基于51单片机的温湿度控制系统的设计与实现Word格式.docx
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基于51单片机的温湿度控制系统的设计与实现Word格式.docx
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其中由DHT11温湿度传感器和液晶显示器构成显示模块;
由DHT11温湿度传感器和控制设备以及蜂鸣器组成控制模块。
系统软件设计则是由按键软件设计和系统软件设计组成。
关键词:
AT89S51单片机;
温湿度;
传感器
Abstract:
Inmanyscenariosofindustrialandagriculturalproduction,constanttemperatureandhumidityareneeded.Themosttypicalofwhichisthevegetablegreenhouseplanting,thevegetablegreenhouseisthroughthecontroloftemperatureandhumiditytocreateamostsuitablegrowthenvironmentforvegetables,sothatthegrowthofvegetablesfasterandmoregreen.Sohowtocontroltemperatureandhumidityinaconstantrange,howtodesignasimpleandefficienttemperatureandhumiditycontrolsystemismoremeaningful.ThisdesignusestheAT89S51microcontrollerandDHT11temperatureandhumiditysensorinthe51MCUseriestoachievethehighcostperformancetemperatureandhumiditycontrolsystem.Thedesignpartisdividedintohardwarecircuitdesignandsystemsoftwaredesign.ThehardwarecircuitdesignismainlycomposedofAT89S51microcontroller,DHT11temperatureandhumiditysensor,LCD1602display,controlequipmentandsoon.ThedisplaymoduleiscomposedofDHT11temperatureandhumiditysensorandliquidcrystaldisplay,andacontrolmoduleiscomposedofDHT11temperatureandhumiditysensor,controldeviceandbuzzer.Systemsoftwaredesigniscomposedofkeysoftwaredesignandsystemsoftwaredesign
Keywords:
AT89S51SCM;
Temperatureandhumidity;
Sensor
1绪论
1.1选题背景
首先温湿度作为日常生产生活当中的重要指标之一,是需要我们时刻关心的。
例如在大型的养鸡场,幼崽的健康生长和繁衍,都要有一个良好的温湿度环境,温度过高会使幼崽死亡,温度过低会使幼崽孵化不顺利,由此就可以看出日常生活中都离不开温湿度的影响。
其次随着科学技术的发展和提高,温湿度已经成为当今世界最具有发展潜力和发展前景的社会研究方向之一,为了方便人们的生产劳作,各种温湿度控制方面的科技产品应运而生,例如空气保湿器,自动孵化箱等。
本系统的温湿度检测控制部分由单片机完成。
数值显示部分由1602液晶显示屏和按键设置按钮完成。
报警器由蜂鸣器完成具有较完整的系统设备和功能,是此类型温湿度控制技术的普遍应用。
1.2国内外现状
与国外相比,我国温湿度控制系统发展情况较为落后,在与国外专家交流学习的过程中,我国专家和学者学习到了一部分关于温湿度控制系统的知识,但是仅仅只能了解到关于微系统控制的部分内容,这还是得益于我国专家和学者的不懈努力,却仍然不足以解决我国面临的问题。
想要彻底解决问题,使温湿度控制系统普及,依旧需要所有人的不懈努力和探索。
我国作为一个农业大国,农业仍旧是我国经济发展的重中之重,然而蔬菜大棚的发展和粮食的运输储存仍旧存在很大困难。
在我国西部地区,依然存在较多地区的温饱问题得不到解决,粮食的储存得不到保障,使得经济发展滞后,引起地区发展不平衡,从而导致先富带动后富的方案执行不彻底,人民大众的生存问题得不到保障。
国外的温湿度控制系统相关科学技术发展较早,完整的理论和实践成熟的较快。
就目前而言,国际上正在研究自动化的计算机数据采集与控制系统,其中以
欧美国家为首,在自动化的道路上越走越远,已经由基础的温湿度测控系统转向自动化、无人化的计算机管理系统,通过自动测试,微电子已经计算机技术研究出智能化温湿度传感器等一系列科技产品。
1.3系统主要内容
在温湿度控制系统中,需要了解温湿度的控制在储存粮食方面的重要性,才能对目前面临的问题做出最为合理的判断,才能够更好的解决用户当前所面临的问题。
数字化检测方法可以检测出环境中的温湿度发生变化时,传感器立即感受到并将刚刚变化的电阻通过转换信号检测和转换电路转换为对应的电压,接着将模拟的电压信号通过A/D转换器转换为数字信号并传送到单片机,由单片机处理过后将具体数值输入到外部显示器,用户就可以通过查看外部显示器从而得到目前的温湿度值。
本系统中用户可以通过按键调整检测值上下限,设定用户觉得最适宜的温湿度范围,然后通过传感器引脚检测出当前温湿度数值并将当前温湿度数值传送给中央控制器,中央控制器将获得的数值与检测值范围进行比较,如果当前温湿度数值不符合检测值范围,则蜂鸣器进行报警提示,使得温湿度控制设备启动,使当前温湿度数值调整为正常范围,使系统正常运行。
2需求分析及设计方案
2.1需求分析
本次设计作为一个以单片机为核心的“温湿度数据采集”系统,需要的功能有以下几个:
(1)能够准确的检测出当前的温湿度数值并显示。
(2)能够让用户自己设定检测值,实现实时检测和改变。
(3)若当前温湿度数值未处于检测值范围,蜂鸣器发出警报进行提示,单片机
接受到蜂鸣器发出的报警信号,启动控制设备,进行温湿度控制。
(4)报警的方式为三极管驱动的蜂鸣器报警。
(5)系统显示均采用LCD四位显示。
2.2设计目标
本次设计主要实现的是对温湿度的控制和报警,首先用户自己设定一个温湿度检测值范围,然后通过温湿度检测模块检测出当前环境下的温湿度实际数值,将温湿度实际数值与用户自己设定的温湿度检测值范围进行比较,如果温湿度实际数值不处于用户设定的检测值范围,蜂鸣器触发警报,然后启动温湿度控制模块,将当前环境下的温湿度数值调整至检测值范围内,当温湿度实际数值处于检测值范围后,控制设备停止运行,系统正常工作。
本系统主要包括以下几个模块:
(1)温湿度数据采集模块;
(2)数据处理模块;
(3)控制模块;
(4)蜂鸣器模块;
(5)显示模块。
本次系统设计原理如图2-1所示。
图2-1温湿度检测系统原理图
2.3设备选择及系统电路
本次设计是为了实现当前场所的温湿度控制,主要的问题在于获取数值的准确度以及如何实现控制。
(1)检测模块应当采用一款稳定性和准确度都极高的传感器;
(2)控制模块主要是为了实现将不符合检测值范围的温湿度调整为检测值范围内,实现当前场所的温湿度控制。
所以高效和稳定就是控制模块中选用设备最关键的部分。
2.3.1DHT11温湿度传感器
DHT11数字化温湿度传感器是当前社会下含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器里面最稳定和准确的传感器,它与以前的传感器有所区别,以前的传感器温度和湿度测量是两个不同的传感器,而DHT11传感器集温度和湿度检测于一身,而且具有专用的温湿度传感器元器件和数字化、模块化的采集技术,性能执行效率高而且数据可靠。
DHT11传感器内部含有一个NTC温度测量和一个电阻式的传感元器件,通过与AT89S51单片机相连接,精确的测量当前场所的温湿度数值,并且通过电阻式的电路信号和信号转换模块传递给单片机,通过单片机数据传输,由1602显示屏来显示当前场所的温湿度数值。
在DHT11传感器工作时,首先传感器处理温湿度信号,通过感应元件,检测
出数值后,通过传感器本身带有的校准系数进行比较。
而且DHT11传感器和单片机采用单线制串行接口,使得系统本身功耗低,速度快,而且传感器本身的数据传输距离更长,能够达到的检测范围更广,就使得DHT11传感器具有其他类型的传感器不具有的优势。
图2-2DHT11传感器电路原理图
如图2-2为DHT11温湿度传感器电路原理图,其中四条电源引脚中有两条是电源引脚,另外两条是数据输出引脚,在数据输出引脚的位置采集当前场所的温湿度数值,转化为电阻式信号,用过A/D转换芯片,将电压模拟数值量转换为数字信号后,再由单片机将信号转换为实际温湿度数值,传递给LCD1602液晶显示屏。
2.3.2串行接口
DATA用于微处理器和DHT11传感器之间的功能通讯和数据同步,首先采用的就是单线串行接口进行通讯,每次通讯获得一次数据,将数据对比产生校验准确度,接着对比温湿度数值。
用户发送开始信号后,DHT11传感器转换模式,进入开机模式,将电平由待机模式下的低电平转换为工作模式下的高电平,工作状态启用后,感应器进入高速运转模式,获得用户发出的开始信号结束信号的时,感应元件立即收集信号,进行数据采集,但是在没有收到用户发出的开始信号结束信号前,感应元件不收集信号,而是等待开始信号结束信号。
在总线空置时,系统电平为低电平,用户需要将系统电平拉高,等待DHT11传感器响应,一旦DHT11传感器获得用户发出的开始信号,系统开始工作,DHT11传感器开始等待开始信号结束信号,获得结束信号后,感应元件收集当前场所温湿度数值并转化为电压信号,单片机读取转换芯片发出的数字信号,获取传感器传递的温湿度数据。
在DHT11传感器向单片机发送响应信号的时候,总线电平为低电平,传感器将电平拉高,等待响应信号结束。
如果电平为高电平,DHT11传感器没有向单片机发送响应信号,那么线路连接出了问题;
而如果总线电平为低电平,DHT11传感器依然运行,那么可能是系统错误启动导致感应元件接受错误信号,因而导致运行出错。
在数据传输结束时,系统电平回调为低电平,总线进入空置。
2.3.3引脚说明
DHT11传感器具有多个引脚,各个引脚功能不同,具体功能如表2.3所示。
表2.3DHT11传感器应用原理图
pin
名称
注释
1
VDD
供电3-5.5V
2
DATA
串行数据,单总线
3
NC
空脚,悬空
4
GND
接地,电
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