基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

尹華濤

摘要：系統(tǒng)采用數(shù)字輸出溫濕度復(fù)合傳感器DHT11和具備低耗能、高性能的8位單片機(jī)——AT89S51以及高集成的LCD1206字符型液晶顯示模塊、蜂鳴報(bào)警器組成溫濕度檢測(cè)報(bào)警器，用戶只需通過按鍵來設(shè)定一個(gè)符合自身的溫濕度范圍，系統(tǒng)檢測(cè)出的實(shí)際溫濕度數(shù)值，經(jīng)過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，與預(yù)先設(shè)定的溫濕度范圍值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)實(shí)際數(shù)值超出預(yù)先設(shè)定時(shí)，報(bào)警模塊電路便開始工作，即發(fā)聲報(bào)警并輸出數(shù)字信號(hào)。軟件部分包括主程序、顯示模塊子程序和測(cè)溫濕度子程序。

Abstract： The system is combined with a calibrated digital output temperature and humidity sensors， DHT11， a low energy consumption， high-performance 8-bit microcontroller， AT89S51， a high integrated LCD1206 character LCD display module， alarm buzzer. For physical manipulation， the user simply pull on a button to meet with their own temperature and humidity range. The actual temperature and humidity value is detected by the system， after the data processing system， and the temperature and humidity range of pre-setting value comparison， when the actual value exceeds the pre-settings， alarm module circuit will be work， that is audible alarm to alert user. The system need software part， which is comprised by the main program， （display module） and subroutine （temperature and humidity） subroutines.

關(guān)鍵詞：AT89S51單片機(jī)；LCD1206顯示器；DHT11傳感器；蜂鳴報(bào)警器

Key words： AT89S51 SCM；LCD1206 screen；DHT11 sensor；buzzer alarm

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0135-02

0 引言

溫度和濕度是物理學(xué)中的兩個(gè)基本物理量，對(duì)這兩個(gè)量的精確檢測(cè)和控制，隨著科學(xué)的發(fā)展越發(fā)重要。近年，溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展迅猛，由最初的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需要耗費(fèi)大量的人力物力到現(xiàn)在的智能化、簡單化、高集成化；由虛擬到數(shù)字在智能化等儀器先后的出現(xiàn)，加速了智能化溫濕度檢測(cè)的發(fā)展；以數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)展的溫濕度傳感器檢測(cè)報(bào)警器在各類應(yīng)用中也發(fā)揮著舉足輕重的作用[1]。然而現(xiàn)有的溫濕度測(cè)試技術(shù)在穩(wěn)定性、精確性方面已經(jīng)不再能夠滿足科學(xué)研究的需求，因此，對(duì)新一代傳感器的研究、開發(fā)便顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)簡介

環(huán)境溫濕度的變化是一個(gè)漸變量，隨著時(shí)間的變化不是很劇烈。只有對(duì)溫濕度作出更準(zhǔn)確的檢測(cè)判斷以及與溫濕度變化能匹配的控制速度，才能為后續(xù)其它控制打下可靠的基礎(chǔ)。當(dāng)環(huán)境中的溫濕度發(fā)生變化時(shí)，傳感器中相應(yīng)的物理量隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。再經(jīng)內(nèi)部電路的處理——轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的電壓，然后交由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[1，2]。最后再由LCD1602顯示屏顯示出所測(cè)量的實(shí)際溫濕度數(shù)值。該系統(tǒng)通過按鍵來預(yù)先設(shè)定溫濕度，傳感器向中央控制系統(tǒng)輸送實(shí)時(shí)測(cè)量的信息，一旦時(shí)機(jī)測(cè)量值超過預(yù)設(shè)值，蜂鳴器就會(huì)發(fā)聲報(bào)警進(jìn)行提醒，隨后系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)整控制即可。

2 系統(tǒng)要求與軟硬件構(gòu)成

溫度檢測(cè)的范圍固定值為-40℃～-60℃，測(cè)溫精度數(shù)值為：±1℃；濕度預(yù)測(cè)的范圍限定在20%～90%RH，測(cè)量濕精度的數(shù)值為：±5%RH。用戶通過按鍵進(jìn)行對(duì)溫濕度的調(diào)節(jié)。當(dāng)所處環(huán)境的預(yù)定值超過固定的范圍，報(bào)警氣就會(huì)響起來。報(bào)警的方式普通蜂的鳴叫聲，以四位的形式在LED屏顯示。要實(shí)現(xiàn)的功能是：實(shí)時(shí)檢測(cè)所處環(huán)境的溫度，并顯示出來。再與用戶所設(shè)定的初始范圍進(jìn)行對(duì)比，一旦超出范圍，不僅要能夠顯示當(dāng)前溫濕度值，更重要的是需要蜂鳴器報(bào)警來警示用戶。

根據(jù)功能設(shè)計(jì)，這個(gè)系統(tǒng)主要分為下面三個(gè)部分：①溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊；②數(shù)據(jù)處理模塊；③用戶交互模塊[3]。

其中溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊主要是以DHT11為核心的模塊組。它運(yùn)用單總線方法，接口便利，而且不需要額外的校準(zhǔn)。分辨率為8bit，足以滿足人們生活環(huán)境溫濕度的檢測(cè)需要。數(shù)據(jù)處理模塊主要是由AT89S51單片機(jī)對(duì)DHT11采集到的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算和相應(yīng)的邏輯操控的功能。而用戶交互模塊，顧名思義主要是供用戶使用。它主要由按鍵、LCD1602顯示器和蜂鳴警報(bào)器構(gòu)成。按鍵用來用戶設(shè)定溫濕度數(shù)值，LCD1602顯示器用來顯示數(shù)據(jù)，蜂鳴報(bào)警器用來提醒用戶。

單片機(jī)的職責(zé)是處理收集到的的數(shù)據(jù)，同時(shí)把數(shù)據(jù)輸送給顯示器以及其他電路，用以數(shù)據(jù)的顯示和其他電路的使用。溫濕度傳感器大都用來采集日常生活環(huán)境的溫濕度數(shù)值，并把所采集到的數(shù)據(jù)輸送至單片機(jī)，按鍵電路的主要功能是對(duì)個(gè)人的生活環(huán)境設(shè)置一個(gè)溫濕度區(qū)間，超出這個(gè)區(qū)間便會(huì)發(fā)聲報(bào)警。另外也是一個(gè)復(fù)位功能，即進(jìn)行復(fù)位操作。蜂鳴器電路就是把三極管來實(shí)現(xiàn)的意圖告訴用戶可以相應(yīng)的調(diào)整生活環(huán)境的溫濕度，而當(dāng)前的溫濕度主要由顯示電路來完成。

把DHT11的DATA口連接AT89S51的P3.0口。顯示模塊就是把LCD1602與AT89S51的P0口一一連接[4]，當(dāng)所測(cè)出的任一值低于預(yù)設(shè)值的時(shí)候，蜂鳴器便會(huì)蜂鳴報(bào)警。原理圖如圖1所示。

根據(jù)功能的所需，軟件流程圖如圖2所示。設(shè)計(jì)目標(biāo)是進(jìn)行對(duì)溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)并結(jié)合預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，如果在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，保持當(dāng)前狀態(tài)；當(dāng)實(shí)際溫濕度值超出了預(yù)設(shè)值的范圍，則必須警醒用戶進(jìn)行調(diào)節(jié)。這個(gè)時(shí)蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。為此，軟件程序設(shè)計(jì)。首先，在剛接上電源時(shí)，蜂鳴器首先蜂鳴，這樣不僅可以驗(yàn)證蜂鳴器是否能夠正常工作的同時(shí)，也警示用戶檢測(cè)系統(tǒng)開始工作。接著LCD進(jìn)入初始化，這一方面顯示出溫濕度數(shù)值，分兩行顯示，第一行是溫度，第二行為濕度：另一方面，結(jié)合按鍵的功能，我們可以進(jìn)行溫濕度預(yù)設(shè)。最后，系統(tǒng)程序便開始工作，把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，然后與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，超出預(yù)設(shè)值范圍則發(fā)生報(bào)警并顯示出實(shí)際數(shù)值，同時(shí)對(duì)外通過數(shù)據(jù)總線輸出；而當(dāng)判斷后，發(fā)現(xiàn)沒有超出預(yù)設(shè)值范圍，則蜂鳴器不工作，但會(huì)顯示當(dāng)前數(shù)值。

3 結(jié)論

本檢測(cè)系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是具有高的性價(jià)比，另外，高集成度使得作品體積很小，采用USB方式供電，這樣直接的表現(xiàn)就是方便用戶的使用，攜帶。最后整個(gè)系統(tǒng)操作的非常簡單，讓它的適用性更廣。不可避免，該作品的缺點(diǎn)是精確度問題，一是顯示的溫濕度值只能精確到整數(shù)部分；二是檢測(cè)范圍問題，溫度檢測(cè)的范圍固定值為-40℃～-60℃，濕度預(yù)測(cè)的范圍限定在20%～90%RH。

參考文獻(xiàn)：

[1]李俊.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010（21）：146.

[2]張冬林，李鑫，戴梅.基于DHT11的低成本蠶室溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（18）：14-15.

[3]劉寶元，張玉虹，姜旭，段存麗.基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].國外電子測(cè)量技術(shù)，2009（12）：77-80，83.

[4]李建民.單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[M].江漢大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，6：210-215.