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1、- 16 -温湿度报警系统设计系（部） 电子系 专业班级 电子Z14-2 学生姓名 学 号 21、22、31 起止日期 2015.9.25 指导教师 目录摘要温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是具有不一般的价值与意义。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有
2、控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。将这个问题地解决，能很好地提升生产效率，节约资源，降低生产成本。本文从硬件和软件两方面介绍了STC单片机温度控制系统的设计思路，对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。关键词：STC单片机温度控制DHT11一、选题背景和意义 温度和湿度是室内环境的两项重要指标，他们之间有着密不可分的关系。人的体感并不单纯受温度或是湿度的影响，而是两者综合作用的结果，因而温湿度一体的说法出现
3、。不适宜的温湿度会对人体产生危害。如果室内温湿度过高，人体散热就比较困难。反之，过低会使得空气干燥，人多呼吸道便会干涩难受。除了对人体本身的影响外。温湿度同样对物品的存放也有影响。例如。室内的温湿度过高，衣服便容易发霉，虫蛀。食品容易发霉变。在社会生产，科学研究中，温湿度同样有着重要的影响，在生命科学设施，计量/校准实验室和电子制造环境中，温湿度往往需要时时监测与报警显示，以保证产品和工艺。比如一些养殖场，牲畜的生长，只有在适宜的环境下，在事宜的温湿度下，才能成长的更快，从而获得更大的效益。另外，一些仓库，也需要实时知道温湿度的具体变化，什么样的物品在什么样的环境下比较适宜等等。 然而不同场合
4、对温湿度的要求不同，同样的，控制温湿度的手段也不同。而什么时候应该进行温湿度的调节呢？所以，本次的研究课题“基于单片机的温湿度报警系统设计”，便是由此目的得出。让使用者可以及时的在温湿度超出限制值得知报警信息，从而进行相关的温湿度调控。二、国内外研究现状、发展动态 随着现代集成电子、通信、计算机等技术地快速发展，传感器也向着集成化，数字化发展，这样大大降低了成本，提高了测量准确性和精度。温湿度传感器的研发得到了国内外的高度重视，很多国外的政府和公司投入了大量的人力、物力和财力。如美国“国家纳米技术”(National Nanotechnology Initiative)计划，还有 AD、MAX
5、IM、 Sensiron 等知名芯片制造商。它们的典型产品有 MAX6625/6626 温度传感器， SHT1X/SHT7X 温湿度传感器，这些传感器采用数字化技术，以数字化形式直接输出测量值，具有测量误差小、分辨率高、抗干扰能力强、测量数据能够远程传播、带串行总线接口等优点。国内的一些公司也已经开始了在这些方面地研究，并取得了一些重要成果，如JUCSAN公司，它的JCJ200Y产品耐温高达600，已成功应用在印染行业纱锭自动烘干系统、食品自动烘烤系统。 近年来，温湿度测量报警系统的研究发展迅速。国际上先进的测控技术、自动化技术、PLC 技术、现场总线技术、传感器技术以及数字信息技术的发展都为
6、温湿度测控系统的研制和开发提供了条件，使温湿度的设定、显示更加直观，精度进一步得到提高，智能化程度越来越高，温湿度检测的功能集成化大幅提高。现代的温湿度测控报警系统逐渐取代了传统的简单数据采集系统。它们的发展正从由分立元件组成的系统向微型化、集成化、数字化、智能化、微功耗、网络化、多参数测量的测量报警系统转变，而且还不断地改进测量的技术和方法，比如在系统中添加自动非线性补偿、自动温度补偿、自动校准等功能，来满足测量的精度和恶劣环境下的特殊要求。 温湿度测控报警系统在纺织工业、冶金、化工、建材、食品、温室种植以及气象预报和科研实验室等诸多领域都有广泛的应用，而这些领域对温湿度测量系统的要求也各不
7、相同。目前人们为了满足不同的市场的需求，已经开发出了很多种基于不同微处理器的温湿度测量报警系统。现在国内外常见的温湿度测量系统有以下一些： (1) 基于单片机控制的温湿度测量报警系统； (2) 基于PLC 的温湿度测量报警系统； (3) 集散型温湿度测量报警系统； (4) 基于FPGA 控制的温湿度测量报警系统； (5) 基于DSP 控制的温湿度测量报警系统。 虽然已经开发出这么多不同种类的温湿度测控报警系统，但是一般常用的还是单片机或 DSP 作为主控芯片。单片机又称为微控制器，由单片集成电路芯片构成，内部含有 CPU（中央处理器），存储器和I/O 接口电路，定时器/计时器等功能。单片机具有
8、体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，故可以广泛应用于国民经济的各个领域，对各行各业的技术改造和产品更新换代起到了重要作用。例如在智能仪器仪表、机电一体化、实时控制和人类生活中都得到了非常广泛的应用。DSP 也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。随着通信、计算机网络等技术的快速发展，采用上位机（PC）与单片机或 DSP 构成的小型控制系统在现代智能温湿度测控领域地运用越来越广泛。它利用单片机和 DSP 价格低、功能强、抗干扰性能好、温限宽等优点，又结合上位机的软硬件支撑，已经在很多领域中用于温湿度监测、报警与控制。 总之，现在国内外温湿度测量系统的研究都是朝着微型化、数字化、智
9、能化的方向发展，并且不断地改进技术来满足市场的需求。三、研究的内容及可行性分析研究内容：本次研究的重要内容是应用单片机做为主控模块，通过传感器获得温湿度信息。利用软件程序设计，设置报警的上下限度，在测得超过限制值的数值信息时，进行报警。同时可以利用液晶显示模块实时显示当前温湿度情况。单片机的选择：方案一： 采用MSP430F449芯片作为硬件核心。此芯片采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间，能于1.8V-3.6V的超低压工作，适合手持设备。但是编程环境复杂，编程风格与MS-51相差很大。用MSP430编程较之MS-51繁琐，故不采用MSP430F449。方案二： 选用STC
10、89C52芯片作为主控制器。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统
11、51的5向量2级中断结构），全双工串行口。综上所述，我们采用方案二。传感器的选择：方案一：分别采用温度传感器和湿度传感器2个传感器。此方案需要用到2个传感器。且需要用到A/D转换电路，增加了电路的复杂度。故不采用。方案二： 采用数字式温湿度集成传感器。此方案只需一数字式个温湿度集成传感器，直接输出数字信号，简化了电路设计，并且满足本次设计需要。综上所述，采用方案二。传感器选用DHT11数字温湿度传感器。DHT11介绍：DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个
12、电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。显示模块的选择：方案一 采用LED数码管动态扫描。LED数码管价格适中，适合数字的显示，但不适合显示字母。而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机时间多，故不采用。方案二
13、： 采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，故不采用。方案三： 采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量字母，图形，显示多样，清晰可见，但是价格一般，需要的接口线较少。综合本次的设计目标，选择使用LCD1602液晶显示屏作为本次的显示模块。记忆模块：采用AT42C02AT42C02介绍：AT42C02有六个端口：管脚名称功能A0 A1 A2器件地址选择SDA串行数据/地址SCL串行时钟WP写保护Vcc+1.8V 6.0V 工作电压Vss地我们利用的就是它的WP端口的写保护功能：如果WP
14、管脚连接到Vcc，所有的内容都被写保护只能读。当WP管脚连接到Vss 或悬空允许器件进行正常的读/写操作系统框图：（报警模块启动的同时温度处理模块也会启动）单片机温湿度传感器键盘输入显示模块报警模块单片机温湿度传感器键盘输入显示模块报警模块四、设计后的产品原理图及各部分：一主控模块各个模块将由主控制模块负责他们的工作控制，因此主控制的稳定性很大程度上决定了整个系统的质量。可以用单片机作为主控芯片，其中最常用的有51、52用51系列的单片机己完全可以满足系统的工作要求，因此此系统中将采用STC单片机。二、温度检测模块 本设计使用的是DH系列温度传感器，对外界温度进行测量，经由单片机对传感器收集到
15、的信息进行处理。温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。三、处理模块 本设计对周围温度超过规定温度时，指示灯会亮同时会发出声响发出警报，与此同时该设备会对周围进行降温处理（风力/洒水）。四、显示模块采用LCD液晶模块LCD液晶具有显示信息量比较大，可以清楚地以字符、汉字、甚至图形的方式显示各种信息，但成本较高。五、按键模块因为在此系统中的按键并不多，因此采用独立式按键，这些按键主要是负责设置各个报警参数。6、 记忆模块 本设计该模块使用的是AT42C02，用于储存用户设定的报警值。软件部分：本设计采用了C语言进行模块编写程序：主程序
16、流程图：（在报警模块启动的同时温度处理模块也会启动）传感器处理模块：参考文献1高峰.单片微型计算机原理与接口技术(第2版).北京：科学出版社，2007. 2郑莉，董渊，张瑞丰.C+语言程序设计（第3版）.北京：清华出版社，2004.3孙炳达.自动控制原理（第2版）.北京：机械工业出版社，2005：891154周杏鹏，仇国富.现代检测技术.北京：高等教育出版社，2010.7：38565梁森，欧阳三泰，王侃夫.自动检测技术及应用.北京：机械工业出版社，2006：78906康华光，华中科技大学电子技术课程组.电子技术基础-模拟部分（第5版）.北京：高等教育出版社，2006：86897康华光，华中科技
17、大学电子技术课程组.电子技术基础-数字部分（第5版）.北京：高等教育出版社，2006：1131208杨宗德.Protel DXP电路设计制版100例.北京：人民邮电出版社，2005.4.9袁鹏平，付刚，罗开玉 .Protel DXP电路设计实用教程.北京：化学工业出版社，2006.10.10 边春远，王志强.MCS-51单片机应用开发实用子程序.北京：人民邮电出版社，2005.11肖洪兵. 跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8：799012张毅刚,刘杰.MCS-51单片机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2004.6.13于永，戴佳，常江.51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，2007.4.总结 本设计是以单片机为控制器件的温度监控报警处理系统。采用DHT11数值温度传感器检测环境中的是温度，输入到单片机进行处理。通过LCD1602液晶显示器将其实时温度显示出来。并且设置了按钮让温湿度报警参数得以设置，设置过的数值用AT42C02进行储存，让数据不会因电源的开关而丢失。当环境温湿度超过了报警值时系统会自动报警，温湿度处理模块也会运作。当温度恢复设定值内时警报会自动解除，温湿度处理模块也会走动停止运作。 经过这次的实训我们掌握了温度传感器的用法；学会了设计设计方案，设计电路图；C语言的编写等受益良多。