基于单片机的温湿度自动控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的温湿度自动控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

获得准确的测试信号。 而在控制系统中，监控的受控对象的状态和测试条件必不可少，传感器是实现测量和控制的第一部分，精确的测量和控制的关键部分依赖传感器的准确性、可靠的转换、原始信号精确捕捉以及自动测量和工业过程有效控制 [2]。 捕获主要依赖各种传感器的基本控制和各种检测的生产过程中系统和设备正常运行的最佳状态。 单片机选择 51 系列单片机简介 51 系列单片机是基本型，包括 803 805 875 8951 这四个机种区别，仅在于内程序储存器。 其中 8031/8051/8751 是 Intel 公司早期的产品。 8031 片内不带程序存储器 ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路 373，外接的程序存储器多为 EPROM 的 2764 系列。 用户若想对写入到 EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。 写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。 8051 片内有 4k ROM，无须外接外存储器和 373，更能体现“单片”的简练。 但是你编的程序你无法烧写到其 ROM 中，只有将程序交芯片厂代你烧写，并是一次性的，今后你和芯片厂都不能改写其内容。 8751 与 8051 基本一样，但 8751 片内有 4k的 EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的 EPROM 中进行现场实验与应用， EPROM 的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。 由于 上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。 后来很多芯片厂商以各种方式与 Intel 公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。 人们统称这些与 8051 内核相同的单片机为“ 51 系列单片机”。 AT89C51 和 AT89S51 的对比 基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 5 在众多的 51 系列单片机中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更实用，因他不但和 8051 指令、管脚完全兼容，而且其片内的 4K 程序存储器是 FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89xx 做的编程器均带有这些功能。 显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。 写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。 再 者 ， AT89C5 AT89S51 目前的售价比 8031 还低，市场供应也很充足。 由于 51 系列单片机的内核都一样，所以在 51 单片机教材方面目前仍然沿用Intel MCS 8051 单片机的书籍。 开发软件和工具也 是一样，我们统称为 8051 开发系统、环境 等，如我们网站介绍的汇编程序 ASM5 Keil C5 MedWin 等均是针对8051 内核单片机的开发软件。 MCS51 单片机是美国 INTE 公司于 1980 年推出的产品，典型产品有 8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、 8051（芯片采用 HMOS，功耗是 630mW，是 89C51 的 5 倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和 8751 等通用产品，一直到现在， MCS51 内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的 89S5 89C51 等）。 89S51 相对于 89C51 增加的新功能包括： 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比 89C51 更低。 ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。 是一个强大易用的功能。 最高工作频率为 33MHz，大家都知道 89C51 的极限工作频率是 24M，就是说S51 具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 具有双工 UART 串行通道。 内部集成看门狗计时器，不再需要像 89C51 那样外接看门狗计时器单元电路。 双数据指示 器。 电源关闭标识。 全新的加密算法，这使得对于 89S51 的 **变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列产品。 比如 805 89C51 等等早期MCS51 兼容产品。 也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 6 的单片机是 8051 还是 89C51 还是 MCS51 等等），在 89S51 上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 温湿度传感器的选择 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。 DHT11 传感器包含一个 NTC 电阻式的温度和一个湿度传感元件，并与一个高性能 8 位单片机连接的，在精确的校准室中， DHT11 湿度传感器被校准后，存储在程序存储器 0TP 中。 检测信号的校准系数形式时，在此过程中，由内部传感器来调用这 些校准系数。 采用单线串行接口系统，使系统集成商可以拥有更低的功耗，更简单和快速的信号，传输距离超过 20 米时，数字 DHT11 温湿度传感器具有响应速度快，抗干扰能力强，成本优势，其性能指标如下： 20%〜90％ RH 的湿度测量范围。 177。 5％ RH 的湿度的测量精度。 0〜 50℃温度测量范围。 测量精度：湿度 +5%RH，温度 +2℃，分辨率：湿度 1%RH，温度 1℃。 互换性：可完全互换 ,响应时间 5S， DHT1l 4 针单排引脚封装，传感器上电的 177。 2℃温度测量精度，工作电压 〜 ，对应的时间，你需要等待 1 秒，这是由于交叉不稳定的状态造成的。 由传感器资料知连线长度短于 20 米时用 5K 上拉电阻，大于 20 米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。 考虑本设计实际 应用情况故使用 5k 上拉电阻。 典型的应用电路如图 21： 图 21 应用电路 DHT11 实物图如图 22： 基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 7 图 22 DHT11 实物图 串行接口（单线双向 ） 目前常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有 I2C 总线、 SPI 总线和 SCI 总线。 DHT11 传感器连接单片机相对比较简单。 单片机的 口用来发收串行数据，即数据口。 连接传感器的 pin2（单总线，串行数据）。 传感器的电源口 pin1和 pin4 分别接单片机的 VDD 端和 GND 端。 传感器第三脚悬浮放置。 采用单总线数据格式，数据被用于 AT89S52 和 DHT11 之间同步，一次大约 4ms 的通信时间，小数部分和整数 部分构成数据整体。 DHT11 与 AT89S52 之间的通讯过程如图 23 所示 图 23 DHT11和 AT89S52单片机之间通讯过程 总线空闲状态为高电平时，总线被拉低等待 DHT11 的反应， DHT11 能检测到启动信号，主机必须把总线拉低，至少超过 18 毫秒。 DHT11 接收到主机的启动信号，然后他们等待开始信号的结束，然后发送一个响应信号，读取了 80us 低电平响应信 号后的 DHT11 不能立即接受，时间上滞后约 2040us，然后开始接受主机传送开始信号，这时候你可以输出高或切换到输入模式，然后通过一个上拉电阻拉高总线 [3]。 基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 8 发送响应信号时， DHT11 总线低，总线被 DHT11 拉高 80us 之前，必须等待，直到响应信号时，每 bit 数据准备好时以一个低电平的 50 微秒时隙发送，高电平的长短决定数据位是 0 或 1。 如果读出的响应信号是高电平的，可能会由于接线不正确导致 DHT11 不能响应，当数据传输的最后一个比特结束后，总线被 DHT11 拉低到拉到 50 微秒，随后是上拉电阻器使总线进入空闲状态。 数字 0 信号表示方法如图24。 图 24 数字 0 信号表示方法 数字 1 信号表示方法 .如图 25 所示： 图 25 信号 1表示方法 电器特征 DHT11的主要电器特征如表 21所示： 基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 9 表 21 DHT11电器特征 DHT11 接口引脚 表 22 DHT11 引脚说明 Pin 名称 注释 1 VDD 供电 2 DATA 串行数据，单总线 3 NC 空脚，悬空 4 GND 接地，电源负极 DHT11 封装信息 如图 26 如图 26 DHT11 的封装信息 应用信息 电阻式温湿度传感器的灵敏度容易受到化学物质的干扰，常常保存在远离化学物质的地方，传感器具有自动程序化功能，所以在极端状态下，传感器可以返回到初始校准状态，禁止在不合乎标准的环境中使用传感器，否则会产生 3%的信号漂参数 条件 Min Typ Max 单位 供电 DC 3 5 V 供电电流 测量 Ma 平均 1 Ma 待机 100 150 Ua 采样周期 秒 1 次 基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 10 移，传感器硬件生命周期缩短。 温度和湿度都会影响监测结果，因此可以隔离影响因素，单独改变一个环境因素，再分别测量温度和湿度的变化 [4]。 LCD1602 液晶显示器 LCD1602 是一块专门显示数值、字母、符号的点阵液晶显示模块，被广泛应用的有 40*2 行、 16*2 行、 16*1 行模块。 LCD1602 引脚概述 表 23 LCD1602 引脚 LCD160引脚 符号 引脚说明 1 VDD 正极 2 VSS 地 3 VL 液晶显示偏压 4 RS 数据 /命令选择 5 R/W 读 /写选择 6 E 使能信号 7 DO 数据 8 D1 数据 9 D2 数据 10 D3 数据 11 D4 数据 12 D5 数据 13 D6 数据 14 D7 数据 15 BLA 背光源正极 16 BLK 背光源负极 注： CD1602 可以通过编写指令程序实现屏幕、光标、读写等操作功能 LCD1602 技术指标 基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 11 表 24 LCD1602 技术指标 基本参数 数值 工作电压 容量 16x2 个字符 最佳工作电压 工作电流 字符尺寸 （ WxH） mm LCD1602 管脚图 图 27 LCD1602 的管脚图 LCD1602 实物照片如图 28 所示 图 28 1602 液晶 字 符型显示器 背光 LCD1602 的控制器主要是 HD44780,比不背光显示器轻薄，两者在现实实践应用中功能上没有明显差别，实物图 29 所示： 基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 12 图 29 1602LCD 尺寸图 液晶显示模块功能反应迟缓单一，执行指令要先调整模块至低电平空闲状态，否则指令失效，输入指令后只显示输入的字符串。 图 210 是 LCD1602 的显示地址。 图 210 1602 内部显示地址 继电器 继电器（英文名称： relay）是一种电控制 器件 ，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。 它具有 控制系统 （又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。 自动装 置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动 运行。 温度或湿度超限后，报警信号灯点亮同时相应的继电器吸合 [5]。 继电器可以驱动打开或切断通 风机、抽湿机、加热器、制冷器、加湿器、报警器等外部设备。 本设计 模拟 了 一个 除湿风扇，通过继电器控制。 基于单片机的温湿度自动控制系统 设计 13 3 系统硬件设计 系统硬件设计总体方案 系统采用单片机对大棚的温度、湿度进行自动监测和控制，不仅具有控制方便、简单和灵活性大等特点，而且还可以大大提高被控制温度、湿度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。 图 31 系统 整体 框架图 本设计利用单片机 电路 对大棚的温度、湿度进行控制，温度测量范围 0℃ 50℃， DHT11 测量范围是 20%90%。 若温度低于 0℃，加热装置工作；若温度高于50℃，通风装置工作；湿度低于 20%RH，喷灌装置工作；湿度达到或超过90%RH，喷灌装置停止工作。 本设计选用单片机为 控制 器，通过温度监测电路，湿度监测电路，控制系统，报警电路，显示电路等组成这样一个系统。 系统设计框图如图 31。 系统硬件原理简述。