多功能温湿度智能测控仪设计.pdf

收 稿 日 期 2020 04 06 作 者 简 介 蒋 卫 东 1988 男 山 西 临 汾 人 山 西 能 源 学 院 电 力 工 程 及 自 动 化 系 助 教 硕 士 研 究 方 向 为 智 能 信 息 处 理 与 嵌 入 式 智 能 系 统 多 功 能 温 湿 度 智 能 测 控 仪 设 计 蒋 卫 东 贾 文 娟 乔 凌 霄 山 西 能 源 学 院 电 力 工 程 及 自 动 化 系 山 西 晋 中030600 摘 要 粮 库 储 藏 环 境 温 室 生 长 环 境 及 家 居 生 活 环 境 其 中 温 湿 度 都 是 重 要 的 考 虑 因 素 本 系 统 以 AT89C52 为 核 心 控 制 器 基 于 数 字 型DHT11 温 湿 度 传 感 器 将 采 集 到 的 温 度 和 湿 度 信 息 传 输 给 控 制 器 进 行 数 据 分 析 和 决 策 并 通 过 系 统 硬 件 部 分 预 留 的 驱 动 控 制 接 口 实 现 对 不 同 应 用 场 合 自 动 控 制 的 需 要 同 时 通 过 LCD1602 液 晶 屏 实 时 显 示 温 湿 度 数 据 并 且 温 湿 度 数 据 若 超 出 设 置 的 阈 值 则 自 动 发 出 声 光 报 警 提 醒 粮 库 保 管 员 温 室 技 术 人 员 用 户 警 觉 环 境 的 变 化 并 及 时 查 看 系 统 是 否 自 动 采 取 了 相 应 的 措 施 避 免 因 温 度 和 湿 度 因 素 造 成 的 不 必 要 的 经 济 及 健 康 损 失 关 键 词 温 湿 度 传 感 器 核 心 控 制 器 自 动 控 制 中 图 分 类 号 TH137 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1008 8008 2020 03 0026 03 引 言 我 国 是 人 口 大 国 粮 食 蔬 菜 消 费 尤 其 巨 大 粮 食 的 储 藏 安 全 及 蔬 菜 等 的 供 应 显 得 极 为 重 要 其 中 温 湿 度 控 制 对 于 粮 食 安 全 储 藏 及 温 室 蔬 菜 等 健 康 生 长 具 有 非 常 重 要 的 作 用 1 随 着 生 活 水 平 的 提 高 人 们 也 开 始 关 注 自 己 的 居 住 环 境 温 湿 度 也 是 人 们 关 注 的 焦 点 但 是 传 统 的 温 湿 度 控 制 方 法 通 常 是 基 于 一 些 仪 器 仪 表 进 行 检 测 并 通 过 巡 检 员 流 动 检 查 仪 表 数 据 若 发 现 有 异 常 数 据 再 采 取 对 应 的 调 节 措 施 该 办 法 工 作 效 率 低 并 且 不 能 实 时 根 据 环 境 因 素 的 变 换 及 时 控 制 相 应 的 设 备 工 作 造 成 一 定 的 经 济 及 健 康 损 失 因 此 有 必 要 设 计 一 款 可 以 实 时 检 测 及 控 制 不 同 应 用 场 合 环 境 温 湿 度 的 仪 器 1 总 体 方 案 设 计 图1 为 多 功 能 温 湿 度 智 能 测 控 仪 系 统 框 图 核 心 控 制 器 基 于 温 湿 度 传 感 器 采 集 环 境 的 温 湿 度 信 息 并 结 合 内 置 的 信 息 处 理 及 决 策 算 法 发 布 对 不 同 应 用 场 合 控 制 设 备 的 控 制 命 令 并 通 过 液 晶 显 示 器 实 时 显 示 环 境 的 温 湿 度 信 息 该 系 统 包 括 温 湿 度 传 感 器 检 测 模 块 核 心 控 制 器 信 号 处 理 决 策 模 块 驱 动 控 制 模 块 显 示 模 块 报 警 模 块 温 湿 度 传 感 器 检 测 模 块 主 要 是 检 测 环 境 的 温 湿 度 信 息 核 心 控 制 器 分 析 处 理 环 境 的 温 度 信 息 结 合 内 置 的 智 能 算 法 发 出 控 制 命 令 驱 动 控 制 模 块 接 收 单 片 机 发 出 的 控 制 命 令 实 现 对 不 同 应 用 场 合 环 境 的 实 时 控 制 显 示 模 块 实 时 显 示 环 境 的 温 湿 度 信 息 有 利 于 现 场 人 员 与 控 制 系 统 的 人 机 交 互 功 能 报 警 模 块 用 来 提 醒 仓 库 保 管 员 温 室 技 术 人 员 用 户 警 觉 环 境 温 湿 度 发 生 变 化 及 时 查 看 自 动 系 统 是 否 开 始 调 节 环 境 的 温 湿 度 图1 多 功 能 温 湿 度 智 能 测 控 仪 系 统 框 图 2 硬 件 系 统 设 计 2 1 核 心 控 制 器 信 号 处 理 模 块 设 计 本 设 计 采 用AT89C52 单 片 机 为 核 心 控 制 器 图 2 为 核 心 控 制 器 信 号 处 理 模 块 电 路 图 该 模 块 包 括 核 心 控 制 器 晶 振 电 路 复 位 电 路 核 心 控 制 器 分 26 析 处 理 温 湿 度 信 息 决 策 后 发 布 控 制 命 令 晶 振 电 路 为 核 心 控 制 器 提 供 工 作 脉 冲 信 号 复 位 电 路 可 以 帮 助 系 统 的 核 心 控 制 器 工 作 状 态 恢 复 到 初 始 状 态 2 图2 核 心 控 制 器 信 号 处 理 模 块 电 路 图 2 2 温 湿 度 传 感 器 检 测 模 块 设 计 DHT11 数 字 温 湿 度 传 感 器 内 置 电 阻 式 测 湿 元 件 NTC 测 温 元 件 A D 转 换 模 块 集 成 温 湿 度 传 感 技 术 和 数 字 采 集 技 术 具 有 响 应 快 抗 干 扰 高 稳 定 的 特 点 3 图3 为 温 湿 度 传 感 器 检 测 模 块 电 路 图 该 电 路 将 采 集 到 的 环 境 温 湿 度 数 字 数 据 传 输 给 核 心 控 制 器 为 其 分 析 决 策 提 供 数 据 基 础 DHT11 数 字 温 湿 度 传 感 器 采 用 单 总 线 方 式 与 单 片 机 通 信 其 电 源 引 脚VCC 通 过5V 电 源 供 电 接 地 引 脚GND 连 接 地 线 N A 引 脚 悬 空 数 据 线 引 脚 DATA 通 过 上 拉 电 阻 与 单 片 机 引 脚 相 连 可 以 降 低 线 路 的 不 稳 定 及 其 损 耗 4 图3 温 湿 度 传 感 器 检 测 模 块 电 路 图 2 3 显 示 模 块 设 计 图4 为 显 示 模 块 电 路 图 引 脚VO 为 液 晶 显 示 器 对 比 度 调 整 端 该 引 脚 接VCC 时 对 比 度 最 弱 接 GND 时 对 比 度 最 高 本 设 计VO 引 脚 通 过 连 接 一 个 10K 的 电 位 器 来 调 整 对 比 度 DB0 DB7 为8 位 的 双 向 数 据 线 与 核 心 控 制 器 进 行 数 据 交 换 背 光 源 正 极 引 脚 通 过470 电 阻 接VCC 防 止 直 接 加VCC 电 源 烧 坏 背 光 灯 图4 显 示 模 块 电 路 图 2 4 报 警 模 块 设 计 图5 为 报 警 模 块 电 路 图 采 用 蜂 鸣 器 和 发 光 二 极 管 的 方 式 报 警 提 醒 环 境 温 湿 度 发 生 了 变 化 5 图5 报 警 模 块 电 路 图 2 5 驱 动 控 制 接 口 模 块 设 计 图6 为 驱 动 控 制 接 口 模 块 电 路 图 继 电 器RL1 是 一 种 功 率 开 关 器 件 它 能 够 实 现 弱 电 控 制 强 电 的 功 能 单 片 机 引 脚C Relay 输 出 高 低 电 平 控 制 三 极 管 的 通 断 进 而 控 制 继 电 器 的 通 断 从 而 达 到 控 制 引 脚C Voltage 所 连 接 的 电 路 的 通 断 单 片 机 引 脚 C Relay 与 三 极 管 基 极 之 间 连 接 一 个 电 阻 用 来 吸 取 断 电 时 产 生 的 反 电 势 造 成 的 干 扰 6 图6 驱 动 控 制 接 口 模 块 电 路 图 3 软 件 系 统 设 计 软 件 部 分 采 用 模 块 化 的 设 计 思 想 降 低 了 各 个 模 块 之 间 的 耦 合 度 保 障 了 系 统 运 行 的 可 靠 性 也 增 加 了 其 扩 展 性 健 壮 性 同 时 有 利 于 开 发 人 员 的 调 试 维 护 开 发 过 程 中 首 先 编 写 硬 件 各 个 模 块 子 函 数 包 括 温 湿 度 信 息 采 集 函 数 信 息 传 输 函 数 27 信 息 分 析 决 策 函 数 温 湿 度 调 节 函 数 温 湿 度 显 示 函 数 声 光 报 警 函 数 然 后 编 写 主 函 数 在 主 函 数 里 面 调 用 各 个 模 块 子 函 数 从 而 实 现 系 统 的 功 能 7 图7 为 温 湿 度 智 能 测 控 仪 系 统 流 程 图 图7 温 湿 度 智 能 测 控 仪 系 统 流 程 图 首 先 利 用 温 湿 度 传 感 器 采 集 环 境 温 度 信 息 并 转 换 为 标 准 数 字 信 号 传 输 给 单 片 机 对 其 进 行 分 析 决 策 单 片 机 将 温 湿 度 数 据 通 过 液 晶 显 示 屏 实 时 显 示 根 据 分 析 结 果 若 环 境 温 湿 度 与 需 求 不 匹 配 单 片 机 发 送 控 制 命 令 控 制 对 应 的 设 备 工 作 进 行 温 湿 度 的 调 节 同 时 发 出 声 光 报 警 经 系 统 测 试 可 以 精 确 的 检 测 与 控 制 环 境 温 湿 度 4 结 论 与 展 望 本 系 统 基 于 温 湿 度 传 感 器 以AT89C52 单 片 机 为 主 控 芯 片 设 计 了 多 功 能 温 湿 度 智 能 测 控 仪 系 统 实 现 了 对 环 境 温 湿 度 信 息 的 实 时 监 测 及 根 据 不 同 场 合 的 需 要 实 时 调 节 环 境 温 度 下 一 步 可 以 通 过 互 联 网 将 温 湿 度 数 据 传 送 至 云 服 务 器 操 作 员 可 以 通 过 手 机 PAD 等 信 息 终 端 实 时 在 线 监 控 数 据 并 结 合 大 数 据 技 术 使 系 统 能 够 实 时 自 主 分 析 为 用 户 提 供 更 加 科 学 合 理 的 建 议 实 现 智 能 远 程 管 理 参 考 文 献 1 张 俪 亭 杨 习 伟 基 于 单 片 机 的 蔬 菜 大 棚 温 湿 度 自 动 控 制 系 统 设 计 J 无 线 互 联 科 技 2018 24 2 姚 小 圣 赵 娟 一 种 温 室 大 棚 检 测 系 统 的 设 计 J 科 技 资 讯 2020 7 3 曾 鹏 陈 其 军 段 浩 楠 等 基 于51 单 片 机 的 粮 仓 温 湿 度 检 测 J 科 技 资 讯 2018 26 4 颜 丽 娜 王 顺 忠 张 铁 民 基 于DHT11 温 湿 度 测 控 系 统 的 设 计 J 海 南 师 范 大 学 学 报 自 然 科 学 版 2013 4 5 曲 爱 玲 刘 红 梅 高 倩 等 嵌 入 式 智 能 家 居 控 制 系 统 设 计 J 北 京 农 业 职 业 学 院 学 报 2014 1 6 孙 培 君 基 于 单 片 机 的 温 湿 度 测 控 系 统 设 计 J 电 子 技 术 与 软 件 工 程 2016 24 7 孙 学 智 基 于 单 片 机 的 温 湿 度 检 测 系 统 设 计 与 实 现 分 析 J 科 学 技 术 创 新 2020 13 责 任 编 辑 荆 瑶 28