基于单片机的温湿度监控系统论文

基于单片机的温湿度监控系统论文内容摘要：

滤波电路时，就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常 工作。 这样，就提高了单片机工作的可靠性。 Motorola 公司的 MC68HC08 系列单片机就采用了这种技术。 6 2． 低噪声布线技术及驱动技术 在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。 这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。 现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。 这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。 现在为了适应各种应用的需要，很多单片机的输出能力都有 了很大提高， Motorola 公司的单片机 I/O 口的灌拉电流可达 8mA 以上，而 Microchip 公司的单片机可达 25mA。 其它公司： AMD， Fujitsu， NEC ， Infineon， Hitachi， Ateml， Tosbiba 等基本上可达8～ 20mA 的水平。 这些电流较大的驱动电路集成到芯片内部在工作时带来了各种噪声，为了减少这种影响，现在单片机采用多个小管子并联等效一个大管子的方法，并在每个小管子的输出端串上不同等效阻值的电阻，以降低 di/dt，这也就是所谓 ”跳变沿软化技术 ”，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。 3． 采用低频时钟 高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。 对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。 在一些单片机中采用 内部琐相环技 术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。 Motorola 公司的 MC68HC08 系列及其 16/32 位单片机就采用 了 这种技术以提高可靠性。 单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势： 1． 可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。 2． 所集 成的部件越来越多； NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。 原因是其内部已集成上各种应用电路。 3． 功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。 随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。 论文研究内容 我国是具有几千年历史的文明古国，书籍种类繁多，数量极其丰富，但随着岁月的流逝，这些无价 之宝都在经受着不同程度的破坏和损害，很多珍贵书籍，价值连城，不可复制，一旦损坏就无法挽回。 因此，从书籍的本身出发，制定出适宜各类书籍保存的温湿度指标。 采用新的空气处理方式，如吸附制冷，充分利用太阳能等可再生能源来对书籍保存环境进行控制，对藏书室的可持续发展有着重要的意义。 目前 ,国内大中型藏书室在管理中由于技术和资金上的原因，多数仅限于只 7 对温度进行监测，当温度超标时进行强制通风，即使如此，处理不及时或因设备人力条件有限仍会造成大量损失。 实现藏书室书籍的温升主要是由于湿度引起的，藏书室书籍本身的水分过高或连续 的高湿天气将导致储藏的书籍新陈代谢加快而放出热量，放热引起的温升又使代谢进一步加剧以至发霉变质。 这种恶性循环一旦形成很难进行有效控制。 因此，藏书室在进行温度监测的同时，必须重视对空气湿度的检测，以利于提前采取有效措施控制藏书室书籍因升温而霉变。 研究表明，对藏书保护的主要环境影响因素有：温度、湿度、光照、空气污染物、微生物等，其中，温度和湿度两者相互影响、相互作用，是直接影响甚至决定书籍一切物理、化学、生物作用的两个最基本条件因此，将藏书保存在合适的温湿环境对书籍的保护有 着极为重要的作用。 湿度要求不是一个定值，而是一个区间，一般在 30%～ 70%之间，最适宜的一般为 40%～ 60%。 常见的有电热式与电极式两种加湿方式，都是利用水加热后产生蒸汽，增加湿度 .当蒸发器的表面湿度低于空气的露点温度时，与之接触的空气中的水蒸汽被冷却成水而排走。 温度与湿度传感器主要是用来检测温度与湿度信号并送往单片机，单片机经过内部 A/D 转换，对检测的信号进行运算，输出控制信号， LCD显示器可显示采集到的信号的大小，为了使本系统能在多种环境下工作，特设了键盘，可以对温湿度进行上、下限设定，同时还对超过上、下限进行上、下限报警。 本文主要研究 利用单片机控制室内温度和湿度， 随着社会对于藏书需求的不断增加，对于藏书室的环境要求也随之增加，这些藏书室有的虽然安装有各种加热、加湿、通风和降温设备，但对于温湿度的测量和设备的操作大多还是由人工来完成的。 当温室较大时，操作人员的劳动强度很大。 为了使书籍的使用寿命尽可能的延长，本文所介绍的温湿度控制系统以 AT89C2051 单片机为控制核心，结合传感器 和数字电子电路技术，利用单片机控制室内的温度和湿度， 可完成对藏书室内温湿度的自动测量和调节，大大降低了劳动强度。 藏书室温湿度控制系统，采用数字式的温度传感器和单片 机，实现了对藏书室内温湿度的自动测录和调节，单片机 AT89C51 因其指令系统丰富、小巧、低价、灵话易扩展等独特的优点，在所设计的藏书室温湿度控制系统中使整个系统的性价比得以大幅度的提高。 8 第 2章 总体方案设计 系统设计原则 系统设计 要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。 1． 可靠性 高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。 提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑 :使用可靠性高的元器件。 设计电路板时布线和接地要合理。 对供电电源采用抗干扰措施。 ， 输入输出通道抗干扰措施 :进行软硬件滤波。 系统自诊断功能等。 2． 操作维护方便 在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。 因此在设计时，要尽可能采用操作内置或简化的方法。 同时系统应配有现场故障诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，以便进行维修。 3． 性价比 单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。 一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。 因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化 外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。 方案设计 在藏书室，环境温湿度往往要控制在一定的 范围内。 由 AT89C51 单片机实现的温湿度控制系统是考虑低成本并满足对温湿度基本技术性能指标的需求而设计的。 通常环境温度调节常用的调节方法是利用 加热器和喷水器 来实现。 在制冷时，当环境温度高于设定的温度值，系统 控制喷水器开关 ，其过程为 ： 当温度高于设定温度时，蜂鸣报警器进行报警，控制喷水器的开关打开，喷水器进行工作， 如此往复进行，从而达到不 断降温的目的。 在制热时，当环境温度低于设定温度值 ， 蜂鸣报警器进行报警，控制加热器的开关打开，加热器进行工作， 以上往复使环境温度不断升高。 温度要求在 18～ 28℃ 为适宜存放书籍的温度， 湿度要求不是一个定值，而是一个区间，一般在 30%～ 70%之间，最适宜的一般为 40%～ 60%。 常见的有电热式与电极式两种加湿方式，都是利用水加热后产生蒸汽，增加湿度。 当蒸发器的表面湿度低于空气的露点温度时，与之接触的空气中的水蒸汽被冷却成水而排走。 温度与湿度传感器主要是用来检测温度与湿度信号并送往单片机，单片机经过内部 A/D 转换，对检测的信号进行运算，输出控制信号， LCD 显示器 可显 9 示采集到的信号的大小。 为了使本系统能在多种环境下工作，特设了键盘，可以对温湿度进行上、下限设定，同时还对超过上、下限进行上、下限报警。 系统工作时，单片机启动，操作人员可通过键盘向系统输入设定的温度和湿度范围。 单片机系统通过温度传感器和湿度传感器测量温室内的温湿度并与设定值相比较，如果温室内的温度或湿度超出了设定范围。 单片机系统就输出指令控制接通相应的设备。 当温室的温度和湿度都在范围内时就切断设备的电源。 温湿度控制系统可分为 三 个部分 ： 一是信号采集输入部分，包括采集室温度、湿度。 二是信息处理部分。 主要功 能是将采集的信息 转换成计算机可识别的标准量信息进行处理、输出决策的指令。 三是输出及控制部分。 控制 两个开关，从而控制 加热器、喷水器进行操 作，使书籍的保存实现现代化的生产控制过程。 此次设计的系统的 具体原 理方框 如 图 21。 图 21 总体方框图 本系统以单片机 AT89C51 为核心，数据采集、存储、显示、报警以及上传至计算机进行数据处理都要通过单片机。 数据采集通过单总线的智能温度传感器和湿度传感器完成 ： 当采集数据超出预警值时，有 蜂鸣报警器 实时报警，然后进行相 应处理 ； 利用控制 继电器 开关从而控制加热器、 喷水器，进行屋内环境控制 功能。 测 温 电路 主要对室内温度进行 温度采集， 进行比较，看是不超出 设定的限定值 ； 测 湿 电路 主要是对室内湿度进行湿度采集，进行比较，看是否超出 设定的 限定值 ； 报警是超出限定值的时候 会报警；当超出限定值时，控制开关会闭合，带动加热、喷水装置对室内温度和湿度进行调节 ；由于想要连接到 PC 机上，在装置中设计了 485 总线。 使装置可以进行远程控制，或者同时控制多个屋子的单片机进行温湿度控制。 AT89C51 上位机通信 键盘 湿度 温度 显示 报警 输出控制 10 本章 小结 本节主要介绍了室内温湿度控制的总体方案设计，设 计的背景及意义 ，整体的设计框图，对各个元件的选用 ，以及设计的主要原则。 给出了设计的总体框图，说明了总体的设计思路。 从整体上，阐述了 设计的总体方案，对温湿度控制设计 、光电隔离开关等 有一个总体的认识。 11 第 3章 硬件设计 本控制系统主要包括湿 度 控制和 温度调节两个环节 ，先进行温度、湿度的采集，根据温度和湿度的实际情况控制光电隔离开关，从控制喷水器和加热器进行工作，对室内温度进行调节。 温室生态控制系统可分为 三 个部分 ： 一是信号采集输入部分，包括采集室内、 外温度、湿度。 二 是信息处理部分。 主要功能是将采集 的信息转换成计算机可识别的标准量信息进 行处理、输出决策的指令。 三 是输出及控制部分。 利用控制开关量的方式 控制喷水器、加热器 进行操作，使藏书室处于适合的环境中，从而保证了书的质量以及延长书的寿命。 AT89C51 单片机简介 AT89C51 单片机是一种带 4K 字节 FLASH存储器 （ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称 单片机。 单 片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多 嵌入式控制系统 提供了一种灵活性高且价廉的方案。 外形及引脚排列如图所示结构特点及工作原理 如图 31。 图 31 AT89C51 引脚图 主要特性 AT89C51 主要特征有： 1. 与 MCS51 兼容 12 2. 4K 字节可编程 FLASH 存储器 3. 寿命： 1000 写 /擦循环 4. 数据保留时间： 10 年 5. 全静态工作： 0Hz24MHz 6. 三级程序存储器锁定 7. 1288 位内部 RAM 8. 32 可编程 I/O 线 9. 两个 16 位 定时器 /计数器 10. 5 个中断源 11. 可编程串行通道 12. 低功耗的闲置和掉电模式 外部 管脚 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为 高阻 输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口 ： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口 ： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1”时，其管脚被内部上。