劉瑩吳蓬勃李新龍

1.3.沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院 遼寧撫順 113122 2.石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信工程系 石家莊 050031

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

劉瑩1吳蓬勃2李新龍3

1.3.沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院 遼寧撫順 113122 2.石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信工程系 石家莊 050031

該設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)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(duì)溫度、濕度的采集，并將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；運(yùn)用單片機(jī)STC89C52對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，為顯示提供信號(hào)；顯示部分采用字符型LCD1602液晶顯示器顯示所測(cè)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(bào)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(cè)量的溫濕度大于或小于預(yù)設(shè)的溫濕度數(shù)值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)（指示燈會(huì)亮）。本系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、檢測(cè)精度高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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(cè)量范圍廣，測(cè)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(gè)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(kāi)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(gè)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(bào)警燈構(gòu)成。

2.硬件部分設(shè)計(jì)

溫濕度自動(dòng)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(dòng)復(fù)位、按鍵手動(dòng)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(lái)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(guò)外接看門狗電路或軟件看門狗程序?qū)崿F(xiàn)。

2、時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)的基本時(shí)鐘信號(hào)。8052的時(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)由外部電路提供時(shí)，外部時(shí)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(shuō)明

建議連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻，大于20米時(shí)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(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)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(shí)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(shuō)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(wú)差別。

2.4 按鍵模塊電路設(shè)計(jì)

本溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的鍵盤控制電路共有5個(gè)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(yè)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(yè)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用C51語(yǔ)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(duì)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(hào)，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(kāi)始LCD初始化，進(jìn)行延時(shí)等待后提取DHT11溫濕度傳感器模塊，將采集好的信息經(jīng)過(guò)處理后傳給LCD1602進(jìn)行顯示，同時(shí)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(guò)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。

3．2．1 LCD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)。

3．2．2 DHT11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(shí)等語(yǔ)句。

3．2．3 掃描按鍵模塊

本設(shè)計(jì)共五個(gè)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(yè)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(yè)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(huì)對(duì)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(huì)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)。