温湿度的自动控制系统

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1、引言目前我国土地沙漠化日益严重，所以在沙漠种植植物，防沙固土便显得很重 要。但是，沙漠植物的存活率一直很低，在沙漠种植植物，如果存活不了，那么 既不能改善环境，又浪费了人力物力资源。沙漠植物存活的环境由多个因子组成， 如温度、光照、湿度及二氧化碳浓度等。时下，我国沙漠环境控制目前仍靠人工 经验来管理，严重影响了沙漠植物生产的效益，阻碍了环境的发展进度，因此， 采用先进的人工智能技术，科学、合理地控制影响植物的环境因子，通过计算机 控制设备进行环境控制，以便给植物生长创造一个最佳的环境条件，既做到防沙 固土，同时又改善了环境，这对沙漠环境施行自动检测和控制是非常必要的。沙 漠设施的关键技术是环境

2、控制，主要是温湿度的控制，其目的是提高控制及作业 精度。温湿度控制仪的发展相当迅速，近几十年内，由于电子行业的迅速发展和 集成电路和高集成电路的产生，控制仪走向微型化、多功能化。温湿度传感器在 工农业生产、气象、环保、医学等领域得到越来越广泛的应用。温湿度控制仪目 前普遍采用的方案：方案：采用集温湿度传感器于一体的SHT11芯片为主要芯片的控制仪。由 于传统的模拟式湿度传感器（方案一）一般不仅要设计信号调理电路，还要经过 复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证。而SHT11是瑞士 Sensiri-on公司 生产的具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用 来测量相对湿度

3、、温度和露点等参数，具有数字式输出、免调试、免标定免外围 电路及全互换的特点。该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术融合，为开发高集 成度、高精度、高可靠性的温湿度测控系统提供了解决方案。目录1. 整体设计11.1设计要求及框图11.2元器件的选择21.2.1单片机的选择21.2.2温度传感器的选择21.2.3显示模块的选择21.2.4系统设计方案的确定22. 系统的硬件设计42.1单片机的最小系统42.2温湿度传感器SHT1142.3 LCD 显示LCD160452.3.1 LCD1604的连接电路52.3.2 LCD1604的连接电路52.4报警电路的设计62.5控制电路的设计73. 软件

4、系统设计83.1软件设计的整体思想83.2程序流程图设计84. 调试104.1软件调试104.2硬件调试104.3液晶模块调试114.4报警电路调试1结论13致谢14参考文献14附录16附录A： 系统电路图1617附录B源程序1.整体设计1.1设计要求及框图本设计核心部件为AT89C51，信号采集及处理部分由SHT11构成，进入单 片机后经处理后通过LCD1604显示温湿度，信号显示采用的液晶屏为5X7点 阵，一行可显示16字，四行。其他组成部分为实时时钟发生电路，产生同现在 相同的时间和具体日期，通过LCD1604液晶模块显示。在软件设计部分有对测 量的温湿度进行上下值的设定，当测量超过限定

5、值，通过超限报警处理电路对其 进行处理分别显示不同的二极管灯亮，蜂鸣器产生长鸣。硬件中包括一个开关，为复位开关。开机后，所有器件初始化，温湿度传感 器SHT11开始进行温湿度测量和计算，最后通过LCD液晶显示器显示结果。在 测量结果中有超过设定的温湿度上下限的，通过超限模块作出反应。其他是一些 附件，比如复位、晶振电路。整体电路框图1.1如下：图1.1整体电路框图1.2元器件的选择1.2.1单片机的选择采用MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片作为核心器件，有4K字节的内 部FLASH PERAM，能于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容， 但是运用于电路设计中时由于不

6、具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试 时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔 插会对芯片造成一定的损坏。122温度传感器的选择采用数字式温湿度传感器STH112。该传感器为数字式传感器，可以同时采 集温度和湿度，两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快 速而简单。微小的体积和极低的功耗等优点，使其成为选择温湿度传感器时的 首选。1.2.3显示模块的选择采用LCD1604液晶显示器。其显示容量为16*2个字符，而此次设计的是一 个大棚温湿度测控系统，需要将设定的温湿度值以及采集过来的外界环境里的温 度值和湿度值显示出来，而LCD-1604的显示

7、容量只有两行，可以显示八个汉字, 这样无法直接在一屏里面显示温度值和湿度值，需要分多次页数来显示，这样不 便于观察温湿度的变化，所以在本次设计中不采用LCD1604液晶显示器。1.2.4系统设计方案的确定1. 选择AT89C51单片机作为整个系统的核心器件，发送并时时处理系统信 息。2. 传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没 有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都 将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检 测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证 生产的高效率和高质量。本设计选

8、用集成温湿度传感器STH11。3. 显示电路的设计：设计采用液晶LCD1604进行显示，简单明了。4. 报警电路的设计：在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些 重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或 采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据通过计算机进行数据处理、数字 滤波和标度变换，这些已经在软件程序里边处理过，所以显示温湿度即为外界采 集的温湿度，和设定的值比较，如果高于上限值或低于下限值则进行报警，否则 就作为采样的正常值，进行显示和控制。本设计采用声光报警电路。温度和湿度任何一个超过设定范围，蜂鸣器均报 警。设计选用二极管的亮灭显示温度或者湿度

9、是否过限，这样便于观察，可以更 加直接的确定是要升降温还是要增减湿度，给工作人员减少了工作量。蜂鸣器报 警电路是通过MCS-51的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。5. 温湿度控制主程序的设计要考虑以下问题：(1) 温湿度采样，数字滤波；(2) 越限报警和处理；(3) 温度标度转换。2. 系统的硬件设计2.1单片机的最小系统单片机的最小系统3应包括振荡电路和复位电路等，如图2.1:n图2.1最小系统原理图单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态, 并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施 密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器

10、稳定后，如果RST引 脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响 应并将系统复位。2.2温湿度传感器SHT11温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换和加热器等功能集成到一个芯片上，其内部结构如图2.2所示：SumcrJD DATASCKVED图2.2 SHT11的内部结构该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度 敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首先进入 微弱信号放大器进行放大；然后进入一个14位的A/D转换器；最后经过二线串 行数字接口输出数字信号。在测量过程中，校准系数会自动校准来

11、自传感器的信 号。此外，SHT11内部还集成了一个加热元件，加热元件接通后可以将SHT11的 温度升高5C左右，同时功耗也会有所增加。此功能主要为了比较加热前后的温 度和湿度值，可以综合验证两个传感器元件的性能。在高湿（95%RH ）环境中， 加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时提高精度。加热后SHT11温度升 高相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。2.3 LCD 显示-LCD16042.3.1 LCD1604 初始化延时15mS写指令38H （不检测忙信号）、延时5mS写指令38H （不检 测忙信号）、延时5mS写指令38H （不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数 据操作均需要

12、检测忙信号。写指令38H:显示模式设置；写指令08H:显示关闭；写指令01H:显示清屏；写指令06H:显示光标移动设置；写指令0CH：显示开及光标设置。2.3.2 LCD1604的连接电路LCD1604与单片机的P0 口相连，出实时的温湿度，连接电路如图2.3.2所 示：图2.3.2LCD1604的显示电路2.4报警电路的设计在微型计算机控制系统中，为了安全生产,对于一些重要的参数或系统部位， 都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就 是把计算机采集的数据或经过计算机进行数据处理、数字滤波、标度变换之后， 与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值或低于下限值则

13、进行报警，否 则就作为正常的采样值，进行显示和控制。本设计采用声光报警电路。蜂鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电 式蜂鸣器，然后通过单片机AT89C51的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压 电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407 低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。蜂鸣器的正极接电源，负极接单片 机的P2.7 口。报警电路中加了两个发光二极管，一个与单片机的P2.5连接，另 一个与单片机的P2.6连接。温湿度传感器采集来的温度，湿度与单片机设定的 温度，湿度值相比较，只要其中任何一个过限，蜂鸣器就会发出蜂鸣音报警。当 温度大于设定值，其中一只二

14、极管发光；当湿度大于设定值，另一只发光二极管 亮。这样便于观测是哪一个量过限。使得工作人员的工作量减少。本设计是为在 温湿度测量中对温湿度的上下限超出时的提示报警，当温湿度过限时，接口被置0,本系统开始工作。报警电路连接图如图2.4所示。2.5控制电路的设计继电器是电子控制器件，通常应用于自动控制电路中。它具有控制系统（又 称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），实际上是用较小的电流去控制较大 电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作 用。电磁式继电器具有结构简单、工作可靠、坚固耐用、价格便宜等优点。本电 路采用常开继电器组成控制电路。它们分别控制加湿设备、降温

15、设备等设备。湿 温设备工作原理：当湿度低于设定下限湿度时，与单片机连接的引脚将送入低电 平，三极管将导通，继电器有电流通过将吸合，则加湿装置将进行加湿工作，湿 度上升。当湿度上升到设定范围之内时，置其引脚为高电平，三极管将截止，继 电器不能工作，处于常开状态，加湿装置停止工作。加湿设备原理图如图2.5：图2.5加湿设备电路3. 软件系统设计3.1软件设计的整体思想对于系统而言，要完成各项功能，首先必须要有较完善的硬件作保证。同时 还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是单片机应用高速发展的今天。许 多由硬件完成的工作，都可通过软件编程来代替，甚至有些用很复杂的硬件电路 才能完成的工作，用软件编程的时候，往往会变得很简单，如数字滤波，信号处系统进行软件设计时，先要对本设计硬件有一个熟练的掌握，知道系统的组 成，数据的传输，信号是如何被控制的，以及信号的显示。然后进行软件设计时, 先搞清楚各个部分的子程序及他们的流程图，然后进行c语言编程，最后将它 们系统的编程。本设计是以AT89C51单片机为核心，采用C语言编程。它采用模块化设计, 由主程序、读出温湿度子程序、按键处理子程序、LCD1604显示子程序、以及 有关STH11的程序