温湿度自动控制调节器

本科毕业论文(设计)题目：温湿度自动控制调节器的设计学院：班级：姓名：指导教师：职称：完成日期：年月日温湿度自动控制调节器的设计摘要：本文制作一个温度湿度自动控制调节器以DHT11传感器为数据采集器件、单片机为系统枢纽。整个控制系统由三个模块构成，首先信息采集模块，核心部件为DHT11传感器；其次信息处理模块，主要部件为STC89C52RC单片机、继电器、无线电遥控；最后数值显示模块，核心部件为数码显示管。传感器把检测到的数据传回单片机进行处理，处理之后再由单片机将数据传给数码管进而显示温度、湿度，如果温度或者湿度值超过预设值，单片机控制继电器通电打开空调或者加湿器，待温湿度进入预设值范围内自动断电，同时可以人为遥控控制继电器通电或者断电来调节温湿度。焊接电路并调试后，能使其按照设计要求正常工作。关键词：单片机；传感器；继电器目录引言.................................................................(1)1设计任务要求和设计依据意义..........................................(1)1.1设计任务及要求................................................(1)1.2设计温湿度自动控制调节器的依据意义............................(1)2设计方案及硬件选择..................................................(1)2.1设计总体方案..................................................(2)2.2元器件选择....................................................(2)3系统电路设计和硬件连接.............................................(3)3.1数码管驱动电路的选择..........................................(3)3.2系统总电路设计及连接..........................................(4)4软件设计............................................................(4)4.1DHT11温湿度传感器原理及驱动程序介绍..........................(4)4.2系统主程序流程及介绍..........................................(6)5系统调试...........................................................(7)5.1系统实物及调试................................................(7)5.2系统测试数据的准确性..........................................(8)结语.................................................................(8)参考文献.............................................................(9)1引言“第十二个五年计划”期间，中国电子商务产业的快速发展，工业的快速扩张，物流业也随之兴起，仓库作为一个企业的物流运作主体，其重要性不言而喻。而温度和湿度是仓库非常重要的两个环境参数。在工业和农业生产、气象、环保保护、国防等方面也经常需要控制当前环境温度和湿度，与此同时温度、湿度控制的精确性更是食品加工、生物制药和造纸等的决定性因素。一般情况下，水银温度计结构简单，价格低廉，但其精度不够高，读数不方便、不直观。干湿球湿度计传统、复杂的测量方法精度不够高。而单片机控制系统运行，运行控制灵活方便，能够使测量温度湿度的技术指标大幅度升高，同时采用单片机控制的自动控制调节系统，可以使系统自动工作保持温湿度值。用LED数码管显示温度和湿值，看起来更加直观、便捷。1设计任务要求和设计依据意义1.1设计任务及要求设计一个由单片机控制的温湿度自动控制调节器，实现功能:(1)测量温度精度为湿度+-5%RH，温度+-2℃;(2)测量范围为湿度20-90%RH，温度0~50℃;(3)系统采用数码管显示测得实际温度和湿度值;(4)当温湿度超过预设范围，则自动控制继电器通电打开空调或者加湿器，当温湿度进入预设范围内后，自动控制继电器断电;(5)可以通过遥控控制继电器工作。1.2设计温湿自动控制调节器的依据意义温度和湿度与工业生产、社会生活息息相关，它是当前许多行业的重要技术指标。但是温度和湿度本身容易受到环境影响，时刻都在变动，不易保障，因此一些工农业生产中需要获得并保持实时温湿度值，针对这一情况，研制可靠稳定的温湿度自动控制调节系统就显得很必要。而对于储物仓库和粮仓来说，贮存的货物或粮食的质量高低与温湿度有很重要的关系，温度过高会使粮食变质，湿度过大会滋生害虫，货物和粮食会发霉。因此为保障日常工作顺利进行，需要对仓内温湿度进行实时监测，而人工监测调节费时费力，效率低下，会造成资源浪费。所以我们需要一个低成本，稳定可靠，温度和湿度相对准确的自动控制器。2设计方案及硬件选择22.1设计总体方案根据系统的功能要求，确定系统由三部分组成：信号采集，信号处理，数字显示部分的判断，如图1所示。采集模块是系统的核心，它主要取决于温度和湿度传感器采集环境参数，并将采集到的参数传输给信号处理模块。信号处理功能主要由单片机来控制继电器实现，并把经过处理的信号送给显示模块。显示模块采用数码管完成，但是单片机输出电流太小，不能驱动数码管发光，因此在处理和显示模块之间需要添加一个驱动电路。图1系统总体框图2.2元器件选择2.2.1信号处理模块主芯片信号处理判断部分选择STC89C52型单片机，该产品功率损耗低，性能稳定，是一款8位微控制器。它使用经典的MCS-51内核，但经过改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。2.2.2信号采集传感器DHT11温湿度传感器的数字信号输出已经过校准，它应用特定的数字模块采集、温湿度传感技术，从而保证其拥有较高的可靠性与持久稳定性。该传感器是通过一种8位高性能单片机分别连接电阻式湿敏元件和负温度系数温度敏感测温元件构成。性能方面其响应速度较快、抗干扰能力强，是一款比较适合本设计的传感器。该传感器在生产完成后都进行精确度校准，并设计编写校准系数程序储存在OTP内存中，传感器在处理采集信号过程中要调用校准系数程序，对所采集信号进行校准，从而降低了测量误差。应用电路如图2所示。技术参数说明：供电电压：3.3~5.5V的直流信号采集信号处理数值显示继电器3输出：单总线数字信号湿度测量范围：21-90%相对湿度，温度测量范围：1~50摄氏度湿度测量精度：+-5%相对湿度，温度测量精度+-2摄氏度湿度分辨率：1%相对湿度，温度分辨率：1摄氏度互换性：可完全互换持久稳定性：±1%相对湿度/年图2DHT11传感器应用电路2.2.3数码管显示显示模块采用两组每组2个8段数码管来显示测量值，由于单片机的输出电流太小不能驱动数码管，需要添加一个驱动电路，在单片机和数码管之间。驱动电路采用锁存器来驱动数码管。3系统电路设计和硬件连接3.1数码管驱动电路的选择单片机和数码管之间需要设计一个驱动电路，用来驱动数码管显示。此驱动电路有三种方案：(1)在二者之间加一个三极管；(2)在二者之间加一个上拉电阻；(3)在二者之间加锁存器。由于方案(1)、方案(2)在焊接电路时，锁存器相对于三极管和电阻来说焊接较简单，所以驱动电路选择方案(3)。3.2系统总电路设计及连接系统整体使用P1口作为段码输出，使用P3口作为位选输出，使用P2.1引脚作为段码和位选锁存器共同的加载数据控制端，使用P2.0引脚作为与温湿度传感器数据通信的端口。数码管的段码输入与负责输出段码的74HC573的输出端相连。数码管STC89C52RC单片机4的位选输入端与负责位输出的锁存器的输出端相连。两个继电器的控制端分别接P3.6、P3.7,遥控器的两个输出端分别接P3.5、P3.4。这就是总体的硬件连接。如图3所示。图3系统总电路图4软件设计4.1DHT11温湿度传感器原理及驱动程序介绍微控制器与传感器之间的通信、同步通过单总线数据格式的数据传输完成，通讯一次耗时约4毫秒，数据有两部分组成，即小数位和整数位,此处小数环节用于未来功能扩展,现读为零.操作流程如下。数据完整传输时高位先输出，总共40字节。数据格式:湿度的8字节整型数据和8字节湿十进制数据以及温度的8字节整型数据和8字节十进制数据，还有8字节校验和。数据输送无误条件：校验和值等于“湿度的8字节整型数据、8字节十进制数据与温度的8字节整型数据、8字节十进制数据”四个数据的和所得结果的末8位。微控制单元发送起始信号后，传感器由低功率损耗状态进入高速状态,等待起始信号结束后,传感器发送应答信号，输出40字节数据的同时开始收集一次信号。从状5态下，传感器收到起始信号后开始收集一次温湿度数据,若没有接收到单片机发送起始信号,传感器不会自行收集数据。收集数据后转换到低速状态。通讯过程如图4和图5所示。若总线为高电平，则处于空闲模式，微控制单元必须把电平拉低至少18毫秒以等候传感器应答，从而确保传感器能检测到起始信号。传感器接收到微控制单元的起始信号并等待该信号结束后发送80微秒低电平应答信号。为了读取传感器的应答信号，微控制单元发送起始信号结束后需要保持等候20到40微秒，同时可以进入输入模式，总线由上拉电阻拉高。通讯过程图分别如图4和图5所示。图4通讯过程图图5通讯过程图若总线处于低状态，此时传感器正在输出应答信号，然后持续80微秒保持总线处于高状态，为以每一字节数据50微秒低电平开始传输所收集数据作准备，决定数据位是0还是1的因素是高状态持续时间的长短，如图6、7所示。若读出应答信号为高状态，则判定传感器不应答，需要检查系统连接是否正常。在最后的一字节数据传感器传递终了后又使总线处于低状态并保持50微秒，随后总线变成高状态进入空闲模式。0数字信号时序图如图6所示,1数字信号时序图如图7所示。6图6数字0信号表示图图7数字信号1表示图4.2系统主程序流程及介绍进入主程序后立即对定时器0进行初始化，使定时器每1‰秒产生一个中断，同时打开中断允许寄存器的控制位。接下来进入while(1)主循环，不断循环调用数码管显示程序，循环判断温度的大小以及遥控器的数据，然后根据程序控制继电器。同时等待中断的产生。接下来对T0的中断服务程序进行介绍，因为每1‰秒产生一个中断，并且DHT11温湿度传感器检测温湿度的间隔时间要大于1秒，因此这里1.5秒采集一次温湿度，当产生150个中断后，执行采集温湿度的程序，这就是整个系统的程序结构。系统程序流程图如图8所示。7图8系统程序流程图5系统调试5.1系统实物及调试按照预先设计好的温湿度计总体电路图，选择对应系统元件来制作实际的电路板。然后必须测试电路板各部分线路是否畅通，电路板上的每条线路进行通电测试，如果线路不通，应该检查出原因并改正，使电路板各部分电路能够正常工作。最后将设计好的程序烧进单片机。成品如图9所示。图9实物图8系统焊接成功后，装上电池打开开关发现系统不工作，首先考虑可能存在以下几种情况：(1)电源断路；(2)焊接过程中出现错误，系统不工作。用万用表检查电路各部分后，发现电池盒开关线路接触不良，不能给系统正常供电，经过重新焊接后，系统能够正常工作。5.2系统测试数据的准确性在湿度为45%RH温度为22℃的仓库内，系统正常工作状态下测试3组数据：(1)湿度41%RH，温度20℃；(2)湿度45%RH