基于AT89C51单片机的温湿度控制系统设计
基于AT89C51单片机的温湿度控制系统设计 [20200128194217]
摘要
核心部件为AT89C51 ,设计基于单片机控制的多用温湿度系统,介绍系统显示模块的硬件结构和温湿度监测电路的结构。 该系统具有日历时钟、温湿度显示、复位、校对、调整、报警等功能,操作方便,应用范围广泛。
摘要 1
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机;温湿度;显示;测量;日历时钟
引言 2
一、 系统总体设计与分析 2
（一）总体方案 2
（二）系统方案论证 3
二、系统硬件设计 3
（一）温湿度采集转换模块硬件设计 4
1.SHT11介绍 4
2. 工作原理 5
3. 输出特性 5
4. 寄存器配置 6
5. 接口电路 7
（二） 单片机系统硬件设计 8
（三） RS232串口通信模块硬件设计 8
（四） LCD显示硬件设计 9
（五） 键盘控制模块硬件设计 10
（六）报警接口模块硬件设计 11
（七） 时钟模块硬件设计 12
三、 系统软件设计 13
（一） 系统整体框架介绍 14
（二）温湿度采集转换模块软件设计 15
（三） 键盘控制模块软件设计 16
（四） LCD显示模块软件设计 16
（五） 串口通信模块软件设计 17
四、电路仿真 18
五、总结 20
六、致 谢 20
参 考 文 献 20
附录A 21
附录B 22
引言
现代生活中，环境是比较重要的影响因素之一，影响最大的就是农业生产，其中最大的影响因素是温度和湿度。如果昼夜的温湿度变化大，对植物生长非常不利。因此对温湿度进行监测和控制，使其促进植物的生长，并且提高植物的产量和质量。目前我国农业正在向优质、高产、高效益为目标的现代农业进发 [1]。因此，温湿度测量控制是现代化农业的重要标志，作为农业生产种植周期短、品种优良、高产量的手段[2]。
在农产品的生产和贮存环节温湿度测量控制是极其重要的。温室大棚已得到广泛应用在现代生产中，但在我国人工管理是温室环境测量控制的主要手段，阻碍农业生产发展，严重影响农业生产效率。因此，使用先进的人工智能技术，有效地控制影响植物生长的因素，给植物最佳的生长环境，做到既提高产品的产量、质量，又尽可能的降低费用，这对温室环境自动测量和控制是极其有需要的。温湿度测量控制是温室测量控制设施的关键[3]。在贮存中，温湿度是粮库中粮食安全储藏的主要参数，但人工测量的方法是大多数粮库采用的，这不仅增加了粮库工作人员的工作量，使其工作效率低下，特别是大型粮库的温湿度检测控制若不能及时完成，就有可能造成大量粮食的变质。因此，完善的温湿度测量控制系统对生产存储是很有必要的[4] 。
此次设计的是基于单片机的温湿度测量系统，系统是以MCS-51系列单片机为核心的温湿度测量控制，并能实现报警和根据情况做出正确的处理方法。系统还有串口数据模块，可以将收集到的数据传送到计算机，提供给技术人员记录处理。
一、 系统总体设计与分析
（一）总体方案
根据设计功能要求，系统分如下部分：
ü 温湿度监控：对环境温湿度测量，通过单片机处理显示环境温湿度。
ü 报警处理：当温湿度超过限定的范围时，发出警报。
ü 显示： LCD显示温湿度和时间。
ü 键盘控制： 调整温湿度和时钟上下限。
ü 串口通信： 将收集的数据发送给PC机。
（二）系统方案论证
当单片机被用作测控系统时，系统必须要有被测量信号通过输入通道，并由单片机选取有用的信息。对于测量系统来说，核心任务是如何准确收集被测量信号；而对于测量控制系统来说，除对被控对象的信号测试外，还要把测试数据与控制条件对比，并实时控制对应设备。
实现测量控制的首要环节是传感器，传感器是测量控制系统的关键部件，传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量控制才能实现。工业生产过程中的自动化测量控制，几乎全部靠传感器来测量控制生产过程中的参量，使设备和系统正常运行，保证生产的效率和质量[5]。
这次设计的温湿度传感器是SHT11。
SHT11传感器是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器有一个电容式聚合体测湿元件以及一个能隙式测温元件，并和一个14位的A/D转换器以及串行接曰电路在同一芯片上实现无缝连接。因此，SHT11品质优越、响应超快、抗干扰能力出众等特点。SHT11传感器的校准要求高，都在极为精确的温湿度校验室中进行校准。OTP内存中储存有校准系数，传感器内部在检验信号的处理过程中要调用校准系数。两线制串行接口和内部基准电压，使系统集成变得简易快捷。体积和功耗的微小，使其成为各类应用的最佳选择。
二、系统硬件设计
本系统硬件有：报警电路、单片机及附属电路、LCD显示、键盘控制、时钟模块、温湿度采集模块、RS232串口通信模块等。系统整体电路框图如图2.1所示。
图2.1 系统整体电路框图
（一）温湿度采集转换模块硬件设计
1.SHT11介绍
瑞士Sensirion公司推出的SHT11是基于COMSensTM技术的新型温湿度传感器。
温湿度传感器SHT11的主要特性如下：
? COMSensTM技术（将温湿度传感器、A/D转换、信号放大、I2C总线接口全部集成于同一块芯片中）；
? 具有全校准相对温湿度及温湿度值输出；
? 具有露点值计算输出；
? 具有长期稳定性；
? 可表面贴装，小体积（7.65×5.08×23.5mm）；
? 具有准确的CRC数据传输校验；
? 片内装载的校准系数能100%互换性；
? 电压范围为2.4～5.5V；
电流消耗,测量时为550uA，休眠时为3uA。
温湿度传感器 SHT11采用LCC (SMD)表面贴片形式，管脚排列如图2.2所示，其引脚如下：
(1) DATA：双向串行数据线；
(2)GND：接地端；
DATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿后改变状态，并只在SCK时钟上升沿有用。在数据传输期间，当SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号发生冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要把外部的上拉电阻将信号提升至高电平。上拉的电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。
(3)SCK：串行时钟输入；
SCK用于微处理器与SHT11之间的通讯同步。因为接口具有完全静态逻辑，所以不存在最小SCK频率。
(4)VDD电源端：0.4～5.5V电源端；
温湿度传感器SHT11的工作电压为2.4～5.5V。SHT11上电后，要等待11 ms后度过“体眠”状态。这段时间不需发送指令。电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个100nF的电容，用以去藕滤波。
(5)NC：空管脚。
2. 工作原理
温湿度传感器SHT11的温湿度检测功能，使用静电容量型的结构，以及使用的不同保护的“微结构”测试电极系统具有聚合物涂层形成，除了保持原有的特性以外的电容式湿度传感器芯片电容器该设备，但也是为了抵御外界的影响。由于温度传感器和湿度传感器相结合，形成自，因此测量精度高，可以精确地得到的露点值，之间不产生的温度和湿度传感器的温度梯度引起的误差。 CMOSensTM技术不仅相结合的温度和湿度传感器，而且信号放大器，A / D转换，校准数据存储器，一个标准的I2C总线等电路集成在一个芯片上。 SHT11传感器的内部框图如图2.3所示。
摘要
核心部件为AT89C51 ,设计基于单片机控制的多用温湿度系统,介绍系统显示模块的硬件结构和温湿度监测电路的结构。 该系统具有日历时钟、温湿度显示、复位、校对、调整、报警等功能,操作方便,应用范围广泛。
摘要 1
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机;温湿度;显示;测量;日历时钟
引言 2
一、 系统总体设计与分析 2
（一）总体方案 2
（二）系统方案论证 3
二、系统硬件设计 3
（一）温湿度采集转换模块硬件设计 4
1.SHT11介绍 4
2. 工作原理 5
3. 输出特性 5
4. 寄存器配置 6
5. 接口电路 7
（二） 单片机系统硬件设计 8
（三） RS232串口通信模块硬件设计 8
（四） LCD显示硬件设计 9
（五） 键盘控制模块硬件设计 10
（六）报警接口模块硬件设计 11
（七） 时钟模块硬件设计 12
三、 系统软件设计 13
（一） 系统整体框架介绍 14
（二）温湿度采集转换模块软件设计 15
（三） 键盘控制模块软件设计 16
（四） LCD显示模块软件设计 16
（五） 串口通信模块软件设计 17
四、电路仿真 18
五、总结 20
六、致 谢 20
参 考 文 献 20
附录A 21
附录B 22
引言
现代生活中，环境是比较重要的影响因素之一，影响最大的就是农业生产，其中最大的影响因素是温度和湿度。如果昼夜的温湿度变化大，对植物生长非常不利。因此对温湿度进行监测和控制，使其促进植物的生长，并且提高植物的产量和质量。目前我国农业正在向优质、高产、高效益为目标的现代农业进发 [1]。因此，温湿度测量控制是现代化农业的重要标志，作为农业生产种植周期短、品种优良、高产量的手段[2]。
在农产品的生产和贮存环节温湿度测量控制是极其重要的。温室大棚已得到广泛应用在现代生产中，但在我国人工管理是温室环境测量控制的主要手段，阻碍农业生产发展，严重影响农业生产效率。因此，使用先进的人工智能技术，有效地控制影响植物生长的因素，给植物最佳的生长环境，做到既提高产品的产量、质量，又尽可能的降低费用，这对温室环境自动测量和控制是极其有需要的。温湿度测量控制是温室测量控制设施的关键[3]。在贮存中，温湿度是粮库中粮食安全储藏的主要参数，但人工测量的方法是大多数粮库采用的，这不仅增加了粮库工作人员的工作量，使其工作效率低下，特别是大型粮库的温湿度检测控制若不能及时完成，就有可能造成大量粮食的变质。因此，完善的温湿度测量控制系统对生产存储是很有必要的[4] 。
此次设计的是基于单片机的温湿度测量系统，系统是以MCS-51系列单片机为核心的温湿度测量控制，并能实现报警和根据情况做出正确的处理方法。系统还有串口数据模块，可以将收集到的数据传送到计算机，提供给技术人员记录处理。
一、 系统总体设计与分析
（一）总体方案
根据设计功能要求，系统分如下部分：
ü 温湿度监控：对环境温湿度测量，通过单片机处理显示环境温湿度。
ü 报警处理：当温湿度超过限定的范围时，发出警报。
ü 显示： LCD显示温湿度和时间。
ü 键盘控制： 调整温湿度和时钟上下限。
ü 串口通信： 将收集的数据发送给PC机。
（二）系统方案论证
当单片机被用作测控系统时，系统必须要有被测量信号通过输入通道，并由单片机选取有用的信息。对于测量系统来说，核心任务是如何准确收集被测量信号；而对于测量控制系统来说，除对被控对象的信号测试外，还要把测试数据与控制条件对比，并实时控制对应设备。
实现测量控制的首要环节是传感器，传感器是测量控制系统的关键部件，传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量控制才能实现。工业生产过程中的自动化测量控制，几乎全部靠传感器来测量控制生产过程中的参量，使设备和系统正常运行，保证生产的效率和质量[5]。
这次设计的温湿度传感器是SHT11。
SHT11传感器是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器有一个电容式聚合体测湿元件以及一个能隙式测温元件，并和一个14位的A/D转换器以及串行接曰电路在同一芯片上实现无缝连接。因此，SHT11品质优越、响应超快、抗干扰能力出众等特点。SHT11传感器的校准要求高，都在极为精确的温湿度校验室中进行校准。OTP内存中储存有校准系数，传感器内部在检验信号的处理过程中要调用校准系数。两线制串行接口和内部基准电压，使系统集成变得简易快捷。体积和功耗的微小，使其成为各类应用的最佳选择。
二、系统硬件设计
本系统硬件有：报警电路、单片机及附属电路、LCD显示、键盘控制、时钟模块、温湿度采集模块、RS232串口通信模块等。系统整体电路框图如图2.1所示。
图2.1 系统整体电路框图
（一）温湿度采集转换模块硬件设计
1.SHT11介绍
瑞士Sensirion公司推出的SHT11是基于COMSensTM技术的新型温湿度传感器。
温湿度传感器SHT11的主要特性如下：
? COMSensTM技术（将温湿度传感器、A/D转换、信号放大、I2C总线接口全部集成于同一块芯片中）；
? 具有全校准相对温湿度及温湿度值输出；
? 具有露点值计算输出；
? 具有长期稳定性；
? 可表面贴装，小体积（7.65×5.08×23.5mm）；
? 具有准确的CRC数据传输校验；
? 片内装载的校准系数能100%互换性；
? 电压范围为2.4～5.5V；
电流消耗,测量时为550uA，休眠时为3uA。
温湿度传感器 SHT11采用LCC (SMD)表面贴片形式，管脚排列如图2.2所示，其引脚如下：
(1) DATA：双向串行数据线；
(2)GND：接地端；
DATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿后改变状态，并只在SCK时钟上升沿有用。在数据传输期间，当SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号发生冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要把外部的上拉电阻将信号提升至高电平。上拉的电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。
(3)SCK：串行时钟输入；
SCK用于微处理器与SHT11之间的通讯同步。因为接口具有完全静态逻辑，所以不存在最小SCK频率。
(4)VDD电源端：0.4～5.5V电源端；
温湿度传感器SHT11的工作电压为2.4～5.5V。SHT11上电后，要等待11 ms后度过“体眠”状态。这段时间不需发送指令。电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个100nF的电容，用以去藕滤波。
(5)NC：空管脚。
2. 工作原理
温湿度传感器SHT11的温湿度检测功能，使用静电容量型的结构，以及使用的不同保护的“微结构”测试电极系统具有聚合物涂层形成，除了保持原有的特性以外的电容式湿度传感器芯片电容器该设备，但也是为了抵御外界的影响。由于温度传感器和湿度传感器相结合，形成自，因此测量精度高，可以精确地得到的露点值，之间不产生的温度和湿度传感器的温度梯度引起的误差。 CMOSensTM技术不仅相结合的温度和湿度传感器，而且信号放大器，A / D转换，校准数据存储器，一个标准的I2C总线等电路集成在一个芯片上。 SHT11传感器的内部框图如图2.3所示。
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