基于單片機的溫濕度測量系統(tǒng)設(shè)計-正文

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1、基于單片機的溫濕度測量系統(tǒng)設(shè)計1引言現(xiàn)代的生產(chǎn)生活中，環(huán)境因素是主要影響因素之一，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開環(huán)境控制，其中的溫度、濕度是環(huán)境的兩項主要指標(biāo)。目前我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效益為目標(biāo)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段[1]。因此，溫濕度測量控制技術(shù)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的手段，也是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志[2]。溫濕度測量系統(tǒng)對于農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和貯存環(huán)節(jié)都是十分重要的。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，溫室大棚現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用，但我國溫室環(huán)境控制目前仍靠人工經(jīng)驗來管理，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，因此，采用先進的人工智能技術(shù)，科學(xué)、合理、有效地控制影

2、響作物的環(huán)境因子，通過微型計算機控制設(shè)備進行環(huán)境控制，以便給農(nóng)作物生長提供一個最佳的環(huán)境，做到既提高產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、經(jīng)濟價值和社會效益，同時盡量降低生產(chǎn)成本，這對溫室環(huán)境施行自動檢測和控制是非常必要的。溫室檢測控制設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是溫濕度控制[3]。在貯存環(huán)節(jié)中，糧庫糧食安全儲藏的主要參數(shù)是糧庫的溫度和濕度，但大部分糧庫目前還是采取人工測溫的方法，這不僅使糧庫工作人員工作量增大，且工作效率低，尤其是大型糧庫的溫度檢測任務(wù)如不能及時徹底完成，則有可能會造成糧食大面積變質(zhì)。因此，一套完善的溫濕度測量系統(tǒng)是十分必要的[4][5]。此次設(shè)計的是基于單片機的溫濕度測量系統(tǒng)

3、，此系統(tǒng)是以MCS-51系列單片機為核心構(gòu)成的溫濕度精確檢測，并能實現(xiàn)超限報警及實時顯示功能。本系統(tǒng)還設(shè)有串口數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)傳送給計算機，供技術(shù)人員記錄處理。2系統(tǒng)總體設(shè)計與分析2.1總體方案根據(jù)設(shè)計功能要求，系統(tǒng)可分如下部分：ü溫度監(jiān)控：對環(huán)境溫度進行測量，并通過單片機處理實時顯示環(huán)境溫度。ü?jié)穸缺O(jiān)控：對環(huán)境濕度進行測量，并通過單片機處理實時顯示環(huán)境濕度。ü報警處理：當(dāng)溫度、濕度越限時，發(fā)出報警提示信號。ü顯示：LCD實時顯示溫濕度及時鐘日期。ü鍵盤控制：調(diào)整溫濕度上下限、時鐘。ü串口通信：將采集的數(shù)據(jù)定時發(fā)送給PC機。2.2系統(tǒng)方案論證當(dāng)將單

4、片機用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)總要有被測信號通過輸入通道，由單片機拾取必要的輸入信息。對于測量系統(tǒng)而言[6]，如何準(zhǔn)確獲得被測信號是其核心任務(wù)；而對測控系統(tǒng)來講，除對被控對象狀態(tài)的信號測試外，還要將測試數(shù)據(jù)與控制條件對比并實時控制相應(yīng)執(zhí)行設(shè)備。傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化測量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量[7]。本系統(tǒng)中，我們選擇SHT11來

5、作為本設(shè)計的溫濕度傳感器。SHT11單芯片傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專利的工業(yè)COMS過程微加工技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接曰電路在同一芯片上實現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)草越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點[8]。每個SHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)[9]。兩線制串行接口和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，使系

6、統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則[10]。3系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)硬件包括：溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊、單片機及附屬電路、鍵盤控制、LCD顯示、時鐘模塊、報警電路、RS232串口通信模塊等部分的設(shè)計。系統(tǒng)整體電路框圖如圖3.1所示。ATMEL89C51單片機溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊鍵盤控制RS232串口通信模塊LCD顯示報警電路時鐘模塊圖3.1系統(tǒng)整體電路框圖3.1溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊硬件設(shè)計3.1.1SHT11介紹SHT11是瑞士Sensirion公司推出的基于COMSensTM技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將COMS

7、芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，從而發(fā)揮出它們強大的優(yōu)勢互補作用。SHT11溫濕度傳感器的主要特性如下：?將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線接口全部集成于一芯片（COMSensTM技術(shù)）；?可給出全校準(zhǔn)相對濕度及溫度值輸出；?帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線數(shù)字輸出接口；?具有露點值計算輸出功能；?具有卓越的長期穩(wěn)定性；?濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12位和8位；?小體積（7.65×5.08×23.5mm），可表面貼裝；?具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗功能；?片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證100%互換性；?電源電壓范圍為2.4～

8、5.5V；?電流消耗,測