家庭用室内温度湿度自动监控系统设计[借鉴分享]

1、 中 北 大 学毕业设计说明书学 院：信息与通信工程学院专 业：电子信息科学与技术学 生 姓 名：高旭东学 号：1005014227设计题目：家庭用室内温度湿度自动监控系统设计指导老师颜兵完成时间2014 年5月29日目 录摘 要IIAbstractIII1 绪论IV1.1课题的目的和意义IV1.2 传感器的介绍IV1.3国内外温湿技术及其发展趋势VIII2 方案比较和选择IX2.1 温度传感器的选择IX2.2 湿度传感器的选择X2.3 单片机的选择XI2.4 本章小结XI3 系统总体框图设计XII3.1 硬件系统的的原理方框图XII3.2 系统工作原理143.3 温度传感器153.4湿度传感

2、器1735信号分析与处理203.6 其他硬件模块253.7 本章小结294 软件设计294.1 主程序流程图294.2 DS18B20测温流程图314.3 DHT11流程图314.4 键盘扫描子程序流程图324.5 本章小结345总结346参考文献35附录A 系统总体电路图35附录B 系统源代码37致谢52 摘 要要目前室内的温度、湿度还是采用人工控制和经验判断，不能及时对室内里的温度湿度进行调整。而且人工控制效率低、劳动强度大，造成了人力资源的浪费。本设计以STC89C51单片机为核心完成了对室内空气温度、湿度进行数据的采集、处理、显示等系统的基本框图、工作原理和继电器控制的设计的工作。主要

3、内容有：（1）通过数字温度传感器DS18B20采集实时温度。（2）通过湿度传感器DHT11采集实时湿度。（3）判断采集到的参数值与设置值是否一致，并进行继电器控制。通过以上设计可以对植物生长过程中的土壤湿度、环境温度、光照度进行了实时地、连续地检测、直观地显示并进行自动地控制。克服了传统的人工测量方法不能进行连续测量的弊端，节省了工作量，并避免了人为的疏漏或错误造成的不必要的损失。关键字：湿度传感器、 数字温度传感器、 单片机Design of SCM-based Temperature and Humidity Illumination Automatic Control System fo

4、r HouseAbstractAt present, temperature and humidityt intensity of some greenhouse still rely on the controlling of artificial and judging of experience, which can not conduct real-time monitor to the temperature and humidity intensity of house. Moreover its inefficient, labor-intensive, and wastes h

5、uman resources.The thesis mainly focus on: the base block diagram, working principle and the design of relay control which use the SCM STC89C51 as the core of the system to collect, handle, display the data of the air temperature, soil humidity and light illuminance . Themain contents: (1) collected

6、 real-time temperature by digital temperature sensor DS18B20. (2) collected real-time humidity by humidity sensor DHT11t illumination. (3) judge the collected parameter values and the setting values whether same or not, and control the relay.The system use Real-time and continuous detection, display

7、 intuitively and control automatically on house humidity, ambient temperature, in the process of The healthy growth of the people . The system can overcome the defects from the traditional manual methods of measurement which can not measure continuously, and save the amount of work, avoid omissions

8、or unnecessary losses that caused by errors.【Key words】 SCM；humidity sensors；digital temperature sensors； relay control1 绪论1.1课题的目的和意义室内温湿监控系统的设计是一个对现实生活非常实用，对学生知识运用非常好的锻炼课题。本课题研究的主要内容是设计制作对室内温湿度的监督与控制，相当于简易空调的制作，了解空调系统，运用原理设计制作方案；运用物理知识制作控制温湿变化设备；传感器获取外界温湿度参数， 51单片机编程控制，实现智能化设计；并用仿真软件对控制效果进行仿真研究1。随

9、着科技的飞速发展和普及，高性能设备越来越多，各行各业对温湿度的要求也越来越高。 传统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息。在这种模式下，不仅效率低下不利于人才资源的充分利用，而且缺乏科学性，许多重大事故都是由人为因素造成的，人工维护缺乏完整的管理系统。而问世监控系统就可以解决这样人才资源浪费，管理不及时的问题，这是由于它的智能化设计所决定的2。它的工作步骤如下：感应环境温度湿度；单片机判断感应到的温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，实行措施进行调节；判断异常是否超过预设时间，若超过预设时间，则输出异常信号报警；判断异常是否处理完毕，若处理

10、完毕，解除报警。这样就可以利用控制器对机房温湿度进行监控，从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。故本次设计对于类似项目还具有普遍意义3。1.2 传感器的介绍1.2.1 温度传感器集成温度传感器是目前应用范围最广、使用最普及的一种全集成化传感器。其种类很多，大致可分为以下5类：1、模拟集成温度传感器；2、模拟集成温度控制器；3、智能温度传感器；4、通用智能温度控制器；5、微机散热保护专用的智能温度控制器。集成温度传感器的主要应用领域有以下3个方面：1.温度测量：可以构成数字温度计、温度变送器、温度巡回检测仪、智能化温度检测系统及网络化测温系统。2.温度控制：适用于智能化温度测控系统、工业过程控

11、制、现场可编程温度控制系统、环境温度监测及报警系统、中央空调、风扇温控电路、微处理器及微机系统的过热保护装置、现代办公设备、电信设备、服务器中的温度测控系统、电池充电器的过热保护电路、音频功率放大器的过热保护电路及家用电器。3.特殊应用：例如，热电偶冷端温度补偿、测量温差、测量平均温度、测量温度场、电子密码锁（仅对内含64位ROM的单线总线智能温度传感器而言）及液晶显示器表面温度监测等。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、

12、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的

13、温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据

14、，其分辨力高达0.03125，测温精度为0.2。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。以AD7817型5通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27s、9s。 新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规

15、范化，所采用的总线主要有单线总线、I2C总线、SMBus总线和SPI总线。1.2.2 湿度传感器湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业。湿度传感器主要分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都是在基片上涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附在感湿材料上后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了较大的发展。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。现在国内市场上出现了不

16、少国内外湿度传感器产品，电容式湿敏元件较为多见，感湿材料种类主要为高分子聚合物，氯化锂和金属氧化物。湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

17、湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例，其测量范围是（1%99%）RH，在55%RH时的电容量为180pF（典型值）。当相对湿度从0变化到100%时，电容量的变化范围是163pF202pF。温度系数为0.04pF/，湿度滞后量为1.5%，响应时间为5s。除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）

18、、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。这些产品可分成以下三种类型：(1)线性电压输出式集成湿度传感器；典型产品有 HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出

19、与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。(2)线性频率输出集成湿度传感器；典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。(3)频率/温度输出式集成湿度传感器；典型产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NT

20、C端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT（DHT）11、 SHT（DHT）15型智能化温度/温度传感器，其外形尺寸仅为7.6（mm）5(mm)2.5（mm），体积与火柴头相近。出厂前，每只传感器都在温度室中做过精密标准，标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的范围是0100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为2%RH。测量温度的范围是-40 123.8，分辨力为0.011.2.3单片机的发展单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、

21、MCU、SOC三大阶段。（1）SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。（2）MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力4。（3）单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势5。随着微电子技术、IC设计、E

22、DA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展6。1.3国内外温湿技术及其发展趋势随着人们的生活水平的不断提高对生活环境和生产环境的要求就显得尤为重要，温湿度的控制就是一个典型的例子，因此温湿度检测系统就是现代生产生活中应用而生的一种智能、快捷、方便可靠地检测系统，特别是在实验室做实验中如果如果检测的不准确就会发生很多的生产事故。如实验过程中对温度的检测不当就会导致生产效率的降低。和产品质量的下降。而现在所使用的温湿度检测系统通常都是精度为1或0.1的水银、煤油或酒精温度计进行的温度检测和用传统的物理模拟量的方法进行的湿度检测。这些温湿度检测计的刻度间通常都很密，不容易准确分辨，

23、读书困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便7。国内对温湿控制技术研究起步较晚。自20世纪80年代以来，在引进、吸收国外高科技温湿生产技术的基础上，我国进行了温室中温度、湿度和二氧化碳等单项环境因素控制技术的研究8。1982年中国农科院建立了全国农业系统的第一个计算机应用研究机构。1995年，北京农业大学研制成功的WJG-1型实验温室环境计算机管理系统,仅仅是进行单因子控制，操作性和可靠性均不够理想9。温度湿度传感器正朝着集成化、智能化、系统化的发展方向；与此同时，温湿度测量技术也在不断进步。在农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常

24、需要对环境温度湿度进行测量及控制。准确测量温湿度对生物制药、食品加工、造纸等更至关重要的。相比之下，测量湿度要比测量温度更复杂，这是因为温度是个独立的被测量，而湿度却受大气压强和温度的影响10。目前，温湿度测量领域的新技术不断涌现，新产品也层出不穷。自70年代以来，由于工业控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法的推动下，国外温度调节系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，日本、美国、德国、瑞典等国走到了世界的前列，掌握了领先的技术，并且都已经生产出一批商品化的、性能优异的温度控制器和仪器仪表，在各个行业都得到的广泛应用11。

25、目前，外国温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型便携化等方面发展。美国开发的冬天保温用的双层充气膜、高压雾化降温加湿系统以及夏季降温用的湿帘降温系统处于世界领先水平；韩国的换气、灌水、二氧化碳浓度控制等设施比较先进；荷兰的顶面涂层隔热、加热系统、人工补光等方面有较高的水平；目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统12。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。像园艺强国荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作13。日本研制的蔬菜塑料大棚在播种、间苗、运苗、灌水、喷药等作业的自动化和无人化方面

26、都有应用。日本利用计算机控制温室环境因素的方法，主要是将各种作物不同生长发育阶段所需要的环境条件输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动作出相应修正或调整142 方案比较和选择2.1 温度传感器的选择方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现在应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围

27、-200650，百度电阻比W(100)=13850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为(015+0.002|t|)，B级为(0.3+0.005|t|)。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。方案二：采用模拟集成温度传感器AD590，它的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线性误差为0.3。AD590可以承受44V下向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏，使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，接El也很简单。作为电流输出型传感器和电压输出型相比，它有很强的抗

28、外界干扰能力。AD590的测量信号可远传百余米。方案三：采用数字化温度传感器。DSl8B20是Dallas半导体公司研制的一款数字化温度传感器，支持“一线总线”接口，即只通过一根信号线完成数据、地址和控制信息的传输。该器件只有3个引脚(即电源VDD、地线GND、数据线DQ)，且不需要外部元件，内部有64位光NROM，64位器件序列号出厂前就被光刻于ROM中，可作为器件地址序列码，便于实现多点测量。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产

29、品等。该电路的检测温度范围为-55+125：精度为0.5(在-10+85范围)；可以分别在93.75ms和750 ms内完成9位和12位的数字温度值读入。系统有如下特点： (1)不需要备份电源，可通过信号线供电；(2)送串行数据，不需要外部元件；(3)零功耗等待；(4)系统的抗干扰性好，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备过程控制、测温类消费电子产品等。考虑到硬件设计的性价比，综合本系统需要满足的技术指标我们选择方案三2.2 湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式

30、、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。方案一：采用CHR-01湿敏电阻。CHR-01湿敏电阻适用于阻抗型高分子湿度传感器，它的工作电压为交流1V，频率为50Hz2kHz，测量湿度范围为20%90%RH，测量精度5%，工作温度范围为0+85，最高使用温度120，阻抗在60%RH（25）时为30（2140.5）K。采用555时基或RC振荡电路，将湿度传感器等效为阻抗值，测量振荡频率输出，振荡频率在1k Hz左右。方案二：采用DHT11数字温湿度传感器，这款传感器和Sensiron公司研制的SHT1X同属一个系列只是测量精度上不同，

31、这是一款含有已校准熟悉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和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个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DHT11传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中药调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。综合比较，方案一需要很好地解决引线误差补偿、多点测量切换误差和放大电路零点漂移等问题，需要在接口上需要AD转换器，因而造成结构

32、复杂且成本高，调试也繁琐，测量温度的精度也很低，方案二把以上的功能都集成在芯片里面，数字输出，可直接和mcu相连，电路结构简单，精度高，虽然也有温度检测的功能，但其精度没有DS18B20高，所以只用它的湿度检测功能。相比较，选择方案二。2.3 单片机的选择在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。在8位单片机中又以MCS51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。MCS51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。方案一：采用AT89C51芯片作为硬件核

33、心，采用Flash ROM，内部具有4KBROM存储空间，能于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二：采用AT89S52片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不

34、会对芯片造成损坏。方案三：STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。方案一是多年前的的产品，因自身设计缺陷，已经很少被人使用。方案二和方案三使用差别不大，但方案二需要专有下载线，方案三使用串口下载即可。因此选择方案三。2.4 本章小结本章主要介绍环境检测仪用到的主要芯片

35、的选择，如温度传感器、湿度传感器控制处理芯片等。对比考虑各器件性能、特点、使用难易度、成本等因素，选择适合本产品指标的元器件。3 系统总体框图设计3.1 硬件系统的的原理方框图3.1本方案以STC89C52单片机系统为核心来对温度、湿度进行实时控制和巡检。各检测单元能独立完成各自功能，并根据主控机的指令对温湿度进行实时采集。主控机负责控制指令的发送，并控制各个检测单元进行温度采集，收集测量数据，同时对测量结果进行整理和显示。其中包括单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、系统软件等部分的设计。硬件系统的的原理方框图如图3-1：LCD显示屏干燥器室 内单片机键盘控制电路执行部件空 调加

36、湿器温度传感器湿度传感器3.1.1 湿度控制部分流程.单片机通过湿度传感器检测室内的湿度，若室内的湿度过低，单片机就打开空气加湿器，经过一段时间，单片机再次检测室内湿度，如果湿度过高，就关闭空气加湿器。如果开始检测的是你湿度在适宜的范围，单片机则维持现有状态不变。室内湿度控制部分流程如图3-1-1开始结束干燥器继电器断开干燥器停止工作加湿器继电器断开加湿器停止工作湿度是否在规定范围内湿度是否高于规定范围内湿度是否低于规定范围内3.1.2 温度控制流程图空调继电器打开YNNYYN开始温度是否在设定的适宜范围内？温度是否高于设定的适宜范围上限？温度是否低于设定的适宜范围下限？结束空调温度调高空调暖

37、气工作空调开始工作.单片机通过温度传感器检测室内空气温度，当空气温度过高时，打开空调完成降温作业，而当室内温度过低时，则通过单片机自动调高空调温度，使温度值达到适宜的范围。 若一开始检测的温度在适宜范围，单片机将维持现有状态。温度控制流程图如图3-1-2u5ap3.2 系统工作原理本设计的主要功能模块为控制板、温度、湿度传感器、LCD显示屏、执行器件等。利用空调、干燥器、加湿器实现对室内空气迅速升温或降温和升高或降低空气湿度。运行原理容下：1接通电源后整机工作，温度和湿度传感器自动接收室内空气温度和湿度信号，同时系统监测用户是否自行设定了温度、湿度的上下界，若没有设定则调用系统默认设置。2控制

38、板既已这些信号为基准开始各项控制工作。首先判断室内温度，若温度低于系统默认温度值25，则需要启动空调给室内空气升温;若温度高于系统默认温度值28则需要启动空调给室内空气降温，。再判断湿度，若湿度值低于系统默认湿度值45%，则需要启动加湿器给室内空气增加湿度; 若湿度值高于系统默认湿度值65%，则需要启动干燥器给室内空气降低湿度。当室内温度、湿度达到用户设定或系统默认值时，空调、干燥器或加湿器停止工作，系统进入温度湿度保持状态。3自动检测的时间间隔。当检测到的温度湿度不在系统默认温度湿度值时检测的时间间隔如下已知空调参数，房间参数、室外环境温度假设恒定T=T2-（T2-T1）e(-m2*t/m1

39、)其中T为房间温度；T2为空调的送风温度；T1为室外温度；m2为空调的质流量；m1为空调房间内空气的质量。从方程可以看出，时刻t为0时，T=T1；当T2温度越低，m2质流量越大的情况下，T就越快的接近T2。最后就会无限接近T2。在方程中我没有考虑房间负荷对最终时间的影响，虽然说在微分方程中只是一个常数，但求不出其解析解。需要用合适的差分格式求解数值解。把房间负荷加进来了。最后的方程为T=T1-(a+m2T2)/m2e(-m2*t/m1)+(a+m2T2)/m2.其中a为每秒的房间负荷。其计算方法我举个例子。若房间面积为30m2，其冷负荷指标为100W/m2，则每秒房间负荷为100*30/360

40、0=0.83W/s若你想知道房间温度到达某特定温度时，将温度代入T，计算出时间t即可当检测到的温度湿度在系统默认温度湿度值时，采用系统默认的自动检测的时间间隔。3.3 温度传感器1 DS18B20简介DSl8B20是美国DALLAS公司最新推出的数字式温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同的是它可直接将被测温度转化成串行数宁信号供微机处理，并且根据具体要求，通过简单的编程实现9位的温度读数。并且多个DSl8820可以并接到多个地址线上与单片机实现通信。由于每一个DSl8820出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其ROM中，因此CPU可用简单的通信协议就可以识别，从而节省了大量的引线和逻辑电路。 2

41、 DS18B20功能特点 3.05.5V单电源供电 微型化、低功耗、抗干扰能力强、易与微处理器接口 温度测量范围为55C+125C，测温分辨率可达0.5C 3引脚TO92小体积封装或8引脚SOP封装 可编程为9位12位A/D转换精度 只需一根端口线就能与微处理器通讯 每只DS18B20有唯一的序列号并可存入其ROM中，便于实现多芯片多点测量 在使用中不需要任何外围元件 用户可定义的非易失性温度报警设置 图32-1 DS18B203 DS18B20结构和工作原理 图32-2是表示 DS18B20 的结构图，表32-3已经给出了引脚说明。64位只读存储器储存器件的唯一片序列号。高速暂存器含有两个字

42、节的温度寄存器，这两个寄存器用来存储温度传感器输出的数据。除此之外，高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器（TH和TL），和一个字节的的配置寄存器。配置寄存器允许用户将温度的精度设定为9，10，11或12位。TH，TL和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM），所以存储的数据在器件掉电时不会消失。DS18B20通过达拉斯公司独有的单总线协议依靠一个单线端口通讯。当全部器件经由一个3态端口或者漏极开路端口（DQ引脚在DS18B20上的情况下)与总线连接的时候，控制线需要连接一个弱上拉电阻。在这个总线系统中，微控制器（主器件）依靠每个器件独有的64位片序列号辨认总线上的器件和记录总

43、线上的器件地址。由于每个装置有一个独特的片序列码,总线可以连接的器件数目事实上是无限的。DS18B20的另一个功能是可以在没有外部电源供电的情况下工作。当总线处于高电平状态，DQ与上拉电阻连接通过单总线对器件供电。同时处于高电平状态的总线信号对内部电容（Cpp）充电，在总线处于低电平状态时，该电容提供能量给器件。这种提供能量的形式被称为“寄生电源” 。作为替代选择，DS18B20同样可以通过VDD引脚连接外部电源供电。图32-2 DS18B20内部结构表323 DS18B20引脚说明3.4湿度传感器 1 DHT11概述DHT11属于Sensirion温湿度传感器家族中的插针型封装系列。传感器将

44、传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens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性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强，性价比高等优点。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，校准系数以程序形式储存在OTP内存中，用于内部的信号校准。两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。2 DHT11特点l 湿温度传感器的一体化结构能相对的同时对相对湿度和温度进

45、行测量。l 数字信号输出，从而减少用户信号的预处理负担。l 单总线结构输出有效的节省用户控制器的I/O口资源。并且，不需要额外电器元件。l 独特的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。 l 全部校准。编码方式为8位二进制数。 l 40bit 二进制数据输出。其中湿度整数部分占1Byte，小数部分1Byte，温度 整数部分1Byte，小数部分1Byte。其中，湿度为高16位。最后1Byte为和。 l 卓越的长期稳定性，超低功耗。 l 4引脚安装，超小尺寸。 l 各型号管脚完全可以互换。 l 测量湿度范围从20RH到90RH；测量温度范围从0到50。 l 适用范围包括恒湿控制，消费家电类

46、产品，温湿度计等领域图33-1 DHT11外形及引脚说明3 DHT11引脚说明及工作原理传感器管脚方向识别：正面（有通气孔的一面）看过去，从左到右依次为1、2、3、4脚。表33-2 引脚说明引脚号引脚名称类型引脚说明1VCC电源正电源输入，3V-5.5V DC2Dout输出单总线。数据输入/输出引脚3NC空空脚。扩展未用4GND地电源地 数字湿温度传感器采用单总线数据格式。即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。一次通讯时间最大3ms，数据分小数部分和整数部分，具体格式在下面说明。 DATA 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，

47、当前小数部分用于以后扩展，现读出为0。操作流程如下： 一次完整的数据传输为40bit，高位先出。 数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bit温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和，校验和数据为前四个字节相加。DHT11传感器是通过奥松电子有限公司开发的单总线协议和上位机（控制器）进行数据通信。DHT11 传感器需要严格的读写协议来确保数据的完整性。整个读写分为，上位机发送起始信号，上位机接收下位机发来的握手响应信号，读0和读1四个步骤。所有的信号除主机启动复位信号外，全部都由 DHT11 产生。通过单总线访问 DHT11顺序归纳如下：1) 主机发开始信号 2

48、) 主机等待接收 DHT11 响应信号 3) 主机连续接收 40Bit 的数据和校验和 4) 数据处理4 DHT11与单片机连接的设计DHT11数字湿度传感器连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。典型应用电路如下图所示。另外，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，如图33-3所示。35信号分析与处理本系统的单片机型号选择STC89C52芯片。STC89C52指令代码完全兼容8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，本系统中，选择STC89C52单片机为该系统的总控芯片，STC89C52单片机可把由温

49、度、湿度检测电路检测出的信号数据传输到LED显示模块，实现温度、湿度；通过键盘设定界限值，超过温度、湿度上下限，实现自动调控。3.5.1 单片机最小系统单片机系统的扩展是以基本最小系统为基础的，故应首先熟悉应用应用系统的结构。单片机最小系统包括晶体振荡电路、复位电路，其电路图如图34-1所示。1.复位电路单片机复位的原理是在时钟电路开始工作后，在单片机的RST引脚施加24个时钟振荡脉冲（即两个机器周期）以上的高电平，单片机便可以实现复位。在复位期间，单片机的ALE引脚和PSEN引脚均输出高电平。当RST引脚从高电平跳变为低电平后，单片机便从0000H单元开始执行程序。在实际应用中，一般采用既可

50、以手动复位，又可以上电复位的电路，这样可以人工复位单片机系统，这种电路如图34-1复位部分所示。上电复位电路部分的原理也是RC电路的充放电效应。除了系统上电的时候可以给RST引脚一个短暂的高电平信号外，当按下按键开关的时候，VCC通过一个高电阻连接到RST引脚，给RST一个高电平，按键松开的时候，RST引脚恢复为低电平，复位完成。产生复位信号的电路逻辑如图34-2所示:图34-2 复位信号的电路2.晶振电路时钟电路是用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号，STC89C52单片机内部包含有一个振荡器，可以用于CPU的时钟源。另外也可以采用外部振荡器，由外部振荡器产生的时钟信号来供内部CPU运行

51、使用。(1)内部时钟模式内部时钟模式是采用单片机内部振荡器来工作的模式。如图34-3（a）所示，51系列单片机内部包含有一个高增益的单级反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为片内放大器的输入端口和输出端口,其工作频率为033MHz。当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在XTAL1引脚和XTAL2引脚连接一个晶体振荡器或陶瓷振荡器，并联两个电容后接地即可。使用时对于电容的选择有一定得要求，具体如下：A 当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=3010pF；B 当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=4010pF。在实际电路设计时，尽量保证外接的振荡器和电容尽可能接近单

52、片机的XTAL1和XTAL2引脚，这样可以减少寄生电容的影响，使振荡器能够稳定可靠地为单片机CPU提供时钟信号。(2)外部时钟模式外部时钟模式是采用外部振荡器产生时钟信号，直接提供给单片机使用。如图34-3（b）所示，对于不同的结构的单片机，外部时钟信号接入的方式有所不同。对于普通的8051单片机，外部时钟信号由XTAL2引脚接入后直接送到单片机内部的时钟信号发生器，而引脚XTAL1则应直接接地。这里需要注意，由于XTAL引脚的逻辑电平不是TTL信号，因此外接一个上拉电阻。对于CMOS型的80C51,80C52,AT89S52等单片机，和普通的8051不同的是其内部的时钟信号取自于反相放大器的

53、输入端。因此外部的时钟信号应该接到单片机的XTAL1引脚，而XTAL2引脚悬空即可。图34-3时钟电路根据实际应用，我们选择内部时钟电路，外接频率12.000MHz的晶体振荡器，选择两个电容值为30pF的陶瓷电容。3.5.2 STC89C52引脚介绍及管脚说明1引脚介绍A主电源引脚（2根） VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源 GND(Pin20)：接地线B外接晶振引脚（2根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端C控制引脚（4根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PR

54、OG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。D可编程输入/输出引脚（32根） STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根11。 PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8） ：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口

55、（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.72管脚说明单片机采用40Pin封装的双列直接DIP结构，它们的引脚配置如图34-4所示，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。 图3-4-4 STC89C523.6 其他硬件模块 3.6.1 显示模块系统采用了LCD1602液晶显示屏，LCD1602液晶是一款很常用，也很易用的字符液晶。可以显示2行每行16个字符，对比度可调、黄绿色背光。与单片机的链接电路如图3-5-1：图3-5-1 LCD1602与单片机的连接电路图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。LCD1602的管脚定义图如图3-5-2所示VSS：为电源地 VDD：接5V电源正极 V0：为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（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）。 RS：为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存