单片机的图书馆温湿度控制系统设计
摘 要本文以51单片机作为主要控制芯片，结合DHT11温湿度传感器设计了一款控制系统，能够馆环境中温湿度的实时准确测量，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了图书馆温湿度控制系统的改进和优化。硬上以最少的元器件和最低的成本构建了一个完整的硬件系统；在软件上以最流畅的代码运行方式实现了对硬件的控制，如果将这款图书馆温湿度控制系统进行大量生产并将之投向市场，能够大大降低这种产品的成本。
目录
一、引言 1
二、方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51型控制器介绍 3
（三） DHT11温湿度传感器 4
（四） HK4100FDC5V继电器介绍 5
（五） LCD1602液晶屏简介 6
（六） 蜂鸣器概述 6
三、硬件系统设计 8
（一） 图书馆温湿度控制系统硬件结构框图设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 8
2. 时钟电路的设计 9
（三） DHT11温湿度传感器电路设计 9
（四） 继电器电路设计 10
（五） 液晶屏电路设计 10
（六） 报警电路设计 11
四、软件系统设计 12
（一） 软件工作流程设计 12
（二） DHT11温湿度传感器工作流程设计 12
（三） 继电器控制流程图设计 13
（四） 液晶屏显示流程设计 14
（五） 报警电路工作流程设计 14
五、实物制作与功能调试 16
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
一、引言
图书馆温湿度检测系统发展背景介绍
所谓的“图书馆温湿度检测系统”是指温湿度检测系统内部被植入了一定程度的控制
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
系统，它已经不再是传统意义上的温湿度检测系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现对图书馆环境中的温湿度识别和检测检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，实现对图书馆中藏书的实施保护以及为阅读者提供适宜的阅读环境，这在很大程度上颠覆了人们对于温湿度检测系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能温湿度检测系统控制系统的发展的背景、国内外发展现近况以及本文设计内容做详细介绍。智能温湿度检测系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中假想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能温湿度检测系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能温湿度检测系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成温湿度传感器、铂电阻传感器、红外探头、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能温湿度检测系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对温湿度控制系统的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能或者极快的温湿度调节速度来打破传统的温湿度检测系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能温湿度检测系统控制系统是非常需要的。
温湿度控制系统国内外发展现状
目前海内外对于智能温湿度检测系统的研究可谓是处于一种如火如奈的状况，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能温湿度检测系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能温湿度检测系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现精度达到0.001摄氏度精度的温湿度检测系统，如此高的检测精度已经突破了现有的温湿度检测系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能温湿度检测系统控制系统，但是距离千分之一的检测精度指标还有一小段距离。
本文研究主要内容
本次论文结构安排如下：
第一章是论文设计的绪论部分，对图书馆温湿度系统的发展背景以及发展现状做了简要介绍，并通过将国内外相关企业、研究小组对该系统的实现程度进行了对比，最终确立了本文的研究目标和指标。
第二章对控制系统的总体设计方案进行了设计，主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫。
第三章为图书馆温湿度控制系统的硬件电路设计章节，对51单片机最小系统以及外围电路的详细原理图进行了设计。
第四章为图书馆温湿度控制系统的软件部分设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路。
下面为本课题所设计系统将要实现的功能指标：
1、能够实现图书馆室内温度和湿度的实时测量；
2、能够设定目标湿度，当室内湿度偏离设定值时，系统能更快进行快速调节；
3、具有报警功能，当温湿度偏离设定值时，发出报警信号；
4、测得的温湿度可通过液晶屏进行显示；
二、方案选择及元器件介绍
（一）系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
目录
一、引言 1
二、方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51型控制器介绍 3
（三） DHT11温湿度传感器 4
（四） HK4100FDC5V继电器介绍 5
（五） LCD1602液晶屏简介 6
（六） 蜂鸣器概述 6
三、硬件系统设计 8
（一） 图书馆温湿度控制系统硬件结构框图设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 8
2. 时钟电路的设计 9
（三） DHT11温湿度传感器电路设计 9
（四） 继电器电路设计 10
（五） 液晶屏电路设计 10
（六） 报警电路设计 11
四、软件系统设计 12
（一） 软件工作流程设计 12
（二） DHT11温湿度传感器工作流程设计 12
（三） 继电器控制流程图设计 13
（四） 液晶屏显示流程设计 14
（五） 报警电路工作流程设计 14
五、实物制作与功能调试 16
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
一、引言
图书馆温湿度检测系统发展背景介绍
所谓的“图书馆温湿度检测系统”是指温湿度检测系统内部被植入了一定程度的控制
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
系统，它已经不再是传统意义上的温湿度检测系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现对图书馆环境中的温湿度识别和检测检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，实现对图书馆中藏书的实施保护以及为阅读者提供适宜的阅读环境，这在很大程度上颠覆了人们对于温湿度检测系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能温湿度检测系统控制系统的发展的背景、国内外发展现近况以及本文设计内容做详细介绍。智能温湿度检测系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中假想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能温湿度检测系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能温湿度检测系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成温湿度传感器、铂电阻传感器、红外探头、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能温湿度检测系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对温湿度控制系统的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能或者极快的温湿度调节速度来打破传统的温湿度检测系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能温湿度检测系统控制系统是非常需要的。
温湿度控制系统国内外发展现状
目前海内外对于智能温湿度检测系统的研究可谓是处于一种如火如奈的状况，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能温湿度检测系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能温湿度检测系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现精度达到0.001摄氏度精度的温湿度检测系统，如此高的检测精度已经突破了现有的温湿度检测系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能温湿度检测系统控制系统，但是距离千分之一的检测精度指标还有一小段距离。
本文研究主要内容
本次论文结构安排如下：
第一章是论文设计的绪论部分，对图书馆温湿度系统的发展背景以及发展现状做了简要介绍，并通过将国内外相关企业、研究小组对该系统的实现程度进行了对比，最终确立了本文的研究目标和指标。
第二章对控制系统的总体设计方案进行了设计，主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫。
第三章为图书馆温湿度控制系统的硬件电路设计章节，对51单片机最小系统以及外围电路的详细原理图进行了设计。
第四章为图书馆温湿度控制系统的软件部分设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路。
下面为本课题所设计系统将要实现的功能指标：
1、能够实现图书馆室内温度和湿度的实时测量；
2、能够设定目标湿度，当室内湿度偏离设定值时，系统能更快进行快速调节；
3、具有报警功能，当温湿度偏离设定值时，发出报警信号；
4、测得的温湿度可通过液晶屏进行显示；
二、方案选择及元器件介绍
（一）系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
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