基于单片机的温湿度测量系统设计-正文.doc

基于单片机的温湿度测量系统设计 1 引言 现代的生产生活中，环境因素是主要影响因素之一，尤其是农业生产离不开环境控制，其中的温度、湿度是环境的两项主要指标。目前我国农业正处于从传统农业向以优质、高产、高效益为目标的现代农业转化的新阶段[1]。因此，温湿度测量控制技术作为农业生产速生、优质、高产的手段，也是农业现代化的重要标志[2]。 温湿度测量系统对于农产品的生产和贮存环节都是十分重要的。在生产环节中，温室大棚现已得到广泛应用，但我国温室环境控制目前仍靠人工经验来管理，严重影响了农业生产的效率，阻碍了农业生产的发展，因此，采用先进的人工智能技术，科学、合理、有效地控制影响作物的环境因子，通过微型计算机控制设备进行环境控制，以便给农作物生长提供一个最佳的环境，做到既提高产品的质量、产量、经济价值和社会效益，同时尽量降低生产成本，这对温室环境施行自动检测和控制是非常必要的。温室检测控制设施的关键技术是温湿度控制[3]。在贮存环节中，粮库粮食安全储藏的主要参数是粮库的温度和湿度，但大部分粮库目前还是采取人工测温的方法，这不仅使粮库工作人员工作量增大，且工作效率低，尤其是大型粮库的温度检测任务如不能及时彻底完成，则有可能会造成粮食大面积变质。因此，一套完善的温湿度测量系统是十分必要的[4] [5]。 此次设计的是基于单片机的温湿度测量系统，此系统是以MCS-51系列单片机为核心构成的温湿度精确检测，并能实现超限报警及实时显示功能。本系统还设有串口数据发送模块，能够将采集的数据传送给计算机，供技术人员记录处理。 2 系统总体设计与分析 2.1 总体方案 根据设计功能要求，系统可分如下部分： 温度监控：对环境温度进行测量，并通过单片机处理实时显示环境温度。 湿度监控：对环境湿度进行测量，并通过单片机处理实时显示环境湿度。 报警处理：当温度、湿度越限时，发出报警提示信号。 显示： LCD实时显示温湿度及时钟日期。 键盘控制： 调整温湿度上下限、时钟。 串口通信： 将采集的数据定时发送给PC机。 2.2 系统方案论证 当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号通过输入通道，由单片机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言[6]，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，除对被控对象状态的信号测试外，还要将测试数据与控制条件对比并实时控制相应执行设备。 传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，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量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量[7]。 本系统中，我们选择SHT11来作为本设计的温湿度传感器。 SHT11单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专利的工业COMS过程微加工技术，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式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接曰电路在同一芯片上实现无缝连接。因此，该产品具有品质草越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点[8]。每个SHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数[9]。两线制串行接口和内部基准电压，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则[10]。 3 系统硬件设计 本系统硬件包括：温湿度采集转换模块、单片机及附属电路、键盘控制、LCD显示、时钟模块、报警电路、RS232串口通信模块等部分的设计。系统整体电路框图如图3.1所示。 ATMEL ATMEL 89C51 单片机 温湿度采集转换模块 键盘控制 RS232串口通信模块 LCD显示 报警电路 时钟模块 图3.1 系统整体电路框图 3.1 温湿度采集转换模块硬件设计 3.1.1 SHT11介绍 SHT11是瑞士Sensirion公司推出的基于COMSensTM技术的新型温湿度传感器。该传感器将COMS芯片技术与传感器技术结合起来，从而发挥出它们强大的优势互补作用。 SHT11温湿度传感器的主要特性如下： 将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、I2C总线接口全部集成于一芯片（COMSensTM技术）； 可给出全校准相对湿度及温度值输出； 带有工业标准的I2C总线数字输出接口； 具有露点值计算输出功能； 具有卓越的长期稳定性； 湿度值输出分辨率为14位，温度值输出分辨率为12位，并可编程为12位和8位； 小体积（7.65×5.08×23.5mm），可表面贴装； 具有可靠的CRC数据传输校验