基于单片机的温湿度控制系统设计电气工程专业.doc

基于单片机的温湿度控制系统设计 摘 要 当今世界科技发达，对于温度湿度测量的应用在如今非常的广泛，在非常多领域都会用到对于温度、湿度的测量。比如食品行业，温湿度对于食品的存储是非常重要的，不当的温湿度会对食品产生很大的影响，造成食品变质，导致食品安全问题。还有诸如档案管理、温室大棚、动物养殖、甚至在军事方面都会使用标准的温湿度测量模式，对于温湿度进行精确的测量，同时还能对其它温湿度测量进行校验。 课题设计了基于STM32F103C8T6单片机的温湿度控制系统设计，系统硬件主要由电源电路、温湿度采集电路、显示电路、输出控制电路、键盘及其他辅助电路组成；软件采用C语言编程。该系统可以完成当前温度的显示、温度上下限的设定、控制温度恒温等功能。基于单片机的电热恒温箱控制系统设计的设计原理，从而能够有更加良好的系统性能为方针，利用单片机来采集资料和数据，以及进行数据的整理显现等。这个系统以在一般环境下检测到的温湿度来作为判定的因素，由单片机掌控制冷以及制热，还有加湿除湿从而能够达到我们想要的合适温湿度。 关键词：温湿度，检测校验，STM32F103C8T6单片机 目 录 摘 要 2 第1章 绪论 5 1.1 研究现状 5 1.2 功能及意义 5 第2章 系统总体方案设计 8 2.1 工作原理 8 2.2 系统方案设计 8 2.3 技术路线设计 8 第3章 系统硬件设计 9 3.1 STM32F103C8T6单片机的特点 9 3.1.1 STM32F103C8T简介 9 3.1.2 STM32F103C8T6的内部资源 9 3.2 温湿度采集电路设计 10 3.3 显示电路设计 12 3.4 按键电路设计 12 3.6 原理图设计分析 14 第4章 系统软件设计 14 4.1 KEIL51软件简介  14 4.2 系统程序总流程图 15 4.3 系统子程序流程图 17 4.3.1 DHT11流程图 17 4.3.2按键流程图 18 4.3.3 LCD1602显示流程图 19 第5章 系统测试与分析 20 5.1 硬件调试 20 总结与展望 22 6.1 总结 22 6.2 展望 22 参考文献 22 致 谢 24 参考文献 第1章 绪论 1.1 研究现状 自二十一世纪依赖，随着我国经济的发展，加入了世界贸易组织以后，我国国内的产品面对着非常严峻的挑战。每种行业都需要进行提高，尤其是我国的传统行业都需要推进现代化的改革、高科技的发展和改造。比如用纺织行业来说，温度湿度的改变对于纺织业会出现很大的影响，直接关系到产品的质量，不过现有的纺织行业在温湿度的控制检测方面确实特别的落后，非常不精准，通常都是采用人工监测方式，使用人工的方法来进行测量、调整，成效十分差，不仅纺织产业是那样，制药业也是一样十分的落后，食品行业也是同样，这些产业大部分都不会使用温湿度检测工具进行检测。但是使人倍感宽慰的是，我国的农业已经在向兴起的产业化发展，现如今农业行业正在慢慢摆脱传统落伍的温湿度检测方式，许多农工认知到科技兴农，先进科技的重要性，慢慢走向现代化，我国农业逐渐在走向世界。许多地方已经展开兴修了新型的大棚，制造适宜的温度种植蔬菜、鲜花等反季节的植物。养殖业同样是向新兴的产业化进展，温湿度检测数控技术的发展前景妖姬市场愈加广阔。我国已经在许多较为发达的国家引进了四十多座较大的温室，技术很领先当然使用的成本也十分高。此外，因为中国别的工程的建造，比如粮食的储蓄工程，通用要用到温湿度检测系统。 然而就现在的情况看来，测量温湿度的很多的元器件以及仪器只有在正常的温湿度环境下进行，要是说在一些特殊温湿度的情况下，很多的包括国外特别领先技术的检测仪器测试起来都会十分艰巨。比如之前提到的纺织业、食品业、制药业等特别的环境下的行业，都是需要在高温环境进行的，均是100-200摄氏度赏析，有的会达到200多摄氏度，在那种温度的环境下，普通的传感器是不能做到测量温度的情况。 1.2 功能及意义 我们所知道的温度指的只是一个物理量，一个东西的冷热程度，在微观方面讲，温度就是分子的不断运动的所生成的内能。整个宇宙一直有温度的存在，不论在地球或是月亮亦或太阳以及其他的行星，不管在什么地方，都会有着温度的不同。 湿度同样是一个物理量，表示空气中干燥程度。在相同的温度的状态，要是说空气中含有的水分越少，那么空气会更干燥，要是水分的含量很多，那就空气相对而言湿度更高。空气里面水的量指的就是湿度。湿度一般指的就是空气里所含的水分量，表达方式通常能分成两种，绝对的湿度以及相对的湿度。绝对湿度指的是空气中拥有的水分量，在饱和的情况下，就能表现的绝对的湿度的最大限度。相对湿度的意义是绝对湿度来比上最高湿度，其值所表示的是空气中水分饱和程度的高低。  检测温湿度的应用在当今十分的广泛，很多方面全会使用到温湿度的检测，比如计算、气象另外军事上都会应用标准的温湿度检测方式，对温湿度进行精准的检测，此时还能对其它温湿度测量来检验，来成为一个参考的作用。  人类不管是在生活方面或者生产方面同样的离不开温度与湿度，在工业里也是一样，温湿度非常多见，例如在机械方面、化工方面、石油采集方面等等都有很多的应用到温湿度的监测。伴随科技的发展，人们的生活质量的提升，人们对周围环境的需求也愈发高，空气里的温湿度同样会让人们的心情产生影响，因此温湿度的测量显得尤其要紧。农业方面，更加不能离开温度和湿度的监测，温湿度对农业的发展的影响非常巨大，以前的测量温湿度的方法就是用人为来进行测量，例如使用温度表、测量温湿度等器材，等检测出温湿度有问题，然后让库房实行通风、降温、升温等让人来控制温湿度的措施。然而这种用人工的方法有特别多的弊端，比如用时时间非常长，效率又特别的低，此外检测的温湿度同样的十分不准确，误差特别大。温湿度进步到如今，我们开始来使用先进的技术进行温湿度的检测，小型的温湿度检测设备，可以和计算机连接，智能测温测湿、智能存储，智能判断，智能变化。伴着科学技术水平的提高，我们会研究出一种低成本、智能化、高科技、高精准度的温湿度测量仪器，从而取代人工检测系统，可以智能化检测而且改变环境的温湿度。如今市面上出来的温湿度测量设备几乎都是一些仅仅可以单点检测的，并且温湿度检测不够精准同时也不够及时，更不能够使得人们通过温湿度变化及时的反映控制的监测系统。因此，本设计会准备研制出一个可以同一时间检测很多个温湿度点，而且成本低、测量准确，可以依据温湿度的转变实时的做出翻译决定的产品。总体来讲，温湿度检测系统的研究和发展有广阔的市场和发展前景。  本设计是设计一款温湿度测量仪，本设计思路是基于单片机通过程序显示温湿度值，通过外部温湿度传感器获取当前环境的温湿度，系统能够通过按键调节温湿度上下限，进行对温湿度报警的作用。在实现本设计之前需要解决如下问题： 1、选择合适的温度传感器芯片，设计的核心是单片机和温度传感器，单片机用STM32单片机，此外在传感器的选择方面，是根据不同的情况来进行选择的。 2、单片机以及温度湿度的传感器在接口处的设计。 3、使用温度传感器从而进行温度信号的接收和温度数据的传输的软件设计。 第2章 系统总体方案设计 2.1 工作原理 通过温度传感器DHT11接受温度，把得到的温度转换成数字信号传输给单片机，再由单片机将数据传输给显示屏和蜂鸣器。 缺图 2.2 系统方案设计 本课题设计了基于STM32F103C8T6单片机的温湿度控制系统，系统硬件主要由电源电路、温度采集电路、显示电路、输出控制电路、键盘及其他辅助电路组成。 2.3 技术路线设计 系统硬件总体框图如图所示。 STm32 单片机 按键模块 温湿度传感器 显示模块 四路继电器 电源模块 第3章 系统硬件设计 3.1 STM32F103C8T6单片机的特点 3.1.1 STM32F103C8T简介 STM32F103C8T6增强型系列用的是性能很好的ARM/Cortex-M3/32位的RISC内核，工作的频率是72MHz，含有处理很快的存储器(达到128K字节的闪存以及20K字节的SRAM)，大大的加强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC 、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。STM32F103C8T6增强型系列工作于-40℃至+105 ℃的温度范围，供电电压2.0V至3.6V，一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。 完整的STM32F103C8T6增强型系列产品包括从36脚至100脚的五种不同封装形式；根据不同的封装形式，器件中的外设配置不尽相同。下面给出了该系列产品中所有外设的基本介绍。这些丰富的外设配置，使得STM32F103xx增强型微控制器适合于多种应用场合：   电机驱动和应用控制； 医疗和手持设备； 工业应用：可编程控制器、变频器、打印机和扫描仪； 警报系统，视频对讲，和暖气通风空调系统； 3.1.2 STM32F103C8T6的内部资源 STM32有丰富的内部资源，如下所示：  Rearview MDK（Microcontroller Development Kit）基于ARM微控制器的专业嵌入式开发工具； 内置闪存存储器；内置SRAM；嵌套的向量式中断控制器(NVIC)； 外部中断/事件控制器(EXTI)； 时钟和启动；自举模式； RTC(实时时钟)和后备寄存器； 窗口看门狗； I2C总线；通用同步/异步接受发送器(USART)； 串行外设接口(SPI)；控制器区域网络(CAN)； 通用串行总线(USB)； 通用输入输出接口(GPIO)； ADC(模拟/数字转换器)；温度传感器； 串行线JTAG调试口(SWJ-DP)。STM32F103C8T6原理图如图3.1所示 图3.1 STM32F103C8T6原理图 3.2 温湿度采集电路设计 DHT11温湿度传感器是十分常用的一个检测温湿度硬件，用的采集模块是数字式的，而且会把信号校准后在进行接收，这样就具有很高的准确性以及可靠性，而且能够长期以及更加稳定的来测量数据。 传感器内部是内涵一个电阻式的感应湿度的原件和测量温度的器件，而且可以和不同的单片机的引脚互相连接，所以应用范围极广，是一款体积小巧、功耗很低、信号传输距离远的温湿度传感器，而且内部的反应十分灵敏，准确度很高，这样的特点使它成为各类应用中甚至要求更加苛刻的环境中的首选。产品有4个插针，可以非常方便的连接在各处，封装形式也很方便用户的需求。 DHT11有4个引脚，其中4引脚为VCC，连接单片机的电端，1引脚为GND连接单片机的地端，3引脚连接单片机的P1.6口。图3-2为DHT11温湿度传感器实电路连接图。 图3-2 温湿度传感器 3.3 显示电路设计 由于这个设计的显示的需要，我们需要一个经济又实用的显示硬件。因为数码管显示效率不够高，且点阵的显示在显示数字的时候有一定的问题不是特别的直观，而且价格较贵，不是很经济， lcd1602液晶屏在显示方面可以显示的字符达到三十二个，在我的毕业设计里面十分足够，因此使用了这一个显示模块。这种液晶显示屏的显示的功能十分强大，文字、图形、图像等全都能够十分清晰的显示在液晶显示屏上很多人都会选择这种液晶屏的显示形式，是一种非常好用且实用的显示模块，非常符合现代人们的需求。因而在本设计中，我用的就是最合适的LCD1602. 其所显示的分辨率属于很高的程度，它还内含有一些重要的参数例如有8192个16X16点的汉字以及128个16X8点的字符。这种显示屏在操作中十分的简单，连线同样也很简单，容易焊接，不仅能显示字符，还能显示图形。LCD1602液晶屏显示电路如图3-3所示。