湖南工业大学 --智能多路温湿监测系统设计.doc

（2014届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称： 智能多路温湿监测系统设计 学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 耿桂锋 班 级：自动化101 学号10401100104 指导教师姓名： 文定都 职称 副教授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 2014届本科毕业设计（论文）资料第一部分 毕业论文（2014届）本科毕业设计（论文）学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 耿桂锋 班 级：自动化 101 学号10401100104 指导教师姓名： 文定都 职称 副教授 最终评定成绩 2014年5月 湖南工业大学本科毕业设计（论文）III摘 要对粮仓温湿度检测系统进行研究，报告了现在世界粮仓温湿度系统控制的重要性。系统由温湿度传感器和AT89C51构成，硬件电路：AT89C51、SHT11温湿度传感器、LCD1602显示、报警器以及按键五个部分组成；系统温湿度检测模块传采Scnsirion公司SHT11温湿度传感器，它集成了NTC测温元件和电阻式湿敏元件为一身；其它主要由由温湿度传感器和报警器电路设置组成，按照我们所需的测量效果进行上下限设置，如果测量值超出上下限设定就会报警（采用蜂鸣器蜂鸣）；用LCD1602作为系统的显示模块。软件部分采用主程流程图、温湿度检测流程图、显示流程图组成。AT89C51是一款低消耗、高性能的CMOS8位单片机、功能强大、性价比高可用于各行各业；SHT11温湿度传感器属于温湿度集成复合型的传感器；AT89C51与SHT11相连接组成的温湿度检测系统具有抗干扰能力强、性价比高、稳定性好、反应速度快，该系统价格低可以适用于各行各业。关键词：ATC89C51，SHT11传感器，1602液晶显示屏，报警ABSTRACTThe article was focused on studying the temperature and humidity detection system of granary, the importance of current worlds granary temperature and humidity control system was reported. The system was composed of temperature and humidity sensors and AT89C51. The hardware circuits include AT89C51, SHT11 temperature and humidity sensors, LCD1602 display, alarms and key five parts. The system of temperature and humidity detection was used the Scnsirion company SHT11 temperature and humidity sensor, which integrates the NTC test temperature and humidity sensor element together, the others mainly are mainly consisted of the temperature and humidity sensors and alarm circuit. We seted up the upper and lower limits based on our desired effect on the measuremen, it would be clarmed ( using buzzer beeps ) if the measured value exceeds the upper limit and it used LCD1602 display module as a system. The software part was comprise of main process flow diagram, temperature and humidity testing flowchart, display flowchart.AT89C51 is a low-cost, high-performance CMOS8 bit microcontroller, which has the powerful function, cost-effective and high availability in all walks of life. SHT11 temperature and humidity sensors are belonged to integrated temperature and humidity sensors. The temperature and humidity detection system was connected with AT89C51 and SHT11, which has the merits of anti-interference ability, high cost, good stability, fast response, low price and it can be applied to all industries.Keywords : ATC89C51, SHT11 sensor, 1602 LCD screen, alarm目 录摘 要IABSTRACTII第1章 引言11.1研究背景11.2研究意义11.3粮仓温湿度检测控制技术的发展现状11.4 本课题研究的主要内容2第2章 系统硬件软件研究32.1硬件研究32.1.1 湿度传感器32.1.2 数字湿度传感器的类型42.1.3 温度传感器52.1.4 数字式温度传感器的类型52.2 温湿度传感器的确定62.3 软件研究6第3章 硬件系统设计73.1 AT89C51单片机简介73.2温湿度传感器STH1193.2.1 SHT11的内部结构和工作原理103.2.2传感器电路123.3液晶显示LCD1602133.4复位电路和时钟电路143.5 超限处理电路153.6按键模块16第4章 软件系统的设计174.1主程序流程图174.2 温湿度流程图174.3 LCD显示流程图18结 论19参考文献20致 谢22附录1 硬件电路原理图23附录2 源程序24第1章 引言1.1研究背景我国是一个农业大国，每年都有大量的新粮收获也有部分陈粮积压，由于储存不当造成造成大量的粮食浪费，给国家和人民造成了巨大的经济损失，粮仓的性能成为粮食质量的决定因素1。当今世界科技技术不断进步，很多行业都可以运用单片机进行系统控制，在科研机构、粮仓、温室大棚、烘干房等各个领域都可以运用单片机技术，而且该技术越来越成熟的发展。粮仓、温室大棚等对温湿度要求高的场所，控制系统的自我检测能力需求也越来越高，对室内温、湿度的测量完全可以采用单片机技术来完成。我国是一个人口众多的大国，科学储粮是保障人民粮食供应，促进社会安定的大事，粮仓温度的监测在科学储粮中占有重要地位2。在大部分粮食储存行业，主要的粮仓温湿度检测是有人工测量来完成的；一般情况下储存粮食的仓库相对不是很集中，一个仓库的面积也十分巨大，仓内有多个监测点站，因而人工监测工作量大、效率低、检测周期长、容易漏检、而且测量器件损坏率高，测试精度难以保证3。1.2研究意义我们要保证粮仓仓库内的温湿度，以保证粮食在储藏期间内不会出现变质霉烂给我国农民经济造成一定损失。粮仓温度常温下、湿度较大的情况下，粮仓内的谷物就会发生腐烂变质。当空气中相对温度比较高时、相对湿度也比较低的情况下，霉菌可以依附在谷物、墙壁进行繁殖生长最终使粮食霉变。研究表明，我国南方潮湿多雨，尤其是在59月份霉变的发生频率高达34%，其温、湿度及空气中水汽含量搭配得当，仓库中的粮食霉变几率就高尤其在7、8月份，粮仓经常发生霉变；储粮害虫一般最适湿度在70%75%，如果粮堆内的空气相对湿度保持在65%以内，保持与其平衡的水分，就可以抑制粮食上几乎全部微生物的活动4。1.3粮仓温湿度检测控制技术的发展现状近年来，工农业生产领域逐渐开始采用大规模集成电路技术、计算机技术和通信网路技术，我国对粮仓温湿度监测系统的研究，在硬件方面和软件方面都得到了突飞猛进的发展。当今的个个传感器公司传感器技术都在迅速发展，以便可以更好适应当今世界对粮食存储的要求。国际众多国家和地区的的仓库温湿度检测系统技术相对比较完善，给我过温湿度检测系统的发展树立很好的榜样充分的吸收国外在粮仓仓库监测方面的先进技术和经验、也使我国粮仓仓库温湿度自动检测方向有了突飞猛进的发展。不过相对来说但功耗过大，产品的性价比不高，没能达到我们所期待的的理想效果。中国的仓库环境综合控制系统，在充分吸收国内外先进科技技术的同时，要敢于总结积极主动的创新，开发那些满足适合我国气候多变的自然环境，逐渐的向世界高科技的智能化仓库温湿度检测系统看齐。在对不同的农作物产品上，要有专用的、综合配套的、经济效果明显的，属于中国知识产权的产品和科技技术。 （1）广泛采用新技术、新工艺随着科技的进步，许多新技术和新工艺被应用到湿度测量领域中4。例如：DTSX200测温传感器是日本横河公司生产的；可以用于测量封闭地下油砂和油页岩层温度的变化，最先进的地方是可以采用太阳能供电。 （2）增加新的功能新型智能湿度传感器的测试功能也在不断增强5。例如，美国DALLAS公司生产的DS1629，自身可以显示时间属于的智能型的湿度传感器，可广泛用于测量湿度传感系统中。 （3）分辨力、精度不断提高现在，众多公司都在生产精度等级高、分辨能力强的智能型的传感器，SHT11型温湿度传感器可以能精准的测量相对湿度，当然测量温度和露点也是没有问题的。在温室大棚、粮仓仓库、烤烟房等温湿度等级高的温湿度检测系统，我们都可以采用SHT11型温湿度传感器进行温湿度的测量。SHT11技术指标：露点的测量精度达到正负1度、测量精度最高可达正负2个精度等级、相对湿度测量范围高达百分之百、分辨力达0.03RH、温度的测量范围比较广、分辨率可精确到零点零零几。1.4 本课题研究的主要内容 根据毕业设计任务书可知：对硬件系统的设计温湿度检测系统的温度测量范围：-1050、湿度测量范围：10%90%RH、精度：5%RH、使其具有很强的实用性。对软件系统的设计：要实现超限报警、数码显示、确保系统安全可靠的正常运行能实现温度、湿度的检测和显示以及超限报警。第2章 系统硬件软件研究2.1硬件研究 在没有推广单片机技术之前的粮仓仓库温湿度检测主要采用人工检测的方法进行温湿度检测的，在仓库中将温度计放入特定的位置进行测量，多点测量的时候，主要采用人工读数的方法在同业时间段进行监测，进而采取相应的措施。由于人工读数存在一定的视觉误差，测量温度的温度计测量精度等级很难达到系统要求，测量温度时不能同时测量与记录，当粮仓粮食温湿度过高时，就会造成粮食发生变质腐烂，给国家企业造成不必要的损失造。 将先进科技技术运用到温、湿度检测控制系统中，使之发生突飞猛进的发展，原先的系统采用的是数据采集多条线路，现在的系统主要采用采用矩阵式布线技术进行采集；各种各样样材料的热电偶、热电阻器件，也给传感器带来了多方面的选择；在数据传输方面主要采用串行传输方式，方便可对粮仓进行多点进行巡回检测，检测精度也大大的提高了，电阻传感器相对来说灵敏度比较低，在检测过程中会出现测量精度达不到当今粮仓所需要的精度等级。本设计主要采用温湿度相融合检测技术：主要用于粮仓仓库温湿度检测信号的采集和显示，当检测的数据发生异常时，发送报警信号；而且通过以单片机技术为核心的检测系统将采集信息实时传送到系统数据库。2.1.1 湿度传感器在自然界中，通常有水和生物的地方，在其周围的大气里总含有或多或少的水汽，大气中含水的多少，表明了大气的干湿程度，用湿度表示6。在物理学和气象学中表示湿度的方法有不少，常用的方法是用绝对湿度、相对湿度、露点湿度等来表示。绝对湿度一般我们用单位V的大气中所含水汽的质量表示；我们一般称测空气中的水汽分压与同一温度下水的饱和水汽压的比值的百分数为相对湿度，空气温度下降水的饱和水汽压也会逐渐减少的。由此可知，空气的温度越低时，在同样空气水汽分压下，则空气的水分压与相同温度下降到某一温度时，空气的水汽分压依然相等。在这个时候会有露珠出现，空气中的水汽气会转换为液体形形式，我们可以称这种特殊的温度为空气的露点或露点温度，单位，空气中的水汽分压也可以通过空气中的露点进行测量，空气的水汽分压亦可以称之为空气的露点温度下的水饱和水汽压。湿度传感器是可以测量粮仓、温室大棚的湿度变化，由于自身还有湿度敏感元器件，可以根据物理化学反应，将测量的数字湿度信号转化为模拟电流号。湿度检测一般是比较比较困难，这首先是因为空气中的水蒸汽含量要比空气少得多；另外，液态水可以将一些电解质材料溶解进而影响传感器使用寿命，一些液态水里面会含有酸碱物质，湿敏材料在酸碱的影响腐蚀老化，所以在使用湿敏材料传感器是尽量暴露于外界环境中。在工业生产中，湿度的测控直接关系到产品的质量。精密仪器，半导体集成电路与元器件制造厂所，湿度的测控就显得更加重要7 。常见的湿度传感器有电阻式、高分子型、电容式和半导体结构的传感器，我国工业自动化生产、农业温室大棚、家庭湿度调节等各领域都可以采用传感器进行湿度测量，湿度不仅与工农业生产品质有关，而且也可以作为环境监测的条件。湿敏器件也逐渐高精度、智能化、集成化、体积也越来越小方向发展。2.1.2 数字湿度传感器的类型国内外都在加速研究湿度传感器发展，以来应对国际需求。湿敏传感器也逐渐向智能化、集成化和价格低廉。当今社会上有的最多的湿度传感器是集成湿度传感器：测量范围广、反应速度快、线性度要好、测湿性能、一致性、灵敏度、安全可靠、抗腐蚀防老化等优点。集成湿度传感器的种类有3种。（1）HIH-3610是Honeywell公司出厂的含有信号处理功能的热固聚酯电容式相对湿度传感器。出厂前给传感器进行数据定义，它包含多层结构，可以有效地抵抗环外界环境的腐蚀老化，工作范围：湿度测量范围达到100%、温度测量-40+85、高精度2%RH线性输出十分好、极速反映15s、200A驱动电流、抗腐蚀、稳定性好。该传感器具有精度高、响应快速、高稳定性、低温漂、抗化学腐蚀性能强及互换性好等优点。（2） DHT11温湿度传感器是温湿度复合型传感器。它有两部分组成：数字采集模块和温、湿度传感模块，产品拥有可靠性、高稳定性。DHT11型传感器拥有反应速度快、物美价廉、抗干扰能力强、安全可靠等优点，主要是因为它将NTC测温元件和电阻式感湿元件融合一起并和8位单片机直接相连。每个DHT11传感器都需要做温湿度校验，达到安全质量要求后才能出厂。我们可以通过存储OTP内存中设定的校准数据，对传感器内部检测信号进行处理过程中采用DHT11的温湿度检测系统简易快捷、体积相对小、功能消耗低、传感器信号传输的距离可一达到20米以上。主要是由于DHT11传感器采用单线制串行接口，可以适用于各种温湿度检测场合。（3） SHT11是瑞士Sensirion公司生产的智能温湿度传感器。它的芯片内部包括信号温湿度传感器、放大器进行信号放大、二线串行接口、14位A/D转换器进行模/数转换，融合了CMOS芯片技术与传感器技术，使传感器具有价格低廉、性价比高、体积小高度集成化、对环境变化适应能力强、硬件接口电路简单等优点。2.1.3 温度传感器 温度是衡量冷热程度的标尺。温度既可以用于表示日常生活的感觉，又可以作为物理单位定量第表示物理现象。一般多把感觉的温度定为相对温度，物理温度定为绝对温度8。温度的测量方法主要有：接触式测温和非接触式测温。接触式工作原理是热平衡原理，常见的测温元件有热电偶、热电阻、膨胀式温度计等。感温元件可以直接暴漏在测温环境中或者与直接被测介质直接接触，根据热平衡原理即可测出温度值；非接触式测温基于热辐射原理或电磁原理，测温时，感温元件不直接与被测介质接触，通过辐射实现热交换，达到测量的目的，例如：红外测温仪、光学高温计等9。目前广泛使用温度传感器有4类：热电偶、热电阻、热敏电阻集成电路传感器10。热电偶用来测200以上的高温，热电阻用来测低温。在石油化工企业常见的价格低廉温度传感器是热电偶，热电偶温度测量是基于热电效应测温的。它可以测量200以上的高温，具有使用操作方便、测量温度精度高、热惯性小等优点。2.1.4 数字式温度传感器的类型温度传感器也逐渐向集成化、智能化方向发展，世界上多家公司生产新型的数字温度传感器，应用十分广泛。温度传感器选择时要注意：测量精度高不高、分辨率大小、性价比高以便节约成本；温度传感器的外围电路应尽量简单；温度传感器的总线负载应该保证满足多点测量温度时的需要。常见的数字类型温度传感器的种类有3种。（1） LM74 是美国国家半导体公司生产的数字温度传感器：集成了Delta-Sigma型模/数转换器、带隙式温度传感器、以及含有SPI/Microwire兼容总线接口。给LM74传感器进行通电做业，传感器开始进行温度进行检测，并将测量的温度信号经过转化后送往单片机存储在片内寄存器中，单片级可以随时对传感器温度值进行读写。LM74传感器可以利用12位A/D转换器进行模数转换、测量温度范围为-55+155、工作电压为3.0V至5V、分辨率可以精确到2位小数。（2） 数字温度传感器AD590 是AD公司生产的，利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。AD590被测温度一定时，可以作为恒流源使用，作为恒流元件AD590很适合适合远距离传送，AD590具备高精度测量、测温范围广、价格低廉可以用来测温和热电偶的温度补偿。而且消除电源波动的特性、即使工作电压变化范围比较大变化、其电流也仅仅在1A以下作微小变化。（3） DS18b20 是Dallas公司出厂的数字类型的温度传感器。它拥有单线接口方式与微处理器连接时只需要一条口线，方便用来完成微处理器与DS18B20的双向通讯；最多可以8个DS18B20并联在唯一的三线上、用于进行多点测量、如果传感器数量多的话、电源电压变低、导致信号传输的不稳定波动较大、工作电压范围： 3.0-5.5V/DC、在正常工作中不需要任何外围元件测量、最终的测量数据以9-12位数字量方式串行传送。可以采用不锈钢6钢管进行保护措施，传感器特点：体积小、价格低、抗干扰能力强、测量精度等级高的特点，适用于粮仓仓库、温室大棚、烤烟房、冷冻室等。2.2 温湿度传感器的确定 综上所述，主要是对单个的温、湿度传感器进行研究与介绍，如果温湿度检测系统采用温湿度单独测量的话成本就会增加。根据实际情况考虑节约粮仓测温系统成本，可以利用SHT11检测温、湿度数据：集成温度和湿度融为一体传感器。该系统是采用SHT11温湿度传感器进行检测具有：成本低、误差小、体积小、简单接口电路、性价比高等优点，14位A/D转换器在芯片内部集成，实现信号的模数转换、抗干扰能力强。该传感器在石油化工企业、温湿度环境监测等领域均可以大力推广，在本次毕业设计中选用SHT11温湿度传感器，进行粮仓仓库进行温湿度数据信号的测量。2.3 软件研究计算机软件开发在最近几年发展十分迅速，Windows环境下的Visual Basic、Delphi、Visual C+、Power Builder的一代又一代的升级和发展，数据功能增强，ODBC驱动程序访问数据系统也在不断增多，并可使用ADO、DAO等各种应用程序开发接口，操纵和管理数据库中的数据和数据库，数据库对象与结构也很方便地对监测系统进行检测、显示、打印等操作，为高性能的测控软件的设计打下坚定地基础。温湿度检测系统，我们可以使用基于以单片机为核心的系统。采用C语言进行系统的编程工作、仿真实验使用 proteus软件进行。第3章 硬件系统设计 本设计是基于AT89C51单片机作为核心部件系统，采用SHT11进行温湿度信号的测量和模数转换，测量转换后的模拟信号送往单片机。经处理后传输给LCD1602进行显示温湿度，信号显示采用的液晶屏为57点阵，一行可显示16字两行；采用按键方式对SHT11进行温湿度设定上下限值；原件初始化后，SHT11温湿度传感器开始进行温湿度信号的采集和处理，最后通过LCD液晶显示器显示温湿度值；如果测量信号值超过传感器的温湿度上下限值，通过报警电路进行蜂鸣器报警。根据设计功能要求，系统主要有：键盘模块、温湿度检测模块、报警模块、显示模块、复位电路、时钟电路。系统原理图如3.1所示。图3.1 系统整体结构图3.1 AT89C51单片机简介ATMEL、PHILIPS和SST成产的与80C51兼容的低功耗，高性能8位89C51单片机具有比80C31更丰富的硬件资源，特别是其内部增加的闪速可电改写的存储器FlashROM给单片机的开发及应用带来了更大的方便。本设计采用美国ATMEL公司生产AT89C5111。ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT9C51一款性能高CMOS8位单片机，片内含4KB程序存储器存储数据和程序和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）。AT89C51采用ATMEL公司的非易失性存储技术生产、高密度，8位中央处理器和Flash存储单元，兼容标准MCS-51指令系统，内部含有十分强大的微型计算机的AT89C51提供了性价比较高的解决方案。AT89C51总共有40个引脚、2个16位定时器和计数器、32个外部双向输入/输出（I/O）端口、2个全双工串行通信口、2个中断优先级中断接口。单片机的编程方法有在线和常规编程两种方式。AT89C51将闪速存储器和微处理器有效的融合成为一体可以大大的节约降低开发成本；还是一款性价比高、功能强大、价格低廉的单片机。外接晶体引脚XTAL1和XTAL2：XTAL1（18脚）接外接晶体和微调电容一端；XTAL2（19脚）接外接晶体和微调电容另一端11。电源引脚Vcc（40脚）电源端为+5V；Vss（20脚）接地端。P1端口：P1是8位双向I/O口，内部含有上拉电阻，P1可驱动4个TTL输入，可以通过输出缓冲器来完成。P1端口置1时，通过内部上拉电阻把端口拉倒高电位，这时可做输入口使用。P2口：P2是8位双向I/O口，内部含有还带有上拉电阻；P2输出缓冲器可驱动4个TTL输入。P2端口置1时，因为管脚被内部拉高上拉电阻，可以输出电流。P3口：P3和P1P2口一样属于含有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3的输出也可以驱动4个TTL输入。P3端口可以被用作为输入（P3口为1时）此时端口为高电平。当P3端口为0时作为输入，外部下拉置0，在上拉电阻的作用下P3口将输出电流（Iil）。 P3口还有另外的功能，如表3.1所示。 表3.1 P3端口引脚功能端口引脚功能P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）RST是复位输入端，高电平有效；输入端保持24个时钟振荡周期的高电平时，即可完成复位操作。ALE/PROG地址锁存信号端。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX、MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：程序存储使能信号输出端，在由外部程序存储器取指这段期间内，2个脉冲输出；在访问外部数据存储器，无脉冲信号。/EA/VPP：给/EA置1时，无论管是否有内部程序存储器，CPU都执行片外程序存储器中的指令，通过只访问片外ROM来完成工作；如果保密为方式1时，/EA将内部锁定为复位；/EA引脚保持置1时，内部程序存储器中的指令可以有CPU来执行。在FlashRom编程期间，该引脚也用于施加12V编程允许电源Vpp(如果选用12V编程)，AT89C51引脚如图3.2所示。 图3.2 单片机引脚图3.2温湿度传感器STH112002年Scnsirion公司在世界上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化湿度、温度传感器12。出厂前，在温度室中每个传感器都有密切标准，在测量过程中可对相对湿度进行校准。SHT11芯片内部包含相对湿度传感器、14位A/D转换器、放大器、温度传感器、校准传感器、状态寄存器、循环冗余校验码寄存器、二线串行口、控制单元、加热器及低电压检测电路12。测量原理是使用两个传感器分别产生相对湿度、温度测量，信号然后经过放大被送到转换器进行模/数转换、误差修正、最后、通过2线串行端口将温湿度的数据发送到上位机。 SHT11温湿度传感器采用SMD(LCC)表面贴片封装形式、接口非常简单，引脚名称及各引脚如图3.3所示。图3.3 SHT11引脚图引脚功能如：脚1GND和脚4VDD信号地和电源，2.45.5 V工作电压范围；脚2-DATA和脚3-SCK，线串行数字接口、DATA为数据线、SCK为时钟线；脚5-8-未连接。 3.2.1 SHT11的内部结构和工作原理 温湿度传感器SHT11将A/D转换、湿度检测测、加热器、温度感测和信号变换等众多功能集成到一个很小的芯片上12，该芯片由温度敏感元件（能隙材料制成的）和湿度敏感元件（一个电容性聚合体）。这两个敏感元件的作用将测量的温湿度数据信号转化为电流信号；该电流号先经过微弱信号放大器进行信号放大；然后再通过A/D 转换器进行信号转换；采用二线串行数字接口将数字信号输出，SHT11必须在温湿度恒定的检验室内进行温湿度系数校准后，达到了安全生产要求才可以出厂。通常判断温湿度传感器性能好坏，最常见的方法通过采用给SHT11内部的加热器进行通电操作，传感器随着加热时间的流逝内部温度将会提升5左右，能量损耗也会相应增多，比较加热前后传感器的温湿度变化；为了消除传感器凝结，可以在十分潮湿的环境中采用加热传感器的方法；传感器的灵敏度会有所上升更加有效地进行工作，传感器的温度会有所提升湿度也会减小；温湿度测量值会存在一定的误差，测量大气中的露点是也可以采用加热器通电源的方法进行工作，它具有数字输出、不用调试、不用标定、没有外围电路及互换性等特点，其内部结构如图3.4所示。图3.4 SHT11内部结构图 SHT11为具有二线串行接口的单片全校准数字试新型相对湿度和温度传感器可用来测量相对湿度、温度和露点等参数13。微处理器与SHT11进行通讯，通过二线串行数字接口进行通讯的，硬件接口电路设计比较简单；但是I2C总线协议和通信协议二者是不相互兼容的，在出厂之前芯片厂家自己定义的，所以在设计中只须用微处理器I/O口模拟该通信时序。单片机通过5条命令对SHT11进行控制，命令代码的含义如表3.2所示。 表3.2 SHT11的命令代码 命令代码 含 义 00011 测量温度 00101 测量湿度 00111 读内部状态寄存器 00110 写内部状态寄存器 11110 复位命令，使内部状态寄存器恢复默认值,下一次命令前至少等待11ms 其他 保留 SHT11采用二线数字串行接口来访问，硬件接口电路十分简单。需要注意的的是：单片机和SHT11之间同步通信有时钟线SCK完成，包含了一个完全的静态逻辑，而不需要对SCK最低平率进行要求，工作电压大于4.5V时、S时钟线频率高达10MHz。当工作电压低于4.5V 时、SCK最高频率则为1MHz。DATA数据线需要外接上拉电阻。 温、湿度传感器和微处理器通信，我们可以采用采用串行二线接口DATA数据线和SCK时钟线进行工作，由于I2C协议无法和二线串行通信协议相互兼容的，因此微处理器需要使用一组“传输时序”表示数据传输的启动才能开始程序。当SCK置1时、DATA置0、一段时间后SCK重新置0、当SCK在此置1时平、DATA则会回到原来状态置1。如图3.5所示。图3.5 时序图3.2.2传感器电路传感器电路模块是整个温湿度检测模块的数据信号采集和处理，由温湿度传感器芯片SHT11构成下面介绍多点温湿度采集系统的设计，对于多点采集只需在单个采集的基础上作一点程序上的改动14，4路温湿度检测系统接线方式可以使用一下方法：SHT11的SCK时钟线均连接到单片机P2.6端口，DATA线测量部分连接到P2.7、P2.5、P2.4和P2.3端口，假如测量点继续增多的话，我们只需要增加DATA线与单片机相连的接口即可，整个C语言成序稍加改动便能实现。如图3.6所示。图3.6 传感器接线图单片机I/ O口不多，如果需要进行多点测量时就会出现I/ O口不足的情况。SHT11传感器的DATA和SCK两个引脚需要两个I/ O口接口，在现实生产过程中每个SHT11的测量是需要在同一时间点进行测量的，如果我们采用个点测量的话，就会造成测量的误差进而给粮仓造成不必要的损失。数据信号采集时间就会变长过长、也会出现滞后控制，进而对控制系统性能的提高产生一定的影响。粮仓检测系统中，我们所要求所采集的温湿度数据是整个粮仓内不同点位相同时间点数据值，所以我们要求每一个SHT11都必须同时开始测量采集数据。多点单片机和SHT11传感器连接方式可以采取以下方案：SHT11传感器的SCK引脚线接到单片机的同一个I/O 口上，DATA引脚可以接在不同I/ O口线上，通过这种连接方式来解决单片机I/O 口不足的问题。首先，n个传感器将会占用n+1个单片机I/ O端口，可以节约n-1个端口，可以有效的解决单片机I/ O端口少的问题，这样很好地节约成本，系统空间体积也会变小；其次，由于多个SHT11每次测量中都可以同时发出测量命令，主要是采用了一根时钟线的连接方式。多个传感器同时进行测量，只需一次等待时间则完成了整体数据的收集，大大缩短了数据采集时间，为控制系统快速响应提供了条件15。3.3液晶显示LCD16021602型LCD显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7和RS、R/W、EN三个控制端口、工作电压为5V、并且具有字符对比度调节和背光功能16。1602液晶也可以称为1602字符液晶显示，它用来显示字母、数字、符号，它主要是由5X7或者5X11等点阵字符位相互组成。我们想要显示一个字符，可以通过点阵字符位即可完成。字符为和行之间都会存在一定的间隔间隔，给自字符显示行显示合理化，所以LCD1602可以很好地显示温湿度值。1602LCD是指显示的内容为16X2，显示分为温湿度两行显示，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。LCD1602液晶显示的参数和引脚说明。 （1）显示容量:162个字符； （2）工作电流:2.0mA(5.0V)； （3）工作电压:5.0V； （4）芯片工作电压:4.55.5V； （5）字符尺寸:2.954.35(WH)mm。 第1脚：VSS为地电源。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，给引脚送正电压对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生鬼影，解决这种情况通常采用上拉电阻的方法，一般电阻采用10K。第4脚：RS为寄存器选择，给引脚写入1时选择数据寄存器、给引脚写入0时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读和写信号线，引脚置1时读操作，引脚置0时写操作，当RS和R/W共同为置1时可以写入指令或者显示地址，当RS置0和R/W置1时可以读忙信号，当RS置1和R/W置0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714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。 此模块是由LCD1602芯片组成实时温湿度显示的电路部分。LCD1602是一个两行每行16字的液晶显示屏，D0-D7接P0口、RW接地、RS、E接P2.0、P2.1 起控制作用如图3.7所示。图3.7 LCD液晶显示3.4复位电路和时钟电路复位电路的工作原理是：单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期，则CPU就可以响应并将系统复位17。上电复位和手动复位是2中常见的复位方法，系统主要采用手动复位方法。S1闭合，单片机进入复位状态，系统上电后，若需要复位，我们就可以采用手动复位的方法来实现。单片机工作的时间是由时钟电路提供的，在单片机的XTAL1和XYAL2两个管脚接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路。我们要保证温湿度检测系统的稳定性和快速性，复位电路中的C1、C2可以选择在30PF左右；频率决定单片机的反映速度，一般选择晶振频率范围在1.2MHZ12MHZ之间，但对存储器速度要求就高，为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容，采用的晶振频率为12MHZ如图3.8所示。图3.8 复位电路和时钟电路图3.5 超限处理电路在粮仓温湿度检测系统中超限报警电路很有必要，我们可以根据技术要求对温湿度进行上下限值得设定。当SHT11传感器测量值超出测量上下限值得话就进行报警，用来提醒人们粮仓内可能会出现温湿度过高或过低，最终导致粮食发生霉变造成一定的经济损失。系统将传感器采集信号的数据进行数据处理，传送至单片机，再由单片机发送报警指令给超限报警电路进行报警。如果测量数据信号与设定值进行比较如果高于或低于上下限值则进行报警，否则进行数码显示。 该电路模块采用发光二极管和蜂鸣器构成，蜂鸣器接单片机的P1.0口，D1、D2分别代表着温度、湿度，当SHT11传感器测量的温湿度数据超过设定的上下限时，相应的二极管发光，在同一时间内蜂鸣报警器连续发出滴的声音，如图3.9所示。图3.9 报警电路图3.6按键模块 按键是单片机应用系统中，极为重要的一部分。它是单片机最常用的的输入设备，我们可以根据温湿度检测系统的要求，向单片机输入指令、地址和数据，可以使系统正常工作。常见的按键连接方式是采用单片机I/O端口进行驱动按键，也可扩展I/O端口进行按键设计，在这里我们主要采用独立式的按键方式。 通常人机接口采用LED显示和小型键盘，对于键盘主要有两种：一是直接使用系统中的单片机对键盘进行检测，为键盘的及时响应，CPU需要频繁的执行动态扫描程序，二是采用专用的显示、键盘芯片，如8279、SAA1064等，根据本设计需求，应进可能选择成本低廉、硬件电路简单方便粮仓仓库员工操作的按键方式。按键模块主要是用来温湿度检测系统进行温湿度设定上下限值，如果测量的结果的超出上下限值的话，单片机就会给报警电路发送信号进行报警，温湿度检测模块可以采用独立式按键，设置三个按键：S2按键为功能键、S3按键为加一键、S4按键为减一键给温湿度。S2、S3、S4按键用来温湿度检测系统设置温湿度的上下限值，如图3.10所示。图3.10 按键电路图第4章 软件系统的设计系统程序共分3个模块，即主程流程图、温湿度采集流程图、LCD显示流程图。4.1主程序流程图主程序流程图如图4.1所示。图4.1 主程序流程图 4.2 温湿度流程图主程序开始后，SHT11温湿度传感器启动后，要对SHT11的数据进行初始化后，当单片机发送检测指令后，进行温湿度信息的采集、转化、处理，最后由液晶显示器显示。SHT11温湿度传感器经过一次数据采集和处理后、进行复位到初始值、温湿度采集流程图如图4.2所示。图4.2 SHT11温湿度采集流程图 4.3 LCD显示流程图LCD初始化机显示部分，在程序中应先对显示器进行初始化，然后循环调用SHT11模块采集的数据对温度和湿度进行实时显示如图4.3所示。图4.3 LCD显示框图结 论 在石油化工，粮仓温度控制，都需要时刻地进行温湿度监控。尤其是当今世界粮食紧缺的情况下，对粮仓温湿度进行监控防止粮食霉变至关重要。本系统采用了高精度的温湿度传感器SHT11，该系统要完成系统的温度范围：-1050、湿度检测范围：10%90%RH、精度：5%RH、使其具有很强的实用性。软件系统的设计，保证报警显示功能的实现，确保系统的安全可靠的进行温度、湿度的检测和显示等工作。（1） 本文主要研究粮仓仓库温湿度检测系统，说明MSC-51系列单片机中的AT89C51和SHT11的成本低廉的温湿度检测系统在现实生活中的应用。尤其是农业成产过程中温室大棚，滴水喷灌，畜牧业养殖等。都可以解决日常中最基本的温湿度检测，对温湿度超限进行准确报警用来提醒人们。 （2）以前人们主要通过天气、触感以及多年的经验以此来判断温湿度。不足之处是不能很好滴控制温湿度，对农作物造成一定的损害。我此次研究的温湿度监测系统是以单片机为核心，系统采用的是高精度的温室传感器SHT11主要的采集与测量系统，SHT11自身带有A/D转换器，因此，温湿度控制系统具有精度高、成本低、体积小、接口简单而且还具有良好抗干扰能力，使系统具有较高的使用价值。（3） 在此次毕业设计中，未能很好的把仿真做的完美。自身编程方面欠缺，有很多方面未能全面考虑此系统依然有要改进的地方。测量精度有待进一步提高，硬件系统有些复杂。 随着大自然气候的变化无常，继续相关传感器进行环境监测。在现代化工农也成产中传感器的良好应用是十分重要的。我国是农业大国，粮食是否安全有效存储关系国民的生机，所以传感器技术还值得大力推广和发展。参考文献1 彭泓等粮仓温湿智能控制系统 J中国科技信息，2006，（24）： 14-162 李克，吴伟力智能化温度检测及控温系统 J集美大学学报，1994，01（7）：22-283 陈雪波，杨东伟粮库粮温监测系统开发与应用 J仪器仪表学报，2002，S1（7）：34-564 李军，李赋海检测技术及仪表 M北京：中国轻工业出版社，2008：47-505 田勇利，李仲平粮食仓库计算机测温中的通讯技术 J郑州工程学院学报，1996，03（8）：12-206 王化祥，张淑英传感器原理及应用 M天津：天津天津大学出版社，2007：231-2437 陈裕泉，葛文勋编现代传感器原理及应用 M北京：科学出版社，2007： 277-2798 都甲洁宫城幸一郎图说传感器 M北京：科学出版社，2003：52-539 叶湘滨，罗武胜传感器与测试技术 M北京：国防工业出版社，2007： 285-31110 乔志伟，王洪林智能多路温度检测系统设计 J华北电力技术，1999，08（3）：29-3111 李朝青单片机原理及接口技术 M北京：北京航空航天大学出版社， 2005：17-4712 付少波，付兰芳传感器及其应用电路 M北京：化学工业出版社，2011：159-173.13 张艳丽，杨仁弟数字温湿传感器SHT11及