基于单片机的温湿度检测系统软件设计.docx

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基于单片机的温湿度检测系统软件设计

基于单片机的温湿度检测系统软件设计

摘要

随着人们的生活及其生产水平的不断提高，对生活环境和生产环境的要求就显的尤为重要，温湿度的控制就是一个典型的例子，因此温湿度检测系统就是现代生产生活中应运而生的一种智能、快捷、方便可靠的检测系统，特别是在工业生产中如果检测得不准确就会发生许多的生产事故。

如化工生产中对温度的检测不当就会导致生产效率的降低和产品质量的下降。

而现在所使用的温湿度检测系统通常都是精度为1℃或0.1℃的水银、煤油或酒精温度计进行的温度检测和用传统的物理模拟量的方法进行的湿度检测。

这些温湿度检测计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。

要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

本设计是以单片机（AT89C52）为核心，配合温度传感器和湿度传感器，以及相关的外围电路组成的检测系统，可以接收所测环境的温度和湿度信号，检测人员可以通过数码管显示的数据，实时监控环境的温度和湿度情况。

所有的测量操作都可以通过主机控制软件来实现，温度和湿度传感器得到的测量信号，经电路转换为电信号，然后通过一定的放大经过芯片TLC549A/D转换送到单片机进行数据处理，经软件分析处理后送显示装置。

本系统包括系统硬件和软件设计,可靠性高，结构简单，实现了对温湿度的自动调节。

系统还应用RS232与上位机相连接，可以设置自动记录温度、湿度的相关的参数，也可以设置每隔一定的时间自动记录，可用在气象的观察方面。

关键词：

温湿度采集，数字采集，AT89C52单片机

SoftwareDesignofTemperatureandHumidityMeasurementSystemBasedonMCU

ABSTRACT

Asthecontinuousimprovementofpeople'slifeandproductionlevels,livingenvironmentandproductionenvironmentfortherequirementsofmostimportancetotemperatureandhumiditycontrolisatypicalexample,thetemperatureandhumiditydetectionsystemcameintobeingofmodernproductionandlifeasmart,fast,convenientandreliabledetectionsystems,particularlyintheindustrialproductionwilloccurifthetestwasnotpreciseproductionofmanyaccidents.Suchaschemicalproductioninthedetectionofimpropertemperaturecancausereducedproductivityandproductqualitydecline.Andnowthetemperatureandhumiditydetectionsystemusedisusuallyanaccuracyof0.1℃or1℃mercury,keroseneoralcoholthermometerfortemperaturemeasurementandtheuseoftraditionalmethodsofphysicalanaloghumiditytesting.Thetotalscaleoftemperatureandhumiditytestingisusuallyverycloseintervals,noteasytoaccuratelydistinguish,readingdifficulties,andtheirrelativelylargeheatcapacity,thetimerequiredtoreachthermalequilibriumlonger,makingitdifficulttoreadaccuratelyanduseveryinconvenient.

Workformodern,scientificresearchandtoprovidebetterandmoreconvenientfacilitiesneedtostartfromasinglechiptechnology,alltowardthedigitalcontrol,intelligentcontroldirection.Thedesignisbasedonmicrocontroller（AT89C52）asthecore,withtemperaturesensorsandhumiditysensors,andrelatedperipheralcircuitsofthedetectionsystem,canreceivethemeasuredsignalistemperatureandhumidityenvironment,testingofficerstothedatathroughthedigitaldisplay,real-timemonitoringtheenvironmenttemperatureandhumidityconditions.Allofthemeasurementoperationcanbeachievedbythehostcontrolsoftware,temperatureandhumiditysensorsaremeasuringthesignal,thecircuitisconvertedtoelectricalsignals,thenamplifiedbyacertainchipTLC549A/Dconvertertothemicrocontrollerfordataprocessing,thesoftwareanalysisTreatmentevacuationdisplaydevice.

Thesystemincludeshardwareandsoftwaredesign,highreliability,simplestructuretorealizetheautomaticadjustmentoftemperatureandhumidity.ApplicationRS232systemalsoisconnectedwiththehostcomputer,youcansetupautomaticrecordingoftemperature,humidityrelatedparameterscanalsobesetautomaticallyrecordsthetimeintervalscanbeusedintermsofmeteorologicalobservation.

KEYWORDS:

　Collectingtempertureandhumidity,Digitalacquisition,AT89C52singlechip

字典

1.1课题研究背景1

1概述

1.1课题的研究背景

人类的生存和社会活动与湿度密切相关，随着现代化的实现，很难找出一个与湿度

无关的领域来，而本课题的设计恰恰可以满足这一需求。

（1）温湿度监控在农业中的应用

人工塑料大棚环境中，温湿度变化值的大小直接影响农作物特别是幼苗期经济作物的生长。

采用温湿度监控系统，它将自动记录温湿度值，并通过PC智能分析软件对所记录的数值以图文表的形式输出，方便管理员分析管理。

并有自带告警功能，当温湿度超过设定的高低限时，报警器自动响应，及时提醒工作人员调节大棚或育苗温室等环境中的温湿度。

使用温湿度监控将简化人们的工作，也将节约成本，并不受过多的人为因素的干扰，客观真实的反映记录过程。

（2）温湿度监控在食品行业的应用

在食品加工存储过程中，及时掌握食物所处的环境情况是否有处在食品安全条件下是非常重要的。

温度与湿度的超标能直接导致食物变质，如果过低或者过高也会使食物口感变差降低品质。

针对这种情况，要求实时记录温湿度变化，保证食品安全进入消费者口中。

（3）温湿度监控博物馆文物、档案管理中的应用

这是温湿度监控应用的另一个大的领域。

档案的纸张在温湿度适宜的条件可以多存放一些时间，而一旦温湿度的条件遭到了破坏纸张将要变脆，重要资料也将随之荡然无存，对档案馆进行温湿度的记录是必要的，可以预防恶性事故的发生。

使用温湿度监控系统将使温湿度的记录工作得以简化，也将节约文物保管的成本，使这一工作得以科学化，不受到过多的人为因素的干扰。

从而保证了对艺术品的最小破坏的前提下，文物，包括其色彩、形状不受损毁。

（4）温湿度监控在建材实验方面的应用

在建材尤其是混凝土干燥过程中，我们应注意其干燥趋势，这是评价产品的指标之一，也为建筑施工方提供了可靠的数据。

应用温湿度监控可以将此数据记录并提供给建材研究方，将为施工提供有益的帮助。

尤其是在军事建筑中，时间就是生命，准确把握混凝土干燥时间为先发致敌，为有效地将有生力量提供到战场上提供了保证。

（5）温湿度监控在建筑验收方面的应用

主要体现在智能楼宇的验收。

由于建筑行业的验收项目多，对于暖通空调指标等建筑部要求符合人体健康指标也要监测，这些指标是直接关系到人体健康的。

如果在这些指标不明了的情况下，测试人员贸然进入这些场所并长期在其间进行记录，是对测试人员的人身健康的不负责任，而应用合适的温湿度监控方式在就会保证在取得可靠数据的同时对测试人员的人身安全进行最大保护。

（6）温湿度监控在重要医药卫生场所的应用

按照《医院洁净手术部建筑技术规范征求意见稿》的要求手术室的温湿度必须控制在一定的范围内。

适宜的环境温湿度对操作者和病人都是非常重要的。

因此这些都要求卫生防疫部门通过自己的监测来确认各医院手术室的达标情况，在这里应用温湿度监控是一种很好的方法，不仅减少了工作人员的浪费，并且还使温湿度的准确性得到了很好的保证。

（7）温湿度监控在管路维护中的应用

管路里的湿气会促进微生物生长，管道上发霉就是这样形成的。

这不但影响空气流长安大学硕士学位论文动，还会滋生大量细菌。

这些遭到污染的区域对健康构成威胁，并最终导致室内空气质量（IAQ，IndoorAirQuality）恶化。

而应用温湿度监控系统就会保证在取得可靠数据的同时对克服了对监控环境的限制。

（8）温湿度监控在交通信息监控系统方面的应用

科学系统地分析和改造现有的交通监控体系是成为缓解城市交通难的当务之急，而有效地获取详细高精度的交通相关数据是分析掌握交通规律，优化交通体系的关键。

目前在交通工程领域实际道路数据的调查，采集和收集，往往需要大量的费用和人工干预，其采样率及精度都非常有限，缺少足够的真实详细的交通数据的支持，给大范围和长时段交通行为本质的深入研究带来困难。

因此在交通监控系统中，使用参数的智能监控十分有必要，而温湿度监控是交通信息参数监控的重要一部分。

本文设计的是基于单片机AT89C52的温湿度检测和控制系统，主要以广泛应用的DS18B20和HIH-3610作为温度和湿度的检测，该仪器具有测量精度高、硬件电路简单、并能很好的进行显示，可测试不同环境温湿度的特点。

另外和控制电路相连，可以进行加湿电路和除湿电路的控制，使温度和湿度参数在预先设定的范围内，不需要人的直接参与。

本系统还通过RS232和上位机相连，可以设置每隔一定的时间进行温度和湿度的采集，上传到上位机，以供查询。

1.2国内外的研究现状

对于温湿度监控的研究要从监控模式和数据通信方式两方面来分析。

1.2.1监控模式

（1）基于温度计和湿度计的人工测量模式

对于温湿度监测来说，最早采用的测量方式是人工方式测量。

但由于人工方式存在人为误差的原因并且温度计本身也存在误差比较大，反应比较慢的原因，导致这种温湿第一章绪论度测量方式效率比较低，同时抽样也不具有代表性。

并且这种测量方式的应用环境也有很大的局限，进行监测的工作人员不可能直接到达一些危险的地带进行温湿度测量。

（2）分散仪表控制模式

（a）基于温湿度传感器以单片机为核心的监控模式

基于温湿度传感器以单片机为核心的监控模式是使用温度传感器和湿度传感器对环境进行温湿度测量。

温度传感器和湿度传感器的输出信号均为模拟信号，必须经过A/D转换，转换所得的数字信号由单片机接收，通过单片机对温湿度进行监控。

这种监控模式的优点是温湿度的监控效率有了很大的提高，温湿度的实时数据可由LED数码管进行同步的显示，缺点就是温度传感器和湿度传感器的初始输出信号均为模拟信号，模拟信号在传输过程中容易发生损耗，使传输的信息产生误差，从而影响到了整体的监控精度。

（b）基于集成电路的监控模式

基于集成电路的监控模式主要体现了集成电路技术的提高对温湿度监控领域的影响。

随着集成电路技术的蓬勃发展，传统的基于模拟信号输出的温度传感器和湿度传感器已经不能再满足监控环境对系统的要求，取而代之的是数字化的温度传感器和湿度传感器。

在这类新型的传感器当中，温湿度检测芯片，A/D转换模块，温度补偿模块等均被集成于统一的整体，这样做不仅仅使整体系统的结构得以很大程度上的简化，并且降低了温湿度信号在传输过程中所发生的损耗，提高了信号的抗干扰性，从而从整体上提高了系统的精度。

大规模集成电路技术的发展为温湿度的数字化，网络化监控提供了技术上的可能。

虽然在系统的效率和结构上有了很大的提高和发展，但基于集成电路的温湿度监控模式依旧仍是采用单片机监控的简单模式，属于分散的仪表控制模式。

（3）集中式计算机监控模式

近些年来伴随着计算机技术的蓬勃发展，已有许多温湿度监控系统都纷纷采用了主机—终端的监控模式，该模式的实现方式是采用一个主机作为整个温湿度监控系统的监控核心，各个监控环境的温湿度情况由分别的监控子系统进行测量，而监控主机会对所有的子系统进行统一的监控管理，这种监控模式相对于以前的分散仪表监控模式已经有了很大的提高和进步，突破了仅仅只是依靠单片机的分散式控制，从整体上显著扩大了温湿度监控系统的使用功能和环境。

但主机—终端模式在系统的实现过程中也存在很多的缺点与不足，这种监控模式

的布线相对复杂，传输距离也受到限制，从而很难做到对不同地点的温湿度监控，并且这种模式应用起来不够灵活，对于温湿度的实时监控问题和子系统与中央监控系统的实时通信问题并不能很好的解决。

（4）分布式监控模式

分布式监控不同于分散式仪表式的监控，也不同于主机—终端式的监控，而是弥

补了两个方式的缺点并且融合了两个方式的优点。

分布式监控模式是目前的主要发展方向。

分布式监控系统，又称为分散监控系统，分散型监控系统，集散监控系统。

由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。

分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制。

各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。

分布式控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互以及监控和管理等功能。

在分布式的温湿度监控系统中，整个系统包括有许多分散的温湿度监控节点，任意的温湿度监控节点都可以通过网络与服务主机或称为上位机进行数据通信。

系统通过每个温湿度监控节点处理所采集到的温湿度数值并进行监测，通过上位机进行数据存储并且显示温湿度监控节点所传送来的温湿度数据，并且上位机可以通过网络通信向任意的温湿度监控节点发送系统设置值或是其它的控制参数。

这种温湿度监控模式的优点是故障率较低，故障影响范围较小，从控制效果上来说这种监控模式易于实现系统的局部独立监控效果。

分布式监控是新一代工业控制的标志，它的出现极大地推动了工业控制系统的发展。

随着各种高性能的工业设备的不断普及，分布式监控技术在现代工业控制领域中得到越来越广泛的应用。

1.2.2数据通信方式

（1）独立的信号线通信

独立的信号线通常和基于温湿度传感器以单片机为核心的监控模式相结合使用。

其中每一个的智能测试点都需要通过各自独立的信号线进行通信，从而使得系统的布线十分复杂。

为了实现对多个检测环境的监控，系统不仅需要有很多的信号线，还需要设置多个转换开关电路对相应的测试点进行监测控制，这些都使独立信号线支持的监第一章绪论控系统在应用上难以维护并且价格也很昂贵。

（2）单总线（l-Wirebus）通信

单总线（1-Wirebus）通信技术通常是和基于集成电路的温湿度监控模式相结合使用。

单总线是美国的达拉斯半导体公司推出了一项技术。

该技术采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。

缺点是单总线只适用于单主机系统，只能够控制一个或多个从机设备。

（3）现场总线网络通信

现场总线网络通信通常是和集中式计算机控制模式相结合使用。

现场总线也常常被称为数字化、开放式、多点通信的底层控制网络，它所实现的是双向串行多节点的数字通信功能，现场总线常常应用于生产现场，实现微机化测量控制设备之间的通信。

现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。

随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。

现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。

现场总线的缺点是布线繁琐、传输距离受限。

（4）接入以太网通信

将温湿度监控的智能节点接入网络通常是和分布式监控模式相结合使用，而模块的直接入网也是当今智能监控发展的一个重要趋势。

以太网指得是基带局域网。

以太网标准是一个古老而又充满活力的标准。

之所以要接入以太网而不是其它的网络是因为自从1982年以太网协议被IEEE采纳成为标准以后，己经历了20年的风风雨雨，而在这20年中，以太网技术作为局域网链路层标准战胜了令牌总线、令牌环、ATM等技术，成为局域网事实标准。

以太网通过标准化和低价格淘汰了令牌总线、令牌环、ATM等技术，确立了在桌面网络的统治地位，之后以太网又长安大学硕士学位论文以高性价比和简洁的协议战胜ATM技术，成为局域网主流建网技术。

当其他网络出现对IP支持困难，标准争吵不休，价格居高不下，带宽升级困难等问题时，同期的以太网却飞速向前发展。

现今以太网技术在当前的局域网范围市场占有率超过了90%，由于以太网十分普遍，许多制造商把以太网卡直接集成安装进了计算机主板，因此，用以太网代替传统的现场总线控制网络在工业控制中己成为一个技术趋势也是提高控制系统性价比的一个表现。

1.3本课程设计的主要内容

单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。

因此单片机的选择，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。

单片机种类很多，在众多51系列单片机中，较为常用的是ATMEL公司的AT89C52和AT89C52单片机，AT89C52片内4KROM是Flash工艺的，使用专用的编程器自己就可以随时对单片机进行电擦除和改写，片内有128字节的RAM。

而AT89C52含有在系统可编程的Flash存储器，片内有8K闪存，RAM的容量也较AT89C52大，为256字节。

显然这种单片机优点更多，开发时间也大为缩短。

因此，在本次设计中选用了ATMEL公司的AT89C52单片机。

键盘接口电路较为简单，而显示部分有两种方案供选择：

一种为LCD，一种为LED。

LCD液晶显示的像素单元是整合在同一块液晶版当中分隔出来的小方格。

通过数码控制这些极小的方格进行显像。

显示非常细腻但是造价很高。

而LED数码显示中每一个像素单元就是一个发光二极管，如果是单色，一般是红色发光二极管。

如果是彩色，一般是三个三原色小二极管组成的一个大二极管。

这些二极管组成的矩阵由数码控制实时显示文字或图象，造价相对低廉，显示效果也较好。

由于单片机工作现场存在着各种干扰，为保证系统的可靠工作，本设计选择了常用的看门狗芯片X5045，以实现对单片机的复位，监控等功能。

软件程序的设计也考虑了抗干扰措施。

1.4主控制器方案的选型

（1）单片机的选择：

单片机是系统的控制核心，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。

单片机种类很多，在众多51系列单片机中，较为常用的是ATMEL公司的AT89C52和AT89C52单片机，AT89C52片内4KROM是Flash工艺的，使用专用的编程器自己就可以随时对单片机进行电擦除和改写，片内有128字节的RAM。

而AT89C52含有在系统可编程的Flash存储器，片内有8K闪存，RAM的容量也较AT89C52大，为256字节。

显然这种单片机优点更多，开发时间也大为缩短。

因此，在本次设计中选用了ATMEL公司的AT89C52单片机。

（2）A/D转化的选择：

湿度信号的采集为模拟信号，而单片机接收的为数字信号，因此需要进行A/D转换，在需要进行多路A/D转换时，目前常采用多通道A/D转换器，如ADC0809、AD574等。

这些转换器多为8通道，电路较为复杂。

如果只需完成单个通道8位转换，且速度要求不高时，采用TLC549是一种较好的选择，TLC549是单通道的A/D转换芯片，8位开关电容型逐次逼近模数转换器，它具有三个控制输入端，采用简单的3线串行接口可方便地与微处理器进行连接，且价格适中，是作为A/D转换的最佳选择器件之一。

（3）温度传感器选用

方案一：

半导体集成模拟温度传感器

半导体IC温度传感器是利用半导体PN结的电流、电压与温度变换关系来测温的一种感温元件。

这种传感器输出线性好、精度高，而且可以把传感器驱动电路、信号处理电路等与温度传感器部分集成在同一硅片，体积小，使用方便，应用比较广泛的有AD590等。

IC温度传感器在微型计算机控制体系中，通常用于室温的测量，以便微型计算机对温度测量值进行补偿。

方案二：

半导体集成数字温度传感器

随着科学技术的不断进步和发展，新型温度传感器的种类繁多，应用逐渐广泛，并且开始由模拟式向着数字式、单总线式、双总线式、多总线式发展。

数字温度传感器更适合与各种微处理器的I/O接口相连接，组成自动温度控制系统，这种系统克服课模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端，被广泛应用于工业控制、电子测温等各种温度控制系统中，数字温度传感器中比较有代表性的有DS18B20等。

鉴于DS18B20的电路更为简单，价格也便宜，选用DS18B20。

（4）湿度传感器的选用

线性电压输出式