張東東

　?。ㄌK州大學(xué) 電子信息學(xué)院,，江蘇 蘇州 215006）

　　摘要：在現(xiàn)代生產(chǎn)領(lǐng)域,，溫濕度的監(jiān)測與控制應(yīng)用廣泛，對于監(jiān)測技術(shù)的研究也越顯重要,。鑒于國內(nèi)外溫濕度測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,，基于AT89C51單片機(jī)和DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。硬件電路包括微控制器模塊,、數(shù)據(jù)采集模塊,、顯示電路、報(bào)警電路以及按鍵設(shè)置5個(gè)部分,，用戶可通過按鍵設(shè)定溫濕度上下限,，當(dāng)測得的數(shù)據(jù)超出所設(shè)定的范圍時(shí)發(fā)出報(bào)警信號（蜂鳴器蜂鳴）。軟件部分由主程序和各部分子程序構(gòu)成,。系統(tǒng)精確度較好，在日常環(huán)境監(jiān)測以及生產(chǎn)活動(dòng)中都有一定的應(yīng)用價(jià)值,。

　　關(guān)鍵詞：溫度測量,；濕度測量；AT89C51,；DHT11;

0引言

　　隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展與通信技術(shù)的進(jìn)步,，溫濕度測量系統(tǒng)的整體性能及其優(yōu)越性也取得了很大突破，對于溫濕度傳感器的應(yīng)用和開發(fā)也越來越智能化,。

　　國外很早就開始了對于溫濕度測量技術(shù)的研究,，且一些技術(shù)已趨于成熟，集成化的監(jiān)測設(shè)計(jì),、傳感器的應(yīng)用,、智能測試系統(tǒng)等技術(shù)早已研發(fā)出來并得以應(yīng)用，這是國際傳感器領(lǐng)域的重大突破,。

　　目前,，雖然國內(nèi)外對于此技術(shù)的研究已較為成熟，但科技探索是永無止境的,，未來生產(chǎn)領(lǐng)域必然會(huì)提出更高的要求,，一種完全智能化甚至完全無人化的潮流正悄然興起，這是不可避免的發(fā)展趨勢［1］,。

1設(shè)計(jì)任務(wù)及方案論證

　　1.1設(shè)計(jì)要求

　　基于微控制器的溫濕度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求如下［2］：

　　(1)對所處環(huán)境的溫濕度進(jìn)行檢測,，要求溫度檢測范圍為0℃~50℃，測溫精度為±2℃,； 濕度檢測范圍為20%~90%RH,，測濕精度為±5％RH。

　　(2)能夠通過按鍵設(shè)定閾值,。

　　(3)當(dāng)檢測數(shù)據(jù)超出閾值蜂鳴報(bào)警,。

　　(4)系統(tǒng)使用4位LCD顯示,。

　　1.2設(shè)計(jì)方案

　　對溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并LCD顯示，可自主設(shè)定溫濕度閾值,，當(dāng)傳感器所測得數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍,，蜂鳴器報(bào)警。為達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求,，系統(tǒng)需包含以下功能模塊［3］：溫濕度傳感器模塊,、主控制模塊、按鍵和顯示模塊,、報(bào)警電路,。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

2硬件設(shè)計(jì)

　　2.1主控制模塊

　　AT89C51是一種帶4 KB移序存儲(chǔ)器的低電壓,、高性能CMOS 8位微處理器,，其內(nèi)部包含下列幾個(gè)部件［45］：一個(gè)8位CPU；一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路,；4 KB程序存儲(chǔ)器,，128 B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；兩個(gè)定時(shí)器,，也可用作計(jì)數(shù)功能,；一個(gè)可編程全雙工串行口；4個(gè)8位可編程并行I/O端口,；5個(gè)中斷源和兩個(gè)優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu),。

　　以上各部分通過內(nèi)部總線相連接。另外,，除了8位CPU外,，MCS-51內(nèi)部還有一個(gè)微處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的一位字長的計(jì)算機(jī),。

　　AT89C51單片機(jī)引腳排列圖如圖2所示,。

　　DHT11的DATA口與單片機(jī)AT89C51的P3.0口連接。LCD1602顯示電路就是將各引腳依次與單片機(jī)的P0口相連,，蜂鳴器超限蜂鳴,。

　　2.2主要功能模塊

　　2.2.1晶振與復(fù)位電路

　　XTAL1和XTAL2分別是單片機(jī)內(nèi)用于構(gòu)成振蕩器的放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2的引腳上接一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容,，便能使內(nèi)部振蕩器自激振蕩,。與石英晶體振蕩器并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用,。石英晶振的電容可以在20~40 pF之間選擇,，本文選擇22 pF。

　　單片機(jī)復(fù)位電路也是必不可少的部分,。當(dāng)程序執(zhí)行出現(xiàn)問題時(shí),，復(fù)位操作使單片機(jī)的程序重新運(yùn)行,，復(fù)位操作至少要兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平位于RST引腳。本設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位,。

　　2.2.2溫濕度傳感器電路

　　溫濕度采集是完成環(huán)境與微處理器數(shù)據(jù)溝通的前端部分,，采用DHT11來完成設(shè)計(jì)［6］。

　?。?）DATA單總線通信［7］

　　DATA接口用于數(shù)據(jù)通信,傳送的數(shù)據(jù)由小數(shù)部分和整數(shù)部分組成,。主機(jī)等待DHT11響應(yīng)時(shí)，總線處于高電平狀態(tài),，當(dāng)傳感器接收到開始信號時(shí),，就會(huì)發(fā)送一個(gè)響應(yīng)信號，使總線處于低電平狀態(tài),，信號長80 μs,如果讀取高電平響應(yīng)信號,，但DHT11并無響應(yīng)，則說明線路連接可能表1DHT11性能指標(biāo)測量范圍測量精度分辨力0℃~50℃,，

　　20%~90%RH±2℃±5%RH1出現(xiàn)問題,。

　　(2) DHT11各項(xiàng)性能指數(shù)如表1、表2,、表3所示。

    （3）DHT11典型應(yīng)用如圖3所示,。

　　2.2.3報(bào)警電路

　　基于微型計(jì)算機(jī)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中,，通常都設(shè)定有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便采取應(yīng)對措施,。本次設(shè)計(jì)如果測值超出此設(shè)定范圍則進(jìn)行報(bào)警,，即蜂鳴器持續(xù)鳴叫［8］。報(bào)警電路如圖4所示,。

　　2.2.4LCD顯示電路

　　顯示模塊選用LCD1602液晶顯示屏,，它是目前工控系統(tǒng)中使用最廣泛的液晶屏之一，顯示質(zhì)量高,。1602字符型液晶模塊是點(diǎn)陣型液晶,，驅(qū)動(dòng)方便，經(jīng)過編程后顯示內(nèi)容多樣化［9］,。

　　LCD1602參數(shù)如表4,、表5所示。表4LCD1602液晶屏的主要參數(shù)內(nèi)容參數(shù)工作電壓/V4.5~5.5容量/字符16×2最佳工作電壓/V5工作電流/mA2.0字符尺寸/mm2.95×4.35表5LCD1602引腳定義引腳號符號引腳說明1VDD正極2VSS地3VL液晶顯示偏壓4RS數(shù)據(jù)/命令5R/W讀/寫6EN使能信號7~14D0~D7數(shù)據(jù)15BLA背光源正極16BLK背光源負(fù)極將LCD1602的7~14腳依次與單片機(jī)的P0端口相連,。

3軟件設(shè)計(jì)

　　3.1編程思想

　　本文設(shè)計(jì)的溫濕度測量系統(tǒng),，其主要功能是對當(dāng)前環(huán)境的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并在LCD1602上進(jìn)行顯示,，當(dāng)所測數(shù)據(jù)超出所設(shè)定的閾值范圍時(shí),，蜂鳴器蜂鳴報(bào)警,。軟件設(shè)計(jì)：首先將LCD初始化，LCD1602采用5×7點(diǎn)陣并分兩行顯示,，然后讀取溫濕度值進(jìn)行處理和按鍵檢測,，判斷數(shù)值是否超出預(yù)設(shè)范圍，超出則蜂鳴器報(bào)警,。第一次按鍵單片機(jī)復(fù)位,，進(jìn)入設(shè)定界面分別完成，3個(gè)設(shè)定按鍵設(shè)定數(shù)據(jù)切換,、數(shù)據(jù)加,、數(shù)據(jù)減等功能。

     3.2軟件流程圖

　　本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位與閾值設(shè)置操作,，第一個(gè)按鍵可切換至閾值設(shè)置界面,，按2次鍵可選擇設(shè)置參數(shù)；第二與第三個(gè)按鍵分別完成參量加減操作,，按鍵檢測軟件流程如圖5所示,。

　　整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示，上電啟動(dòng)系統(tǒng),，蜂鳴器蜂鳴,，圖6軟件設(shè)計(jì)流程圖然后將LCD1602初始化，微控制器讀取溫濕度值,，經(jīng)檢測后與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,，若超出閾值范圍，則蜂鳴器蜂鳴,，并模擬啟動(dòng)控制設(shè)備,，直至溫濕度處于預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)，若未超出,，則溫濕度值正常顯示［10］,。

4系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果

　　4.1仿真分析

　　Proteus仿真運(yùn)行結(jié)果如圖7所示［11］。

　　4.2測試結(jié)果

　?。?）在上電之后,，電源指示燈工作，系統(tǒng)正常運(yùn)行,，圖8為溫濕度正常顯示界面,。

　　（2）第一次按下按鍵1,，系統(tǒng)進(jìn)入閾值設(shè)置界面,，再次按下可選擇要設(shè)置的參數(shù)，第二個(gè)與第三個(gè)按鍵分別執(zhí)行參量加與減操作。

　?。?）若當(dāng)前溫濕度超出預(yù)設(shè)范圍,，報(bào)警指示燈亮，蜂鳴器持續(xù)鳴叫,。

5結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)與DHT11的一個(gè)溫濕度監(jiān)測系統(tǒng),，是對實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)模擬，通過DHT11溫濕度傳感器與單片機(jī)完成實(shí)時(shí)監(jiān)測,，按鍵與LCD實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,，可自主設(shè)置溫濕度閾值，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù),，并帶有超限報(bào)警功能,，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備調(diào)整環(huán)境數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn),。

　　通過實(shí)驗(yàn)仿真與系統(tǒng)實(shí)測，系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo),，這樣的一個(gè)系統(tǒng)可以經(jīng)過更加精準(zhǔn)的優(yōu)化改進(jìn)投入到實(shí)際應(yīng)用中,。

參考文獻(xiàn)

　　［1］ 劉寶元,，張玉虹,，姜旭，等.基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.國外電子測量技術(shù),，2009,，28（12）：7780.

　　［2］ 薛玲,，孫曼，張志會(huì),，等.基于單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀［J］.化工自動(dòng)化及儀表,，2010, 37(7):6669.

　　［3］ 張廣軍,，黃俊欽,，李行善，等.溫度傳感器現(xiàn)場動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法與 實(shí)驗(yàn)研究［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),，1997,23（3）:311315.

　?。?］ 徐春河.淺談AT89S51［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2010（12）：8082.

　?。?］ 吳漢清.常用的典型單片機(jī)資料［J］.無線電,，2007,18(11):7280.

　　［6］ 張冬林，李鑫,，戴梅,，等.基于DHT11的低成本蠶室溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（18）:1415.

　?。?］ 周鵬.基于STC89C52單片機(jī)的多功能測溫儀設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用,，2013,32（1）：2629.

　　［8］ 李建民．單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．江漢大學(xué)學(xué)報(bào),，1999,16(3):6062.

　?。?］ 梁振濤，樊澤明,，任永亮,，等.基于單片機(jī)的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2014,33（2）：2527,30.

　?。?0］ 吳大中,宋俊飛.實(shí)驗(yàn)室智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用,2014,40(3):120122.

　?。?1］ 湯武輝.Proteus仿真軟件與單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.長江大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,7(3)：408409.