基于51单片机的多功能温湿度
基于51单片机的多功能温湿度[20200406124120]
摘 要
温度和湿度是许多工作环境中最重要的物理量之一[1]。本课题以单片机为核心，配合温、湿度传感器和相关电路，用多路温、湿度监测系统对被测场所进行实时精确测量。具体采用编程方式控制温湿度传感器SHT10和STC89C52单片机进行分布式的温、湿度监控，并由RS—485总线将测量结果发送给上位机。本设计具有电路简单，测量精度高的优点，采用分布式结构，可广泛使用于距离远、测量节点分布多的场合。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:温湿度传感器单片机分布式控制系统
目 录
1 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
1.3 本课题研究的内容 2
2 系统相关软硬件 2
2.1系统硬件 3
2.1.1主控芯片STC89C52 3
2.1.2 温湿度传感器SHT10 8
2.1.3人机交互界面LCD12864 9
2.1.4存储芯片AT24C02 12
2.1.5通信芯片MAX485 12
2.2系统软件 13
3 系统的设计 13
3.1系统的硬件设计 13
3.1.1单片机最小系统板 13
3.1.2 温、湿度采集模块 14
3.1.3 地址模块 15
3.1.4 显示模块 16
3.1.5 报警模块 16
3.1.6 存储模块 17
3.1.7通信模块 18
3.2系统的软件设计 19
3.2.1中断 . 20
3.2.2温湿度采集模块 21
3.2.3人机交互界面 24
3.2.4存储模块 25
3.2.5多机通信协 26
3.2.6 CRC校验 28
4 结果分析 29
5 参考文献 31
6 致谢 32
1 绪论
1.1 课题研究的背景
现阶段的温湿度环境监测几乎都采用的人工巡检，温湿度控制主要是被动调控，即需要人为地去操控一些仪器来进行温湿度的调节，此种监测方法具有控制精度低，稳定性差，报警反馈不及时等缺陷。而且采集湿度的器件大都是采用湿敏电容，湿敏电容是将相对湿度这个非电量转换为可以测量的电量，因此需要一些比较复杂的电路来进行信号的处理，再经过A/D转化，才能得到相应的数字量，由硬件电路将数字量转换为相对湿度，需要很多的信号处理电路，电路复杂，测量精度也不够高，不能及时报警。
1.2 课题研究的目的和意义
当需要对多个处于不同环境中的监测点进行监控时，需要对每个观测点进行巡检，会浪费大量的人力，而且由于需要记录的数据较多，难免会出现一些人为的误差，导致测量结果不准确。因此需要一种能够支持分布式测量温湿度的系统来完成这些任务。
本课题研究的主要目的是设计出一个系统精度高、稳定性好、成本低、智能化、使用方便、能够自动调节温湿度的温湿度报警及控制系统。该系统能够准确的测量出当前环境中的温度和相对湿度，可以通过上位机对每个采集点设定温度和相对湿度的上下限。能够将采集到的温湿度与设定好温湿度上下限进行比较，一旦超出或低于该上下限，能够及时响应报警信息，并通过继电器启动调节温度或湿度的外围设备，也能够将采集到的温度和相对湿度以及报警信息通过RS—485总线上传到上位机中，在上位机进行一些数据的处理和分析，能将结果直观的显示出来。减少人在测量和采集温湿度中参与度，避免人为误差的产生，提高系统的测量结果的准确性。
本课题所研究的内容在很多领域都具有重要的应用意义。在农业上，可以将这个系统应用到大棚种植中，实时的检测大棚中各点的温湿度，一旦大棚中的温度或湿度出现异常，会及时的发出报警信息。不再需要人为的每隔一段时间去大棚中观测温度和湿度。在图书馆中，纸质书籍和档案的保存和温湿度有很大的关系，一旦环境的温度或湿度遭到了破坏，纸张很容易变脆，变黄，从而导致一些重要的书籍，档案遭到破坏[2]。可以通过本系统对图书馆中各个点的温湿度进行检测，确保图书、档案处于一个合适的温度和湿度中。
总的来说，本课题的设计不再需要人为的去记录各个检测点的温度和湿度，可以达到自动调节温湿度的目的，并且可以在PC端直观的观察温度和湿度趋势，减少了人力资源的浪费，节约了管理成本。
1.3 本课题研究的内容
本课题主要研究的内容为：
（1）利用传感器测量温湿度；
（2）对温湿度进行相应的数据处理；
（3）制定PC机与各个采集点的通信协议；
（4）保证系统通信的可靠性。
（5）掉电保护措施
2 系统相关软硬件
本课题的整体结构由温湿度采集模块、单片机最小系统模块、地址模块、显示模块、存储模块、报警模块以及通信模块等部分组成的。其系统框图如图2.1.1所示：
图2.1.1 温湿度报警系统的系统框图
2.1 系统硬件
2.1.1主控芯片STC89C52
本系统所选用的单片机为STC89C52单片机，其内部的结构如图2.1.2所示，其芯片引脚图如图2.1.3所示。程序上完全兼容AT89C52指令，具有8K字节的程序存储空间，512个字节的数据存储空间。与AT89C52的单片机相比，它具有以下优点：
（1） 更大的数据存储空间；
（2） 不需要专用下载器，直接通过串口下载程序；
（3） 功耗低，抗干扰能力强，单片机内部自带看门狗电路，程序跑飞能过自动复位。
图2.1.2单片机内部结构图
图2.1.3单片机芯片引脚图
单片机主要引脚以及其功能如下：
l RST 单片机复位端。复位时，需要在此引脚上出现两个机器周期的高电平，使单片机复位[3]。
l XTAL1、XTAL2 接晶体振荡器端。
l 片内、片外程序存储器选择输出/编程电压输入。
单片机的P0口是漏极开路的，当使用P0口作为输入输出口时，需要外接上拉电阻（这个电阻的阻值一般取10KΩ）才能正常使用。P0、P1、P2口都是准双向口，即当着三种端口作为输入口的时候需要先将端口置“1”，做好读的准备，才能正常的读取数据。P3口除了作为一般准双向口使用外，每个引脚还有特殊功能，每位的功能定义如下图2.1.4所示。
图2.1.4 P3口引脚特殊功能
在单片机与外设交换信息时候，单片机经常需要等待外设将数据处理完成。造成很多的资源的浪费。为了解决这个问题，发展了中断的概念。良好的中断系统能够提高单片机的实时处理能力[3]。当单片机正在进行某项任务时，外部设备或者单片机内部发送一个中断请求，需要单片机去执行相关的操作。单片机暂停正在处理的事务，转而去执行这个中断事件。当单片机处理完中断事件以后回到原来位置，继续向下执行程序。向单片机发送中断信号的称为中断源。当有多个中断源的中断请求是在同一时间发送给单片机，单片机将根据每个中断源的优先级，高优先级的中断请求的第一时间相应。单片机总共有5个中断，其中2个为外部中断请求 和 ，2个为片内定时器/计数器T0和T1的溢出中断请求TF0和TF1，一个为片内串行口的发送和接受中断请求[3]。本课题中主要运用到的中断源为定时器0和串行口的中断，下面将详细介绍单片机的这两种中断源。
（1）单片机的定时中断源
在测控技术中，经常需要定时的检测某个物理量，或者按照一定的时间间隔进行某种控制[4]。这些操作可以利用软件的延时来进行，但是这样就必然会导致CPU的工作效率降低。STC89C52内部集成了3个16为的定时器/计数器，用来实现延时或者计数，以提高CPU的执行效率。
摘 要
温度和湿度是许多工作环境中最重要的物理量之一[1]。本课题以单片机为核心，配合温、湿度传感器和相关电路，用多路温、湿度监测系统对被测场所进行实时精确测量。具体采用编程方式控制温湿度传感器SHT10和STC89C52单片机进行分布式的温、湿度监控，并由RS—485总线将测量结果发送给上位机。本设计具有电路简单，测量精度高的优点，采用分布式结构，可广泛使用于距离远、测量节点分布多的场合。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:温湿度传感器单片机分布式控制系统
目 录
1 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
1.3 本课题研究的内容 2
2 系统相关软硬件 2
2.1系统硬件 3
2.1.1主控芯片STC89C52 3
2.1.2 温湿度传感器SHT10 8
2.1.3人机交互界面LCD12864 9
2.1.4存储芯片AT24C02 12
2.1.5通信芯片MAX485 12
2.2系统软件 13
3 系统的设计 13
3.1系统的硬件设计 13
3.1.1单片机最小系统板 13
3.1.2 温、湿度采集模块 14
3.1.3 地址模块 15
3.1.4 显示模块 16
3.1.5 报警模块 16
3.1.6 存储模块 17
3.1.7通信模块 18
3.2系统的软件设计 19
3.2.1中断 . 20
3.2.2温湿度采集模块 21
3.2.3人机交互界面 24
3.2.4存储模块 25
3.2.5多机通信协 26
3.2.6 CRC校验 28
4 结果分析 29
5 参考文献 31
6 致谢 32
1 绪论
1.1 课题研究的背景
现阶段的温湿度环境监测几乎都采用的人工巡检，温湿度控制主要是被动调控，即需要人为地去操控一些仪器来进行温湿度的调节，此种监测方法具有控制精度低，稳定性差，报警反馈不及时等缺陷。而且采集湿度的器件大都是采用湿敏电容，湿敏电容是将相对湿度这个非电量转换为可以测量的电量，因此需要一些比较复杂的电路来进行信号的处理，再经过A/D转化，才能得到相应的数字量，由硬件电路将数字量转换为相对湿度，需要很多的信号处理电路，电路复杂，测量精度也不够高，不能及时报警。
1.2 课题研究的目的和意义
当需要对多个处于不同环境中的监测点进行监控时，需要对每个观测点进行巡检，会浪费大量的人力，而且由于需要记录的数据较多，难免会出现一些人为的误差，导致测量结果不准确。因此需要一种能够支持分布式测量温湿度的系统来完成这些任务。
本课题研究的主要目的是设计出一个系统精度高、稳定性好、成本低、智能化、使用方便、能够自动调节温湿度的温湿度报警及控制系统。该系统能够准确的测量出当前环境中的温度和相对湿度，可以通过上位机对每个采集点设定温度和相对湿度的上下限。能够将采集到的温湿度与设定好温湿度上下限进行比较，一旦超出或低于该上下限，能够及时响应报警信息，并通过继电器启动调节温度或湿度的外围设备，也能够将采集到的温度和相对湿度以及报警信息通过RS—485总线上传到上位机中，在上位机进行一些数据的处理和分析，能将结果直观的显示出来。减少人在测量和采集温湿度中参与度，避免人为误差的产生，提高系统的测量结果的准确性。
本课题所研究的内容在很多领域都具有重要的应用意义。在农业上，可以将这个系统应用到大棚种植中，实时的检测大棚中各点的温湿度，一旦大棚中的温度或湿度出现异常，会及时的发出报警信息。不再需要人为的每隔一段时间去大棚中观测温度和湿度。在图书馆中，纸质书籍和档案的保存和温湿度有很大的关系，一旦环境的温度或湿度遭到了破坏，纸张很容易变脆，变黄，从而导致一些重要的书籍，档案遭到破坏[2]。可以通过本系统对图书馆中各个点的温湿度进行检测，确保图书、档案处于一个合适的温度和湿度中。
总的来说，本课题的设计不再需要人为的去记录各个检测点的温度和湿度，可以达到自动调节温湿度的目的，并且可以在PC端直观的观察温度和湿度趋势，减少了人力资源的浪费，节约了管理成本。
1.3 本课题研究的内容
本课题主要研究的内容为：
（1）利用传感器测量温湿度；
（2）对温湿度进行相应的数据处理；
（3）制定PC机与各个采集点的通信协议；
（4）保证系统通信的可靠性。
（5）掉电保护措施
2 系统相关软硬件
本课题的整体结构由温湿度采集模块、单片机最小系统模块、地址模块、显示模块、存储模块、报警模块以及通信模块等部分组成的。其系统框图如图2.1.1所示：
图2.1.1 温湿度报警系统的系统框图
2.1 系统硬件
2.1.1主控芯片STC89C52
本系统所选用的单片机为STC89C52单片机，其内部的结构如图2.1.2所示，其芯片引脚图如图2.1.3所示。程序上完全兼容AT89C52指令，具有8K字节的程序存储空间，512个字节的数据存储空间。与AT89C52的单片机相比，它具有以下优点：
（1） 更大的数据存储空间；
（2） 不需要专用下载器，直接通过串口下载程序；
（3） 功耗低，抗干扰能力强，单片机内部自带看门狗电路，程序跑飞能过自动复位。
图2.1.2单片机内部结构图
图2.1.3单片机芯片引脚图
单片机主要引脚以及其功能如下：
l RST 单片机复位端。复位时，需要在此引脚上出现两个机器周期的高电平，使单片机复位[3]。
l XTAL1、XTAL2 接晶体振荡器端。
l 片内、片外程序存储器选择输出/编程电压输入。
单片机的P0口是漏极开路的，当使用P0口作为输入输出口时，需要外接上拉电阻（这个电阻的阻值一般取10KΩ）才能正常使用。P0、P1、P2口都是准双向口，即当着三种端口作为输入口的时候需要先将端口置“1”，做好读的准备，才能正常的读取数据。P3口除了作为一般准双向口使用外，每个引脚还有特殊功能，每位的功能定义如下图2.1.4所示。
图2.1.4 P3口引脚特殊功能
在单片机与外设交换信息时候，单片机经常需要等待外设将数据处理完成。造成很多的资源的浪费。为了解决这个问题，发展了中断的概念。良好的中断系统能够提高单片机的实时处理能力[3]。当单片机正在进行某项任务时，外部设备或者单片机内部发送一个中断请求，需要单片机去执行相关的操作。单片机暂停正在处理的事务，转而去执行这个中断事件。当单片机处理完中断事件以后回到原来位置，继续向下执行程序。向单片机发送中断信号的称为中断源。当有多个中断源的中断请求是在同一时间发送给单片机，单片机将根据每个中断源的优先级，高优先级的中断请求的第一时间相应。单片机总共有5个中断，其中2个为外部中断请求 和 ，2个为片内定时器/计数器T0和T1的溢出中断请求TF0和TF1，一个为片内串行口的发送和接受中断请求[3]。本课题中主要运用到的中断源为定时器0和串行口的中断，下面将详细介绍单片机的这两种中断源。
（1）单片机的定时中断源
在测控技术中，经常需要定时的检测某个物理量，或者按照一定的时间间隔进行某种控制[4]。这些操作可以利用软件的延时来进行，但是这样就必然会导致CPU的工作效率降低。STC89C52内部集成了3个16为的定时器/计数器，用来实现延时或者计数，以提高CPU的执行效率。
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