基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

陳復(fù)興

摘 要 工藝生產(chǎn)中不論是控制系統(tǒng)還是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對于單片機的運用都越來越廣泛，主要是由于其自身特點。準確地測量溫度和濕度這兩個工藝生產(chǎn)中的基本參數(shù)對生產(chǎn)和研究有著重要的意義。單片機主要是對溫濕度的監(jiān)測和控制，監(jiān)測過程通過傳感器來完成，監(jiān)測結(jié)果通過單片機發(fā)送，然后根據(jù)結(jié)果采用增量式PID算法進行自動控制。

關(guān)鍵詞 單片機 溫濕度控制系統(tǒng) 研究

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A

工業(yè)控制自動化系統(tǒng)的不斷發(fā)展，使得很多設(shè)備實現(xiàn)了無人值守或者不間斷的運行，這些設(shè)備正常運行的基礎(chǔ)就是管理人員要確保設(shè)備各個參數(shù)的正確。溫度與濕度是常用的被控參數(shù)，利用單片機對溫度和濕度進行智能的監(jiān)測和控制，將有利于設(shè)備的正常運行。本文就溫室溫度濕度控制系統(tǒng)進行分析，對溫濕度控制系統(tǒng)中單片機系統(tǒng)的應(yīng)用做出了詳細的闡述。

1單片機概述

單片機實際上就是一個高度集成的電路芯片，其中包括中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器和多種中斷系統(tǒng)、定時系統(tǒng)等，這些部件通過超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)集成到硅片上的計算機系統(tǒng)就是單片機。單片機實現(xiàn)自動控制的技術(shù)簡稱為單片機技術(shù)。單片機技術(shù)隨著科技的發(fā)展而得到了越來越廣泛的應(yīng)用，比如工程自動化控制、溫室等。單片機使得溫室設(shè)計走向了集約化和規(guī)?；牡缆?，使其成為了最有活力的產(chǎn)業(yè)之一。

單片機的體積較小、能耗非常低、可控制性強、擴展靈活和使用方便的特點，使其廣泛地被運用到儀器、儀表、汽車等行業(yè)。單片機在近幾年的發(fā)展尤為快速，在以往功能的基礎(chǔ)上又增添了很多新功能，成為了工業(yè)控制領(lǐng)域不能缺少的微控制器。

正是由于單片機的眾多特點，溫室中溫度濕度的控制才更加便捷，管理人員只要通過電腦就能夠監(jiān)測和控制溫室中的溫度、濕度各種參數(shù)，還可以同時對多個溫室進行監(jiān)測和控制，在一定程度上節(jié)約了人力和物力，提高了工作效率。

2基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的工作原理

溫室溫濕度控制系統(tǒng)開始工作之后，管理人員要在系統(tǒng)內(nèi)輸入最初設(shè)定的溫度與濕度的數(shù)值，單片機系統(tǒng)將管理人員的設(shè)置保持到芯片中。單片機進入到主程序之后，開始檢測溫度傳感器和濕度傳感器的溫度、濕度狀態(tài)，將測量數(shù)據(jù)通過顯示屏顯示出來。當溫度（或者濕度）測量數(shù)值小于芯片中的設(shè)定值時，單片機根據(jù)處理的結(jié)果通過控制的輸出接口是加溫（或者加濕）設(shè)備開始工作；當測量的數(shù)值大于芯片中的設(shè)定值時，單片機通過控制輸出接口是加溫（或者加濕）設(shè)備停止工作。

3基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)研究

3.1溫濕度控制系統(tǒng)的功能

利用溫濕度控制器對溫室的溫濕度進行控制，要實現(xiàn)該設(shè)備的獨立工作，將測量得到的溫濕度參數(shù)通過液晶顯示屏實時地顯示出來，當測量的溫濕度參數(shù)不在設(shè)定范圍內(nèi)時，系統(tǒng)進行語音報警，提示管理人員溫室溫濕度的異常情況。

3.2溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計原理

3.2.1溫濕度控制系統(tǒng)要安全可靠

溫濕度控制系統(tǒng)在特定的條件、時間完成規(guī)定的功能就稱其為系統(tǒng)安全可靠。如果溫濕度系統(tǒng)安全和可靠程度不達標，系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率就會加大，經(jīng)濟方面和信譽方面的損失也會加大，還可能威脅到人身安全或者造成其他更加嚴重的后果。

要做到單片機溫濕度控制系統(tǒng)的安全可靠就需要注意以下幾個方面：元器件選用方面、電路板設(shè)計方面、供電電源和輸入輸出通道抗干擾措施方面、軟硬件的濾波方面和系統(tǒng)自我診斷功能方面。

3.2.2溫濕度控制系統(tǒng)要有高性價比

性能與價格之間的比例就是性價比，在溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計時要考慮到這個方面。要在滿足產(chǎn)品性能需要的基礎(chǔ)上找到價位最為合適的。在系統(tǒng)設(shè)計過程中保證系統(tǒng)的高性能是一個方面，同時也要注意到系統(tǒng)的成本問題，盡量降低成本。

3.3溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計方案

采集溫濕度參數(shù)、處理和顯示參數(shù)、存儲數(shù)據(jù)、播報語音和控制溫濕度是溫濕度系統(tǒng)需要實現(xiàn)的幾個功能。系統(tǒng)既能夠獨立對數(shù)據(jù)進行處理和對外圍電路進行控制，也要能夠?qū)崿F(xiàn)人機交流，這就要求重要處理器要選用處理能力強、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單的CPU。系統(tǒng)主要包括的模塊有溫度采集、濕度采集、時鐘、存在和語言報警。

4溫濕度控制系統(tǒng)的硬件、軟件介紹

溫濕度控制系統(tǒng)的硬件主要的是兩個部分，一個是溫濕度傳感器部分，另一個是溫濕度控制器部分。具體的硬件包括傳感器、系統(tǒng)電位電路、時鐘與復(fù)位電路、存儲芯片、語音報警線路、其他外圍電路等。在溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，要先考慮硬件各個模塊的功能，根據(jù)功能選擇最適合的芯片，最后進行電路的搭接，在電路的實現(xiàn)過程中PCB板設(shè)計及焊接的過程中要對出現(xiàn)的問題多加注意，避免之后在系統(tǒng)調(diào)試和工作中出現(xiàn)問題。

溫濕度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要要注意的是：軟件的機構(gòu)、數(shù)據(jù)、硬件結(jié)構(gòu)程序及軟件的過程設(shè)計。溫濕度控制系統(tǒng)中的軟件主要包括：系統(tǒng)開發(fā)工具、主函數(shù)、顯示界面程序、溫濕度數(shù)據(jù)采集程序、I2C總線和SPI總線程序、語言報警程序等。

5總結(jié)

本文對溫濕度控制系統(tǒng)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計原則、性能進行了詳細地闡述，基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快、抗干擾強的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室中溫度和濕度的監(jiān)測和控制，具有非常好的實用性。

參考文獻

[1] 劉愛民，林莘，劉向東.基于單片機的蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的研究[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2012.03（34）：09-12.

[2] 龐黨鋒，王東濤，閆虎民，郭秀鳳.基于單片機與PLC的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)報（自然科學(xué)版），2013.13（39）：09-14.

[3] 傅嵐，袁修干，韓海鷹，馮紅旗.重力/失重條件下密閉艙內(nèi)溫濕度控制系統(tǒng)的通風(fēng)和換熱特性研究[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，2013.54（13）：43-52.