温湿度报警器

第一部分

单片机

目录

1.引言 (1)

1.1课题研究背景和意义 (2)

1.2课题研究内容 (4)

2.系统方案设计 (7)

2.1总体方案设计 (8)

2.2系统方案选择与论证 (8)

2.2.1单片机芯片的选择 (8)

2.2.2显示模块选择方案和论证 (8)

2.2.3温度传感器模块选择与论证 (8)

2.2.3湿度传感器模块选择与论证 (8)

3.硬件电路设计 (8)

3.1 ST89C52单片机设计 (8)

3.2 数字温度传感器DS18B20 (8)

3.3 矩阵键盘接口设计 (8)

3.4 12864液晶显示电路设计 (8)

3.5电动机的设计 (9)

4.软件程序设计 (4)

4.1软件设计总体思路及主程序设计流程图 (7)

4.2软件程序详解 (6)

5.作品调试 (8)

结语 (104)

参考文献 (106)

致谢 (111)

1.引言

1.1课题研究背景和意义

在现代工业现场，随着科技的进步和自动化水平的提高，电缆的用量越来越大，电缆的安全保护已成为不可忽视的问题。从国内外有关电缆火灾的统计资料看，许多电缆火灾是由电缆头击穿绝缘引起的。因此为电缆配置在线温度监测系统，对于电缆接头多，电缆密集的场所，就显得尤为重要。

粮食是人类生存的必需品，温度与湿度是保存好粮食的先决条件，我国的公粮现均集中存放在国家或地方的仓库中，最大粮库方圆几公里，仓库库房数为数十个，测点可达数千个。按照国家粮食保护法则，必须定期抽样检查各点的粮食温度与湿度，以确保粮食的存储质量。

档案馆中的档案资料同样会受到外界空气温湿度变化的影响，纸张纤维热胀冷缩，使强度降低，湿度过大会使霉菌和害虫滋长，以致造成资料质变。

由此可见，温度、湿度监测在人们现实生活生产中应用已日渐广泛，在发电厂、纺织、食品、医药、仓库、农业大棚等众多的应用场所，对温度、湿度参量的要求都非常严格，因此能否有效对这些领域的温、湿度数据进行实时监测和控制是一个必须解决的重要前提。

1.2课题研究内容

本设计研究的主要内容如下：

（1）在广泛查阅温度检测控制理论和方法、测温技术和温度控制技术等资料的基础上，根据不同的控制要求及应用领域完成对系统方案的总体设计。

（2）研究比较各相关元器件的功能与特点，选择合适的元器件。

（3）系统硬件设计。系统硬件设计主要包括：温度检测、湿度检测、单片机数据采集处理、12864液晶显示、键盘设定、电动机电路等部分。

（4）系统软件设计。本课题采用C语言，利用Keil编译器进行编程及调试。主要研究DS18B20和DHT11与单片机的通信协议、时序及一些C51通用程序等。

本设计的难点分为硬件和软件两个方面。其中硬件开发的难点在于各种元器件的选择和使用，如各种电阻、电容等的选择。软件开发的难点在于DS18B20、DHT11和液晶12864的时序，如果时序不正确，将无法读出正确的温度值和显示的温度值，对系统产生很大的影响。

2.系统方案设计

2.1系统总体方案设计

（1）实现对室内温湿度参数的实时采集，并进行定时刷新。

（2）根据测量空间和设备的实际需要，由温度、湿度传感器进行关键温、湿度敏感点进行测量，由单片机对数据进行循环检测、数据处理、存储。实现温湿度的智能测量。

（3）根据处理的数据利用电机实现对温湿度的有效控制。

2.2系统方案选择与论证

2.2.1单片机芯片的选择

本设计采用AT89C52芯片作为硬件核心，该芯片内有4K字节的在线编程Flash存储器，可以擦写1000次，具有掉电模式，而且具有掉电状态下的中断恢复功能，对设计开发非常实用[1]。

2.2.2显示模块选择方案和论证

方案一：LED数码管显示

由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位寄存器进行移位，该芯片在电路调试时往往会有很多障碍，所以不采用LED数码管作为显示。

方案二：LCD12864液晶显示

此液晶具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势和可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。所以最终选择LCD12864。

2.2.3温度传感器模块选择与论证

方案一采用模拟温度传感器AD590，转换结果需要经过运算放大器和AD转换器传送给处理器。它控制虽然简单，成本低，但是后续电路复杂，且需要进行温度标定，集成温度传感器AD590输出为电流信号,且输出信号较弱，所以需要后续放大及A/D转换电路，如采用普通运放则精度难以保证，而测量放大器价格较高，这样会使成本升高。

方案二采用了数字温度传感器DS18B20，它能在现场采集温度数据，直接将温度物理量变换为数字信号并以总线方式传送到单片机进行数据处理，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字式读数方式，因此，该方案完全具有可行性，同时体现了技术的先进性，经济上也有很大的优势。

2.2.3湿度传感器模块选择与论证

方案一采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%—100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于±2%RH；响应时间小于5s；温度系数为0.04 pF/℃。

方案二温湿度传感器DHT90将两者的功能集成在一起，并且输出的是数字信号，不需要再进行A/D转换，其温度测量的范围为-40℃～123.8℃，分辨率为0.01℃；测湿范围为0～100%RH，分辨率为0.03%RH。

综合设计的技术要求和传感器的特性，考虑到设计简约化，选择使用传感器DHT90，输出的是数字信号，不需要进行A/D转换，简化了系统设计。

综上所述，本课题采用AT89C52芯片，DS18B20温度传感器，DHT11温湿度传感器，LCD12864液晶显示对系统进行设计。

3硬件电路设计

3.1 ST89C52单片机介绍

3.2.1 STC89C52单片机