陜西省電子信息學(xué)校 艾明祥

近年來，對(duì)環(huán)境溫度和濕度的檢測(cè)需要在很多場(chǎng)合進(jìn)行，對(duì)測(cè)量精度的要求也在逐步提高。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上實(shí)現(xiàn)了溫濕度測(cè)量的自動(dòng)化和數(shù)字化。特別是以單片機(jī)連接高準(zhǔn)確度的數(shù)字溫濕度傳感器和顯示模塊，以及無線通信模塊和報(bào)警輸出模塊的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)讀取方便的特點(diǎn)，測(cè)量準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的手工測(cè)量?jī)x器。因此，數(shù)字溫濕度測(cè)控技術(shù)逐漸應(yīng)用于一些對(duì)溫濕度精度要求非常精準(zhǔn)的行業(yè)。

1 意義

單片機(jī)是具有時(shí)滯的溫濕度控制系統(tǒng)，可以對(duì)周圍環(huán)境的溫濕度進(jìn)行準(zhǔn)確的感應(yīng)，從而可以分析出周圍環(huán)境的問題。溫濕度控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來完成對(duì)溫濕度的檢測(cè)與控制，溫濕度控制系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)整與定位得功能。系統(tǒng)通過對(duì)溫濕度歷史數(shù)據(jù)的記錄，以便可以對(duì)周圍環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，從而可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行更好的應(yīng)用。單片機(jī)控制系統(tǒng)具有準(zhǔn)確性高、智能化、小型化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。在溫濕度系統(tǒng)與單片機(jī)相互結(jié)合在一起，對(duì)溫濕度的控制可以更加的精準(zhǔn)和便利。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

CPU模塊、溫濕度傳感器、按鍵輸入模塊、液晶顯示模塊、無線通信模塊和報(bào)警輸出模塊是組成溫濕度系統(tǒng)的主要部分，控制系統(tǒng)主要是以CPU模塊為核心，由C8051F020單片機(jī)、復(fù)位電路和晶體振蕩電路組成。在系統(tǒng)溫濕度檢測(cè)方面，通過設(shè)計(jì)8路溫濕度采集通道，可同時(shí)檢測(cè)多個(gè)地方的溫濕度。在測(cè)量傳感器的使用上，采用數(shù)字溫濕度傳感器TH10，這種傳感器具有測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)讀取方便、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。按鍵輸入模塊主要用于設(shè)定溫度、濕度的上下限報(bào)警值。

LCD顯示模塊用于顯示采集到的8路溫濕度值；無線通信模塊采用Wi-Fi模塊hm-wf8266b，負(fù)責(zé)將采集到的溫濕度值和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給上層管理主機(jī)，報(bào)警輸出模塊包括聲光報(bào)警電路兩部分，根據(jù)采集到的8路溫濕度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制狀態(tài)的實(shí)時(shí)指示。超過限值時(shí)，根據(jù)不同情況進(jìn)行聲光報(bào)警。

采用單片機(jī)作為溫室溫濕度控制中心。通過對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，以及及時(shí)的收集，可以根據(jù)歷史記錄對(duì)周圍環(huán)境的溫濕度進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)環(huán)境更好的控制。單片機(jī)控制系統(tǒng)包括對(duì)溫度、濕度等重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)生意外情況，系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而可以降低成本，保障整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

3 單片機(jī)的控制器類型

恒溫恒濕系統(tǒng)以單片機(jī)為中心，對(duì)各種的參數(shù)進(jìn)行處理，主要通過采集傳感器等元件對(duì)周圍環(huán)境的溫度和濕度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，中間環(huán)節(jié)經(jīng)過A/D交換系統(tǒng)后到達(dá)單片機(jī)。到達(dá)最后的環(huán)節(jié)，計(jì)算結(jié)果并顯示在監(jiān)視器上。如有異常參數(shù)，啟動(dòng)報(bào)警電路，通過單片機(jī)處理實(shí)時(shí)控制發(fā)出預(yù)警。

4 單片機(jī)硬件支持與構(gòu)造

單片系統(tǒng)的硬件主要包括電源系統(tǒng)，一個(gè)用于實(shí)時(shí)監(jiān)視溫室環(huán)境的單片電源管理控制開關(guān)構(gòu)造，系統(tǒng)檢測(cè)通過單片收集環(huán)境參數(shù)，并通過下載中央系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后返回監(jiān)視器顯示系統(tǒng)，監(jiān)視警報(bào)系統(tǒng)預(yù)定的安全閾值。設(shè)置系統(tǒng)中的閾值范圍，并在系統(tǒng)各組成部分之間建立通信，以獲得閾值后的報(bào)警操作，環(huán)境數(shù)據(jù)采集元件連接到預(yù)警系統(tǒng)，這樣就可以避免錯(cuò)誤不觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸異常警報(bào)單片設(shè)備的硬件系統(tǒng)與中央控制中心相關(guān)聯(lián)，中央控制中心通過從該輔助部件獲取數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收和分析數(shù)據(jù)。單片設(shè)備并將其發(fā)送給系統(tǒng)中央系統(tǒng)地過濾、收集和處理轉(zhuǎn)換為A/D的信號(hào)，通過轉(zhuǎn)換在監(jiān)視器上顯示經(jīng)處理的信號(hào)，并連接到報(bào)警系統(tǒng)以控制超過閾值的環(huán)境參數(shù)。

5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

AT89C51單片機(jī)集成系統(tǒng)是一種低壓高性能8通道的微處理系統(tǒng)的器件。在輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)具有閃存的可擦除性，通過采用ATMEL高精度工業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)。在單片機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的多芯片集成，提高了系統(tǒng)的靈活性。

AT89C51宏處理器集成系統(tǒng)與MCS-51系統(tǒng)兼容，具有4K字節(jié)可編程閃存系統(tǒng)的存儲(chǔ)功能，可清除1000倍，保證單芯片寫入程序的循環(huán)使用?？梢员４?0年數(shù)據(jù)。整體靜態(tài)動(dòng)作為0-24Hz，有三極程序的存儲(chǔ)鎖定。內(nèi)部Ram是32位可編程控制系統(tǒng)，有32位I/O總線、2個(gè)16位固定。這是時(shí)光機(jī)和5個(gè)中斷源?？梢赃M(jìn)行串行信道編程管理，有低怠速和關(guān)閉模式。

DS18B20集成溫控電路是一種基于半導(dǎo)體原理的溫度控制系統(tǒng)電路。它體積小，面積小，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，數(shù)據(jù)功能好。通過對(duì)單片機(jī)技術(shù)的研究，了解DS18B20集成溫控電路的傳感器設(shè)置，通過數(shù)據(jù)總線完成結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性測(cè)量系統(tǒng)的有效組成。DS18B20集成溫控電路的溫度范圍為-55℃～125℃，精度范圍為0.5℃。通過現(xiàn)場(chǎng)溫度總線的數(shù)字化控制，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

DS18B20的集成溫度控制電路測(cè)量不利條件，在3V到5V的范圍內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行封裝，控制集成系統(tǒng)中的報(bào)警溫度和輸出系統(tǒng)，并且具有12位數(shù)據(jù)分辨率，具有0.5℃的精度比，是最大動(dòng)作周期750ms。這里，可以進(jìn)行封裝處理，包括PROM的溫度限制函數(shù)。64位，嵌入式序列號(hào)具有多個(gè)封裝模式，可用于不同硬件系統(tǒng)，具有負(fù)壓特性，保護(hù)電源不受燙傷的影響。發(fā)光本發(fā)明描述集成電路的溫度控制包。在以下情況下，GND是接地信號(hào)，DQ是數(shù)據(jù)輸入及輸出觸發(fā)器，能夠用于與DQ相關(guān)的外部電力供給，VDD是可選的去電信號(hào)，在寄生電源狀態(tài)下需要接地處理。

集成溫度控制電路DS18B20將檢測(cè)到的溫度檢測(cè)連接到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這改進(jìn)了反干擾約會(huì)DS18B20集成系統(tǒng)，其中由函數(shù)編碼的只讀存儲(chǔ)器的第八位由單個(gè)線路系統(tǒng)編碼，并且最后48位由一個(gè)序列編碼。在56位數(shù)據(jù)位中檢測(cè)到最后8位的CRC，DS18B20的集成系統(tǒng)具有64位和RAM數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)功能，并且數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)功能的內(nèi)部數(shù)據(jù)在中斷后略微丟失。電流每字節(jié)有9位隨機(jī)存儲(chǔ)器、溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位的溫度調(diào)整值的存儲(chǔ)位置的3位和4位，在復(fù)位后被更新，第5位是EEPROM鏡，第6、7、8是計(jì)數(shù)寄存器，溫度數(shù)據(jù)的識(shí)別率，即溫度調(diào)整的內(nèi)部變化更換通過用戶而提高。DS18B20溫度控制集成電路系統(tǒng)使用RAM處理圖像，以確保EEPROM在不丟失數(shù)據(jù)的情況下具有高存儲(chǔ)容量、上下溫度和相關(guān)數(shù)據(jù)的使用。有很多方法可以測(cè)量空氣濕度。其主要原理是通過分析空氣中的物質(zhì)來確定被數(shù)據(jù)吸收的水的分子量，從而間接分析空氣中的濕度對(duì)物質(zhì)在吸收控制中的作用。電容式、電阻式和濕度傳感器是三種濕度測(cè)量裝置。以HS1101傳感器系統(tǒng)為例，不需要進(jìn)行標(biāo)定。它具有高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高效率的可靠性。它可以快速響應(yīng)相關(guān)時(shí)間，并封裝側(cè)面數(shù)據(jù)。適用于生產(chǎn)線的電壓輸出和功率調(diào)節(jié)，以及生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的自動(dòng)裝配。HS1101電容式傳感器的相對(duì)濕度單位為零到零，誤差小于2%PF，有效響應(yīng)時(shí)間在5s內(nèi)，溫度相關(guān)系數(shù)為0.04。HS1101電容傳感器系統(tǒng)作為電容器附件存在于電路中。隨著系統(tǒng)電容的逐漸增大，濕度傳感器可以用來測(cè)量空氣中的濕度。濕度傳感器可用于測(cè)量充放電。正弦電壓信號(hào)由振蕩電路構(gòu)成，數(shù)字信號(hào)經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后形成。另外，在555型濕敏電容器中，該系統(tǒng)可用于測(cè)量空氣中濕度的振蕩電路，通過對(duì)電容變化和電壓頻率信號(hào)的處理，計(jì)算機(jī)可以直接采集和測(cè)量。集成電視的555芯片與外部電阻和濕敏電容器連接，形成充電電路。通過控制芯片內(nèi)的晶體管，它形成一個(gè)放電電路到C，形成一個(gè)多級(jí)振蕩電路。電阻還具有一定的短路保護(hù)功能和平衡空氣濕度的功能。

6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在編寫溫度和濕度數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)軟件時(shí)采用C語言，因?yàn)镃語言具有諸如簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)、易于操作、可移植性等特征。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，中斷響應(yīng)控制模式來定義溫室氣體的濕度范圍。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)值，來定期檢測(cè)溫濕度的范圍，溫度和濕度以確定它們是否超過預(yù)定范圍。啟動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并將相應(yīng)的參數(shù)返回到調(diào)節(jié)范圍，主程序、數(shù)據(jù)采集、顯示和報(bào)警系統(tǒng)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的主要部分。如圖1和圖2分別是主程序模塊和鍵盤模塊。

（1）主程序模塊（圖1所示）

圖1 主程序模塊

（2）數(shù)據(jù)采集模塊

采樣數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)量化和處理對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，并將相應(yīng)信號(hào)的值返回主程序。

（3）顯示模塊

顯示模塊完成符號(hào)、數(shù)值的顯示輸出功能。

（4）報(bào)警模塊

在出現(xiàn)異常時(shí)，控制報(bào)警信號(hào)就會(huì)自動(dòng)輸出，當(dāng)溫度室內(nèi)溫度的濕度值大于或小于預(yù)定定位值時(shí)，報(bào)警自動(dòng)發(fā)送報(bào)警。

（5）鍵盤模塊（圖2所示）

圖2 鍵盤模板

結(jié)語：通過單片機(jī)控制溫度和濕度，實(shí)現(xiàn)了溫度和濕度的自動(dòng)控制，一旦達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警的警告，使工作人員進(jìn)行調(diào)整，從而改變溫濕度。通過測(cè)試，系統(tǒng)完全滿足溫濕度的精度要求。此外，該方法也可應(yīng)用于其它系統(tǒng)的溫度控制和濕度控制。