，系統(tǒng)處于復位狀態(tài)；當電容C8兩端的電壓達到STC89C52單片機RESET引腳高電平的門限電壓值時，RESET引腳輸出為高電平，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。

2.2 DHT11溫濕度傳感器模塊

本系統(tǒng)采用DHT11溫濕度傳感器模塊作為數(shù)據(jù)采集端。DHT11溫濕度傳感器內部包括1個NTC測溫元件和1個電阻式感濕元件，并與1個高性能的8-bit MCU相連接，是一款含有已校準DS輸出的溫濕度復合傳感器。Dout用于STC89C52單片機與DHT11之間的通訊和同步，采用單線制串行接口，使模塊集成變得簡易快捷[7,8]。

2.3 LCD1602顯示模塊

本系統(tǒng)采用LCD1602顯示模塊作為數(shù)據(jù)顯示端。LCD1602顯示模塊是一種字符型液晶顯示模塊，能夠顯示字母、數(shù)字以及符號，主要由字符型液晶顯示屏（LCD）、控制驅動主電路（HD44780）、電阻、電容等組成。為了減少對單片機I/O的需求，利用HD44780所具有的4-bit數(shù)據(jù)總線的功能，采用間接控制方式（四線并口通信方式），分別用DB4~DB7引腳與STC89C52單片機P0.4~P0.7（Pin32~Pin35）引腳相連接，先傳數(shù)據(jù)或命令的高4位，再傳低4位。

2.4 蜂鳴器報警模塊

本系統(tǒng)采用蜂鳴器模塊作為報警端。該電路是利用三極管工作開關狀態(tài)原理，三極管Q1的基集串聯(lián)1個限流電阻R1與STC89C52單片機P1.0（Pin1）引腳相連接，當三極管Q1的基集端為低電平時，三極管Q1開關導通，蜂鳴器發(fā)出“嘀嘀嘀”報警聲；否則，蜂鳴器不鳴聲報警。

2.5 按鍵模塊

本系統(tǒng)采用3個獨立按鍵并聯(lián)上拉電阻組成按鍵模塊。按鍵KEY1（參數(shù)切換功能）、KEY2（增加功能）、KEY3（減小功能）分別與STC89C52單片機P3.1~P3.3（Pin11~Pin13）引腳相連接。按鍵輸入信號是低電平有效，按鍵無輸入信號作用時，就由上拉電阻拉至高電平置位。

2.6 繼電器驅動模塊

本系統(tǒng)采用繼電器驅動模塊作為負載驅動端。繼電器驅動是STC89C52單片機與車載空調設備的接口，三極管Q2與三極管Q1在電路中一樣起著開關作用，其基集端串聯(lián)一個限流電阻R7與STC89C52單片機P1.1（Pin2）引腳相連接。當三極管Q2的基集端為低電平時，三極管Q2開關導通，繼電器線圈得電，使其常開觸點與公共端短接、常閉觸點與公共端斷開，從而驅動車載空調設備工作；否則，繼電器不工作。

2.7 電源模塊

本系統(tǒng)所需電壓為5V，采用單獨供電，選用普通的蓄電池即可滿足系統(tǒng)供電需求，通過電源開關P4（Switch）控制電源與系統(tǒng)之間的供電。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計采用C語言進行編程，以軟件程序模塊化設計來配合硬件模塊，最終實現(xiàn)系統(tǒng)功能。軟件程序主要由主程序和子程序組成，其主程序工作流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主程序工作流程圖Fig.3 The system main program work flow chart

當系統(tǒng)上電工作后，整個系統(tǒng)先進行初始化操作，包括STC89C52單片機最小系統(tǒng)初始化、DHT11溫濕度模塊初始化、LCD1602顯示模塊初始化、繼電器驅動模塊初始化以及按鍵模塊初始化等，保證各模塊準備就緒；DHT11溫濕度模塊實時采集車內的溫濕度，并把采集到的溫濕度值以特定的數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送給STC89C52單片機；STC89C52單片機會對傳送回來的溫濕度數(shù)據(jù)進行處理，若溫濕度值超過或低于溫濕度上下限值，蜂鳴器報警模塊會發(fā)出“嘀嘀嘀”的報警聲，同時繼電器驅動模塊會驅動車載空調設備工作，及時調控車內溫濕度；LCD1602顯示模塊顯示溫濕度值，第一行顯示采集到的實時溫濕度值，第二行顯示預設的溫濕度上下限值；按鍵模塊可用來設置溫濕度上下限值。系統(tǒng)各子程序工作流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)各子程序工作流程圖Fig.4 The system sub-program work flow chart

4 結語

本課題充分利用傳感器技術、集成電子技術以及嵌入式技術，設計了一款基于STC89C52單片機的車內溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)軟硬件的調試，實現(xiàn)了對車內溫濕度的實時采集、傳輸、顯示，以及異常報警，能夠及時調控車內溫濕度，使車內人員保持良好的舒適度，在一定程度上可降低交通事故的發(fā)生率。此外，該系統(tǒng)可應用于其他領域的溫濕度監(jiān)控，具有很強的移植性和廣泛的應用性。