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指导教师：
教研室主任：
院长（系主任）：
温湿度控制已成为当今社会研究的热门项目，是工农业生产过程中必须考虑的因素。
作为最常见的被控参数，温度和湿度已经不再是相互独立的物理量，而应在系统中综合考虑，广泛应用于实验室、大棚、花圃、储藏室等各个领域。
而传统的温湿度控制则利用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测。
对不符合温度和湿度要求的储藏室进行通风、降温、去湿等操作。
这种人工测试方法费时费力，效率低，且随机性较大，误差大。
因此就需要一种造价低廉、使用方便且计算精确的温湿度控制仪器。
利用单片机对温、湿度控制，具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求。
本文通过使用STC89C52单片机、DHT11传感器模块、LCD1602液晶显示屏模块以及继电器控制模块。
简单明了的实现的温湿度的控制要求。
DHT11数字温湿度传感器把采集到的温湿度数据传给单片机。
经过单片机的处理，准确的显示到液晶屏上。
如果温度超过阀值，将会驱动继电器工作，继电器将驱动负载相应的工作，达到控制要求。
关键词：
传感器；
温湿度；
单片机；
智能控制；
储藏室
ABSTRACT
Temperatureandhumiditycontrolhasbecomeahotitemintoday'
ssocialstudies.Isafactorthatmustbeconsideredintheindustrialandagriculturalproductionprocess.Asthe
controlparametersofthemostcommon.TemperatureandhumidityisnoIongeraphysicalquantityindependentofeachother,butshouldbeconsideredinthesystem.Widelyusedinlaboratory,greenhouse,flowergarden,granaryandsoiletc..Thetemperatureand
humiditycontrolistheuseoftraditionalhygrometer,hairhygrometer,double-metal-stylegaugesandtestequipmenthumiditypaperetc..Throughmanualtesting.TemperatureandhumiditydonotmeettherequirementsoftheTreasuryforventilation,cooling,dehumidificationoperation.Thiskindofmanualtestmethodistime-cconsumingandlaborious,lowefficiency.Allrandom.Bigerror.Hencetheneedforalowcost,easytouseandthecalculationofthetemperatureandhumiditycontrolinstrumentforprecise.Theuseofmicrocomputer
controloftemperature,humidity,temperature,humidityishighprecision,strongfunction,smallsize,lowprice,theadvantagesofsimplicityandflexibility,goodtomeettheprocessrequirements.Inthispaper,byusingtheSTC89C52SCM,DHT11sensormodule,1602liquidcrystaldisplaymoduleandrelaycontrolmodule.Simplerealizationofthecontroloftemperatureandhumidityrequirements.DHT11digitaltemperatureandhumiditysensortotemperatureand
humiditydatacollectedtomicrocontroller.Afterasingletreatment.Accuratetotheliquidcrystaldisplayscreen.Ifthetemperatureexceedsthethreshold,willdrivetherelaytowork.Therelaywilldrivetheloadcorrespondingwork.
Keywords:
Sensor,temperatureandhumidity,MCU,intelligentcontrol,storeroom
一绪论1
1.1课题的选题背景1
1.2课题研究的意义1
1.3本论文主要研究内容1
2系统总体方案设计3
2.1系统总框图3
2.2方案选择3
2.2.1单片机的选择3
2.2.2传感器的选择4
2.3.2显示器选择方案6
3系统硬件电路的设计7
3.1系统硬件概述7
3.2主控模块设计7
3.2.1单片机引脚介绍8
3.2.2单片机最小系统10
3.3DHT11传感器模块设计11
3.3.1DHT11传感器简介11
3.3.2DHT11传感器模块电路设计13
3.4液晶显示模块设计14
3.4.1液晶显示屏简介14
3.4.2液晶显示模块电路原理图16
3.5继电器模块17
3.6阀值设定模块17
四系统软件程序的设计20
4.1液晶显示模块设计21
4.2传感器模块设计22
五PROTUE仿真与调试23
六结论与展望25
致谢26
参考文献27
附录A28
附录B28
附录C30
绪论
1.1课题的选题背景
温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一，同时它也是一种最基本的环境参数。
人民的生活与环境温度息息相关，物理、化学、生物等学科都离不开温度。
在工业生产和实验研究中，在电力、化工、石油、冶金、机械制造、储藏室、实验室、农场塑料大棚甚至人们的居室里经常需要对环境温度进行检测，并根据实际的要求对环境温度进行控制。
比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；
许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行。
炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分流才能得到汽油、柴油、煤油等产品；
没有合适的温度环境，许多电子设备不能正常工作，储藏室的储物就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。
可见，研究温度的测量具有重要的理论意义和推广价值。
随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日益突出，成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。
本设计就是为了满足人们在生活生产中对温度测量系统方面的需求，从而设计出对于储藏室恒温控制系统的设计方案。
1.2课题研究的意义
21世纪科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了巨大的变化，我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的主流之一，被广泛地应用于生产的各个领域。
对于本次设计，其目的在于：
（1）掌握温湿度传感器DHT11的原理、性能、使用特点和方法。
（2）本课题综合了现代测控、电子信息、计算机技术专业领域方方面面的知识，具有综合性、科学性、代表性，可全面检验和促进学生的理论素养和工作能力。
（3）本课题的研究可以使学生更好地掌握基于单片机应用系统的分析与设计方法，培养创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，提高电子产品研发素质、增强针对实际应用进行控制系统设计制作的能力。
1・3本论文主要研究内容
本系统所要实现的功能是：
对储藏室的恒温控制系统的设计。
具体规格要求如下：
拟设计该储藏室为5卅的干藏与冷藏可切换的家用小型储藏室，用于储藏米面等物品，温湿度传感器布点为1个，置于储藏室中心位置即可。
综合考虑储藏室设计时的面积、光线、温度、湿度的要求，拟将储藏室区分为干藏室和冷藏室。
具体要求和范围如下：
分类
温度要求
湿度要求
干藏室
10°
C-25°
C
50%-65%
（贮藏米面等食品，其相对湿度应该再低一些）
冷藏室
2°
C-4°
75%-85%（肉类乳制品）
85%-90%（水果蔬菜）
表1-1储藏室分类及要求
该温控系统具体要求如下
1.温湿度实时检测及显示。
通过LCD1602实时地显示传感器DHT11检测到的温湿度值，并且固定时间（2s）检测更新显示一次。
2.报警阈值的手动设置。
通过四个按键实现温湿度阈值的设置，使得系统更加人性化、智能化，具有更高的实用价值。
3.当温湿度超出阈值时能自动开启相应的继电器驱动负载。
通过小灯指示哪一路工作，以提醒用户。
阀值可以通过AT24C02存储，实现断电保存。
4.系统主要可以应用在储藏室的智能控制，当温度超限进行降温；
当湿度超限可以抽湿。
1.4系统的工作原理简介
总体来说，本次设计主要涉及了温湿度的测量、显示以及实现简单控制。
硬件方面有五个模块，即STC89C5洋片机主控模块、传感器模块、LCD1602液晶显示模块、继电器模块以及阈值设置模块。
传感器模块使用的是DHT11数字温湿度传感器。
通过DHT11检测出当前环境下的温湿度，将所测数据交给AT单片机进行分析和处理，并分别存入不同数组以便显示时候用。
其中，为了显示稳定，本系统每间隔2s采集一次数据送入
单片机。
本系统采用的是继电器驱动负载，因此无论温度还是湿度超出范围继电器均可以驱动负载工作，及时启用降温风扇以及抽湿风扇来有效的调整该小型储藏室内的温湿度。
系统总体方案设计
2.1系统总框图
硬件主要以STC89C52型单片机为核心，通过LCD1602实时地显示传感器
DHT11检测到的温湿度值，阀值可以通过AT24C02存储，实现断电保存。
过阀相应的报警驱动。
本研究设计的温湿度控制器框图如图2-1所示。
图2-1温湿度控制器方框图
2.2方案选择
2.2.1单片机的选择
方案一：
AT89C52是美国ATME公司生产的低电压，高性能CMO型8位单片机，器件采用ATME公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
其片内的8K程序存储器是FLASH工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。
写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。
再者，AT89C52目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。
AT89C52可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。
只要程序长度小于8K,四个I/O口全部提供给用户。
可用5V电压编程，而且擦写时间仅需QmsoAT89C52芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。
POD
是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/
写操作。
方案二：
STC89C52系列单片机的指令系统和AT89C52系列的完全兼容，但实际操作起来却存在很多问题：
（1）AT89C52不带ISP下载，要用下载器才行，STC89C5酣以用你的USB转串口下载，下载软件可以到STC厂家网上去下。
（2）STC单片机执行指令的速度很快，大约是AT的3-30倍，尽管快是好
事，但这样一来，你在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些对时序有严格要求的模块，用STC时注意得加长延时，大约是AT的10
—30倍就差不多，这一点自己调试就知道了。
（3）STC单片机对工作环境的要求比较低，电压低于5伏时仍然正常工作，甚至3伏到4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下AT肯定不行了，所以当一个系统用STC单片机好用，但用AT的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。
比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序
设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，我选择用STC系列芯片完成。
而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故STC为更合理的选择。
本系统选择STC89C52单片机作为主控芯片。
足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。
2.2.2传感器的选择方案一：
选用DS18B20温度传感器作为温度检测模块，选用HS1101作为湿度检
测模块
DS18B2C传感器的特性:
1、适应电压范围宽，电压范围在3.0〜5.5V，在寄生电源方式下可有数据线供电。
2、独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处
理器与DS18B20勺双向通信。
3、支持多点组网功能，多个DS18B2C可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
4、在使用中不需要任何外围元件，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
5、测温范围-55C〜+125C，在-10C〜+85C时精度为土0.5C。
6可编程分辨率为9〜12位，对应的可分辨率温度分别为0.5°
C,0.25C,0.125C和0.0625C,可实现高精度测温。
7、在9位分辨率时，最多在93.78ms内把温度转换为数字；
12位分辨率时，最多在750ms内把温度转换为数字，显示速度快。
8、测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行送给CPU同时可传送CR（校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
9、负压特性：
当电源极性接反时，芯片不会因为发热而烧毁，但不能正常工作。
HS1101传感器的特性:
1、全互换性，在标准环境下不需校正
2、宽量程：
RH0~100%RH稳定，，极好的线性输出
3、高精度：
土2%RH,工作温度范围-40~100C，
4、快速反应时间长时间饱和下快速脱湿
3、可以自动化焊接，包括波峰或水浸
4、高可靠性与长时间稳定性湿度输出受温度影响极小，常温使用无需温度补偿
5、基于独特工艺设计的电容元件，专利的固态聚合物结构
6、可用于线性电压或频率输出回路
选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。
DHT11是一款集成型
的数字温湿度一体传感器。
湿温度传感器的一体化结构能相对的同时对相对湿度和温度进行测量
1、数字信号输出，从而减少用户信号的预处理负担。
2、单总线结构输出有效的节省用户控制器的I/O口资源。
并且，不需要额外电器元件。
3、独特的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。
4、全部校准。
编码方式为8位二进制数。
5、40bit二进制数据输出。
其中湿度整数部分占IByte，小数部分IByte;
温度整数部分1Byte，小数部分1Byte。
其中，湿度为高16位。
最后1Byte为校验和。
6卓越的长期稳定性，超低功耗。
7、4引脚安装，超小尺寸。
9、
8、各型号管脚完全可以互换。
9、测量湿度范围从20%RH到90%RH测量温度范围从0°
C到50C。
10、适用范围包括恒湿控制，消费家电类产品，温湿度计等领域。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温
元件，并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
测量范围20%~90%RH0C~50C。
测温精度为-\+2C,测湿精度为-\+5%RH完全符合本次毕业设计的要求。
经上述分析，方案一虽然精度更精确。
却稍显复杂。
方案二即便不能实现方案一的高精度测量。
却也能满足设计要求。
且简便易行。
可靠稳定。
具有超高的性价比。
故选择方案二。
2.3.2
显示器选择方案
元器件LCD1602液晶显示器。
选用LCD1602液晶显示器可以清楚的将温度和湿度显示出来，效果比较好。
LCD1602A是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。
（16列2行）。
第一行显示温度，第二行显示湿度。
LCD1602液晶显示器是一款价廉物美的器件，其体积小，控制简单，使用方便。
1602只能显示字母、数字和符
号能显示16*2个字符，但寄存器不止32个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，另外连接它的线很少，只需要8根
数据线和3根控制线，这样给使用带来很大的方便，节约单片机I/O口。
数码管显示。
数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，并且需要较高的驱动能力，功耗高，人机交互功能差，较难控制。
综合比较方案一和方案二，方案一比较适合我设计的系统的要求，并且价格也很合理，显示效果比较好，因此显示器选择LCD1602液晶显示器。
三系统硬件电路的设计
3.1系统硬件概述
此次的毕业设计主要由五个大的模块构成，分别是主控模块、传感器模块、LCD液晶显示模块、继电器模块以及阈值设置模块。
其中主控模块是此次毕业设计的核心模块，主要是指STC89C52芯片，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现功能的需要，从DHT11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。
液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存外外部EEPR0存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上调或下调。
当温度或湿度值超过上限值时，报警信号点亮相应报警灯。
该报警信号可以通过三极管驱动继电器，以控制外部风机或制冷器。
3.2主控模块设计
单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。
自从1975年美
国德克萨斯仪器公司的第一台单片微型计算机（简称单片机）TMS-1000问世
以来，迄今为止，单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制中经常遇到对某些物理量进行定时采样与控制的问题，在仪器仪表智能化中也扮演着极其重要的角色。
如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段：
第一阶段（1976—1978）：
单片机的探索阶段。
以Intel公司的MCS-48为代表。
MCS-48的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola、Zilog等。
都取得了满意的效果。
这就是SCM勺诞生年代，“单片机”一词即由此而来。
第二阶段（1978—1982）:
单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51它在以下几个方面奠定了典型的
通用总线型单片机体系结构。
（1）完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。
（2）CPU外围功能单元的集中管理模式。
（3）体现工控特性的地址空间及位操作方式。
（4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
第三阶段（1982—1990）:
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。
第四阶段（1990-）:
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域
全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位
/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU数据存储器RAM程序存储器ROM定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。
由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。
在控制领域中，现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。
在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
3.2.1单片机引脚介绍
单片机主要特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。
另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。
（3）控制功能强。
为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均
有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。
5）外部总线增加了I2C（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。
（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
优异的性能价格比。
1）集成度高、体积小、有很
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