基于單片機的精密儀器生產(chǎn)車間溫濕度自動控制系統(tǒng)

劉瑩吳蓬勃李新龍

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

基于單片機的精密儀器生產(chǎn)車間溫濕度自動控制系統(tǒng)

劉瑩1吳蓬勃2李新龍3

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

該設計是基于單片機的溫濕度檢測控制系統(tǒng)，采用模塊化、層次化設計。采用新型的數(shù)字型溫濕度傳感器DHT11，它可以實現(xiàn)對溫度、濕度的采集，并將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；運用單片機STC89C52對數(shù)據(jù)進行分析和處理，為顯示提供信號；顯示部分采用字符型LCD1602液晶顯示器顯示所測溫度和濕度值；溫濕度控制電路由溫濕度傳感器和預設溫度值比較報警電路組成，用戶根據(jù)需要預先輸入預設值，當實際測量的溫濕度大于或小于預設的溫濕度數(shù)值時，發(fā)出報警信號（指示燈會亮）。本系統(tǒng)電路簡單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、檢測精度高，具有一定的實用價值。

溫濕度傳感器；液晶顯示器；單片機

本設計所介紹的數(shù)字溫濕度計與傳統(tǒng)的溫濕度計相比，具有讀數(shù)方便，測量范圍廣，測量準確，其輸出溫濕度采用數(shù)字顯示，該設計控制器使用單片機STC89C52，數(shù)字溫濕度傳感器使用DHT11，用LCD1602液晶屏，實現(xiàn)溫濕度顯示，用加濕設備、除濕設備、加溫設備、降溫設備控制溫濕度的高低，能準確達到以上要求。

1.系統(tǒng)設計方案論證與設計目標

依據(jù)功能設定該系統(tǒng)主要分為以下四個模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、用戶操作模塊和設備響應模塊。

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，其完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集、運算和邏輯控制的功能；用戶操作模塊由操作鍵盤、開關構(gòu)成，其中操作鍵盤包括復位按鍵、主界面按鍵、加鍵、減鍵和enter鍵五個按鍵；設備響應模塊由1602點陣液晶、繼電器和LED指示報警燈構(gòu)成。

2.硬件部分設計

溫濕度自動控制系統(tǒng)的硬件部分由單片機模塊電路、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 單片機模塊電路設計

2．1．1 單片機最小電路

1、復位電路

單片機的復位分為上電自動復位、按鍵手動復位兩種和看門狗強制復位三種等。上電復位通常利用電容的充放電來實現(xiàn)，按鍵復位則可分為按鍵脈沖復位和按鍵電平復位兩種，看門狗復位則通過外接看門狗電路或軟件看門狗程序?qū)崿F(xiàn)。

2、時鐘電路

時鐘電路用于產(chǎn)生單片機的基本時鐘信號。8052的時鐘信號可由內(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給單片機內(nèi)部電路提供時鐘信號。當時鐘信號由外部電路提供時，外部時鐘引入XTAL2，而XTAL1腳接地。

2.2 溫濕度傳感器模塊電路設計

1、接口說明

建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻，大于20米時根據(jù)實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以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個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，具體格式在下面說明，當前小數(shù)部分用于以后擴展，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校驗和。

2.3 顯示模塊電路設計

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，是否帶背光在應用中并無差別。

2.4 按鍵模塊電路設計

本溫濕度自動控制系統(tǒng)的鍵盤控制電路共有5個按鍵：主控鍵、+鍵、-鍵、確定鍵和復位鍵。其中，主控鍵負責主頁面的調(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面顯示。加鍵和減鍵負責溫濕度的上下限數(shù)值的增加與減少，而確定鍵負責確定設置好的溫濕度上下限值。

3.軟件部分設計

系統(tǒng)軟件程序基于KEIL UVSION2開發(fā)平臺，采用C51語言編寫。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，它對生產(chǎn)車間內(nèi)溫濕度進行采集，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將數(shù)字信息提供給主控制器進行處理和分析，主控制器開始LCD初始化，進行延時等待后提取DHT11溫濕度傳感器模塊，將采集好的信息經(jīng)過處理后傳給LCD1602進行顯示，同時調(diào)用系統(tǒng)控制模塊，與系統(tǒng)默認設定值進行比較，系統(tǒng)的溫濕度上下限默認值均為0，可以通過設置按鈕進行設置完成。

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)采集模塊是作為獨立的程序被主函數(shù)調(diào)用的，在程序中包含了比較、延時等語句。

3．2．3 掃描按鍵模塊

本設計共五個按鍵：主控鍵、+鍵、-鍵、確定鍵和復位鍵。其中，主控鍵負責主頁面的調(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面顯示。加鍵和減鍵負責溫濕度的上下限數(shù)值的增加與減少，而確定鍵負責確定設置好的溫濕度上下限值。所以在軟件程序中，會對按鍵進行掃描，然后確定按鍵所設定的具體數(shù)值。

3．2．4 數(shù)據(jù)比較模塊

當溫濕度數(shù)值設定好以后，就會作為設定值與溫濕度采集到的數(shù)據(jù)進行比較，然后做出相應的響應。