基于单片机的室内环境温湿度测量仪设计和实现 计算机专业.docx

基于单片机的环境温湿度测量仪设计 摘 要 为了保障农作物合适的生长环境和天气、国防、科研、航天等，必须对特定的环境温度和湿度进行测量和管控。有时候人们的舒适度和情绪也和空气中的温度和湿度有关联，因此对室内环境温度和湿度进行测量是有必要的。 本文设计了一种基于单片机的对室内环境温度和湿度测量的系统。微型计算机可以长期、稳定、实时的测量一些有特殊要求的环境温度和湿度。本系统主要是由硬件电路和软件程序两部分组成。使用传感器和测量电路，从室内外的环境中采集温度和湿度信号。经过微型计算机处理之后用LCD进行显示。若温度和湿度超过我们已经设定好的范围，就会自动报警。本设计以STC89C52为核心，DHT11实现信号的采集，能智能化、快捷化、方便的测量室内外环境的温度和湿度。整个系统的组成有：测量电路、显示电路、按键电路、报警电路等。该测量仪不仅结构简易、而且抗干扰能力较强。 关键词：温度；湿度；测量；单片机；LCD显示 Abstract Design of Environment temperature and humidity measuring instrument based on single Chip In order to ensure suitable environment and weather for crops, national defense, scientific research, spaceflight and so on, specific environmental temperature and humidity must be measured and controlled. Sometimes peopleundefineds comfort and mood are also associated with temperature and humidity in the air, so it is necessary to measure indoor temperature and humidity. In this paper, a single-chip-based temperature and humidity measurement system for indoor environment is designed. Microcomputers can be used for long-term, stable, real-time measurements of environmental temperature and humidity with special requirements. This system is mainly composed of hardware circuit and software program. Temperature and humidity signals are collected from indoor and outdoor environments using sensors and measuring circuits. After the microcomputer processing, display with LCD. If the temperature and humidity exceed the range we have set, the alarm will be automatic. This design uses STC89C52 as the core to realize signal acquisition, which can intelligently, quickly and conveniently measure the temperature and humidity of indoor and outdoor environment. The whole system consists of measurement circuit, display circuit, key circuit, alarm circuit and so on. The measuring instrument is not only simple in structure, but also strong in anti-interference ability. Keywords: temperature; humidity; Measurement; LCD display 目 录 摘 要 II Abstract III 第一章 绪论 2 1.1 设计背景及其意义 2 1.2 国内外温湿度测量的研究状况 3 1.3 研究方案 4 1.4 本文的主要的研究内容及论文结构安排 5 第二章 总体方案设计 7 2.1 概述 7 2.2 方案选择与论证 7 2.2.1 单片机的选择与论证 7 2.2.2 显示模块的选择与论证 9 2.2.3 温湿度传感器的选择与论证 10 2.3 最终方案设计的选择 11 2.4 系统的主要功能 12 2.5 器件清单 12 第三章 温湿度测量仪硬件电路设计 14 3.1 STC89C52单片机核心系统电路设计 14 3.2 5V电源电路设计 17 3.3 DHT11温湿度传感器电路设计 18 3.4 LCD1602液晶显示电路设计 20 3.5 按键电路设计 22 3.6 LED信号指示灯电路设计 23 3.7 蜂鸣器报警电路设计 23 第四章 温湿度测量仪软件设计 25 4.1 编程语言选择 25 4.2 keil软件设计思想 25 4.3 程序设计 26 4.3.1 软件流程图 26 4.3.2 主程序的相关内容 27 第五章 系统调试 33 5.1 电路焊接 33 5.2 系统调试 34 5.2.1 系统程序调试 34 5.2.2 硬件测试 35 5.2.3 系统功能测试 35 5.3 结果分析 36 总结 37 致谢 38 参考文献 39 附录A 41 附录B 42 附录C 62 附录D 63 附录E 64 V 第一章 绪论 1.1 设计背景及其意义 温度指冷热程度。在显微镜下，这是物体分子热运动的强度。在整个银河系里，有温度的地方是随处存在的，不可能存在没有温度的地方。无论是在美丽的地球上，或是在安静的月球上，或在烈日下，温湿度都有不同于空间位置的差异。 湿度指大气干燥的程度。如果固定的体积空气中水蒸气较少，空气将变干；如果空气中的水蒸汽越多，空气就越潮湿。湿度其实就是表示空气干燥和潮湿的程度。在这个意义上，可以表示湿度的物理量有绝对湿度、相对湿度和比较湿度等。绝对湿度是指在一定体积的空气中所含有的水蒸气的质量，其单位是克/立方米。相对湿度则是绝对湿度与最高湿度之间的比，S值表明水汽饱和度有多高。 温、湿度的测量是现代测量技术的重要组成部分，不仅能够保证所生产的商品质量，提高商品产量，而且在资源利用的有效性和生产的安全性方面都有着非常重要的作用。因此，能够够迅速、准确的测量温湿度的技术和装置受到了各国的关注。随着信息产业的发展和工业化进程的不断推进，温度和湿度不仅直接或间接地影响人类基本生活条件，而且在农业生产、生物供应、医疗卫生、科学研究及国防和建设等供应链方面都有直接或间接的影响。鉴于上述情况，实现准确可靠的温度和湿度的测量尤为重要。现在几年来，利用智能化数字式的温湿度传感器和在线测量温度和湿度信息已成为温度、湿度测量技术的发展趋势。 几年来中国经济的不断发展，人们生活水平质量不断的提高，温湿度测控测量在现代生活及生产中占有至关重要的位置。目前，以单片机为核心的智能温湿度测量仪检测温湿度是一种简单，高效的手段。对于该设备的设计，核心问题是如何使其具备自动检测并显示温度、湿度的能力以及实现高温报警功能。由于温度、湿度不是两个独立的变量，两者之间一般又不是线性关系，要使一个设备达到温、湿度的共同检测并不是件简单的事。该设计直接针对房间温湿度检测，具有非常重要的实际意义和应用价值。 本设计以一般房间的温、湿度为检测对象进行研究。根据一般的家庭温、湿度条件选择温、湿度传感器，进行温、湿度检测电路的设计，进行温、湿度显示部分和高温报警部分的设计。对信号进行采集送入单片机处理，用LCD1602显示器实现对温、湿度的显示，用蜂鸣器进行测量仪器的超限报警功能。STC89C52作为系统的核心控制芯片，使用DHT11传感器进行对室内外环境的温度和湿度的采样，然后将采集到的信号送到单片机进行读取和处理。将读取到的传感器温度和湿度信号送到LCD1602进行显示。按下按键可以设定温度和湿度的报警范围，若超过报警范围上限或下限，蜂鸣器呼叫，相应的指示灯点亮。 1.2 国内外温湿度测量的研究状况 温湿度测量技术始于1970年，并已被研究的更早。它使用模拟仪器收集现场的信息，然后对命令、记录和控制它。集散分布式控制系统出现于八十年代后期。目前，计算机数据采集控制系统的多因素集成控制系统正在开发和研制中。目前，温湿度测控技术在世界范围内迅速发展。现在，自动化的基础非常大，研究的方向正走向自动化和无人化。 对于国内外对温湿度测量的研究，从复杂模拟量测量到更成熟的数字智能化测量，随着科学技术的进步，对于温度和湿度的研究，测量系统正朝着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在开发和研制的过程中，基于微型计算机的温湿度测控系统具有体积小、操作简单、测量范围广、性能稳定、测量精度高等优点，它在生活和生产中发挥着重要的作用。 研究温度和湿度的测量和控制技术在中国起步较晚，始于上世纪80年代的基础上，在吸收发达国家的温、湿度测量控制技术的基础上，中国工程师们掌握了室内微型计算机温湿度控制技术，仅限于对环境的温度、湿度的单一环境因素的控制。在中国，整体而言，计算机应用中的温湿度测控系统在正处消化吸收、简单应用阶段和综合性应用的相变和发展阶段。在技术上，有大量的单参数单电路系统由微型计算机控制，没有实际的多参数集成控制系统。与发达国家相比，差距较大。当前的温度和湿度的测量和控制在中国仍然是远离工厂化的程度。生产实践中仍存在许多问题。比如生产出的设备装置承重能力差，能配套的装备极少，而且还有产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源共享、可靠性差等缺点。 传感器技术未来将向以下几个方面发展： （1）高精确度。为了提高测量和控制的精度，传感器的精度尽必须可能高。 （2）小型化。很多测试场合要求传感器具有尽可能小的尺寸。 （3）多功能集成传感器的研究是传感器发展的一个重要方向，有两种样式类型。一种是在同一芯片上集成传感器、放大器和温度补偿电路等，减小了体积，提高了抗干扰能力。另一种则是集成多个功能传感器或多个传感器，在同一种芯片具有相同的功能。例如温湿度传感器，芯片可以同时测量温度和湿度。 （4）数字化。想能使传感器和计算机直接连接接口，数字传感器的研究显得尤为重要。 （5）智能化。这种传感器比较复杂，一般是计算机与传感器相结合。它具有测量、信号处理、关联和控制等多种功能，关键是要有逻辑功能，传统的传感器是无与伦比的。智能传感器将会成为未来传感器技术的一颗指明星。 1.3 研究方案 我的设计思想是将电路分为温湿度采集模块、中央处理器单元、显示模块和报警模块。以STC89C52单片机为核心控制电路，对DHT11采集的温度和湿度进行转换和1602液晶屏的显示进行控制。软件实现了具体的显示内容和方式。温度和湿度的采样通过DHT11传感器实现，LCD160可以显示温度和湿度，是插针样式的，它们都可以与单片机直接相连接。因此，不需要人工焊接和复杂工艺。具体步骤是：根据原理图进行组装连接。由DHT11传感器采集室内外环境