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基于单片机温湿度控制器毕业设计


基于单片机的温湿度控制器设计 【摘要】
本论文主要阐述了利用 89C51 单片机设计一个温室大棚的温湿度检测控制系统, 对室内的温湿度进行检测控制并实时显示。其中温湿度传感器采用 AM2301 数字温湿 度传感器,通过 ATC51 单片机的处理把温湿度值显示在 1602 液晶上。并实时判断温 湿度值是否满足设定的温湿度范围,若超出设定范围,通过 89C51 启动温湿度控制 系统,达到恒温恒湿的目的。 关键字:AT89C51 AM2301 1602 液晶 温度控制系统

The design of temperature and humidity measurement and control system based on single-chip microcomputer
Abstract: In this paper, using 89C51 MCU to design a greenhouse temperature and humidity measurement and control system. Detection and control the indoor temperature and humidity and real-time display. The temperature and humidity sensor using AM2301digital temperature and humidity sensor, The temperature and humidity are displayed in the 1602 LCD through the 89 C51 single chip computer processing. And the real-time temperature and humidity value judgment whether meet the set the humidity and temperature of the range. If it exceeds the setting range, through the 89C51 start the temperature and humidity control system, to achieve the purpose of constant temperature and humidity. Key Word: AT89C51 MCU, AM2301 temperature and humidity sensor, 1602LCD, temperature and humidity control system

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目 录
1 引言 ..................................................................................................................................................... 3 1.1 课题背景 ....................................................................................................................................... 3 1.2 立题的目的和意义 ........................................................................................................................ 3 1.3 国内外的研究现状和发展趋势 .................................................................................................... 3 1.4 本系统主要研究内容 .................................................................................................................... 4 2 系统总体设计 ..................................................................................................................................... 5 2.1 系统功能设计 ................................................................................................................................ 5 2.2 系统设计原则 ................................................................................................................................ 5

2.2.1 可靠性 .................................................................................................................................... 5 2.2.2 操作维护方便 ........................................................................................................................ 5 2.2.3 性价比 .................................................................................................................................... 5
2.3 系统的组成和工作原理 .................................................................................................................... 6

2.3.1 系统的组成 ............................................................................................................................ 6 2.3.2 系统的工作原理 .................................................................................................................... 6
3 系统硬件设计 ..................................................................................................................................... 8 3.1 单片机系统设计 ............................................................................................................................ 8

3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4

AT89C51 单片机 .................................................................................................................... 8 AT89C51 引脚简单介绍 ...................................................................................................... 10 时钟电路 ............................................................................................................................. 10 复位电路 ............................................................................................................................. 10

3.2 传感器的设计 ...............................................................................................................................11

3.2.1 传感器的基本特性 ............................................................................................................... 11 3.2.2 AM2301 数字温湿度传感器 ................................................................................................. 11
3.3 液晶显示装置设计 ..................................................................................................................... 13

3.3.1 液晶简介 .............................................................................................................................. 13 3.3.2 液晶显示原理 ...................................................................................................................... 14
3.4 光声报警系统与温湿度控制系统设计 ...................................................................................... 15

3.4.1 光声报警系统 ...................................................................................................................... 15 3.4.2 温湿度控制系统 .................................................................................................................. 16
4 软件系统设计 ................................................................................................................................... 17 4.1 初始化模块 .................................................................................................................................. 17 4.2 温湿度检测模块 .......................................................................................................................... 17 4.3 温湿度判断控制模块 ................................................................................................................. 18 4.4 1602 液晶显示模块 .................................................................................................................... 18 4.5 报警模块 ...................................................................................................................................... 18 4.6 温湿度控制系统各部分子程序.................................................................................................. 19 结束语 ................................................................................................................................................. 23 参考文献 ............................................................................................................................................. 24

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引言

1.1 课题背景
随着经济和社会的不断发展,人们对生活质量要求显著提高。对植被也要求 越来越严格,如何种植出品种优良的植物,一直是人们研究的话题。而基于单片 机的温湿度控制系统对解决这些问题有着非常重大的意义。 以前种植植被一般都用温室栽培,为了充分的利用好温室栽培这一高效技 术,就必需有一套科学的,先进的管理方法,用以对不同种类植被生长的各个时 期所需的温度及湿度等进行实时的监控。温湿度控制对于单片机的应用具有一定 的实际意义,它代表了一类自动控制的方法。而且其应用十分广泛。

1.2 立题的目的和意义
环境的监测与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。由于应用的 场合不同监测对象的不同,其系统设计也是千差万别。在实际生活中此类系统有 着广泛的应用,室温环境检测系统中温度和湿度是两个重要的显示和分析指标, 必须定期抽样检查室温环境温度和湿度,以便采取相应的措施。89C51 单片机是 常用于控制的芯片,在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了 令人瞩目的成果,用其作为温湿度检测控制系统的实例也很多。使用 89C51 单片 机能够实现温湿度全程的自动检测与控制,而且 89C51 单片机易于学习、掌握, 性价比高。使用 89C51 型单片机设计温湿度检测控制系统,可以及时、精确的反 映室内的温度以及湿度的变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在 温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式,在湿度控制方面也是如此。将此系 统应用到温室大棚当中无疑为植物的生活提供了更加适宜的环境。

1.3 国内外的研究现状和发展趋势
目前国内外的温湿度检测使用的温湿度检测元件种类繁多、应用范围也较广 泛加之单片机和大规模集成电路技术的不断提高,出现了高性能、高可靠性的单 片数据采集系统。基于单机片的温湿度监测控制系统的设计研究较少。随着经济 和社会的不断发展,人们对自己的生活环境越来越严格。特别在温室大棚中,对 温湿度要求更为严格。基于单片机的温湿度监测控制统设计,将对环境的温湿度 监测控制系统做详细的设计与实现。采用高性能的控制芯片 89C51,高精度数字 温湿度传感器 AM2301。向模块化、高速化、智能化的单片机数据采集系统靠近。 将此系统应用到温室大棚当中无疑为植物的生活提供了更加适宜的环境,符合植 物的生活环境要求,具有良好的发展前景。

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1.4 本系统主要研究内容
本系统所要完成的任务是: 人性化的设计。根据植物的生活需求,把温湿度值控制在一定的范围内。能 够实时、准确的显示采样温度值与湿度值。通过采集温度及湿度值,准确的判断 标准值与当前值之间的差异,及时的启动报警装置(包括警报灯的提示功能以及 提示音等)进行报警,并采取相应的控制方案。 温度检测控制:对温室温度进行测量,并通过升温或降温达到最佳温度。 湿度检测控制:对温室湿度进行测量,并通过喷雾或去湿达到最佳湿度。 控制处理:当温度、湿度越限时声光报警,根据报警信号提示采取一定手段自动 控制。 人性化的设计。界限温度值及湿度值能够由用户根据不同植被的各种生长需求 由键盘输入进行设定并通过显示器显示。 能够实时、准确的显示采样温度值与湿度值。 通过采集温度及湿度值,准确的判断标准值与当前值之间的差异,及时的启动 报警装置(包括警报灯的提示功能以及提示音等)进行报警 能够根据植被在不同时间段内对温湿度的不同要求,用户可随机更改温度及湿 度值,以满足用户不同的需求 显示:1602 LCD 显示相应的温湿度。 研究途径和方法: 通过查阅图书管和网络搜集相关资料,并根据专业课中学习到的相关知识, 系统的、全面的组织材料,确定设计思路。一方面通过系统的学习 51 单片机以 及使用和 AM2301 数字温湿度传感器的资料分析与研究确定编程思路,另一方面 通过实物模拟,查看应用效果,最终达到设计的总体要求。

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系统总体设计

2.1 系统功能设计
系统要完成的设计功能是: 1) 实现对温室大棚温湿度参数的实时采集,测量空间的温度和湿度,由单 片机对采集的温湿度值进行循环检测、数据处理、显示,实现温湿度的智能检测。 2)超越数据的及时报警,并启动控制系统,实现温室的目的。 3)现场检测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力。 要求达到的技术指标: 1)测温范围: 0。C- 99。C 2)测温精度: 0.04℃(12 位) 3)测湿范围: 0~99 %RH 4)测湿精度: 0.03%RH(12 位) 5)温度显示:范围: 0~99℃。分辨率:1 ℃ 6)湿度显示:范围: 0~99%RH。分辨率:1%RH 7)电源:DC:3~5v

2.2 系统设计原则
要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。

2.2.1 可靠性
高可靠性是单片机系统应用的前提,在系统设计的每一个环节,都应该将可 靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑:使用可 靠性高的元器件; 设计电路板时布线和接地要合理; 对供电电源采用抗干扰措施; 输入输出通道抗干扰措施;进行软硬件滤波;系统自诊判断功能等。

2.2.2 操作维护方便
在系统的软硬件设计时,应从操作者的角度考虑操作和维护方便,尽量减少 对操作人员专用知识的要求,以利于系统的推广。因此在设计时,要尽可能减少 人机交换接口,多采用操作内置或简化的方法。同时系统应配有现场故障自动诊 断程序,一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位,以便进行维修。

2.2.3 性价比
单片机除体积小、功耗低等特点外,最大的优势在于高性能价格比。一个单 片机应用系统能否被广泛使用,性价比是其中一个关键因素。因此,再设计时, 除了保持高性能外,尽可能降低成本,如简化外围硬件电路,在系统性能和速度
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允许的情况下尽可能使用软件功能取代硬件功能等。

2.3 系统的组成和工作原理
2.3.1 系统的组成
以单片机为控制核心,采用温湿度测量,通信技术,控制技术等技术,以温 湿度传感器作为测量元件,构成智能温湿度测量控制系统。可分为温湿度测量电 路,显示电路,声光报警电路,温湿度控制电路,见图 2.1 选用的主要器件有: AT89C51,温湿度传感器 AM2301,1602LCD 显示模块,降温装置风扇,升温装置 加热器,増湿装置喷雾器,除潮装置除潮器,红绿 LED 灯,报警装置蜂鸣器等。

AM2301 数字温湿度 传感器

LCD液晶

51 单片机
温湿度 控制系统 报警系统

判断

图 2.1 系统的组成

2.3.2 系统的工作原理
本系统以单片机 Atmel89C51 为核心,数据采集、传输、显示、报警都要通 过单片机。数据采集通过单总线的智能数字温湿度传感器 AM2301 完成;通过单 片机把采集的数据显示在 1602LCD 上;当采集的数据超出给定范围时,有蜂鸣器 实时报警, 并显示红灯提示, 并进行相应的控制处理。 在整个系统中采用了 AM2301 单总线技术,采用单片机语言 ·温室温湿度控制系统是以 89C51 单片机作为中央控制装置,风扇,加热设
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备,加湿设备,排潮设备等。 · 工作。 · 风扇:负责系统的降温工作。 · 加热设备:负责系统的加热工作。 · 喷雾设备:负责系统的加湿工作。 · 排潮设备:负责系统的去湿工作。 · 双色灯,报警模块:负责系统的报警功能。如果当前的温度超过用户设 定的界限值时系统将自动警,双色灯在单片机的控制下有规律的切换,同时报警 模块发出报警声,通知用户采取相应的措施。 系统工作流程图见图 2.2
系统 初始化 温湿度 检测
符合

89C51 作为中央控制装置,负责中心运算和控制,协调系统各个模块的

温湿度 控制系统

判断
不符合

不报警

51 单片机

报警

51 单片机

LCD 液晶显示

终止
图 2.2 系统的工作原理图

LCD 液晶显示

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系统硬件设计

3.1 单片机系统设计
经过上面的总体方案和实施措施的讨论后可以开始着手硬件系统的设计,硬 件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据 根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑,选用 MCS-51 系列的 89C51 为主机,满足上面的要求而且设计方便,不需要再存储扩展。

3.1.1 AT89C51 单片机
MCS-51 系列单片机主要包括基本型产品 8031/8051/8751(对应的低功耗型 80C31/80C51/87C51 和增强型产品 8032/8052/8752。虽然他们是 8 位的单片机, 但是具有品种全、兼容性强性能价格比高等特点且软硬件应用设计资料丰富齐 全,已为我国广大工程技术人员所熟悉和掌握。在 20 世纪 80 年代和 90 年代, MCS-51 系列单片机是在我国应用最为广泛的单片机机型之一。 中央微处理器 AT89C51: AT89C51 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机, 片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容 标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构,芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元,功能强大的微型计算机的 AT89C51 可为许多嵌入式控制应 用系统提供高性价比的解决方案。AT89C51 具有如下特点:40 个引脚,4k Bytes Flash 片内程序存储器,128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM) ,32 个外部双 向输入/输出(I/O)口,5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断,2 个 16 位可编程定 时计数器,2 个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。 此外,AT89C51 设计和配置了振荡频率,并可通过软件设置省电模式。空闲 模式下,CPU 暂停工作,而 RAM 定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作, 掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬 件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式。AT89S51 单片 机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要,同时也考虑到设计成本与整个 系统的精巧性,所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的 AT89C51 单片机作 为整个系统的控制器。

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图 3.1 AT89C51 单片机实物图
数据存储器 RAM

XTAL

P0

P2

程序存储器 4KBFlash ROM 特殊功能 寄存器 (SFR)

XTAL

CPU 运算器 控制器 看门 狗定 时器

P1

串 行 口

定时器/计数 器 16位两个

P3

中断 系统

图 3.2 AT89C51 单片机片内硬件结构图

总线型
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD XTAL2 XTAL1 VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 RST P3.0/RXD P3.1/TXD XTAL2 XTAL1 P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 GND

非总线型
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 VCC P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1/AIN1 P1.0/AIN0 P3.7

I

80C51/89C51

注:类似的还有Philips公司的 87LPC64,20引脚 8XC748/750/(751),24引脚 8X749(752),28引脚 8XC754,28引脚 等等

图 3.3 AT89C51 单片机引脚封装
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89C2051

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3.1.2 AT89C51 引脚简单介绍
40 个引脚按其功能可分为如下 3 类: 电源及时钟引脚——VCC、VSS;XTAL1、XTAL2。 控制引脚——PSEN、ALE/PROG、EA/VPP、RST。 I/O 口引脚——P0、P1、P2、P3,为 4 个 8 位 I/O 口的外部引脚[4]。

3.1.3 时钟电路
AT89C51 单片机各功能部件的运行都以时钟信号为准,有条不紊、一拍一拍 地工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片 机系统的稳定性。 AT89C51 单片机内部有一个用于构成震荡的高增益反相放大器, 它的输入端为芯片引脚 XTAL1,输出端为 XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体和微 调电容,构成一个稳定的自己振荡器。外部时钟方式时外部时钟电源直接接到 XTAL1 端,XTAL2 端悬空。

C

2

X

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0

p

1

Y

G

N

D

11.0592MHZ

1

X

C

3

3

0

图 3.4 时钟电路

3.1.4 复位电路
复位是单片机的初始化操作,只需给 AT89C51 的复位引脚 RST 加上大雨 2 个 机器周期(即 24 个时钟震荡周期)的高电平就可使 AT89C51 复位。复位电路通 常采用上自动复位和按钮复位两种方式。上电复位是通过外部复位电路给电容 C 充电加至 RST 引脚一个短的高电平信号,次信号随着 VCC 对电容 C 的充电过程而 逐渐回落,即 RST 引脚上的高电平持续时间取决于电容 C 的充电时间。因此为保 证系统能可靠地复位,EST 引脚上的高电平必须维持足够长的时间。按键手动复 位有电平和脉冲两种形式。

p

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2

2

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S 1

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R

V

C

C

G

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K

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R

C

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0

1

10UF

图 3.5 复位电路

3.2 传感器的设计
3.2.1 传感器的基本特性
传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所 具有相互关系。不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的 输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有: 线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。 传感器的动态特性: 所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际工作中, 传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对 标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对 任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常 用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶 跃响应和频率响应来表示。

3.2.2 AM2301 数字温湿度传感器

图 3.6 数字湿度传感器
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K

RST

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1)AM2301 产品概述 AM2301 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传 感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的 可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个 NTC 测温元 件,并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、 抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 AM2301 传感器都在极为精确的湿度校 验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中,传感器内部在检测 信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口,使系统集成变得简易 快捷。超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达 20 米以上,使其成为各类 应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方 便,特殊封装形式可根据用户需求而提供。 2)产品亮点 超低能耗、传输距离远、全部自动化校准、采用电容式湿敏元件、完全互换、 标准数字单总线输出、卓越的长期稳定性、采用高精度测温元件。 3)单总线接口定义

图 3.7 AM2301 引脚图

引脚说明(VDD SDA GND) : AM2301 的供电电压范围为 3.5V - 5.5V,建议供电电压为 5V。 数据线 SDA 引 脚为三态结构,用于读/写传感器数据。详细见单总线的通信协议说明。 4)接口说明 建议连接线长度短于 20 米时用 5K 上拉电阻,大于 20 米时根据实际情况使用 合适的上拉电阻。

图 3.8 AM2301 典型接口电路

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3.3 液晶显示装置设计
3.3.1 液晶简介
1602 液晶也叫 1602 字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等 的点阵型液晶模块 它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成,每个点阵字符 位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔 每行之间也有也有间隔 起 到了字符间距和行间距的作用,正因为如此 所以他不能显示图形(用自定义 CGRAM,显示效果也不好)1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行,每 行 16 个字符液晶模块(显示字符和数字)目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的,控制原理是完全相同的,因此基于 HD44780 写的控制程序 可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 1602LCD 主要技术参数: 显示容量:16×2 个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
V C G N D C P 8

R

VSS

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1

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D

V

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R

R

S

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D

LCD1602

D

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C

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L

K

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G

N

LCD1602

G

N

图 3.9 1602LCD 引脚图

引脚功能说明: 1602LCD 采用标准的 14 脚(无背光)或 16 脚(带背光)接口,各引脚接口 说明如下: 第 1 脚:VSS 为地电源。
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D

D

3

2

1

0

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第 2 脚:VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚:VL 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对 比度最高,对比度过高时会产生“鬼影” ,使用时可以通过一个 10K 的电位器调 整对比度。 第 4 脚:RS 为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄 存器。 第 5 脚:R/W 为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当 RS 为低电平 R/W 为 高电平时可以读忙信号,当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚:E 端为使能端,当 E 端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命 令。 第 7~14 脚:D0~D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚:背光源正极。 第 16 脚:背光源负极。

3.3.2 液晶显示原理

图 3.10 温湿度控制器液晶显示图 1

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2

1

1

1

1

1

1

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1

1

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0 8 7 6 5 4 3 2 1

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8

9

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1

0

STC89C52

U

8

G

X

X

RESET

(RD)

P3.7

(WR)

P3.6

(T1)

P3.5

(T0)

P3.4

(INT1)

P3.3

(INT0)

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(TXD)

P3.1

(RXD)

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3.4.1 光声报警系统

(PROG)

ALE

EA/VP

PSEN

V

P2.0

P2.1

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P2.4

P2.5

P2.6

P2.7

P0.7

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C

C

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E

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R

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求时,现场蜂鸣器报警提示。如图 3.12 所示

3.4 光声报警系统与温湿度控制系统设计

图 3.11 温湿度控制器液晶显示图 2

求时,现场始终绿灯显示;当系统检测到的数据不符合给定的要求时,现场转化

本系统采用红绿 LED 灯作为光报警提示,当系统检测到的数据符合给定的要

给定的要求时,现场没有蜂鸣器报警提示;当系统检测到的数据不符合给定的要

为红灯报警提示;本系统采用蜂鸣器作为声报警提示,当系统检测到的数据符合

图 3.12 声光报警系统电路图

15
1 R K 8 蜂 鸣 器 V C 电 C 路 8 Q 5 2 1 1 5 S 0 p S e P a 1 k e r

R

D

D

2

4

1

R

1

R

K

K

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8

7

G

N

V

D

C

C



的目的。









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220V

VCC





3.4.2 温湿度控制系统







· 风扇:负责系统的降温工作。



· 排潮设备:负责系统的去湿工作。

· 喷雾设备:负责系统的加湿工作。

· 加热设备:负责系统的加热工作。

本系统温湿度控制系统主要组成有:风扇、加热器 、喷雾器、除潮器。当

系统检测到的数据不符合给定的要求时,系统启动温湿度控制系统实现恒温恒湿

图 3.13 温湿度控制系统电路图

16
G G G G N N N N D D D D 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 Relay K Relay K Relay K Relay K 4 3 2 1 4 5 4 5 4 5 4 5 V V V V C C C C C C C C 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 9 8 9 7 6 5 4 3 2 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1 STC89C51 U G X X RESET (RD) P3.7 (WR) P3.6 (T1) P3.5 (T0) P3.4 (INT1) P3.3 (INT0) P3.2 (TXD) P3.1 (RXD) P3.0 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 (T2EX) P1.1 (T2) P1.0 ? N T T D A A L L 1 2 (PROG) ALE EA/VP PSEN V P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 C C 4 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 0 1 0 9 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9

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软件系统设计
本系统软件系统设计包过:系统初始化模块,温湿度检测模块,1602LCD 显

示模块,报警模块,温湿度判断控制模块。系统软件总体流程图如图 4.1 所示

开始

初始化 温湿度 检测 单片机 处理

LCD 显示
NO

范围判断

光声 报警

YES

终止

温湿度 控制

图4.1 系统流程图

4.1 初始化模块
系统初始化模块的主要功能是完成系统的初始化以及设定系统的工作状态, 初始化部分包括以下方面的内容: 1) 片机初始化以及各种引脚定义。 2) 602 液晶初始化及工作方式。 3) 统进入正常工作状态。

4.2 温湿度检测模块
温湿度检测模块是本系统中的核心模块之一,它负责完成温度和湿度的测量 及模拟量转换为数字量的全过程,这也是它为什么重要的原因。数字式温湿度传
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感器 AM2301 直接把检测到的模拟量转化为数字量送给单片机,在经过单片机的 处理,把温湿度值显示在 1602 液晶上。温湿度传感器的精确度值直接影响到整 个系统的检测与控制,所以本系统采用数字式温湿度传感器 AM2301 采集温室内 的温湿度。

4.3 温湿度判断控制模块
温湿度判断控制模块也是系统的核心模块之一,所谓判断控制模块,就是对 当前温室内的实际温湿度与给定的温湿度范围进行比较,先进行判断,然后再进 行控制, 控制模块是决定系统将要进行什么工作的。 如温度高于上限时需要降温, 低于下限时需要升温,如湿度高于上限时需要降湿,低于下限时需要増湿,同时 还要启动警报等等。 温湿度判断控制部分的程序整体思路如图 4.2

实际值与给定值比较

调用控制

声光报警

是否在给定范围内

返回
图4.2 温湿度判断控制程序整体思路

4.4 1602 液晶显示模块
本系统采用 1602 液晶显示温湿度值,当系统刚开始上电时 1602 液晶不显示 任何数据,等待 AM2301 的监测数据,双行显示在 1602 液晶上。第一行显示: Temperature:--。C,第二行显示:Humidity: --%

4.5 报警模块
报警模块具备两项功能,即为报警灯和声音报警。报警灯模块是完成 LED 有 规律的转换,以便从视觉上提醒用户。LED 是由单片机控制 2 个双色 LED 灯组成 的,其转换规律为:
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系统温湿度值在给定的范围时,绿色 LED 亮。 系统温湿度值超出给定的范围时,红色 LED 亮。

在 LED 灯转换的同时,声音报警也会同时启动,可采用延时的方式来延长声 音报警的声音。 警报灯由 2 个双色的 LED 灯组成,一共需要 2 根数据线,使用单片机控制。 要实现的功能是使 2 个双色 LED 灯有规律的转换,当系统上电后,系统进行实时 的采样,并判断出当前温湿度与给定温湿度之间的差异,如果当前温湿度低于用 户给定的下限温湿度值,则说明当前温湿度过低,系统自动启动红色警报灯,同 时开始加温増湿,直至加到所需温湿度值时警报灯熄灭。反之,如果当前温湿度 高于用户设定的上限温湿度值,则说明当前温湿度过高,系统也会自动启动警报 灯,同时开始降温减湿,直至降到所需温湿度值时警报灯熄灭。

4.6 温湿度控制系统各部分子程序
主程序 ORG 0100H; MAIN:MOV R1,#10; T0 100 马上定时溢出计数寄存器 R1 赋初值 10 MOV P1,#0FFH; 所有指示灯灭 MOV SP,#60H; 堆栈指针赋初值 60H MOV TMOD,#01H; T0 定时、方式 1、软启动 MOV TL0,#0B0H; T0 赋初值 MOV TH0,#3CH; MOV IE,#82H; 开放 T0 中断 SETB TR0; 启动 T0 SJMP $; 定时/计数器 0 中断服务程序 ORG 0200H; T0INT:DJNZ R1,NEXT; T0 溢出 10 次,即 1s 进一次采样处理 LCALL ADCON; 调用温度采样及模数转换子程序 LCALL CALCU; 调用温度计算子程序 LCALL DRVCON; 调用驱动控制子程序 LCALL METRICCON; 调用十进制转换子程序 LCALL DISP; 调用数码管显示子程序 MOV R1,#10; R1 重赋值 10 NEXT:MOV TL0,#0B0H; T0 重装初值 MOV TH0,#3CH; RETI; 温度采样及模数转换子程序 ORG 0300H; ADCON:MOV DPTR,#0F0FFH; 选通 ADC0809 通道 0 MOV A,#00H; MOVX @DPTR,A; 启动 A/D 转换
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HERE:JNB P3.3,HERE; 判断数据转换是否结束,没结束则等待 MOVX A,@DPTR; 读取转换后的数据 MOV 20H,A; 将从 ADC0809 中读取的当前温度下热敏电阻上的电压值 存于 20H 单元 RET ; 温度计算子程序 ORG 0400H; CALCU:MOV R2,#01H; R2 为数据表的索引值寄存器 MOV DPTR,#DATATAB; 温度数据表首地址送 DPTR NEXT1:MOV A,R2; 索引值送 A MOVC A,@A+DPTR; 查表取出某一温度的数字电压值 CJNE A,20H,K1; 与当前温度的数字电压值比较 DEC R2; 等于当前温度的数字电压值,则查表取出该温度值作 为当前温度值 MOV A,R2; MOVC A,@A+DPTR; LJMP K3; K1:JNC K2; 大于当前温度的数字电压值,则继续取出下一温度的数字 电压进行比较 DEC R2; 小于当前温度的数字电压值,则查表取出前一个温度值作 为当前温度值 DEC R2 DEC R2 MOV A,R2; MOVC A,@A+DPTR; LJMP K3; K2:INC R2; INC R2; LJMP NEXT1; K3:MOV 21H,A; 将当前温度值存于 21H 单元 RET; DATATAB;DB 0,194,1,193,2,192,3,191,4,190;温度数据表 DB 5,189,6,188,7,187,8,186,9,185 DB 10,184,11,182,12,181,13,180,14,178 DB 15,177,16,175,17,174,18,173,19,171 DB 20,169,21,168,22,166,23,165,24,163 DB 25,161,26,159,27,158,28,156,29,154 DB 30,152,31,150,32,149,33,147,34,145 DB 35,143,36,141,37,139,38,137,39,135 DB 40,133,41,131,42,129,43,127,44,125 DB 45,123,46,121,47,118,48,116,49,114 驱动控制子程序
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ORG 0500H; DRVCON:MOV A,21H; 取出当前温度值 CJNE A,#30,J1; 与上限温度值(30℃)比较 LJMP GO; J1:JNC DRV1; 若高于上限温度,则输出驱动信号,同时高于上限温 度指示灯点亮 CJNE A,#25,J2; 与显现温度(25℃)比较 LJMP GO; J2:JC DRV2; 弱低于下限温度,则驱动信号停止输出,同时点亮低于下限 温度的指示灯 LJMP GO; DRV1:CLR P1.0; SETB P1.1; CLR P1.2; SETB P1.3; LJMP OVER; DRV2:SETB P1.0 SETB P1.1; CLR P1.2; SETB P1.3; LJMP OVER; DRV2:SETB P1.0; SETB P1.1; SETB P1.1; SETB P1.2; CLR P1.3; LJMP OVER; GO:CLR P1.1; 在下线温度(25℃)至上限温度(30℃)之间,则驱动信号保持 前面状态,同时温度正常指示灯点亮 SETB P1.2; SETB P1.3; OVER:RET; ;十进制转换子程序 ORG 0600H; METRICCON:MOV R3,#00H; MOV R4,#00H; 存于 30H 单元 MOV A,21H; CLR C; W1:SUBB A,#100; JC W2; INC R4; AJMP W1;

将存于 21H 单元中的当前温度转换为 BCD 码 百位存于 32H 单元,十位存于 31H 单元,个位

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W2:ADD A,#100; CLR C; W3:SUBB A,#10; JC W4; INC R3; AJMP W3; W4:ADD A,#10; MOV 30H,A; MOV 31H,R3; MOV 32H,R4; RET; ;数码管显示子程序 ORG 0700H; DISP:MOV R5,#03H; 将存于 32H 单元、31H 单元、30H 单元中的温度 BCD 码查表 转换为七段码 MOV R0,#30H; 通过串行通信方式 0 输出驱动 3 个数码管,显示当前 温度 MOV DPTR,#TAB; LOOP:MOV A,@R0; MOVC A,@A+DPTR; MOV SBUF,A; WAIT:JNB T1,WAIT; CLR T1; INC R0; DJNZ R5,LOOP; RET; TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH; END

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结束语
完成情况: 到现在为止, 我通过查找资料学到了很多专业知识。我的毕业设计已经经过 了初次审查,现在基本已经完成,从论文题目的制定到初稿的完成,在这期间, 我查阅了大量的资料和相关的技术手册,学到了很多,收获了很多。我清楚地认 识到发现问题的实质是坚决问题的关键。

所得收获: 虽然这个设计做的比较简单,但能完成给定的设计内容。很多东西考虑的不 是很细,也有一些特别情况没有做,但是用了很多精力用来完成这个论文,鉴于 个人水平和时间的关系, 所以并没有把自己当初设想的所有情况都考虑进去。这 两个月的毕业论文让我学会的很多,觉得自己学的太少还有很多需要认真学习, 学无止境,所以要更努力。

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参考文献

[1]林国汉.基于单片机的温度控制系统设计[J].微计算机信息,2009(25): 21~24 [2]易顺明.基于单片机的大棚温湿度控制系统设计[J].现代电子技术,2011 (7):7~15 [3]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社 2008.12~106 [4] Atmel. Atmel 89C51 Microcontrollers Hardware Manual,2010. 35~98 [5]陈桂友,柴远斌.单片机应用技术[M].北京:机械工业出版社,2008.10~88 [6]熊诗波.机械工程测试技术基础[M].4 版.北京:机械工业出版社,2008. 60~102 [7]张新荣.基于单片机的多路温度监测系统设计[J].工业控制计算机,2010(7):13~21 [8]夏晓南.基于单片机的温箱温度和湿度的控制[J].现代电子技术,2008 (5):6~12 [9]秦曾煌.电工学.电子技术[M].7 版.北京:高等教育出版社,2008.34~80 [10]李俊.基于单片机的温湿度检测与控制系统[J].微计算机信息,2008(17):5~18 [11]谭浩强.C 程序设计[M].4 版.北京:清华大学出版社, 2007.21~95

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