閔天倫 韓 靜 冷豐汐

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)的設計

閔天倫 韓 靜 冷豐汐

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

溫濕度檢測系統(tǒng)應用于農業(yè)生產中的同時，也應用于工業(yè)生產中。為了滿足生產的要求，在設計溫濕度檢測系統(tǒng)時，需保證溫濕度檢測系統(tǒng)電路更加簡便，更加穩(wěn)定，以方便用戶更好的調試溫濕度檢測系統(tǒng)。與模擬溫濕度傳感器相比，數(shù)字傳感器無需進行復雜的校準，無需進行任何標定，因此，其應用更加廣泛。在電子技術中，單片機是常用的控制器件，其具有使用壽命長、出錯概率小、載入程序易更新等特點。本文基于AT89C51單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)的設計進行了研究。

單片機；溫濕度；檢查系統(tǒng)；設計

0 引言

在實際生產中，溫濕度是常見的被控參數(shù)，在設計溫濕度系統(tǒng)時，需要將溫度和濕度結合起來進行綜合性的考慮[1]。當前，國內數(shù)字溫濕度儀測量溫濕度主要采取溫阻法和濕阻法兩種方法，對于高精度溫濕度的測量，需要采取雙溫通風干濕球測量法。單片機在控制溫濕度時具有控溫濕度精度高、體積小、價格低、功能強和簡單靈活等方面的優(yōu)勢，其能夠滿足工農業(yè)生產工藝的需求。

1 單片機概述

1.1 單片機概念

單片機是采用超大規(guī)模集成電路技術將能夠進行數(shù)據處理的功能集成到一塊硅片上，而形成的既小又完善的微型計算機系統(tǒng)，其數(shù)據處理功能包括中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等。因此，單片機是一種集成電路芯片，又稱為單片微控制器。單片機是把計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上，其不是完成某一個邏輯功能的芯片。與計算機相比，單片機相當于一個微型的計算機，其沒有I/O設備。單片機廣泛應用于智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等領域[2]。將單片機加入到工農業(yè)產品，就相當于在產品名稱前冠以形容詞——智能型，就能起到使產品升級換代的功效。

1.2 單片機的類型

單片機是計算機發(fā)展的重要分支，重要領域，根據計算機的發(fā)展情況，從各個方面將單片機分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。按照適用范圍將單片機分為通用型和專用型。其中通用型單片機是為了某種專門用途設計的，如80C51單片機；專用型單片機是根據某類產品或某個產品設計的，如在片內集成 ADC接口等設計溫度測量控制電路，以滿足電子體溫計的使用需求[3]。按照單片機是否提供并行總線將單片機分為總線型和非總線型。其中總線型單片機是指通過串行口將并行外圍器件與單片機相連，其主要設置有并行地址總線、 數(shù)據總線、控制總線；非總線型單片機是指在不要并行擴展總線的情況下，將需要的外圍器件及外設接口集成一片內，從而極大的節(jié)約了封裝成本，減少了芯片體積。按照單片機使用領域將單片機分為工控型和家電型。其中工控型單片機尋址范圍大，運算能力強；家電型單片機外圍器件和外設接口集成度高，且小封裝、低價格，其是常見的專用型家電的單片機。以上分類不是唯一的，且沒有嚴格界定的。比如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還是工控型。

2 基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)的設計

2.1 溫濕度檢測的意義

在農業(yè)生產中，植物的健康生長不僅需要溫度，還需要濕度，然而，只有合適的溫濕度才能促進植物快速生長，才能推動植物快速成熟，因此，需要嚴格植物生長所需的溫濕度，以建立適合植物生長的溫濕度環(huán)境，從而提升農業(yè)經濟效益[4]。在工業(yè)方面，同樣需要重視溫濕度，如果精密的生產設備長期處于過高的溫濕度環(huán)境中，不僅會造成設備故障，還會帶來安全問題，更會造成無法計量的損失。在科學研究方面，隨著科研微型化發(fā)展的同時，科學研究對實驗環(huán)境提出了更高的要求，因此，在實驗過程中，需要全面的了解實驗環(huán)境的溫濕度，，以便提高科學研究成果，從而提升人們生活質量[5]。由此可以說，溫濕度檢測具有重要的意義，控制好溫濕度能夠帶來更多的經濟效益。

2.2 溫濕度檢測系統(tǒng)的設計

（1）溫濕度檢測系統(tǒng)整體結構

溫濕度檢測系統(tǒng)是通過溫濕度傳感器采集相關的數(shù)據，并將這些數(shù)據輸送到單片機中，隨后單片機對這些數(shù)據進行處理，然后將處理后的數(shù)據輸出，如果輸出的數(shù)據超過設定的范圍，系統(tǒng)就會發(fā)出報警信號。溫濕度檢測系統(tǒng)整體機構如圖1。（2）單片機控制中心單片機控制中心是整個檢測系統(tǒng)的核心，其工作是加載總程序，并接收處理后的數(shù)據，然后比較處理后的數(shù)據與程序中設定的安全溫濕度范圍的區(qū)別，如果比較得出的溫濕度差在安全溫濕度范圍內，單片機控制中心會將環(huán)境中的溫濕度顯示出來，以便用戶更好的觀察環(huán)境中的溫濕度；如果比較得出的溫濕度差超過安全溫濕度范圍，則單片機控制中心會發(fā)展報警信號，并將環(huán)境中的溫濕度顯示出來，這是用戶需采取適當?shù)拇胧?，以降低環(huán)境中的溫濕度，從而保證溫濕度的穩(wěn)定性[6]。單片機控制中心應選用應用廣泛的AT89C51型號的單片機，該型號的單片機經濟性好、適用性強、更換容易、程序加載上傳更加簡單。

（3）溫濕度采集和轉換電路

DS18B20 傳感器具有集成度高、微型、精度高、經濟性好等特點，其溫度測量范圍在-55℃～125℃之間，在這個范圍內測量的溫度值能夠精確到 0.5℃，因此，溫度采集傳感器采用DS18B20 傳感器，選用該傳感器時，將溫度測量范圍調至-10℃～85℃之間，以便測量的溫度值更加的精確。HS1101 傳感器具有高穩(wěn)定性、高可靠性、反應迅速的特點，其不受環(huán)境變化的影響，因此，濕度傳感器采用HS1101 傳感器，其原理是利用電容的介電常數(shù)隨環(huán)境中的水分變化而變化，從而完成濕度的采集工作。系統(tǒng)中的轉換器采用8055 轉換器，完成將溫度傳感器和濕度傳感器采集到的模擬數(shù)據量轉換成單片機能夠直接進行處理的數(shù)字數(shù)據形式，進而輸送到單片機中[7]。

（4）溫濕度系統(tǒng)中的顯示報警系統(tǒng)

溫濕度系統(tǒng)的顯示部分采取四位數(shù)碼管的形式，該形式中的前兩位數(shù)代表了溫度，后兩位數(shù)代表了濕度，其中濕度適宜百分值的形式顯示的。顯示部分連接單片機外圍電路的方式是采用七段數(shù)碼管共陰極的方式，數(shù)據的顯示采取數(shù)碼管靜態(tài)顯示的方式。報警部分采取簡單的嗡鳴形式，該形式構造簡單、經濟實用，報警部分是檢測的數(shù)據在超過安全溫濕度范圍即會發(fā)出報警信號，用于提醒用戶需采取適當?shù)姆椒ㄟM出處理，以保證環(huán)境中溫濕度的穩(wěn)定。

（5）溫濕度檢測系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的設計

軟件系統(tǒng)是溫濕度檢測系統(tǒng)中核心部分，軟件系統(tǒng)的設計采取循環(huán)的方式，以更好的完成數(shù)據的收集，完成數(shù)據的對比，通過循環(huán)的方式增加溫濕度檢測系統(tǒng)的使用期限[8]。在設計軟件系統(tǒng)時，需確保系統(tǒng)能夠完成對輸出數(shù)據的完整濾波，以保證輸出數(shù)據的穩(wěn)定性；需屏蔽外界的干擾，以提高單片機的工作性能；需去除單片機數(shù)據的抖動，以保證顯示的數(shù)據的準確性、可靠性。

3 總結

在單片機溫濕度檢測系統(tǒng)中，其系統(tǒng)控制中心是以AT89C51/52系列單片機為中心的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過傳感器準確測量溫濕度，隨后再將測得的數(shù)據通過轉換器將數(shù)據進行轉換，以便單片機能夠對這些數(shù)據進行處理，然后將處理后的數(shù)據輸出到顯示電路中，從而完成溫濕度的檢測。這樣只要單片機正常的運行，就可以一直檢測環(huán)境中的溫濕度。完整的溫濕度檢測系統(tǒng)既是硬件電路的支持又是軟件設計的核心。通過設計溫濕度檢測系統(tǒng)能夠準確把握溫濕度的測量，并提高測量數(shù)據的準確率、可靠率。

[1]馮媛碩,宋吉江.基于單片機的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設計[J].山東理工大學學報(自然科學版),2014,01:19-23.

[2]陳曉楠,張慧.基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的設計[J].電子制作,2014,06:5+2.

[3]郭晨偉,王志東.基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)的設計[J].山東工業(yè)技術,2014, 08:84.

[4]梅榮.基于單片機的溫濕度檢測與控制系統(tǒng)研究[J].農機化研究,2012, 01:131 -134+138.

[5]程捷,何晨.基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].儀表技術,2011,06: 56-58.

[6]季作亮.基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的設計[D].山東師范大學,2014.

[7]郝保明,楊思超.基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設計[J].宿州學院學報,2013, 10:47-50.

[8]馮玉龍.基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設計[J].通訊世界,2015,09:206.

TU7

B

1007-6344（2016）07-0099-01

閔天倫(1995.02--)男，上海市人，本科學歷，專業(yè)：電子信息科學與技術。

韓靜(1996.05--)女，遼寧省錦州市人，本科學歷，專業(yè)：通信工程。

冷豐汐(1996.06--)女，遼寧省撫順市人，本科學歷，專業(yè)：通信工程。