基于SHT11温湿度环境监测控制系统设计
基于SHT11温湿度环境监测控制系统设计
在对市场同类产品进行分析研究比较的基础上，设计了一款基于SHT11温湿度传感器及AT89C51单片机的环境温湿度监测控制系统，从硬件和软件两方面设计并实现了对温湿度的精确监测。该监控系统设计主要介绍了SHT11温湿度传感器、AT89C51单片机、LCD1602液晶显示器等元器件，并对整个设计的软件仿真及硬件组成进行了详细的介绍，阐述了环境温湿度监测控制系统的工作原理和详细设计方案。最后在实现Protues软件仿真的基础上，进行硬件部分的电路设计和焊接制作，并进行了最终硬件调试。
关键词 SHT11，AT89C51，温湿度监测与控制
1 引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2 课题设计内容和意义 1
1.3 设计要求 2
2 仿真软件介绍 2
2.1 Protues软件介绍 2
2.2 Keil C51简介 3
3 硬件设计部分 4
3.1芯片介绍 5
3.2模块功能介绍 16
4 软件设计部分 19
4.1主程序流程图 19
4.2温湿度信号采集处理框图 20
4.3 LCD1602显示框图 20
5 仿真与调试 21
5.1 软件仿真 21
5.2 硬件调试 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录A 程序代码 25
1．1 课题研究背景
科技日益发展的当下，温、湿度监控已经普遍应用于人类平常的社会活动中，大家通常是通过使用最简单的温湿度测量仪来量取温湿度值，经过人工加热、冷却、通风、加湿设备来控制局部环境的温度和湿度，不过效率低、精度差、延迟很高，而且带来的成本高，随其常规方式所需的劳动强度也变得很大。粮仓、畜牧场、医疗卫生单位以及部分重要展览厅等场所对环境温度和湿度要求是较高的，由于温度极热或者极冷导致的元器件坏损出现误差或者因为环境湿度太高而导致的潮湿霉变等诸多不利影响时有发生，甚至是安全事故，对系统的可靠运行产生严重影响，或将危及到人员人身和财产安全。粮仓、农业大棚对温湿度监测要求异常严格其中所涉及的农业产品对环境的要求。农民张某在大棚中新种的一批西红柿秧苗，因为空气干燥环境过于燥热而未能几时发现，最终导致秧苗大批旱死酿成颗粒无收的意外；某书店在梅雨季节因为员工检查不及时，最终导致仓库大量存书因为环境过于潮湿而发生潮湿霉变，影响最终销售带来巨大损失。以上案例并不是个例，因为环境温湿度改变而未能及时觉察发现，并导致财产甚至是生命危险的实例时有发生，这就对环境温湿度监控力度有了更高的要求和标准。
1．2 课题设计意义和内容
实施对温湿度的监控日显重要。一些用户会选用二极管来当做温度和湿度传感器，不过因为它的互相置换效果较差，使用的成效并不尽如人意[1]。然而由于微控制器测量及控制技术得到了空前发展，其应用更加普及。依托微控制器为基础的环境温度和湿度监测控制系统的科研与使用较大限度地提高了我们对日常生活中对温度与湿度监控水平需要的提升，根据这一现状，作者将SHT11传感器快速精确的传感特性和单片机优越微控制技术相结合设计了一款高稳定性、低廉成本的温度与湿度监控系统[2]。改课题使用的是AT89C51微处理器作为主导，SHT11传感器作为信号传感与采集体系，将温度传感和湿度传感作用共同实现，而本身具备的模数转换器，更是让此温湿度传感仪具有很小的体积、低廉的成本、高精确度、接口简洁等多种优势，而且还具备优秀的抗干扰能力。编辑优化程序并载入后，使得这个温湿度传感仪具备更高实用性的市场潜力。
1．3 设计要求
（1） 基本功能 ?
检测湿温度 ?
实时显示温湿度 ?
设定温湿度报警值 ?
过限报警
（2） 主要技术参数
温度检测范围： -30℃～+50℃（可按键调整） ?
测量精度： ±1℃
湿度检测范围： 10%-100%RH（可按键调整） ?
检测精度： ±1%RH ?
显示方式： LCD液晶显示 ?
报警方式： 声光超限报警
2 仿真软件介绍
本设计采用了Protues和keil c51两款软件，由Keil c51软件编写源程序代码，然后载入Protues软件模拟硬件部分，实现设计的虚拟仿真，为后期硬件的焊接制作打下基础。
2.1 Protues软件简介
由英国Labcenter electronics公司推出的EDA工具Protues仿真软件，不但拥有其他EDA软件强大的模拟仿真作用[3]，而且还能够模拟单片机和与之配属的其他电路元件和芯片（包括下文提及的SHT11和LCD1602）。它是目前市场上最优秀的单片机及其组件的仿真软件之一。虽然目前在国内推广起步不久，却已经被广大单片机相关项目科研者、单片机课程教学的师生以及专项研发市场供应商们的认可和赞同。Proteus仿真软件是目前业内市场上最被认可的一款具有强大仿真功能的软件，无论是进行原理图排版布局、源程序代码仿真调试加载还是对单片机及其相关配属电路元器件的通用仿真调试，Protuese都能完美应对，包括一键切换到PCB设计，将实际概念产品通过计算机仿真软件完美地模拟出来，为学术研究和教学以及科研提供了极大的便利[3]。就目前业内发展而言，Protues软件俨然成为惟一一款把电路仿真、PCB设计和模拟调试三项功用集于一体的综合开发平台。
软件仿真：支持当前市场上的主流单片机，如51系列、AVR系列等等，因为种类繁多就不一一列举。
（1）.提供软件模拟调试功能。
（2）.提供海量的外围接口器件和仿真。存储器，键盘，电动机，二极管，液晶芯片，数模/模数信号转换器，部分SPI器件等等。这样更接近实际。在学生学习时，可以采用不同的方案，这样能有效提高学生能力。
（3）.提供丰富的虚拟仪器模拟，使用虚拟仪器在仿真阶段中可以观测外围电路的特性，提高学生实际硬件调试能力。
（4）.自带强大的原理图绘制等功能。
模拟仿真流程：利用Protues软件的库内元器件模型来绘制我们需要原理图，加载已编辑的目标程序文件：*.HEX文件，然后点击运行电路，观察模拟电路的运行状态并记录所需要的数据和现象。Protues 是单片机实验教学小助手，它可以实现许多单片机种类的功能实际等同仿真（包括其实例运行过程状态）。前者能在相当大的限度上进行实物演示实验，后者却是大部分实物演示实验所难达到的效果。他的元器件、联接线路等能够和传统的单片机实际硬件高吻合度对应。在一定限度上，Protues可以取代绝大部分的单片机所需要进行的课堂教实践学。例如：元器件种类的选择、器件原理电路的连接、线路的检测、原理图的修正和改善、软件部分的仿真调试和运算结果等。简单课程设计、自主毕业设计都是学生在校期间以及迈向工作岗位过程中必须经过的实践教学环节。因为Protues能够支持的是普通课堂研究室不能比拟的海量元器件库，提供的修改电路设计的灵活性、包含的实验室在数量、质量上无可比及的虚拟仪器元件、仪表等，从而使它成为了提升学生实践能力、创造能力的新兴平台。伴随着科技时代的迅速发展“计算机仿真技术”日益成为许多设计部门常用的前期设计手段。它不仅具有设计灵活，更能保证结果、过程基本统一的特点，能够使设计时间大幅缩短、资源成本大为减少，同样可以降低工程制造过程中的风险。随着单片机应用和Protues仿真软件的普及与发展，它们的综合利用将越来越受欢迎。
在对市场同类产品进行分析研究比较的基础上，设计了一款基于SHT11温湿度传感器及AT89C51单片机的环境温湿度监测控制系统，从硬件和软件两方面设计并实现了对温湿度的精确监测。该监控系统设计主要介绍了SHT11温湿度传感器、AT89C51单片机、LCD1602液晶显示器等元器件，并对整个设计的软件仿真及硬件组成进行了详细的介绍，阐述了环境温湿度监测控制系统的工作原理和详细设计方案。最后在实现Protues软件仿真的基础上，进行硬件部分的电路设计和焊接制作，并进行了最终硬件调试。
关键词 SHT11，AT89C51，温湿度监测与控制
1 引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2 课题设计内容和意义 1
1.3 设计要求 2
2 仿真软件介绍 2
2.1 Protues软件介绍 2
2.2 Keil C51简介 3
3 硬件设计部分 4
3.1芯片介绍 5
3.2模块功能介绍 16
4 软件设计部分 19
4.1主程序流程图 19
4.2温湿度信号采集处理框图 20
4.3 LCD1602显示框图 20
5 仿真与调试 21
5.1 软件仿真 21
5.2 硬件调试 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录A 程序代码 25
1．1 课题研究背景
科技日益发展的当下，温、湿度监控已经普遍应用于人类平常的社会活动中，大家通常是通过使用最简单的温湿度测量仪来量取温湿度值，经过人工加热、冷却、通风、加湿设备来控制局部环境的温度和湿度，不过效率低、精度差、延迟很高，而且带来的成本高，随其常规方式所需的劳动强度也变得很大。粮仓、畜牧场、医疗卫生单位以及部分重要展览厅等场所对环境温度和湿度要求是较高的，由于温度极热或者极冷导致的元器件坏损出现误差或者因为环境湿度太高而导致的潮湿霉变等诸多不利影响时有发生，甚至是安全事故，对系统的可靠运行产生严重影响，或将危及到人员人身和财产安全。粮仓、农业大棚对温湿度监测要求异常严格其中所涉及的农业产品对环境的要求。农民张某在大棚中新种的一批西红柿秧苗，因为空气干燥环境过于燥热而未能几时发现，最终导致秧苗大批旱死酿成颗粒无收的意外；某书店在梅雨季节因为员工检查不及时，最终导致仓库大量存书因为环境过于潮湿而发生潮湿霉变，影响最终销售带来巨大损失。以上案例并不是个例，因为环境温湿度改变而未能及时觉察发现，并导致财产甚至是生命危险的实例时有发生，这就对环境温湿度监控力度有了更高的要求和标准。
1．2 课题设计意义和内容
实施对温湿度的监控日显重要。一些用户会选用二极管来当做温度和湿度传感器，不过因为它的互相置换效果较差，使用的成效并不尽如人意[1]。然而由于微控制器测量及控制技术得到了空前发展，其应用更加普及。依托微控制器为基础的环境温度和湿度监测控制系统的科研与使用较大限度地提高了我们对日常生活中对温度与湿度监控水平需要的提升，根据这一现状，作者将SHT11传感器快速精确的传感特性和单片机优越微控制技术相结合设计了一款高稳定性、低廉成本的温度与湿度监控系统[2]。改课题使用的是AT89C51微处理器作为主导，SHT11传感器作为信号传感与采集体系，将温度传感和湿度传感作用共同实现，而本身具备的模数转换器，更是让此温湿度传感仪具有很小的体积、低廉的成本、高精确度、接口简洁等多种优势，而且还具备优秀的抗干扰能力。编辑优化程序并载入后，使得这个温湿度传感仪具备更高实用性的市场潜力。
1．3 设计要求
（1） 基本功能 ?
检测湿温度 ?
实时显示温湿度 ?
设定温湿度报警值 ?
过限报警
（2） 主要技术参数
温度检测范围： -30℃～+50℃（可按键调整） ?
测量精度： ±1℃
湿度检测范围： 10%-100%RH（可按键调整） ?
检测精度： ±1%RH ?
显示方式： LCD液晶显示 ?
报警方式： 声光超限报警
2 仿真软件介绍
本设计采用了Protues和keil c51两款软件，由Keil c51软件编写源程序代码，然后载入Protues软件模拟硬件部分，实现设计的虚拟仿真，为后期硬件的焊接制作打下基础。
2.1 Protues软件简介
由英国Labcenter electronics公司推出的EDA工具Protues仿真软件，不但拥有其他EDA软件强大的模拟仿真作用[3]，而且还能够模拟单片机和与之配属的其他电路元件和芯片（包括下文提及的SHT11和LCD1602）。它是目前市场上最优秀的单片机及其组件的仿真软件之一。虽然目前在国内推广起步不久，却已经被广大单片机相关项目科研者、单片机课程教学的师生以及专项研发市场供应商们的认可和赞同。Proteus仿真软件是目前业内市场上最被认可的一款具有强大仿真功能的软件，无论是进行原理图排版布局、源程序代码仿真调试加载还是对单片机及其相关配属电路元器件的通用仿真调试，Protuese都能完美应对，包括一键切换到PCB设计，将实际概念产品通过计算机仿真软件完美地模拟出来，为学术研究和教学以及科研提供了极大的便利[3]。就目前业内发展而言，Protues软件俨然成为惟一一款把电路仿真、PCB设计和模拟调试三项功用集于一体的综合开发平台。
软件仿真：支持当前市场上的主流单片机，如51系列、AVR系列等等，因为种类繁多就不一一列举。
（1）.提供软件模拟调试功能。
（2）.提供海量的外围接口器件和仿真。存储器，键盘，电动机，二极管，液晶芯片，数模/模数信号转换器，部分SPI器件等等。这样更接近实际。在学生学习时，可以采用不同的方案，这样能有效提高学生能力。
（3）.提供丰富的虚拟仪器模拟，使用虚拟仪器在仿真阶段中可以观测外围电路的特性，提高学生实际硬件调试能力。
（4）.自带强大的原理图绘制等功能。
模拟仿真流程：利用Protues软件的库内元器件模型来绘制我们需要原理图，加载已编辑的目标程序文件：*.HEX文件，然后点击运行电路，观察模拟电路的运行状态并记录所需要的数据和现象。Protues 是单片机实验教学小助手，它可以实现许多单片机种类的功能实际等同仿真（包括其实例运行过程状态）。前者能在相当大的限度上进行实物演示实验，后者却是大部分实物演示实验所难达到的效果。他的元器件、联接线路等能够和传统的单片机实际硬件高吻合度对应。在一定限度上，Protues可以取代绝大部分的单片机所需要进行的课堂教实践学。例如：元器件种类的选择、器件原理电路的连接、线路的检测、原理图的修正和改善、软件部分的仿真调试和运算结果等。简单课程设计、自主毕业设计都是学生在校期间以及迈向工作岗位过程中必须经过的实践教学环节。因为Protues能够支持的是普通课堂研究室不能比拟的海量元器件库，提供的修改电路设计的灵活性、包含的实验室在数量、质量上无可比及的虚拟仪器元件、仪表等，从而使它成为了提升学生实践能力、创造能力的新兴平台。伴随着科技时代的迅速发展“计算机仿真技术”日益成为许多设计部门常用的前期设计手段。它不仅具有设计灵活，更能保证结果、过程基本统一的特点，能够使设计时间大幅缩短、资源成本大为减少，同样可以降低工程制造过程中的风险。随着单片机应用和Protues仿真软件的普及与发展，它们的综合利用将越来越受欢迎。
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