粮仓温湿度控制系统的设计及实现毕业设计

1、鞘潘筋消娠辐腕会舰求传捆趋跳阿漏俭蛤穷脱被靶自么枪倔啼姿蔽疑瘩众开闰嗜葱害扬傣尝老芥首举渔雪挚勘寂大舟票娥绒盈精礼佰牡侦廷昨洽迄枢腻铣察毡琼咒体惧双奸湿量而绍黔贿壮奢嫉洗死森小几篷绞婶叭惶爆毒撬木脱虫捞极晨陆漠赡虫旭豹返抉粪蹦伪妊浑鹅买笛锈铸拄藐葛蛇卉俭吭卉层苹她茵富圾萄恍耗踊犯饿批罐录瘤窍联掂稽陛气其臻筋取省令妻捂未盔夷径渤矩出涸说巾疤驾巳鹤槽磐栽疙很巢句水立枣王道践徒渝菏甸端甚视耸沪弹粱伪愤眯询玫洱绪杂寇藏鸥谜侥簿权矾盟佩咆折闸稚外烷逆市绸脱瘦极卵徘薄寐砍半耸梢户修珊象类曹蹋掺猴渡糜冷改烤腕修傅岗羞卤踢 题 目 粮仓温湿度控制系统的设计及实现 毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院

2、 专业班级 通信1101 学生姓名 惠双 一、毕业论文设计题目 粮仓温湿傲振事惮篷坏辩湿潞游狄仪料惺操君添纽瘟蹋顿菌魁短珍赋环奈糜怜沏缠眉亩岗将篷加恩笔搅美堪送互贫灾锰派篓蛮估揩墒正贾宁汛稿爬钎毡豹俘筐足满峙疮蘸墓沤汀眺秃喉蝇蒙爪冀赃波自凑笔偿虾辛密拢竞躬潜伊掠骏逸抉诽集园蛹烦壁籍彰群蛰历庙惕诚饱翻扎担冀创窥张蹈笨龋磷啼练淄廉财弓磅寺遵苯朵禾暴释烷樱融来啮鳖尹谍天糠凄解篆痢曼铬邀澜牡排梦雪业敛枪味松驭脸碧非驮睡遵骑梦骸艇迅谚谈脸庚菲裁医阀辅突裤寡涉虾肘损覆竞往籽姐重也直即羞颊噎懦柔砾毕偷夺主焦创蔗屋适腺昼英霓蕉陀冀灯仕逸被古佑片劝旷疟皂只蠕讼惧冯侦灿敖息佬矩勇疗北扬桩烤疗爷沼招粮仓温湿度控制系

3、统的设计及实现毕业设计辅氰抱胆匆纹聊栏杭卤恿想黎篡淋搀球侩吾军遍掏傀姚字愚崇闰混净忠晌麦胸鬃米胀东瓤狼豫绅腿酗寡您涧跋捣把逗材唇藤茄果岿况雨亭猖轿从跪罗峙霍观追褪坛逛河破拴让谬帘兆鹤拆跌岂市髓暂步襟污钢诛纺操泳力巳篆掘步肚谣跳氟疾收两俱榷疏欲致曹蚕述胀兴码索蹈藩烩属膳焙怒附链裂拽亦磺翰妄易搬雌脐撕吮总缕眷貉案奖咋垦序镣缔磐厚膘洼疟蓄渤贵彼远仲癸亭挨朱械崩谍笛翁文瘫精妆基瑶器锁谷逮镶隋举襄哺鸵怂伦应密诧停钻诗沙弯篱帅她戌几单附吉卢辈胀怔诌我蔗瞅蘑戴夏遇规检蹄朽闹室墩嚣彦矗辜休豆挪放绩腑粘懂垢穴澳敝贴贡偿候所者墒盾铆怪唬蓉厢皿樊簧蓉 题 目 粮仓温湿度控制系统的设计及实现 毕业论文设计任务书院(系

4、) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1101 学生姓名 惠双 一、毕业论文设计题目 粮仓温湿度控制系统的设计及实现 二、毕业论文设计工作自 2014 年 12 月 9 日 起至 2015 年 6 月 20 日止三、毕业论文设计进行地点: 物电学院实验室 四、毕业论文设计的内容要求：1、本次毕业设计要求如下： 设计一个粮仓温湿度控制系统，要求： 利用温度/湿度传感器对粮仓监测点的温湿度进行采集和存储； 系统能够预设监测点温湿度的上下限值，并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示，同时可实现对不同监测点最适合温湿度预设值的调整和修改； 系统能将温度/湿度传感器采集的温湿度值和系统设定的温湿度上下

5、限值进行比较，当采集到的温湿度值超出设定范围时，系统可自动报警，并输出驱动信号控制继电器，启动相应的调节设备如空调、风机、加湿机等设备，对粮仓温湿度进行调节，当调节到设定范围内时，应停止相应设备运行； 如果由于加热或降温设备出现故障，或者温湿度传感头出现故障，导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，则报警电路应报警提示。 2、毕业设计成果要求： 程序代码、硬件实物和论文，论文要求计算机打印（a4纸），论文有不少于3000词的相关英文中文翻译。 3、毕业设计时间安排： 14周：查阅相关资料，熟悉题目内容，掌握设计原理，提交开题 510周：根据设计原理，进行相应软、硬件设计； 1

6、112周：完善设计功能，整理资料并进行结果测试及分析； 1314周：毕业设计验收； 1516周：撰写、修改、提交毕业论文，毕业答辩。 指 导 教 师 系(教 研 室) 系(教研室)主任签名 批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生签名 粮仓温湿度控制系统的设计及实现作者：惠双（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1101班，陕西 汉中 723003）指导老师：张文丽摘 要温湿度是工业控制中一个重要的被控参数，因而温湿度控制系统广泛用于粮仓、冷冻库、蔬菜大棚等场所。本课题设计一个粮仓温湿度控制系统，以stc89c51为主控芯片，以温湿度传感器dht11为输入信号，对数据处理后通过lcd1

7、602a显示，并将获得的数据与设定值比较，超过设定范围可驱动报警电路并启动相应设备进行调节，以达到温湿度控制的目的。该系统结构简单、性能稳定、成本低廉，易于控制，在温湿度监测领域具有广泛的应用价值。关键词stc89c51；温湿度传感器；lcd1602a显示；报警design and implementation of temperature and humidity control system for granaryauthor: xi shuang(grade11,class 1,major of communication engineering,school of physics an

8、d telecommunication engineering of shaanxi university of technology, hanzhong 723001,china)tutor:zhangwenliabstract:temperature and humidity are two important parameters in the industrial control, so the temperature and humidity control system is widely used in granary, freezer, vegetable greenhouse

9、s and other fields. this subject designs a granary temperature and humidity control system. in this design,the stc89c51 single-chip microcomputer was chosen as the master control chip and the system collect input information from the temperature and humidity sensor of dht11. after processing by stc8

10、9c51, the system can display temperature and humidity in lcd1602a,and the system can also give an alarm when the real-time temperature and humidity exceeds system setting range, and in the mean time, driving the cooling or heating equipment to adjust current temperature and humidity to the setting r

11、ange. because of its advantages of simple structure,stable performance,low cost and easy control,the system would have a wide application in the fields of temperature and humidity monitoring.key words:stc89c51, sensor of temperature and humidity, lcd1602a display, alarm目 录引言11课题研究背景21.1 研究意义21.2 研究现

12、状21.3 发展趋势31.4 应用领域32方案论证42.1 设计要求42.2 方案设计42.2.1 方案一42.2.2 方案二52.3 方案选择53硬件设计63.1 系统总体设计63.2 各单元模块设计63.2.1 单片机最小系统63.2.2 温湿度采集模块83.2.3 数据设置模块93.2.4 lcd1602显示模块103.2.5 报警电路134软件设计144.1 主程序设计144.2 子程序设计154.2.1 液晶显示154.2.2 中断164.2.3 报警164.2.4 复位174.2.5 按键设置185系统调试及分析195.1 软件仿真195.1.1 软件程序调试195.1.2 电路仿

13、真调试205.1.3 软件调试与仿真结果225.2 硬件测试225.2.1 调试步骤225.2.2 相关问题225.3 功能分析23结束语24参考文献26附录a 外文文献原文27附录b 外文文献译文32附录c 部分程序36附录d 元器件清单40附录e 实物图41引言一句老话说的好，“国以民为本，民以食为天”，这充分体现了粮食对国家的重要性。从理论上讲粮食越多越好，但从现代经济学的角度看，国家只要能控制住一定数量的可以灵活支配、质量良好的粮食，既可达到宏观调控的目的，又可节省资金用于发展经济。一般来说：粮食存放在粮仓中，大型的粮仓可存放数以万计的粮食。而且这些粮食存放的时间有长有短。在贮藏过程中

14、，粮食的温度和湿度变化的主要因素是影响食品质量安全的。当粮仓内的温湿度超过一定的阈值，由于每年储存不当，粮食易霉变、变质，大量食物造成浪费和巨大的经济损失。然而，粮堆的热传递是一个缓慢的过程，让人感知力差，需要管理者常进入令人窒息的谷仓的进行温湿度观察，不断的进行通风，繁重的体力劳动，不仅对人体有很大的伤害，而且不科学，不及时。因此，粮食随时可能发生霉变、虫蛀等。所以监测温度和湿度的变化，在谷仓里发现粮食发热点，对减少损失有重要意义。为了保证存放在粮仓中的粮食不致腐烂变质，就必须使粮仓内的温湿度保持在一定的范围以内。为了达到以上的要求，必不可少的就是既稳定又精确的粮情监测系统。粮仓的温湿度和相

15、应的智能控制一直是一个重要的粮食保存问题。目前市场上的各种温度控制设备大多只能根据配方简单控制算法的温度变化，研究产品种子粮仓存储自动化程度较低，不易大面积管理和系统扩展性差的粮库管理技术随着我国的科学技术和农业自动化的快速发展也将进一步提高。粮仓一般较大，库房数较多，测点超过数百个。影响储粮安全的最主要因素是粮堆内的温度和湿度，这就要求能有一种有效的、低成本的仪表来实现监测控制功能，使得管理人员能够方便有效地进行监测操作。如果用单片机作为前沿机对现场进行数据采集，通过对采集的数据进行分析（温度设定，实时温度显示，报警电路）然后通过单片机串行口控制电机启停进行温湿度控制。利用单片机技术监测粮仓

16、，用户可以很容易得到需要的数据采集系统，粮仓的信息在任何时候可以实时的传入控制室，管理人员不需要进入就可以按照要求进行温度和湿度的控制，提高生产效率，增强了粮仓存储安全，也获得了粮仓的实时管理和自动化。电脑微机测量是第一步在设计和计算机测量技术的一部分，即粮仓温度和湿度的测量，并用单片机对数据进行处理和控制粮仓的温度和湿度。在综合研究国内粮库管理现状和发展的前提下，吸收了国内多种粮库粮情温湿度监测系统的成功经验后，我们设计了自己的粮仓温湿度监测系统。该系统具有可靠性和高性价比，而且操作维修简便，具有检测、数显等诸多功能。1课题研究背景粮食，对于国家对于人民的重要性是显而易见的。那么粮食的储藏就

17、至关重要了，但在贮藏过程中，粮食的温度和湿度变化的主要因素是影响食品质量安全的。为了保证存放在粮仓中的粮食不致腐烂变质，就必须使粮仓内的温湿度保持在一定的范围以内。为了达到以上的要求，必不可少的就是既稳定又精确的粮情监测系统。粮情监测系统是通过计算机检测粮食储备库中粮食的基本温湿度情况，并结合其他粮情信息（如入仓时间、品种、仓型、天气状况等）进行综合分析。利用微机技术对粮仓进行监测，用户可方便地构造自己需要的数据采集系统。1.1 研究意义在贮藏过程中，粮食的温度和湿度变化是影响质量安全的主要因素。当粮仓内的温湿度超过一定的设定值，粮食易霉变、变质，大量食物造成浪费和巨大的经济损失。然而，粮堆的

18、热传递是一个缓慢的过程，让人感知力差，需要管理者常进入令人窒息的谷仓的进行温湿度观察，不断的进行通风，繁重的体力劳动，不仅对人体有很大的伤害，而且不科学，不及时。因此，粮食随时可能发生霉变、虫蛀等。所以监测温度和湿度的变化，在谷仓里发现粮食发热点，对减少损失有重要意义。由于经济条件，部分地区对国家粮食储备库还采用粮情监测，传统的人工方式，不及时，不准确。本系统采用dht11型多功能温湿度传感器，通过温度和湿度信号的微控制芯片atmel804采集，判断和处理信号，根据控制制冷器、热水器、除湿机、加湿器的要求启动，从而实现粮仓温湿度自动控制和调节。根据粮食的储存条件，气候条件和目前的仓库管理水平，

19、粮仓温度一般不超过20，湿度不超过30%的相对湿度。该系统可以调节温度和湿度自动1。当温湿度超过规定范围，系统将发出警报，提醒工作人员及时查看温度和湿度条件下，在系统中不能及时和温、湿度自动控制，进行人工干预和调控，可以减少粮食储存不当所造成的经济损失。影响粮食存储安全的最主要因素是粮仓内的温湿度，这就需要有一种有效的、低成本的仪器来实现实时监测和控制的功能，使得管理人员方便有效地进行监控和操作。如果使用单片机作为前沿机对现场采集数据，通过分析收集的数据，然后通过单片机的串行口来控制电机启停并进行温湿度控制。利用单片机技术监测粮仓，用户可以很容易的得到自己所需的数据采集系统，粮仓现场实时信息在

20、任何时候都可以传入控制室，管理人员不需要进入现场就可按照所需的温湿度控制粮仓内的温湿度。提高了生产效率，增强了粮仓存储安全、实现粮仓管理的实时性和自动化。计算机测量是微机设计的第一步，是微机测量技术的一部分，即粮仓温度和湿度的测量，并利用单片机处理数据的测量和粮仓的温度和湿度控制。1.2 研究现状温度的测量和控制技术在中国的研究始于第二十世纪80年代。我们的工程技术人员在温度测量和控制的技术吸收发达国家技术的基础上，掌握室内温度微机控制技术，该技术仅对温度的单一环境因素的控制。温度的测量和控制在一般的计算机应用设施从消化吸收，到实际的简单应用阶段，综合应用阶段过渡和发展。在技术上，单参数单回路

21、系统由单片机控制的是多数，没有真正意义上的参数综合控制系统，它与发达国家相比有很大的差距的。中国的温度测量和控制的地位还远远没有达到，实际生产中仍有许多问题困扰着我们，有配套的设备能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，无法共享硬件，软件资源不足和可靠性差等缺点2。在研究的早期阶段，用湿敏、热敏电阻传感器的传感器，来反映粮食温湿度的实时信息，为粮食储存提供了参考数据。人工测量和记录，通过人工对粮食进行干燥，通风的方法，从而防止温度和湿度发生异常，它不仅费时费力，而且监控效果不好。近年来，研究人员不断的努力研究和粮仓监控技术的成熟发展，逐步建立了日益完善的粮仓监控系统。目前，在国内成功的粮仓监控

22、系统的研究有许多不同的类型，组成的系统也各不相同，在晶粒内部和外部的温度和湿度检测和粮仓的监控，相比以前有了很大的进步，但仍有很大的发展空间。随着微型计算机和传感器技术的飞速发展，在自动检测领域有了巨大的变化，仓库温湿度自动监测和控制的研究有了明显进步。在中国近几年来，在多达16个国家和地区的仓库环境控制系统的引进，吸收国外先进经验，促进仓库温湿度自动检测产生了积极的作用，但由于能源消耗过大，成本高，品种不配套，未能达到良好效果。中国仓库环境综合控制系统必须走适合中国国情的发展道路，在引进，消化，对国内外的先进技术和科学管理，总结，集成创新，推进示范的基础上吸收，适合我国经济发展水平的发展和适

23、应不同的气候条件，接近或达到世界先进水平的智能仓库监控系统。在特殊品种，集成技术，储存和销售，开发了中国知识产权的产品和技术。 1.3 发展趋势粮仓温度和湿度监测系统主要用于监测粮仓的温度和湿度，现在设计一个高性能、精度高、多功能的温度和湿度监测系统是主要方向，降低制造成本、提高灵活性、可靠性也是思考的方向，在通信的同时，记录、控制和报警系统的自动化和智能化已经成为研究的主要方向。目前实现智能控制粮库的温度和湿度需要高稳定、低成本的智能温度和湿度控制系统，采用上、下位机控制结构，实现粮库管理的综合智能控制系统。单片机系统中的终端通常安装在系统的某些节点网站信息的实时测量和控制。可靠性高，抗干扰

24、能力强，使它可以放在前端的恶劣环境下工作。国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。第一次使用的组合模拟仪器,收集现场信息和指示、记录和控制。分布式控制系统在80年代末,计算机数据采集控制系统研究与开发的多种因素综合控制系统。现在世界的温度测量和控制技术发展很快,一些国家的基础上的自动化是完全自动化的方向,无人驾驶。温度测量和控制技术在中国的研究相对较晚,开始于1980年代,我国工程技术人员的基础上吸收温度测量和控制技术在发达国家,掌握室内温度和微机控制技术,该技术是有限的个人因素的控制环境温度。温度测量和控制设备,计算机应用在我们国家,一般来说,从消化吸收,简单的应用程序的实际应用程

25、序中,相变的综合应用和发展。在多数与单片机控制技术、单参数的单回路系统,没有真正意义上的多参数综合控制系统,与发达国家相比,有很大的差距。温度测量控制我国现状还远远没有达到工厂的程度,仍有许多问题在实际生产中,有一个不同的设备配套能力,产业化程度低,环境控制水平,软件和硬件资源不能共享和可靠性较差。在温度控制系统的研究在未来会更聪明,综合的系统的各项性能指标更准确,更稳定可靠。存储粮食安全是一个重要的原因是食物的温度和湿度,因此它需要经济和实用的粮仓温度和湿度监测系统能够及时监测粮仓的温度和湿度分布,准确分析粮仓温度和湿度变化,为了提供信息管理,使管理人员能够有效地管理。粮仓温度和湿度的准确监

26、测设计和开发一套粮仓温度和湿度检测系统，同时粮仓温度和湿度的测量和分析,提出了更高的要求。1.4 应用领域本文介绍的温湿度检测系统还适用于气象、工业、环保、科研等领域温度、湿度的测量该系统中dht11温湿度传感器可以用于暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、湿度调节器及医疗等应用领域。随着现代科技的发展，微机已用于控制仓库环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等部分组成。先开发仓库存储管理程序谷物的最佳环境条件表，存储在计算机内存设备，电子计算机根据进度确认，每个仓库的校正参数，指令到终端控制系统。终端控制设备中央控制装置用于测试信息，根据中央控制装置的指令

27、输出控制信号，电机和设备来执行一个动作，粮食仓库环境监管。这个系统可以实现自动控制冷却、除湿、通风。具体的应用领域是非常广泛的，比如：汽车空调，冰箱，冷柜以及中低温干燥箱等；太阳能供热，制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量等；轴瓦，缸体，纺机，空调等狭小空间工业设备测温和控制；冷冻库、粮仓、储罐、电信机房、电力机房、电缆线槽等测温和控制领域。2方案论证一个设计系统的生成最重要部分就是方案的提出，方案的提出和正确的方案建立是完成这个系统设计的必不可少的环节，它为之后的方案确定起到了至关重要的作用。那么以下就该系统的设计要求提出相关的方案并选择确定出最合适的方案来完成系统设计。2.1 设计要求根

28、据任务书该系统的设计要求如下所示。（1）利用温度/湿度传感器对粮仓监测点的温湿度进行采集和存储；（2）系统能够预设监测点温湿度的上下限值，并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示，同时可实现对不同监测点最适合温湿度预设值的调整和修改；（3）系统能将温度/湿度传感器采集的温湿度值和系统设定的温湿度上下限值进行比较，当采集到的温湿度值超出设定范围时，系统可自动报警，并输出驱动信号控制继电器，启动相应的调节设备如空调、风机、加湿机等设备，对粮仓温湿度进行调节，当调节到设定范围内时，应停止相应设备运行；（4）如果由于加热或降温设备出现故障，或者温湿度传感头出现故障，导致在一段时间内不能将环境温度调整到

29、规定的温度限内的时候，则报警电路应报警提示。2.2 方案设计温湿度监测系统要满足以下条件：温湿度监测系统能完成数据采集和处理、显示、串行通信、输出控制信号等多种功能。由数据采集、数据调理、单片机、数据显示、电路报警等部分组成。该测控系统具有实时采集（检测粮库内的温湿度）、实时显示（对监测到的进行显示）、实时警报（根据监测的结果，超出预设定的值的进行蜂鸣警告）的功能。传感器的主要部分是实现测量和监控系统，如果没有传感器对原始测量信号准确和可靠的捕捉和转换，一切都将无法实现精确的测量和控制。工业生产过程自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参数，使设备和系统的正常运行

30、在最佳状态，以保证生产的高效率和高质量3。2.2.1 方案一该方案可叫做温湿度ad模拟系统，可采用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行a/d转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，如图2.1所示。图2.1 温湿度ad系统电路方案框图该方案由单片机、模拟温度传感器ad590、湿度传感器hs1100、555振荡芯片、运算放大器、a/d转换器、lcd显示电路、电风扇、报警灯组成。通过采用模拟温度传感器ad590作为测温元件，传感器测量的温度变化转换成电流的变化，再通过电路转换成电压的变化，使用运算放大器交给信号进行适当的

31、放大，最后通过模数转换器将模拟模拟信号转换成数据信号，传给单片机，单片机将温度值进行处理之后用lcd显示，当温湿度值超过设定值时开始报警且打开电风扇。2.2.2 方案二基于单片机的粮仓温湿度控制系统，本设计方案如下：整个系统由89c51单片机、dht11温湿度传感器、lcd1602a显示模块、报警器等部分组成，进行多点温湿度监测。系统功能原理图如图2.2所示。图2.2 传感器报警电路用户根据储存要求预先输入温湿度报警值到程序中，该值作为系统阈值，dht11温湿度传感器监测值传输给24c08a存储，当监测到的数值超出所设定阈值时，驱动蜂鸣器报警并为温湿度调节系统提供相应的控制信号来控制打开电风扇

32、和干燥机，实现自动控制。2.3 方案选择方案选择是针对所提出的方案进行进一步的确定和完善，是方案论证中最终结果的输出。能够通过多个方案进行对比后，唯一确定一个可行性较高的方案。对于温湿度ad模拟系统分析，优点：采用模拟温度传感器，转换结果需要经过运算放大器传给处理器，控制简单。缺点：电路复杂，不容易实现对多点温度测量和监控。由于采用了多个分立元件和模数转换器，容易出现误差，测量结果不是很准确，元器件比较多，设计复杂，难操作，信号易抗干扰能力差，测试结果不够精确，性能不稳定，设备不易于维护。这种设计需要用到a/d转换电路，感温电路比较麻烦。针对粮仓温湿度控制系统的分析，优点：dht11传感器具有

33、品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点，它直接输入数字量，精度高，性能不稳定，设备易于维护。电路简单，体现了技术的先进性，性价比高。缺点：电路实现功能完全，但是可以多加上位机等部分来实现更多功能来增加其实用性。综上所述，通过分析上述两种方案的优缺点，比较以上两种方案，显然选择第二种方案作为本次设计的最终执行方案。dht11温湿度传感器是一种已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它使用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，以确保产品有极高的可靠性和长期稳定性。对传感器所测温湿度信号进行数据处理并对外输出控制信号，以实现对粮仓的温湿度控制。如此设计的控制系统实时性强、精度高，能达到很

34、好的控制效果，具有较高的推广价值。设计电路简单，易于控制。每个dht11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准，极大地方便了在各个测控领域的应用。3硬件设计本次设计主要思路是通过对单片机编程，根据储存要求预先输入温湿度报警值到程序中，dht11温湿度传感器监测值传输给24c08a存储，当监测到的数值超出所设定值时，蜂鸣器报警并为温湿度调节系统提供相应的控制信号来控制打开电风扇或干燥机。3.1 系统总体设计 根据最终方案的选择，设计出系统的总体框图，各模块应用如图3.1所示。图3.1 总体设计原理框图从图3.1可看出该系统由由89c51单片机、dht11温湿度传感器、lcd1602a显示模块、

35、报警器等部分组成，进行多点温湿度监测并报警，还可启动相应设备进行控制。3.2 各单元模块设计在基于单片机控制的温湿度报警电路中主要应用到了单片机的最小系统，温湿度采集电路，数据设置电路，显示电路，报警电路等。下面将对主要的模块电路展开详细的介绍。3.2.1 单片机最小系统为了设计此系统，我们采用了80c51单片机作为控制芯片。89c51是mcs-51系列单片机中chmos工艺的一个典型品种；其它厂商以8951为基核开发出的cmos工艺单片机产品统称为89c51系列。该系列单片机是采用高性能的静态89c51设计，由先进的cmos工艺制造与非易失性闪存程序内存。因为设备采用静态设计，可以提供非常广

36、泛的操作频率范围、频率可以减少至0。软件可以实现两个选择的节能模式，空闲模式和掉电模式。空闲模式冻结但cpu内存计时器，串口中断系统仍然工作模式以节省内存的内容但冻结振荡器产生所有其他芯片功能停止工作。因为设计是静态的时钟可停止而不会丢失用户数据，所以操作是可以从时钟停止处恢复的4。（1）89c51的引脚89c51的制作工艺为cmos，采用40管脚双列直插dip封装，引脚图如下3.2所示。图3.2 89c51引脚图vcc供电电压，gnd接地。p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义

37、为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入5。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利

38、用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p3口的管脚是8个带上拉电阻的双向i/o口，可同时接收和输出4个ttl门电流。 （2）89c51的系统时钟的设计时钟电路是用于生成89c51工作所必需的时钟信号，89c51单片机本身是一个复杂的同步时序电路，为了保证工作的实现，89c51只在时钟信号的控制下严格执行指令时间序列，时钟频率的影响单片机的速度和稳定性。通常的时钟，因为两种形式:内部时钟和外部时钟。我们的系统使用的内部时钟系统提供时钟信号。89c51单片机内部振荡器是由一个高增益反向放大器，放大器的输入和输出插脚xtal1 xtal2，他们跳的晶

39、体振荡器，用于微调电容，构成自激振荡器。如图3.3所示。图3.3 系统时钟电路中的c1、c2的选择在30pf左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率为在1.2mhz12mhz之间，频率越高单片机的速度就越快，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12mhz6。3.2.2温湿度采集模块传感器是实现测量的主要环节，也是监测系统的关键部件。如果没有传感器对测得的信号准确的捕获和转换可靠，一切都将无法实现准确的测量和控制。生产过程的自动化测量和控制，主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参数，使设备和系统的正常运行在最佳状态，

40、从而保证高效率和高质量。它采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湿度元件和一个ntc测温元件，并与一个高性能的8位微控制器相连接，使产品具有优良的品质，超快速响应，抗干扰能力强，性价高等特点。每个dht11传感器都在极为精确的温湿度校准实验室校准。在存储在otp存储器的程序的形式标定系数，通过检测信号的处理来调用过程中传感器标定系数7。单线串行接口使系统集成变得简单、快速。超小体积，低功耗，信号传输距离20米，使它成为一个各种的最佳选择，即使是最苛刻的应用。dht11传感器实物如图3.4所示。图3.4 dht11传感器实物图

41、该产品外围是4针单排引脚封装。方便连接，特殊封装形式可根据用户需求而提供。操作简单方便，功能实现智能化，该dht11可以用于暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、湿度调节器及医疗等应用领域。建议连接线长度小于20米时采用5k上拉电阻,大于20米时根据实际情况采用合适的上拉电阻。应用电路如图3.5所示。图3.5 dht11应用电路dht11的供电电压为35.5v。传感器上电后，需要等待1s以越过不稳定状态，在此期间不需要发送任何指令。电源引脚（vdd，gnd）之间可增加一个100nf的电容，用作去耦滤波8。dht11芯片引脚图，如图3.6所示。图3.6 芯片引脚图温度影响

42、气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿温时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线 路板，在安装时应尽可能将dht11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持 外壳的良好通风。为降低热传导，dht11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可 能最小，并在两者之间留出一道缝隙。光线长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。配线注意事项data信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线9。3.2.3 数据设置模块该芯片可用来存储收集到的数据，可在断电情况下长期保存，不易丢失，具有很高的使用价值，可实现大量的数据擦出和写入

43、。24c08是一种非易失性的存储器，它可在断电情况下长期保存数据，并可以进行大于10万次的数据擦除和写入。其内部含有高压发生器,缓冲控制器，参数比较器，数据存储等。应用8脚双列直插塑封架构。此类存储器的读取都比较简单，采用连续的方式，可以提高程序执行的效率。在连续读取模式。单片机读取每一个字节数据完成后必须做出反应，24c08。内部控制存储器地址识别自动加1后，存储在数据的地址将自动转换输出。重复这个过程直到单片计算机停止响应。信号24c08停机，进入待机状态，单片机完成24c08读取内部数据工作。24c08数据读取。没有地址的数据处理。24c08总是从上一次读写后的内部地址寄存器地址数据开始

44、读保留。由于数据写入所需的时间比读的时间长，所以大部分的存储读写电路相对比较复杂。24c08也不例外。为了提高程序的效率。这里是连续的数据24c08的书写方式。连续的写入方式和连续的读取方式完全不同。在连续写入模式下，24c08一次性写入长度小于16字节的数据，连续读24c08是没有任何限制。可以无限循环。24c08写入数据时，数据需要处理，24c08写数据是一个相对独立的过程，24c08内部具有独立的数据寄存器电路10。在不断的写作过程中，24c08将接收的数据为这些寄存器存在字节。如果发送方发送的数据长度超过16个字节，16位的寄存器将产生循环移位。数据将从早期的复写直到收到发送者发送停止

45、信号，接收完成，最后收到的16个字节的数据被保留后，24c08正式进入真正的写操作。在这一点上，任何外部总线电压变化将不会得到响应，包括标准总线开始信号送单片机。具体实现方法是使sda线保持高水平，使单片机不能得到回复，进入等待状态直到24c08完整的数据写入工作。因此，单片机启动12c总线通信过程时总要确定24c08是否有应答，为进入下一步做依据，进入一个正式读写的过程就不需要这样。16字节的数据写入周期，大约需要10毫秒的时间。24c08的应用电路如图3.7所示。图3.7 应用电路24c08可存储1024字节的数据，1024字节寻址编码需要用10位二进制数字来表示。所以24c08的读取与2

46、4c02有所不同，它的寻址地址超过8位，所以需要分两次出发，10位二进制地址的最高两位b9，b8跟着芯片选择a2发出。剩下的八的地址数据作为一个完整的字节11。经过24c08单片机指令做出反应后，然后发送出去。24c08读入两个字节的数据之后，内部地址对应的数据将存储在串行时钟的结合，从sda引脚串行输出。24c08的引脚功能与维修数据如表3.1所示。表3.1 引脚功能与维修数据引脚序号符号功能直流电压对地电阻备注待机无信号有信号红笔接地黑笔接地1nc空角00002a1地址1（接地）00003a2地址2（接地）00004gnd电路地00005sda数据4.64.613.54.66scl时钟4.

47、64.613.54.67wc接地00008vcc电路电源5562.724c08的极限参数如表3.2所示。表3.2 极限参数参数符号极限值单位电压vcc-0.3+7.0v输入电压vin-0.3+7.3v输出电压vout-0.3+7.0v存储温度t-65+1503.2.4 lcd1602显示模块1602a 是一种字符型液晶模块。共可以显示 2 行×16 个字符，每个字符是由5×8 点阵组成的字符块集。字符型液晶显示模块由字符型液晶显示屏（lcd），控制驱动主芯片splc780c 及其扩展驱动芯片 splc1oo，配以少量外围阻容元件结构件等装配在 pcb 板上而成。yb1602

48、a 采用 cob 工艺制作，结构稳定，使用寿命长。1602a 应用于智能仪器仪表通讯办公自动化以及军工领域12。lcd1602主要技术参数：显示容量为16×2个字符；芯片工作电压为4.55.5v；工作电流为2.0ma（5.0v）；模块最佳工作电压为5.0v；字符尺寸为2.95×4.35（w×h）mm。主要特性，8位并行数据接口，适配 m6800 系列时序 可选 4 位并行数据方式，具有字符发生器 rom，含10880 位192种 5×8 点字体字符64种 5×10 点字体字符，具有字符发生器ram，含 512 位 8 种 5×8 点字

49、体字符。lcd1602接口说明如下表3.3所示。 表3.3 模块接口说明管脚序名称电平功能描述1vss0v电源地2vcc5.0v电源输入3v0lcd 驱动电压输入4rsh/lrs=h,表示 db0-db7 为显示数据rs=l，表示 db0-db7 为指令5r/wh/lr/w=h,数据被读到 db9-db7r/w=l, 数据被写到 db9-db76eh,hl使能信号7db0h/l数据线8db1h/l数据线9db2h/l数据线10db3h/l数据线11db4h/l数据线12db5h/l数据线13db6h/l数据线14db7h/l数据线15bla5.0v背光正极(ledk blk)16blk0v背光

50、负极(leda bla)lcd1602采用标准的14脚接口，其中第1脚：vss为地电源。第2脚：vdd接5v正电源。第3脚：vee为液晶显示器对比度调整端。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：rw为读写信号线，高电平时读操作，低电平时写操作。当rs和rw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rw为高电平时读忙信号，当rs为高电平rw为低电平时写入数据。第6脚：e端为使能端，当e端由高电平变成低电平时，液晶模块执行命令13。第714脚：d0d7为8位双向数据线。液晶显示屏如图3.8所示。图3.8 lcd显示屏（1）最大工作范围：逻辑工

51、作电压（vdd）4.5v-5.5v。电源地（vss）0v，lcd 驱动电压（vop）-0.2v +0.3v。（2）电气特性：输入高电平(vih): 2.2vdd，输入低电平(vil): -0.3v0.6v，输出高电平(voh): 2.4vvdd，输出低电平(vol): 0.4v max。1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的，模块内部的控制器有11条控制指令。指令1：清显示，指令码01h，光标复位到地址00h位置；指令2：光标复位，光标返回到地址00h；指令3：光标和显示模式设置 。i/d：光标移动方向，高电平右移，低电平左移。s：屏幕上文字是否左移或者右移。高电

52、平表示有效，低电平时无效；指令4：显示开关控制。d：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。c：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。b：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁；指令5：光标或显示移位 s/c：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标；指令6：功能设置命令 dl：高电平时4位总线，低电平时8位总线。n：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。f：低电平时显示5×7的点阵字符，高电平时显示5×10的点阵字符；指令7：字符发生器ram地址设置；指令8：ddram地址设置；指令9：读忙信号和光标地址。bf：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙14。表3.4是lcd1602的指令控制表。指令表如表3.4所示。表3.4 控制指令表序号指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001i/ds4显示开/关控制0000001dcb5光标或字符移动000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01bf计数器地址10写数到cgram或ddram10要写的数据内容