基于单片机的温度湿度
基于单片机的温度湿度[20191215165543]
摘 要
随着时代的发展，人们对生活质量的追求和对产品质量的要求愈来愈高，而在产品生产的整个过程中，机器设备，机床的正常运转也都和机器的温度，所在环境的湿度有关，还有生产的产品的储藏，食物的保存，文物字画的存放甚至人体本身的健康保养都跟温度和湿度指标有很重要的关系，针对这一情况，研制出一套可靠的并且具有实用价值的温度和湿度检测和控制系统，对于人们在生成生活方面的应用就显得尤为重要了。
现在国内外对温度和湿度湿度检测方面的研究，已经从以前复杂的复杂模拟量检测，逐渐发展到现如今的主要采用数字智能化来进行检测，并且发展得越来越成熟。随着科技的进步和发展，现在的关于温度和湿度方面的研究，检测系统正在向着低功耗、小型化、智能化的趋势发展。在发展过程中，以单片机为技术核心的温度和湿度测量系统发展到具有体积小、量程宽、操作简单、测量精度高、性能稳定等诸多的优点，在生产生活的各个方面实现着举足轻重的作用。
本系统是一套基于单片机的温度和湿度检测系统，选用了Atmel 公司生产的AT89S52 8位微处理器做为主要控制单元，采用单数据总线温度传感器DS18B20进行温度测量，湿度的测量采用的是DHT11温湿度传感器进行，并使用LCD12864液晶来进行温度和湿度指标的显示，并运用蜂鸣器和ISD1820语音芯片做成语音模块进行报警，很好的实现了温度检测和湿度检测和警报的功能，具有很好的应用价值。
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关键字:单片机；温度传感器；湿度传感器
Key words: microcontroller； temperature sensor；humidity sensor目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 1
第1章 绪论 1
1.1 课题设计的目的和意义 1
1.1.1 课题设计的目的 1
1.1.2课题设计的意义 1
1.2课题研究的主要内容 2
第2章 系统的方案设计和论证 3
2.1 系统整体的方案的设计 3
2.2 系统整体的方案的论证 5
2.3 系统整体的框图 6
第3章 系统的硬件结构设计 8
3.1 单片机的功能和特点 8
3.2 温度传感器模块 9
3.3 湿度传感器模块 11
3.4 液晶显示模块 12
3.5 警报模块 14
3.6 电源模块 18
第4章 系统的软件设计 20
4.1 温湿度检测算法设计 20
4.2 温度采集程序 21
4.3 湿度采集程序 22
4.4 液晶显示程序 23
4.5 主程序 23
第5章 调试 25
5.1 编程语言介绍 25
5.1.1 C语言的优点 25
5.1.2 C语言的缺点 25
5.2 工具介绍 25
5.2.1 编程软件介绍 25
5.2.2 绘图软件介绍 27
5.3 硬件调试 31
5.3.1 程序下载 32
5.3.2 检测显示 33
5.3.3 整个系统测试 33
5.4 软件调试 34
总结 35
致谢 37
参考文献 38
附录 41
附录一 程序 41
附录二 图片 45
第1章 绪论
1.1 课题设计的目的和意义
1.1.1 课题设计的目的
由于温度和湿度指标在很多时候很多场合都有很重要的意义，车间机床的运转，生产的产品的储藏，食物的保存，文物字画的存放甚至人体本身的健康保养都跟温度和湿度指标有很重要的关系，因此对温度和湿度的指标进行检测很有必要。
所以温度和湿度检测技术应该得到更加广泛的应用，因此我们更应该掌握温度和湿度检测技术。而且随着社会对我们的要求的提高，温度和湿度检测技术也从原来的单纯的实用功能发展到了现在的学习功能，自动化专业的学生需要掌握这个方面的知识和能力。
本次课题的设计目的就是，运用所学的专业知识，来进行温度和湿度检测知识的学习，并要掌握这项技术。通过这次课题设计使自己的专业知识更加扎实，动手能力得到进一步的提升。
1.1.2课题设计的意义
随着时代的发展，人们对生活质量的追求和对产品质量的要求愈来愈高，而产品的生产过程中，机器设备，机床的正常运转也都和机器的温度和周围的环境湿度有关，例如涡炉的温度需要严格可控制。
生产出来的产品的存放也是和温度和湿度有关，例如有的产品的存放要注意防潮。养殖场的养殖过程中也是需要很好的温湿度控制的，例如猪的养殖最好不要太冷和太热的环境中。还有孵化的过程当中，蛋的孵化是要在一定的温度下进行的。甚至人们平时也要注意看温度注意穿衣来防寒保暖，注意湿度来保养皮肤。
因此，温度和湿度指标与人们的生产活动，生活，健康等方面都密切相关，所以温度和湿度的检测在平时的生产和日常生活中显得尤为重要。温度和湿度的检测也一直频繁地应用于我们的平时生产和日常生活中，设计一套方便好用的的温度和湿度检测系统就显得特别重要了。这就是本次设计温度和湿度检测系统的意义。
1.2课题研究的主要内容
本课题采用AT89S52单片机对温度和湿度进行测量，主要任务是对温湿度的采集，完成温度和湿度检测的软硬件设计，并实现温度传感器的温度检测报警功能，分析各个模块的功能和系统的控制过程。
1.硬件设计模块如下：
（1）单片机控制模块：采用AT89S52为主要控制芯片的单片机最小系统对系统进行控制。
（2）电源模块：采用±5V稳压直流电源对控制系统供电。
（3）温度采集模块:本设计采用DS18B20温度传感器对温度信号进行采集，对湿度信号进行采集的时候采用DHT11温湿度传感器，直接将数字量送至单片机和液晶显示模块。
（4）超限报警模块：单片机设置一个温度下上限，采集到的温度信号经单片机分析，如果当超出上下限值时，系统会自动报警。
（6）显示电路模块：采用12864液晶来显示温度和湿度。
2.软件设计模块如下：
（1）总控制系统软件设计
（2）DS18B20温度采集模块设计
（3）DHT11湿度采集模块设计
（4）显示模块设计
（5）报警模块设计
第2章 系统的方案设计和论证
2.1 系统整体的方案的设计
湿度测量从原理上来分有很多种，大概会有超过二、三十种。但湿度测量问题一直是世界计量领域中比较著名的一个难点。一个看上去似乎会是一个比较简单的测量值，如果要仔细研究起来，将有可能会涉及到涉很复杂的物理和化学理论分析和计算，在湿度测量中要注意的许多因素容易被人们忽视，因此导致传感器不能合理的使用。
平时生活正常见的湿度测量方法有很多种，如：露点法、静态法、动态法、电子式传感器和法干湿球法。
分流法是根据绝对湿气和绝对干空气的精确混合测量方法，双压法和双温法运用V、T 、P的热力学平衡原理，平衡的时间过长。
因为使用了现在社会上的测控手段，这些设备已经能做得非常的精密了，但却因为设备造价昂贵，比较复杂，操作时耗时耗工，因此主要作为标准的计量来使用，其可达±2%RH以上的检测精度。
静态法中的饱和盐法，是一种操作方便，最常见的湿度测量方法。人们根据饱和盐法制作出了一套饱和盐溶液温湿度校正装置，但饱和盐溶液温湿度校正装置对液体和大气的两相平衡有很高要求，对环境温度的稳定也有很严要求。
饱和盐溶液温湿度校正装置用起来需要花很长时间去平衡，在低湿点时需要花更长时间去平衡。尤其是在室内湿度和瓶内湿度有较大的差值时，每次开启的时候都必须花大概6~8小时的时间去平衡。
图2.1 饱和盐溶液温湿度校正装置
露点法是测量大气湿度达到饱和状态时的温度，是热力学的直接结果，准确度非常高，测量范围比较宽。计量用的精密露点仪准确度非常高，可以达到±0.2℃甚至会更高。但用现代光-电原理做成的冷镜式露点仪造价不菲，因此通常会用来标准湿度发生器配套使用。
图2.2 露点计
干湿球法，这是很久之前就已经发明的一种测湿方法。干湿球法历史长久，它的使用最普遍。干湿球法是一种间接的测量方法，它根据湿球方程转换出湿度值，而此这方程的使用时需要达到湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上的条件。
普通用的干湿球温度计会简化掉这个条件的，所以其准确度只有5~7%RH,干湿球法并不是一种静态法，不能只是简单的提高两只温度计的测量精度就可以提高了湿度计的测量精度。
图2.3干湿球温度计
电子式湿度传感器法，电子式湿度传感器产品及湿度测量属于上个世纪末才兴起的, 这些年来，国内外在湿度传感器领域的研发已经取得了很大的成果。湿敏传感器已经由以前简单的湿敏元件，向着现在的集成化、智能化、多参数检测的趋势迅猛发展，这些研究创造了开发出新一代湿度测控系统有利条件，也把湿度检测技术提高到了更加高的新水平。
图2.4 电子式湿度传感器
在近几十年里面的发展速度相当的快，随着电子行业的蓬勃发展以及集成电路和高集成电路的出现，温湿度检测控制系统向着微型化，多功能化的方向发展了。温湿度传感器愈来愈广泛的使用在工农业生产、气象检测、环境保护、医学等领域。温湿度检测控制系统现在比较常用的的几种方案如下：
方案一： 采用热敏电阻测量温度。采用DHT11进行湿度检测，用LCD12864显示温度和湿度，用MP3模块选择语音加上LM386音频放大电路播报温度和湿度。
方案二： 使用单片机AT89S52作为控制单元，采用DHT11进行湿度和湿度检测，用LCD12864显示温度和湿度，用MP3模块选择语音加上LM386音频放大电路播报温度和湿度。
方案三：使用单片机作为控制单元，采用DHT11进行湿度检测和温度传感器DS18B20进行温度采集，用LCD12864显示温度和湿度，采用蜂鸣器和ISD1820语音芯片录放功能进行温度报警。
2.2 系统整体的方案的论证
比较这三个方案，热敏电阻电路测量温度准确度不够，而且电路比较复杂，不如采用单片机通过温度传感器测量的简单方便。而其中温度传感器DS18B20的温度测量范围在-55℃—125℃，而DHT11的温度测量范围在0-55℃，因此为了能够在更多的场合能够满足测量要求，选用温度测量范围更大的DS18B20传感器来进行温度测量。
一开始本文采用MP3模块对所以温湿度进行温度和湿度播报的，由于小喇叭的声音太小，于是加了个LM386音频放大电路，但发现失真太大，杂音很多，音效达不到想要的效果。而具有录放功能的ISD1820语音模块作为温度警报功能则显得更加简单实用，于是选择了ISD1820语音模块作为温度警报。综上所述，方案三更加理想，因此这次的温度和湿度检测系统就选择了方案三。
2.3 系统整体的框图
图2-5 系统整体的框图
系统的整体结构框图如图2-3所示，有单片机通过温度传感器DS18B20采集温度，通过湿度传感器DHT11采集湿度，再通过12864液晶模块显示温度和湿度值，由单片机设定温度的上下限值，当温度达到上下限值的时候，并由蜂鸣器和ISD1820语音模块组成报警系统发生报警信号。
根据本设计研究的对象，从系统的整体结构框图中就能够看出，实现本次系统设计智能检测系统的核心控制部分是AT89S52单片机。
摘 要
随着时代的发展，人们对生活质量的追求和对产品质量的要求愈来愈高，而在产品生产的整个过程中，机器设备，机床的正常运转也都和机器的温度，所在环境的湿度有关，还有生产的产品的储藏，食物的保存，文物字画的存放甚至人体本身的健康保养都跟温度和湿度指标有很重要的关系，针对这一情况，研制出一套可靠的并且具有实用价值的温度和湿度检测和控制系统，对于人们在生成生活方面的应用就显得尤为重要了。
现在国内外对温度和湿度湿度检测方面的研究，已经从以前复杂的复杂模拟量检测，逐渐发展到现如今的主要采用数字智能化来进行检测，并且发展得越来越成熟。随着科技的进步和发展，现在的关于温度和湿度方面的研究，检测系统正在向着低功耗、小型化、智能化的趋势发展。在发展过程中，以单片机为技术核心的温度和湿度测量系统发展到具有体积小、量程宽、操作简单、测量精度高、性能稳定等诸多的优点，在生产生活的各个方面实现着举足轻重的作用。
本系统是一套基于单片机的温度和湿度检测系统，选用了Atmel 公司生产的AT89S52 8位微处理器做为主要控制单元，采用单数据总线温度传感器DS18B20进行温度测量，湿度的测量采用的是DHT11温湿度传感器进行，并使用LCD12864液晶来进行温度和湿度指标的显示，并运用蜂鸣器和ISD1820语音芯片做成语音模块进行报警，很好的实现了温度检测和湿度检测和警报的功能，具有很好的应用价值。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机；温度传感器；湿度传感器
Key words: microcontroller； temperature sensor；humidity sensor目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 1
第1章 绪论 1
1.1 课题设计的目的和意义 1
1.1.1 课题设计的目的 1
1.1.2课题设计的意义 1
1.2课题研究的主要内容 2
第2章 系统的方案设计和论证 3
2.1 系统整体的方案的设计 3
2.2 系统整体的方案的论证 5
2.3 系统整体的框图 6
第3章 系统的硬件结构设计 8
3.1 单片机的功能和特点 8
3.2 温度传感器模块 9
3.3 湿度传感器模块 11
3.4 液晶显示模块 12
3.5 警报模块 14
3.6 电源模块 18
第4章 系统的软件设计 20
4.1 温湿度检测算法设计 20
4.2 温度采集程序 21
4.3 湿度采集程序 22
4.4 液晶显示程序 23
4.5 主程序 23
第5章 调试 25
5.1 编程语言介绍 25
5.1.1 C语言的优点 25
5.1.2 C语言的缺点 25
5.2 工具介绍 25
5.2.1 编程软件介绍 25
5.2.2 绘图软件介绍 27
5.3 硬件调试 31
5.3.1 程序下载 32
5.3.2 检测显示 33
5.3.3 整个系统测试 33
5.4 软件调试 34
总结 35
致谢 37
参考文献 38
附录 41
附录一 程序 41
附录二 图片 45
第1章 绪论
1.1 课题设计的目的和意义
1.1.1 课题设计的目的
由于温度和湿度指标在很多时候很多场合都有很重要的意义，车间机床的运转，生产的产品的储藏，食物的保存，文物字画的存放甚至人体本身的健康保养都跟温度和湿度指标有很重要的关系，因此对温度和湿度的指标进行检测很有必要。
所以温度和湿度检测技术应该得到更加广泛的应用，因此我们更应该掌握温度和湿度检测技术。而且随着社会对我们的要求的提高，温度和湿度检测技术也从原来的单纯的实用功能发展到了现在的学习功能，自动化专业的学生需要掌握这个方面的知识和能力。
本次课题的设计目的就是，运用所学的专业知识，来进行温度和湿度检测知识的学习，并要掌握这项技术。通过这次课题设计使自己的专业知识更加扎实，动手能力得到进一步的提升。
1.1.2课题设计的意义
随着时代的发展，人们对生活质量的追求和对产品质量的要求愈来愈高，而产品的生产过程中，机器设备，机床的正常运转也都和机器的温度和周围的环境湿度有关，例如涡炉的温度需要严格可控制。
生产出来的产品的存放也是和温度和湿度有关，例如有的产品的存放要注意防潮。养殖场的养殖过程中也是需要很好的温湿度控制的，例如猪的养殖最好不要太冷和太热的环境中。还有孵化的过程当中，蛋的孵化是要在一定的温度下进行的。甚至人们平时也要注意看温度注意穿衣来防寒保暖，注意湿度来保养皮肤。
因此，温度和湿度指标与人们的生产活动，生活，健康等方面都密切相关，所以温度和湿度的检测在平时的生产和日常生活中显得尤为重要。温度和湿度的检测也一直频繁地应用于我们的平时生产和日常生活中，设计一套方便好用的的温度和湿度检测系统就显得特别重要了。这就是本次设计温度和湿度检测系统的意义。
1.2课题研究的主要内容
本课题采用AT89S52单片机对温度和湿度进行测量，主要任务是对温湿度的采集，完成温度和湿度检测的软硬件设计，并实现温度传感器的温度检测报警功能，分析各个模块的功能和系统的控制过程。
1.硬件设计模块如下：
（1）单片机控制模块：采用AT89S52为主要控制芯片的单片机最小系统对系统进行控制。
（2）电源模块：采用±5V稳压直流电源对控制系统供电。
（3）温度采集模块:本设计采用DS18B20温度传感器对温度信号进行采集，对湿度信号进行采集的时候采用DHT11温湿度传感器，直接将数字量送至单片机和液晶显示模块。
（4）超限报警模块：单片机设置一个温度下上限，采集到的温度信号经单片机分析，如果当超出上下限值时，系统会自动报警。
（6）显示电路模块：采用12864液晶来显示温度和湿度。
2.软件设计模块如下：
（1）总控制系统软件设计
（2）DS18B20温度采集模块设计
（3）DHT11湿度采集模块设计
（4）显示模块设计
（5）报警模块设计
第2章 系统的方案设计和论证
2.1 系统整体的方案的设计
湿度测量从原理上来分有很多种，大概会有超过二、三十种。但湿度测量问题一直是世界计量领域中比较著名的一个难点。一个看上去似乎会是一个比较简单的测量值，如果要仔细研究起来，将有可能会涉及到涉很复杂的物理和化学理论分析和计算，在湿度测量中要注意的许多因素容易被人们忽视，因此导致传感器不能合理的使用。
平时生活正常见的湿度测量方法有很多种，如：露点法、静态法、动态法、电子式传感器和法干湿球法。
分流法是根据绝对湿气和绝对干空气的精确混合测量方法，双压法和双温法运用V、T 、P的热力学平衡原理，平衡的时间过长。
因为使用了现在社会上的测控手段，这些设备已经能做得非常的精密了，但却因为设备造价昂贵，比较复杂，操作时耗时耗工，因此主要作为标准的计量来使用，其可达±2%RH以上的检测精度。
静态法中的饱和盐法，是一种操作方便，最常见的湿度测量方法。人们根据饱和盐法制作出了一套饱和盐溶液温湿度校正装置，但饱和盐溶液温湿度校正装置对液体和大气的两相平衡有很高要求，对环境温度的稳定也有很严要求。
饱和盐溶液温湿度校正装置用起来需要花很长时间去平衡，在低湿点时需要花更长时间去平衡。尤其是在室内湿度和瓶内湿度有较大的差值时，每次开启的时候都必须花大概6~8小时的时间去平衡。
图2.1 饱和盐溶液温湿度校正装置
露点法是测量大气湿度达到饱和状态时的温度，是热力学的直接结果，准确度非常高，测量范围比较宽。计量用的精密露点仪准确度非常高，可以达到±0.2℃甚至会更高。但用现代光-电原理做成的冷镜式露点仪造价不菲，因此通常会用来标准湿度发生器配套使用。
图2.2 露点计
干湿球法，这是很久之前就已经发明的一种测湿方法。干湿球法历史长久，它的使用最普遍。干湿球法是一种间接的测量方法，它根据湿球方程转换出湿度值，而此这方程的使用时需要达到湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上的条件。
普通用的干湿球温度计会简化掉这个条件的，所以其准确度只有5~7%RH,干湿球法并不是一种静态法，不能只是简单的提高两只温度计的测量精度就可以提高了湿度计的测量精度。
图2.3干湿球温度计
电子式湿度传感器法，电子式湿度传感器产品及湿度测量属于上个世纪末才兴起的, 这些年来，国内外在湿度传感器领域的研发已经取得了很大的成果。湿敏传感器已经由以前简单的湿敏元件，向着现在的集成化、智能化、多参数检测的趋势迅猛发展，这些研究创造了开发出新一代湿度测控系统有利条件，也把湿度检测技术提高到了更加高的新水平。
图2.4 电子式湿度传感器
在近几十年里面的发展速度相当的快，随着电子行业的蓬勃发展以及集成电路和高集成电路的出现，温湿度检测控制系统向着微型化，多功能化的方向发展了。温湿度传感器愈来愈广泛的使用在工农业生产、气象检测、环境保护、医学等领域。温湿度检测控制系统现在比较常用的的几种方案如下：
方案一： 采用热敏电阻测量温度。采用DHT11进行湿度检测，用LCD12864显示温度和湿度，用MP3模块选择语音加上LM386音频放大电路播报温度和湿度。
方案二： 使用单片机AT89S52作为控制单元，采用DHT11进行湿度和湿度检测，用LCD12864显示温度和湿度，用MP3模块选择语音加上LM386音频放大电路播报温度和湿度。
方案三：使用单片机作为控制单元，采用DHT11进行湿度检测和温度传感器DS18B20进行温度采集，用LCD12864显示温度和湿度，采用蜂鸣器和ISD1820语音芯片录放功能进行温度报警。
2.2 系统整体的方案的论证
比较这三个方案，热敏电阻电路测量温度准确度不够，而且电路比较复杂，不如采用单片机通过温度传感器测量的简单方便。而其中温度传感器DS18B20的温度测量范围在-55℃—125℃，而DHT11的温度测量范围在0-55℃，因此为了能够在更多的场合能够满足测量要求，选用温度测量范围更大的DS18B20传感器来进行温度测量。
一开始本文采用MP3模块对所以温湿度进行温度和湿度播报的，由于小喇叭的声音太小，于是加了个LM386音频放大电路，但发现失真太大，杂音很多，音效达不到想要的效果。而具有录放功能的ISD1820语音模块作为温度警报功能则显得更加简单实用，于是选择了ISD1820语音模块作为温度警报。综上所述，方案三更加理想，因此这次的温度和湿度检测系统就选择了方案三。
2.3 系统整体的框图
图2-5 系统整体的框图
系统的整体结构框图如图2-3所示，有单片机通过温度传感器DS18B20采集温度，通过湿度传感器DHT11采集湿度，再通过12864液晶模块显示温度和湿度值，由单片机设定温度的上下限值，当温度达到上下限值的时候，并由蜂鸣器和ISD1820语音模块组成报警系统发生报警信号。
根据本设计研究的对象，从系统的整体结构框图中就能够看出，实现本次系统设计智能检测系统的核心控制部分是AT89S52单片机。
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