基于51單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

◆蘇 俁 李建軍 袁富生 徐志鑫 張樹煜 常曉榮

(塔里木大學機械電氣化工程學院 新疆 843300)

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 整體框架設計

主程序包括四個子程序，即按鍵掃描子程序，溫濕度子程序、報警子程序和顯示子程序四個模塊組成。

鍵掃描子程序：實現(xiàn)按鍵是否按下識別及進行相應的程序控制。

溫濕度子程序：對溫濕度傳感器送過來的數(shù)據(jù)進行相應的處理，進行判斷對比和顯示。

報警子程序：對系統(tǒng)控制發(fā)出相應的警報。

顯示子程序：向LCD1062顯示器發(fā)出數(shù)據(jù)，控制顯示其相應的數(shù)據(jù)變化情況。

1.2 溫濕度傳感器的選型

DHT11是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的數(shù)字溫濕度傳感器，因此它采集的都是數(shù)字信號，無須轉換；但是必須對DHT11的時序圖深刻了解，以便AT89C51單片機通過DHT11采集到溫濕度數(shù)據(jù)，然后通過無線來傳輸。此數(shù)字溫濕度傳感器采用的是串行接口，也就是單線雙向的接口，數(shù)據(jù)用于 AT89C51單片機與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間大約4ms，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分、整數(shù)部分和校驗部分，考慮到DHT11的精度問題，小數(shù)部分現(xiàn)讀出為零，可以用于以后擴展。

1.3 液晶顯示模塊的選型

方案一：LED顯示器只能顯示一些簡單的數(shù)字和字符，不能滿足設計要求。

方案二：在51單片機的應用系統(tǒng)中，常常還需要顯示一些漢字、字符或者圖形信息，這就需要使用液晶顯示器LCD1602。

LCD1602字符液晶顯示模塊由多個 5×8點陣塊組成的顯示字符塊構成，每一個點陣塊為一個字符位，其名稱含義為：可分兩行顯示，每一行至多顯現(xiàn)出16個字符。1602字符液晶顯示模塊在此使用16個引腳，其引腳功能如表1所示。

表1 1602字符液晶的引腳功能定義

2 系統(tǒng)硬件電路設計

系統(tǒng)電路采用單片機、DHT11、LCD1602等元件，單片機組成的最小系統(tǒng)，連接上各元件，實現(xiàn)最后功能。系統(tǒng)電路圖如圖1所示：

圖1 電路圖

2.2 溫濕度傳感電路設計

DHT11為單總線元件，1腳GND接的是地（或電源負極），2腳是數(shù)據(jù)輸送端與一個10k電阻并聯(lián)接到單片機I/O口上完成對溫濕度的傳輸，這里電阻起到上拉作用，用來穩(wěn)定信號的，它不需要復雜的A/D模數(shù)轉換電路，它的檢測值可以直接被單片機讀取，3腳VCC接到電源正極。

2.3 報警電路設計

LED燈作為報警裝置，一端接到電源正極，一端連接到單片機引腳，根據(jù)溫濕度的變化，在設定的正常范圍之內對應的綠燈亮，否則紅燈亮。

3 監(jiān)測端系統(tǒng)軟件設計

3.1 系統(tǒng)主程序流程圖

當對系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)先進行自動復位，初始化一切用戶設定，然后水位子程序檢查是否有水，當沒水時一直進行水位檢查，直到檢查到水位的下限傳感器檢查到有水了以后，下系統(tǒng)才調用溫濕度子程序，溫濕度子程序又進行溫濕度傳感器的檢查，當溫濕度傳感器不存在是顯示錯誤，返回到水位檢查中去，當溫濕度傳感器存在時，對溫濕度傳感器傳來的數(shù)據(jù)進行處理，處理完溫濕度后，系統(tǒng)會對按鍵子程序進行掃描，當用戶有按下按鍵時，進行按鍵子程序的相應程序，如果沒有按下按鍵，系統(tǒng)會對當前溫濕度與設定的溫濕度值進行比較，當當前溫濕度在設定值上限之下是控制繼電器進行加熱，當當前溫濕度值在設定值之上時不加熱。接著把當前的溫濕度值輸送到LCD1602顯示器上，顯示出用戶可以直接看到的數(shù)值。最后系統(tǒng)又進行水位的檢查，當水位到達上限時自動停止加水，防止溢出，檢查到沒水時進行上述的重復掃描。這就是系統(tǒng)的主程序流程過程。

3.2 系統(tǒng)子程序介紹

（1）溫濕度子程序

當系統(tǒng)進行到溫濕度掃描時，就會調用到溫濕度子程序。溫濕度子程序其流程是：當進行溫濕度掃描時，檢測傳感器是否存在或是否正常，如果不存在直接返回，顯示器顯示錯誤主程序重新進行水位的檢測，如果傳感器存在要先對其進行初始化，利用單片機將DHT11的總線端口拉高，復位溫濕度傳感器，再進行下面相應的程序，把水的溫濕度讀取傳到單片機上，并顯示在LCD1602。

（2）顯示子程序

當溫濕度傳感器把溫濕度檢測傳輸?shù)絾纹瑱C后，就需要把采集到的溫濕度顯示出來，但是顯示器也有一定的顯示程序。

數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)軟件設計按鍵輸入采用中斷響應控制方式，在按鍵輸入時響應按鍵輸入信息，進行溫度濕度范圍設定。在正常工作期間每隔一定時間檢測溫度和濕度是否超出設定范圍。如果超出便發(fā)出報警信號，延時10ms，并啟動相應的執(zhí)行機構，使對應參數(shù)回到設定范圍，同時把采集到的數(shù)據(jù)輸出到液晶顯示。

（3）報警子程序

LED燈作為報警裝置，一端接到電源正極，一端連接到單片機引腳，根據(jù)溫濕度的變化，在設定的正常范圍之內對應的綠燈亮，否則紅燈亮。代碼如下：

4 結論

了環(huán)境中溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的整體結構，完成了監(jiān)測系統(tǒng)各個部分的硬件設計與軟件設計，采用了單片智能數(shù)字化溫濕度復合傳感器DHT11，測量范圍大，體積小，精度較高，抗干擾能力強。實現(xiàn)了低功耗設計，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，設計了監(jiān)測系統(tǒng)上位機軟件，實現(xiàn)了對測量結果的實時顯示和打印，滿足了系統(tǒng)監(jiān)控的需要，同時對智能監(jiān)控端進行了簡單仿真，驗證了系統(tǒng)可行性。