太阳能供电的温湿度检测系统设计(附件)
温湿度的控制和检测在很多生产生活和制造业中体现出不可或缺的作用，本文以单片机STC89C52为主控芯片，用太阳能板提供电源，以DHT11为温湿度传感器，通过DHT11检测周围环境的温湿度，将数据传给单片机显示在1602液晶上，如果测出来的温湿度超过了之前预设的值，就会触发声光报警电路对应的温度和湿度过高或过低的led灯会被点亮。此次设计使用AD软件设计电路并排查错误，然后通过keil C对单片机进行编程，在proteus上进行仿真。这个系统操作简便、可靠性强，而且使用太阳能供电节约能源，可广泛应用于农业大棚、生产车间等场所。关键字 STC89C52，DHT11，温湿度检测
目 录
1 绪论 1
1．1 选题背景 1
1．2 国内外研究现状 1
1．3 研究意义 2
2 系统总体设计 3
2．1 设计要求 3
2．2 整体思路 3
3 硬件设计 4
3．1 最小系统模块 4
3．2 太阳能供电电路 5
3．3 温湿度传感器电路 6
3．4 液晶显示电路 7
3．5 蜂鸣器模块 8
3．6 按键输入模块 9
3．7 LED显示电路 10
4 软件设计 12
4．1 程序设计流程 12
4．2 温湿度传感器程序设计 13
4．3 液晶显示程序设计 17
4．4 超限报警程序设计 20
4．5 键盘扫描程序设计 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 绪论
1．1 选题背景
能源问题一直围绕人类社会的发展，随着煤炭、石油、天然气等常规能源的开采对生态环境的影响越来越大，人们开始转向新能源的开发和研究。太阳能被认为是地球上最直接、最普遍、最清洁的能源[1]。正是利用光生伏特效应，将太阳辐射出光能通过太阳能板转化成为电能，众所周知太阳亘古不变，所以太阳能是取不尽用不竭，对大自然没有污染。太阳能被认为是理想的替代能源[2] *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
。因此，各国越来越青睐太阳能这一清洁能源。
很多行业对温度和湿度的要求非常高，包括药品的储藏、动植物的培育、农业大棚的维护、粮仓内的温湿度控制、工业电子的制造、食品冷链甚至是IT行业机房的环境，这些环境都要严格控制好温湿度，稍有不设，设备可以会产生损耗、产品的质量达不到预期的目标，这些都会造成难以估量的损失。因此，很多国家都十分在意这方面的项目的开展，投入大量人力物力去研究如何快速准确的测量到温度和湿度数据以及设计制造这样的装置，以便更好的生产生活。在物联网发展的背景下，有关太阳能温湿度检测的技术也搭上了时代的快车向着智能化的方向前进，该检测系统可以搭载一个无线通信模块将数据流上传到物联网平台，人工再在移动端查看操作。影响干燥效率和干燥品质的主要因素是干燥箱内的温度和相对湿度的变化，因此一套良好的监测系统就尤为重要。该系统的设计必须要考虑到操作方便，在实地现场的可操作性和实用性，从而提高比以往人工方法更高的干燥效率，也进一步提高了产品的优良率，实现厂家多产工人方便的双赢。
近些年来互联网行业大热，物联网、人工智能、大数据这些名词可能会在很多地方被了解到，温湿度控制也可以利用这些条件向更加智能的方向发展，可以通过下位机检测再有串口通信将数据发送给上位机。
1．2 国内外研究现状
进入到21世纪，随着计算机网络、通信网络和应用电子技术以惊人的速度发展，农产品温湿度检测技术广泛应用于农业研究中，无论在软件还是硬件方面都取得了一定的研究成果[3]。在信息技术领域中，传感器应用最为广泛，始终位于科技前沿，其中温度传感器在生产生活、国防科技、科学研究等领域有着广泛的应用。温湿度传感器也是经历从简单到复杂的发展过程：首先是传统繁复的分立式温湿度传感器，由各式电子元件共同组成，然后发展到模拟集成温湿度传感器[4]，最后发展到集成度更高的智能化温湿度传感器[5]。这种智能化传感器不需要现场人工操作，可以将数据直接传给上位机。由于科学技术的不断进步，传感器在生产制造、工作生活中的重要性不言而喻。并且已经由集成发展为人工智能[6]，由模拟信号发展为数字信号[7]。如今的传感器已经能够实现自动化，未来可实现完全自动化，为认识的使用带来了极大的便利。数字式传感器由于更加的集成化多功能，一个模块就能实现一体化作业，相对来说电路设计也更加稳定更加可靠。信号长距离传输时会受到干扰和衰减的影响[8]导致精度降低，而数字式传感器的输出为数字化数据，省去了模数转换模块，减少了误差从而大大提高了信号传输精度。
国外对温湿度控制方面的技术研究较早，早期模拟式仪器集群用于收集站点信息并执行指令、记录和控制。国外在电子器件和半导体的研究和发展起步早，所以占据着很大的优势，在已有的优势仍在利用精度更高转化速度更快的芯片来设计电路，国外的温湿度传感器的种类也有很多，现在已经向着无人化的方向发展。
我国对于温湿度测控技术的研究较晚，虽然我国是农业大国但是由于我国的地理环境，农业的机械化并不如美国等发达国家农业大棚的发展也不是很先进。很多数据测量的方法和设备还是在借鉴国外的经验[9]。我国的半导体行业起步比较晚，现在还处于学习的状态吸收国外的先进经验来发展自己，在应用电子技术和半导体制造上都还有很长的路要走。在国家政策的鼓励下，很多研究院也在研究制造传感器的工艺和材料，目前还存在可靠性低、不稳定以及产量水平低等缺点，尤其是在高温度环境的测量，对传感器的材料要求更高，这些都需要去突破。传感器是一方面，AD数据的转换和控制芯片都需要同步进步。
1．3 研究意义
在我们日常生活、生产加工产业以及食物冷链等其他方面，温湿度检测都扮演着不可或缺的角色，通过对温湿度的稳定控制才能保证各部门能够正常工作，产品才能达到要求。从农业作物的生长到机械制造业精密工件的加工制造，其都对所处环境的温湿度都有着严苛的要求，特别是在一些粮库和实验室，如果粮库里温度或湿度过高，容易导致谷物发霉，如果实验室温湿度不达标，可能导致测得的数据也有问题。在过去，人们通常使用温度计和湿度计来测量现场的温度和湿度，然后通过手动控制加热、冷却、加湿和除湿设备的方式来控制现场的温度和湿度。这样既浪费了人力物力,而且控制精度低、实时性差。发展先进技术产品的关键环节是精密加工制造技术，该技术也可以用来衡量一个国家的科技能力。通常影响精密机床加工精度的因素主要有传统的导轨直线度和工作台的平行度[10，11]，而如今由于机械加工技术的发展，影响因素已经渐渐变成实际环境温湿度变化所带来的误差。正因为如此，伴随着现代科学技术的逐步发展，温度和湿度的控制显得越来越重要。而在现代科学技术和工业生产领域，尤其是仪器仪表、工业检测、智能控制等方面，单片机具有良好的应用并且取得了相对巨大的成就,并一直向着数字单片机技术、自动化、数字化、智能化的方向发展[12~15]。在农业大棚中应用这样的模块化一体化的系统，可以更加准确实时的检测出大棚内的温湿度，而这些环境条件对农作物的生长更是举重若轻，这样的系统电路结构简单、功能稳定、功耗低，有着广阔的市场前景和多方面应用方向。
目 录
1 绪论 1
1．1 选题背景 1
1．2 国内外研究现状 1
1．3 研究意义 2
2 系统总体设计 3
2．1 设计要求 3
2．2 整体思路 3
3 硬件设计 4
3．1 最小系统模块 4
3．2 太阳能供电电路 5
3．3 温湿度传感器电路 6
3．4 液晶显示电路 7
3．5 蜂鸣器模块 8
3．6 按键输入模块 9
3．7 LED显示电路 10
4 软件设计 12
4．1 程序设计流程 12
4．2 温湿度传感器程序设计 13
4．3 液晶显示程序设计 17
4．4 超限报警程序设计 20
4．5 键盘扫描程序设计 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 绪论
1．1 选题背景
能源问题一直围绕人类社会的发展，随着煤炭、石油、天然气等常规能源的开采对生态环境的影响越来越大，人们开始转向新能源的开发和研究。太阳能被认为是地球上最直接、最普遍、最清洁的能源[1]。正是利用光生伏特效应，将太阳辐射出光能通过太阳能板转化成为电能，众所周知太阳亘古不变，所以太阳能是取不尽用不竭，对大自然没有污染。太阳能被认为是理想的替代能源[2] *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
。因此，各国越来越青睐太阳能这一清洁能源。
很多行业对温度和湿度的要求非常高，包括药品的储藏、动植物的培育、农业大棚的维护、粮仓内的温湿度控制、工业电子的制造、食品冷链甚至是IT行业机房的环境，这些环境都要严格控制好温湿度，稍有不设，设备可以会产生损耗、产品的质量达不到预期的目标，这些都会造成难以估量的损失。因此，很多国家都十分在意这方面的项目的开展，投入大量人力物力去研究如何快速准确的测量到温度和湿度数据以及设计制造这样的装置，以便更好的生产生活。在物联网发展的背景下，有关太阳能温湿度检测的技术也搭上了时代的快车向着智能化的方向前进，该检测系统可以搭载一个无线通信模块将数据流上传到物联网平台，人工再在移动端查看操作。影响干燥效率和干燥品质的主要因素是干燥箱内的温度和相对湿度的变化，因此一套良好的监测系统就尤为重要。该系统的设计必须要考虑到操作方便，在实地现场的可操作性和实用性，从而提高比以往人工方法更高的干燥效率，也进一步提高了产品的优良率，实现厂家多产工人方便的双赢。
近些年来互联网行业大热，物联网、人工智能、大数据这些名词可能会在很多地方被了解到，温湿度控制也可以利用这些条件向更加智能的方向发展，可以通过下位机检测再有串口通信将数据发送给上位机。
1．2 国内外研究现状
进入到21世纪，随着计算机网络、通信网络和应用电子技术以惊人的速度发展，农产品温湿度检测技术广泛应用于农业研究中，无论在软件还是硬件方面都取得了一定的研究成果[3]。在信息技术领域中，传感器应用最为广泛，始终位于科技前沿，其中温度传感器在生产生活、国防科技、科学研究等领域有着广泛的应用。温湿度传感器也是经历从简单到复杂的发展过程：首先是传统繁复的分立式温湿度传感器，由各式电子元件共同组成，然后发展到模拟集成温湿度传感器[4]，最后发展到集成度更高的智能化温湿度传感器[5]。这种智能化传感器不需要现场人工操作，可以将数据直接传给上位机。由于科学技术的不断进步，传感器在生产制造、工作生活中的重要性不言而喻。并且已经由集成发展为人工智能[6]，由模拟信号发展为数字信号[7]。如今的传感器已经能够实现自动化，未来可实现完全自动化，为认识的使用带来了极大的便利。数字式传感器由于更加的集成化多功能，一个模块就能实现一体化作业，相对来说电路设计也更加稳定更加可靠。信号长距离传输时会受到干扰和衰减的影响[8]导致精度降低，而数字式传感器的输出为数字化数据，省去了模数转换模块，减少了误差从而大大提高了信号传输精度。
国外对温湿度控制方面的技术研究较早，早期模拟式仪器集群用于收集站点信息并执行指令、记录和控制。国外在电子器件和半导体的研究和发展起步早，所以占据着很大的优势，在已有的优势仍在利用精度更高转化速度更快的芯片来设计电路，国外的温湿度传感器的种类也有很多，现在已经向着无人化的方向发展。
我国对于温湿度测控技术的研究较晚，虽然我国是农业大国但是由于我国的地理环境，农业的机械化并不如美国等发达国家农业大棚的发展也不是很先进。很多数据测量的方法和设备还是在借鉴国外的经验[9]。我国的半导体行业起步比较晚，现在还处于学习的状态吸收国外的先进经验来发展自己，在应用电子技术和半导体制造上都还有很长的路要走。在国家政策的鼓励下，很多研究院也在研究制造传感器的工艺和材料，目前还存在可靠性低、不稳定以及产量水平低等缺点，尤其是在高温度环境的测量，对传感器的材料要求更高，这些都需要去突破。传感器是一方面，AD数据的转换和控制芯片都需要同步进步。
1．3 研究意义
在我们日常生活、生产加工产业以及食物冷链等其他方面，温湿度检测都扮演着不可或缺的角色，通过对温湿度的稳定控制才能保证各部门能够正常工作，产品才能达到要求。从农业作物的生长到机械制造业精密工件的加工制造，其都对所处环境的温湿度都有着严苛的要求，特别是在一些粮库和实验室，如果粮库里温度或湿度过高，容易导致谷物发霉，如果实验室温湿度不达标，可能导致测得的数据也有问题。在过去，人们通常使用温度计和湿度计来测量现场的温度和湿度，然后通过手动控制加热、冷却、加湿和除湿设备的方式来控制现场的温度和湿度。这样既浪费了人力物力,而且控制精度低、实时性差。发展先进技术产品的关键环节是精密加工制造技术，该技术也可以用来衡量一个国家的科技能力。通常影响精密机床加工精度的因素主要有传统的导轨直线度和工作台的平行度[10，11]，而如今由于机械加工技术的发展，影响因素已经渐渐变成实际环境温湿度变化所带来的误差。正因为如此，伴随着现代科学技术的逐步发展，温度和湿度的控制显得越来越重要。而在现代科学技术和工业生产领域，尤其是仪器仪表、工业检测、智能控制等方面，单片机具有良好的应用并且取得了相对巨大的成就,并一直向着数字单片机技术、自动化、数字化、智能化的方向发展[12~15]。在农业大棚中应用这样的模块化一体化的系统，可以更加准确实时的检测出大棚内的温湿度，而这些环境条件对农作物的生长更是举重若轻，这样的系统电路结构简单、功能稳定、功耗低，有着广阔的市场前景和多方面应用方向。
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