湿度控制系统设计.

1、湿度控制系统设计目 录摘要1关键词1英文摘要1英文关键词11 前言21.1 研究背景与意义21.2 国内外发展状况21.3设计要求31.4设计方案研究32系统硬件组成电路设计32.1 系统结构概述32.2 单片机STC89C52简介42.3 湿度采集模块 72.3.1 湿度传感器的选取 72.3.2 DHT11引脚说明82.3.3湿度测量电路82.4 电源模块82.5 键盘及LED液晶显示模块92.5.1 LED液晶显示模块92.5.2键盘模块102.5.2.1 键盘接口技术原理 102.5.2.2键盘电路102.6报警电路模块112.6.1 蜂鸣器简介112.6.2报警电路112.7湿度控制

2、模块112.7.1 去湿模块122.7.2加湿模块133软件设计143.1 主程序流程图 153.2 DHT11的信号发送154测试方法及结果分析164.1 测试方法164.2结果分析165结束语19参考文献19附录1:总体设计原理图及 PCB图21附录3:整机实物图 22附录4:软件程序22湿度控制系统设计湿度控制系统设计摘要：随着现代工农业技术的发展，空气的湿度在各个方面的应用也越加广泛，且 对空气湿度的要求也越来越高了。本系统以STC89C52单片机为核心处理器， 采用了 DHT11湿敏电容数字式温湿度传感器 在某特定环境下的湿度进行收集，将采集的数据传入单片机中进行处理，然后通过LED

3、数码管令采集到的湿度值进行显示，接着将所测量值与设置的湿度范围进行对比，当所测得的环境湿度低于所设定的湿度范围的下限值时，驱动加湿器将会进行加湿；如果所测得的环境湿度高于设定的湿度的范围的上限值，驱动电吹风进行工作使环境的湿度下降，以减少所在环境的湿度。关键词：STC89C52 ； DHT11 ;湿度控制；传感器Humidity control system designAbstract : The application of air humidity become more and more widely with the development of modern agriculture

4、 and industry. And the requirements of air humidity become higher and higher.Humidity values will be displaying through the LED digital tube, and then sent into the microc on troller for process in g.This system uses STC89C52MCU as core processor, the DHT11 Humidity Capacitanee digital temperature a

5、nd humidity is a sensor of collecting humidity in air environment. Then the collected data of the microcontroller for processing, will be comparing measureme nt and sett ing the humidity ran ge. If the measured ambie nt humidity is below the lower limit of set humidity range the humidifier will be d

6、riven. When the measured humidity is higher than data of the high limit, the hair drier will running to cha nge the humidity of surroundin gs.Key words: STC89C52; DHT11; humidity con trol; Se nsors1刖言湿度是表示空气潮湿程度的物理量，它主要是指设施内空气的相对湿度。在一 定的温度下在一定体积的空气里所含有的水汽越少，则空气越干燥；相反，水汽 越多，则空气越潮湿。人类的生产、生活等各种活动与湿度有着密

7、切的关系，同 时也是工业生产时最基本最常见的工艺指数。随着社会的不断发展，人们对自己 的生存环境也越发关注，而且人体的舒适度和情绪都与空气中温湿度有直接的关 系。1.1 研究背景和意义湿度分为绝对湿度和相对湿度两种是表示空气中水蒸气的含量。绝对湿度也 叫水蒸气密度，它表示水蒸气的质量与总容积的比值；相对湿度则是表示相同湿 度下，大气中水蒸气的实际压强与饱和时的压强之比，相对湿度的英文缩写为R H (Relative Humidity)通常是用百分数来表示。湿度作为农作物最为敏感的因子之 一，湿度的大小不仅影响着地面蒸发量和设施内农作物蒸腾，而且直接与作物光 合强度与病害情况有关。在一般情况下，

8、采用常规的方法测量湿度，它的误差将达到 为吃0%。湿度 是一个比较容易受外界因素影响的被测量量。此外，湿度的校准也是一个难以攻 克的难题。湿度标定对环境的要求十分苛刻，而且在国内外的湿度标定设备又十 分高昂。因此，在此条件上，本设计提出了基于STC89C52单片机来控制湿度检测及控制的方法。1.2 国内外发展状况在现代社会信息科技的快速发展中，网络传输、计算机技术和湿敏元件的高 速更新，因而使得湿度的测量朝着自动化、网络化，高速化发展。在常规的环境 测量参数中，湿度是最难准确测量的一个。事实上，湿度测量技术发展到现今， 已历时200多年。早在18世纪，人类就发明了干湿球湿度计。干湿球湿度计的准

9、确 度主要取决于干球、湿球两支温度计本身的设计精度；湿度计必须处在通风状态： 只有水质、纱布、水套、风速都满足一定要求时，才能保证其准确度，干湿球湿 度计的准确度只有5%7% RH。干湿球测湿法采用间接测量方法，它通过测量干 球、湿球的温度，然后经过计算得到湿度值。因此对使用温度范围没有严格限制， 在高温环境下也不会影响传感器的工作。干湿球测湿法的维护很简易，在实际使 用中，只需定期给湿球更换湿球、纱布及加水即可。干湿球测湿法与电子式湿度 传感器比较，不会出现老化，精度下降等问题。人们根据头发随大气湿度变化而 产生伸长或缩短的原理，从而制成了毛发湿度计。但人们对湿度传感器中的湿敏 元件的探究，

10、是从1938年美国的F. W .Dunnore研制浸涂式氯化锂湿敏元件成功才 开始的。干湿球湿度计和毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技 发展的需求。因为测量湿度比测量温度要复杂很多，温度是个独立的被测量，而 湿度却受其他因素(大气压强、温度，表层材质)的影响。开发一种低成本、高 效益的湿度控制系统用来控制小型大棚湿度将会减少人工负担，从而提高种植业 的经济效益。取用湿度传感器芯片进行湿度测量加之以单片机编程进行控制，打破原 有的人工控制模式，采用智能化的方式进行处理控制，研制的系统具有小型 化，智能化，湿度控制范围可以根据不同的应用环境进行设定。国外早已将 湿度控制技术应用到了很

11、多领域，从最早的手动控制到自动控制，然后再到 最后的智能化；向着低功耗、小型化、完全自动化的方向全面发展。我国站 在国外技术发展的基础上，虽然与发达国家还有一些差距，但也取得了很大 的进步。1.3 设计要求(1) 湿度测量范围：3080%RH。(2) 湿度控制500% RH范围内。(3) 测量精度：i5% RH。(4) 用LED显示所测到的湿度。(5) 根据所测湿度值，与控制范围内的两临界值进行对比，来控制加湿装置 与去湿装置。1.4 设计方案研究现如今，湿度控制系统的种类有很多种，而且它的实现方式有很多样： 可采取PLC、基于单片机和Labview语言等多种实现方式去体现它的功能。通过 La

12、bview语言和基于PLC来实现功能的方式虽然存在很多的优势。但基于我现在所 了解的专业知识及对单片机的广泛认知度，采用单片机系统来设计湿度控制系统 更方便此设计。2硬件系统设计2.1 系统结构概述此系统的硬件部分主要将由键盘控制、数字湿度采集模块、报警电路、控制 模块、LED数码管显示电路等几大模块组成。系统通过数字湿度传感器来采集特 定环境下的湿度，并将所采集的数据送入单片机中，将测量值与设置的湿度范围 进行对比以此来控制环境的湿度。如图 2-1所示。图2-1系统结构图2.2 单片机STC89C52简介本设计系统所选的是STC89C52单片机。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8

13、位微控制器，具有 8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程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。具有以下标准功能：8k 字节Flash, 512字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM ,MAX810 复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，

14、单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。STC89C52单片机引脚图如图2-2所示。yuuQ 伫 O * A.OO * 尸仁.T * A.O - * FC . NI1F=*C = dLZX F=*C E - A匸申 FO.OF=C ：HQ7三minnlnninirrll.1 .1 .-I.-I.2M3.3,3.a.3.3.3_ 二二二二 =二二)1 J 3;二；.1-.d c c c 图2-12 加湿模块电路图3软件设计系统的软件主要是采用 C语言，对单片机进行编程实现各项功能。主程序对 模块进行初始化，然后调用温度、处理温度、显示、键盘等模

15、块。3.1主程序流程设计丫为控制的定值,即 50%RH。3.2 DHT11的信号发送用户主机（MCU ）发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模 式，待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，幵触发一 次信采集。信号发送如图所示。（注：主机从 DHT11读取的温湿度数据总是前一 次的测量值，如两次测间隔时间很长，请连续读两次以第二次获得的值为实时温 湿度值。）vrirs吃施n寸仔阖图3-2发送信号图4硬件测试结果及误差分析4.1 测试方法将湿度计和DHT11湿度传感器放置在相同的环境下， 分别营造不同的湿度环 境范围。首先测得当前环境湿度，然后通过控制模

16、块以稳定当前环境的湿度。湿 度传感器可得到一个能控制的湿度值。现营造一湿度测量环境，自制一纸盒为当 前测试环境，对纸盒内的5个点分别进行测试。图4-1 湿度环境的测试点分布图4.2结果分析湿度测试结果及控制误差如表4-1所列：表4-1 A点湿度测试结果及湿度控制误差测量次数RH0(%RH)RH1(%RH)测量误差n(%RH)RH2(%RH)控制误差n(%RH)188.7863.155.85.8274.8761.555.65.6364.4650.955.55.5427.125.94.444.45.653233.54.444.55.563941.25.344.25.8如表4-1所示为在A点所测试的

17、6组实验数据，RH0表示的是DHT11湿度 传感器所测的湿度值，RH1表示湿度计测得湿度，RH2表示系统测得的湿度值，n= (RH1- RHO)/ RH0*100%的值，控制误差 n= (RH2- 50)%RH,测量误差最大也在 4.4%RH,控制误差最大在 5.5%RH。表4-2 B点湿度测试结果及湿度控制误差测量次数RHO(%RH)RH1(%RH)测量误差n(%RH)RH2(%RH)控制误差n(%RH)186.584.62.154.74.7277.9762.453.73.7372.770.13.555.55.5434.132.93.847.82.2532.333.52.444.75.362

18、6.928.14.445.14.9如表4-2所示为在B点所测试的6组实验数据，测量误差最大也在 3.8%RH , 控制误差最大在4.9%RH。表4-3C点湿度测试结果及湿度控制误差测量次数RH0(%RH)RH1(%RH)测量误差n(%RH)RH2(%RH)控制误差n(%RH)192.189.41.855.65.6286.984.23.154.94.938179.51.854.14.1440.738.94.445.84.2534.633.53.144.95.162928.22.745.34.7如表4-3所示为在C点所测试的6组实验数据，测量误差最大也在 4.4%RH， 控制误差最大在5.6%RH

19、。表4-4 D点湿度测试结果及湿度控制误差测量次数RH0(%RH)RH1(%RH)测量误差n(%RH)RH2(%RH)控制误差n(%RH)186.784.32.753.63.6284.681.24.055.15.1367.764.84.254.54.5438.136.73.645.44.6535.333.55.046.13.9625.124.13.944.15.9如表4-4所示为在D点所测试的6组实验数据，测量误差最大也在 5.0%RH, 控制误差最大在5.9%RH。表4-5 E点湿度测试结果及湿度控制误差测量次数RH0(%RH)RH1(%RH)测量误差n(%RH)RH2(%RH)控制误差n(

20、%RH)189.1863.454.55.5272.669.14.855.55.4365.3641.954.25.8431.930.83.446.34.7528.626.84.144.15.9620.319.63.444.95.1如表4-4所示为在E点所测试的6组实验数据，测量误差最大也在 4.8%RH, 控制误差最大在5.9%RH。上述表中所测量数据表明，以 DHT11为标准值，与其测试值相比较，测量误 差在0.9%RH5%RH,可知道系统基本达到设计要求。但也存在一定的误差，误 差可能由以下几个方面引起：1) 首先在测量误差上：用作比对的湿度计本身存在着一定的误差。而本系统所 采取的湿度传感

21、器的误差在3RH%，存在着一定的偏差。2) 其次在控制误差上：人为制造湿度环境的变化比较不稳定，会在控制上存在定的误差3）电路受外部环境不稳定干扰因素的影响所造成的误差。5结束语为了本次设计的成功，我通过网络搜寻相关的知识，先从理论上下手，打好 基础，熟悉了很多以前没有接触的电子元件，查阅了大量的资料，并积极的了解 了一些相关的理论知识，才顺利的做好实物。但是通过理论上的分析，我学到了 很多知识，通过湿度检测及控制电路的设计，我学到了以前没有了解过的知识： 熟悉了一些以前没有接触的电子元件；了解了一些相关的理论知识；掌握了一些 电子元气件的使用方法；巩固了大学四年来所学过的电子知识。另外，在此

22、设计 过程中，我遇到了很多问题，但在老师的指导和同学的帮助下，我试着去解决那 些问题。在分析解决问题的过程中，又学到了不少知识。总之，此次毕业设计， 是对我大学四年来学习的一个完美总结，是对我自己的一次综合考验，让我受益 非浅，将来对我的学习、工作、生活、思想产生巨大的促进作用。随着科学技术的发展、电子产品制造技术的提高、集成传感技术的进步，湿 度控制系统技术也会取得一定的突破性进展，到时候湿度的检测也就会更准确， 更具有科学价值，也会真正的成为我们日常生活的一个重要的参数。最后，我要再次感谢我的指导老师杨金华老师，他对我认真负责，用充分的 热情和耐心的指导，让我学习到许多电子知识，提升了我的

23、学习能力和动手能力, 强化了我的专业水平。同时，我也要真挚感谢在毕业设计过程中，给过我帮助的 所有老师和同学们，谢谢！参考文献1 K. Nagaya , T. Senbon gi, Y. Li, J. Zhen g, I. Murakami. High energy efficie ncy desicca nt assisted automobile air-c on diti oner and its temperature and humidity con trol systemJ. AppliedThermal En gi neerin g,2006, (26):59-83.2 周俊.基

24、于LabVIEW的温、湿度远程控制系统D.福建：东南大学，2009.3 李俊，张晓东.基于单片机的温湿度检测与控制系统研究J.微计算机信息，2008, (17):116-118.4 杨海.基于AT89C52单片机的药品库房温湿度控制系统设计J.机械与电子，2010,(07):82-83. 王方江，李乐超.基于PLC的禽舍温湿度控制系统J.上海电器技术，2007，(04) : 36-40. 张明洋基于AT89C51单片机的温室大棚温湿度测控系统J.黎明职业大学学报，2007,(02) : 25-30.7 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 , 34(07) :

25、55-58.8 喻晓莉，杨坚，倪彦.湿度传感器的选用及发展趋势J.自动化技术与应用，2009,28(2):107-110.9 沙占友，薛树琦，葛家怡.湿度传感器的发展趋势J.电子技术应用，2003, 29(07) : 6-7.10 倪天龙.单总线传感器 DHT11在温湿度测控中的应用J.单片机与嵌入式系统应用,2010，(06) : 60-62.11 张冬林，林李鑫，戴梅，全雷旺.基于DHT11的低成本蚕室温湿度自动控制系统的设计J.现代农业科技，2010，( 18) : 14-15.12 梁婧宇.智能温室环境温湿度测控系统的研究与设计D.太原：太原理工大学，2005.13 张昱，陆文龙，宋治

26、文.遥控式土壤温、湿度数据采集仪的研制开发J.天津农业科学，2006，(03): 42-43.14 蔡用霞，吕晓梁，卢佩.基于AT89C51的温室大棚温湿度测控系统设计J.机械与电子，2010，(13) : 79-80.15 张艳丽，杨仁弟.数字温湿度传感器 SHT11及其应用J.工矿自动化，2007，(03): 113-115.16 蒋辉平，周国雄，陈爱武.单片机在孵化箱温、湿度控制系统中的应用J.湖南科技学院学报，2007，28(04): 25-27.17 朱旭光，刘建辉.农业大棚的温湿度控制系统J.自动化技术与应用，2005，(02):45-47.18 周焱,胡氢.湿度传感器发展方向邹议

27、J.科技广场，2006，(01):111-113.19 冯显英，葛荣雨.基于数字温湿度传感器SHT11的温湿度测控系统J.自动化仪表，2006,(01): 59-61.20 钟晓伟，宋蛰存.基于单片机的实验室温湿度控制系统设计J.林业机械与木工设备，2010, 38(01) : 39-42.附录1总体设计原理图附录2:总体设计PCB图附录3:实物图附录4:软件程序#include vreg52.h#include LCD1602.h #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DIn = P2A0;/定义状态输入 uchar

28、 U8FLAG,k;uchar U8count,U8temp;uchar U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata; ucharU8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp, U8checkdata_temp;uchar U8comdata;void delay_1ms(uint x)uint a,b; for(a=x;a0;a-) for(b=110;b0;b-);void Delay(uint j)uchar i;for(；j0；j

29、-) for(i=0;i27;i+);void Delay_10us(void)uchar i;i-;i-;i-;i-;i-;i-;void COM(void)uchar i;for(i=0;i8;i+)U8FLAG=2;while(!Dln)&U8FLAG+); Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();U8temp=0;if(Dln)U8temp=1;U8FLAG=2;while(Dln)&U8FLAG+);超时则跳出for循环if(U8FLAG=1)break;判断数据位是0还是1如果高电平高过预定0高电平值则数据位为1U8comdata=1;U8co

30、mdata|=U8temp;0void RH(void)/主机拉低18msDIn=0;Delay(180);DIn=1;总线由上拉电阻拉高 主机延时20usDelay_10us();Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();主机设为输入判断从机响应信号DIn=1;判断从机是否有低电平响应信号如不响应则跳出，响应则向下运行 if(!DIn)T !U8FLAG=2;判断从机是否发出80us的低电平响应信号是否结束while(!Dln)&U8FLAG+);U8FLAG=2;判断从机是否发出80us的高电平，如发出则进入数据接收状态while(DIn)&U8FLAG+);数据接收状态COM();U8RH_data_H_temp=U8comdata;COM();U8RH_data_L_temp=U8comdata;COM(); U8T_data_H_temp=U8comdata;COM();U8T_data_L_temp=U8comdata; COM();U8checkdata_temp=U8comdata;DIn=1;数据校验U8temp=(U8T dat