温湿度的自动控制系统

引言

目前我国土地沙漠化日益严重，所以在沙漠种植植物，防沙固土便显得很重要。但是，沙漠植物的存活率一直很低，在沙漠种植植物，如果存活不了，那么既不能改善环境，又浪费了人力物力资源。沙漠植物存活的环境由多个因子组成，如温度、光照、湿度及二氧化碳浓度等。时下，我国沙漠环境控制目前仍靠人工经验来管理，严重影响了沙漠植物生产的效益，阻碍了环境的发展进度，因此，采用先进的人工智能技术，科学、合理地控制影响植物的环境因子，通过计算机控制设备进行环境控制，以便给植物生长创造一个最佳的环境条件，既做到防沙固土，同时又改善了环境，这对沙漠环境施行自动检测和控制是非常必要的。沙漠设施的关键技术是环境控制，主要是温湿度的控制，其目的是提高控制及作业精度。温湿度控制仪的发展相当迅速，近几十年内，由于电子行业的迅速发展和集成电路和高集成电路的产生，控制仪走向微型化、多功能化。温湿度传感器在工农业生产、气象、环保、医学等领域得到越来越广泛的应用。温湿度控制仪目前普遍采用的方案：

方案：采用集温湿度传感器于一体的 SHT11 芯片为主要芯片的控制仪。由于传统的模拟式湿度传感器（方案一）一般不仅要设计信号调理电路，还要经过复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证。而SHT11是瑞士Sensiri-on公司生产的具有二线串行接口的单片全校准数字式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，具有数字式输出、免调试、免标定免外围电路及全互换的特点。该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术融合，为开发高集成度、高精度、高可靠性的温湿度测控系统提供了解决方案。

目录

1. 整体设计 (1)

1.1 设计要求及框图 (1)

1.2 元器件的选择 (2)

1.2.1 单片机的选择 (2)

1.2.2 温度传感器的选择 (2)

1.2.3 显示模块的选择 (2)

1.2.4 系统设计方案的确定 (2)

2. 系统的硬件设计 (4)

2.1 单片机的最小系统 (4)

2.2 温湿度传感器SHT11 (4)

2.3 LCD 显示--LCD1604 (5)

2.3.1 LCD1604的连接电路 (5)

2.3.2 LCD1604的连接电路 (5)

2.4 报警电路的设计 (6)

2.5 控制电路的设计 (7)

3. 软件系统设计 (8)

3.1 软件设计的整体思想 (8)

3.2 程序流程图设计 (8)

4. 调试 (10)

4.1 软件调试 (10)

4.2 硬件调试 (10)

4.3 液晶模块调试 (11)

4.4 报警电路调试 (1)

结论 (13)

致谢 (14)

参考文献 (14)

附录 (16)

附录A：系统电路图 (16)

附录B：源程序 (17)

1. 整体设计

1.1 设计要求及框图

本设计核心部件为 AT89C51，信号采集及处理部分由 SHT11 构成，进入单片机后经处理后通过 LCD1604 显示温湿度，信号显示采用的液晶屏为 5X7 点阵，一行可显示 16 字，四行。其他组成部分为实时时钟发生电路，产生同现在相同的时间和具体日期，通过 LCD1604 液晶模块显示。在软件设计部分有对测量的温湿度进行上下值的设定，当测量超过限定值，通过超限报警处理电路对其进行处理分别显示不同的二极管灯亮，蜂鸣器产生长鸣。

硬件中包括一个开关，为复位开关。开机后，所有器件初始化，温湿度传感器 SHT11 开始进行温湿度测量和计算，最后通过LCD 液晶显示器显示结果。在测量结果中有超过设定的温湿度上下限的，通过超限模块作出反应。其他是一些附件，比如复位、晶振电路。整体电路框图1.1如下：

图1.1 整体电路框图

1.2 元器件的选择

1.2.1 单片机的选择

采用MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片[1]作为核心器件，有4K 字节的内部 FLASH PERAM，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。

1.2.2 温度传感器的选择

采用数字式温湿度传感器STH11[2]。该传感器为数字式传感器，可以同时采集温度和湿度，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。微小的体积和极低的功耗等优点，使其成为选择温湿度传感器时的首选。

1.2.3 显示模块的选择

采用LCD1604液晶显示器。其显示容量为16*2个字符，而此次设计的是一个大棚温湿度测控系统，需要将设定的温湿度值以及采集过来的外界环境里的温度值和湿度值显示出来，而LCD-1604的显示容量只有两行，可以显示八个汉字，这样无法直接在一屏里面显示温度值和湿度值，需要分多次页数来显示，这样不便于观察温湿度的变化，所以在本次设计中不采用LCD1604液晶显示器。

1.2.4 系统设计方案的确定

1. 选择AT89C51单片机作为整个系统的核心器件，发送并时时处理系统信息。

2. 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。本设计选用集成温湿度传感器STH11。

3. 显示电路的设计：设计采用液晶LCD1604进行显示，简单明了。

4. 报警电路的设计：在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据通过计算机进行数据处理、数字滤波和标度变换，这些已经在软件程序里边处理过，所以显示温湿度即为外界采集的温湿度，和设定的值比较，如果高于上限值或低于下限值则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示和控制。

本设计采用声光报警电路。温度和湿度任何一个超过设定范围，蜂鸣器均报警。设计选用二极管的亮灭显示温度或者湿度是否过限，这样便于观察，可以更加直接的确定是要升降温还是要增减湿度，给工作人员减少了工作量。蜂鸣器报警电路是通过MCS-51的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。

5. 温湿度控制主程序的设计要考虑以下问题：

(1) 温湿度采样，数字滤波；

(2) 越限报警和处理；

(3) 温度标度转换。