智能温湿度报警系统设计

智能温湿度报警系统设计

本设计采用MSC-51系列单片机AT89C51和DHT11温湿度采集系统，包括单片机（微控制器）编程软件设计和硬件电路设计。软件包括主程序、温度和湿度的检测子程序、显示子程序以及报警子程序。硬件电路包括温湿度传感器、单片机（微控制器）显示模块、键盘和报警模块等部件。当实际温度和湿度测量大于或小于预定的温度和湿度值，则用户的蜂鸣器鸣响，并发送报警短信。

标签：AT89C51单片机LED1602 温湿度采集

一、引言

1.课题研究的背景

人类生活中所有的运动都与温湿度息息相关。无论是日常生活还是工业生产，温湿度也都是最基本的参数。各行各业的生产都需要关注温湿度，以保证产品的质量。

温度与湿度也是衡量环境的一个重要指标，他们之间有着密不可分的关系。温湿度除了对人体有影响外，对物品的存放也有影响。例如：随着人们生活物質质量的提高，反季节食品的需求量不断上升，推动了冷库的迅速发展，冷库内物品的存放只有在适宜的温湿度下质量才能够得到最良好的保障。智能化为这些仓库检测温湿度的实时变化提供了保障。

2.温湿度传感器报警系统的发展现状和趋势

温湿度传感器的研发不仅仅受到国内研发人员的关注，同时也受到国内外的高度重视，很多政府和公司为了研发投入了大量的人力、物力和财力。其中的典型产品包括SHT7X/SHT1X温湿度传感器，MAX6625/6626温湿度传感器。这些温湿度传感器[1]全都采用了数字化技术，能够以数字化形式直接输出测量值，具有误差小、抗干扰能力强、分辨率高、测量数据能够远程传送、拥有串行总线接口等优点。

近几年来，温湿度检测报警系统的研究得到了迅速地发展。国际上[2]先进的测控技术、PLC技术、自动化技术、现场总线技术、传感器技术以及数字信息技术的发展都为温湿度检测报警系统的研发提供了卓越地条件，在智能化、集成化的前提下温度传感器和湿度传感器正向着多参数检测方向发展，使得温湿度的设定和显示更加地直观，精度也得到进一步提高，由于智能化程度越来越高，也使得温湿度检测的功能集成化大幅提高。现代的温湿度检测报警系统[3]逐渐地取代了传统的简单数据采集系统。温湿度检测系统在纺织工业、冶金、化工、建材、食品、温室种植以及气象预报和科研实验室等诸多领域都有广泛的应用。

二、方案论证

1.方案设计思路

本温湿度报警系统的设计以单片机AT89C51为核心，通过控制单片机的P1口的一些端口来调节当前温湿度的显示，完成了温湿度的显示报警功能，在程序中设置温湿度范围后，达到指定范围后通过LED灯的闪亮来实现温湿度控制的效果，让LED1602液晶屏接到单片机的串口上，赋值来控制1602的显示。因此，整个方案设计包含四个部分，即：单片机最小系统部分、显示部分、温湿度数据采集部分和报警部分。

2.方案选择

方案：单片机编程，用单片机设计电路，充分利用好AT89C51单片机的I/O 口，使用软硬件结合的方式，具体的基本框图如图1所示：

图1 单片机设计电路的基本框图

方案选择：从上述原理图看来，这种设计方案电路结构简单，条理清晰，调试也相对方便，易于实现。

3.设计流程

对于温湿度显示报警系统的设计，先用PROTEUS做电路仿真，再在KEIL 软件中编写程序生成源代码，最后将PROTEUS和KEIL连接起来进行在线仿真。设计流程如图[4]2所示。

图2 系统设计流程图

4.软件环境

4.1 PROTEUS软件

Proteus软件在国内已经得到了很大的推广，在从事单片机教学的教师，单片机爱好者，以及众多致力于单片机开发应用的科技工作者之间受到了极大的欢迎。作为一款由英国Labcenter electronics公司推出的的EDA实用工具软件，它不仅仅能够仿真单片机和外围器件，还具备着其它众多EDA实用工具软件的仿真功能。并且在目前而言在用于仿真单片机以及外围器件的工具之中它是非常好的。

4.2 Keil C51软件

Keil C51[5]是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点是，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

三、过程论述

1.传感器原理流程图

图3 传感器原理流程图

2.报警系统

当启动仿真程序时，用手调节传感器上的按键时，可以调节温度与湿度的数据转换和相应的温湿度显示数据的递增或递减。

图4 报警电路图

四、仿真与调试

1.实验目的与原理

在此介绍一下设计温湿度控制系统的工作原理[6]：

设计目标：温度范围18-27度，湿度40%-70%，超范围报警。

具体要求：（1）传感器采用SHT10集成传感器

（2）LED温湿度显示，精确到一位小数

（3）超范围发光二极管报警

第一步：实现将SHT10中的数据读入到单片机中然后显示到1602上。第二步：调节SHT10上的数据为n，若n在温度18-27度范围内则正常显示到1602上，若超出范围则报警，二极管点亮（红）。同理，若n在湿度40%-70%范围内则正常显示到1602上，若超出范围则报警，二极管点亮（绿）。

2.仿真原理图

用PROTUES软件，根据要求画出温湿度显示报警系统的的原理图如下图所示，

图5 温湿度显示报警系统的的原理图

3.系统仿真以及显示结果

用PROTUES和Keil软件联调，运行期间仿真软件调试程序结果如图6所示，当调节传感器使湿度在87%时，1602显示湿度为91.88%，中间产生了部分误差，在误差允许范围之内，湿度超出设置范围，红灯亮，开始报警，运行结果如图7，8，9所示。当调节传感器使温度在29度时，1602显示温度为28.84度，中间产生了部分误差，在误差允许范围之内，温度超出设置范围，绿灯亮，开始报警，运行结果如图7，8，9所示。

图6 仿真运行结果图

图7 SHT10运行结果图

图8 报警运行结果图

图9 LCD1602运行结果图

4.结果分析及测试总结

采用PROTEUS进行单片机仿真，可以大大缩短单片机的开发周期。它不仅能仿真单片机CPU 的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。本系统很好的完成了本次设计的各项任务和要求，通过温湿度显示报警系统程序，成功地完成了温湿度采集功能、显示功能和报警功能。通过控制P1.0、P1.1、P1.2来调节当前温湿度数据的显示，很好的完成了显示功能。设置温湿报警范围后，LED灯也能很好的体现报警的效果，在超出设置的正常显示范围后，LED灯亮，很好的体现了报警功能。连接电路图后，通过编译程序来控制液晶显示屏的显示，通过仿真结果也很好的体现了其显示功能。

五、结束语

本文的温湿度显示报警系统设计是以单片机（AT89C51）为核心，由SHT10温湿度感应器等部分组成。具体介绍Keil C51软件调试程序和Proteus的ISIS软件进行单片机系统的设计与仿真。在这次设计中，完成了核心控制部分、显示部分、报警部分等基本功能。

参考文献

[1]李洪超.基于AT89C51 的温度控制系统设计[J]. 微计算机信息（嵌入式与SOC），2010.8，26（12-2）：87～88

[2]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2010.8，38（1）：39～42