基于单片机的无尘间温湿度控制.docx

基于单片机的无尘间温湿度控制.docx

《基于单片机的无尘间温湿度控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的无尘间温湿度控制.docx（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的无尘间温湿度控制

基于单片机的无尘间温湿度控制

摘要

温湿度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们通常使用温度计、湿度计来采集温度和湿度，通过人工加热、加湿、通风和降温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。

有些用户采用半导体二极管作为温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。

在某些行业中对温湿度的要求较高，由于温度过高或过低引起的元器件失效或由于环境湿度过高而引起的事故时有发生，对系统的可靠运行造成影响，甚至危及到系统局部操作人员的安全。

所以实施对温湿度的监控很重要。

本设计针对无尘间实验室设计了一种基于单片机的多点温湿度控制系统，该控制系主要采用AT89C51、LCD显示、DHT11等芯片，并对其组成以及硬件电路进行了详细的介绍，阐述了温湿度控制系统的工作原理以及设计方法。

最后通过软件硬件联机调试，实现了温湿度信号检测与控制，达到了预期要求。

关键词：

温湿度控制单片机无尘间DHT11传感器

Abstract

Thetemperatureandhumiditycontrolarewidelyusedinoureverydayproductionandlife.Peopleofenusethermomterandhumidometertocollecttemperatureandhumidityandalsothroughtheartificialheating，addingwet;ventilationandcoolingequipmenttocontroltemperatureandhumidity.Suchwaysnotonlyeffectlowcontrolprecisionbutalsobringtheheavyoperationlaborofpeople.Someusersusingsemiconductordiodeastemperaturesensor,butbecauseofitspoorcompatibility,theeffectisalsonotideal.Insomeindusrrieswhichhavehighdemendoftemperatureandhumidityoftenhaveaccidentsbecausethetemperatureandthehumidityaretoohighortoolow.Thesewillhavebigeffectonthereliableoperationofthesystem,andeventhreatenthesafetyofthelocalpeople.Soitisveryimportanttocontrolthetemperatureandhumidity.Thisdesignforcleanlaboratoriesintroducesakindofmoresingletemperatureandhumiditycontrolsystembasedonsinglechip.Thiscontrolsystemusessomechips,suchasat89c51、lcd、andsht11.Italsointroducetheircompositionandworkingprincipleindetail.Throughonlinesoftwareandhardwaredebugging,itfinallyrealizesthesignaldetectionandcontrolofthetemperatureandhumidityandachievetheexpectedrequirements.

Keywords:

TemperatureandHumidityControlAT89C51DHT11

目录

1绪论1

1.1选题的目的和意义1

1.2温湿度控制在国内外现状及发展趋势2

1.3设计的任务要求4

2系统方案选择和工作原理5

2.1系统综述5

2.2功能要求5

2.3设计思路5

2.4方案选择6

2.4.1温湿度传感器方案选择6

2.4.2粉尘浓度传感器方案选择7

2.4.3显示器方案选择7

2.4.4单片机芯片选择8

2.5系统工作原理9

2.6本章小结10

3系统的硬件设计11

3.1AT89C51构成的最小系统11

3.1.1晶振电路11

3.1.2复位电路12

3.2DHT11传感器模块设计13

3.2.1温湿测量相关概念14

3.2.2DHT11传感器简介15

3.2.3DHT11传感器电路的设计19

3.3粉尘浓度传感器电路的设计20

3.41602显示模块的设计21

3.4.11602液晶显示屏简介21

3.4.2显示电路设计24

3.5报警电路设计24

3.6键盘电路的设计26

3.7继电器控制电路的设计27

3.8本章小结27

4系统软件设计29

4.1编程语言和工具的选择30

4.1.1编程语言的选择30

4.1.2编程工具的选择30

4.21602显示器模块的设计30

4.3传感器模块设计31

5系统调试33

5.1系统硬件调试33

5.2系统软件调试33

结束语36

致谢37

参考文献38

附录1硬件连接图39

附录2硬件实物图40

附录3源程序41

1绪论

温湿度控制系统应用前景广，工农业生产，科学研究以及日常生活等领域都离不开温湿度控制系统，由此，开发一套新型实用的温湿度控制系统，将具有推广价值。

室内温湿度控制系统是一个对现实非常实用，对学生知识运用非常好的一个锻炼课题，本课题的研究内容是设计面向无尘间的温湿度控制系统，主要是针对无尘实验室。

现代社会越来越多的实验都要求在严格的环境条件下完成，而温度和湿度是实验室最基本的环境条件，也是对实验影响较大的因素。

甚至有些对于空气粉尘数也有一定的要求。

一般温湿度控制系统中的温湿度测量均采用热敏电阻与湿敏电容，这种传统的模拟式温湿度传感器一般都需要设计信号调理电路并经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性等方面也存在一定问题。

这种传感器只适合那些测量点数较少，对精度要求不高的场合。

因此设计出一款精度高、稳定性好、成本低的温湿度检测控制系统将具有一定的市场。

本系统采用具有高精度、防干扰等优点的数字式传感器DHT11，不需要外部元件，可适配各种单片机。

这为开发新一代的温湿度测控系统提供了有利条件，同时也有助于将温湿度测控技术提高到新的水平。

1.1选题的目的和意义

随着工业的发展，需要对温湿度进行控制的场合越来越多。

例如：

仓库系统、电力系统、档案资料库、烟草、食品加工等等，温湿度的高低对其影响很大，如粮仓中的温湿度过高将会使粮食变质；档案资料库房中的温度忽高忽低，纸张纤维热胀冷缩，是强度降低，湿度过大会使霉菌和害虫滋长，以致造成资料质变；电力系统中，由于温度过高、过低引起的元件失效或由于湿度过高而引起的爬电、闪络事故时有发生等等。

由于温湿度的控制不当导致的经济损失将让我们无法估计，为避免受到温湿度的影响，需要安装温湿控制系统减少因温度和湿度的变化给我们带来的经济损失[1]。

温湿度控制系统应用前景广，工农业生产，科学研究以及日常生活等领域都离不开温湿度控制系统，而我国经济基础薄弱，在控温控湿方面投入较少，因而采用进口高档控制系统有困难，由此，开发一套新型实用的温湿度控制系统，将具有推广价值。

室内温湿度控制系统是一个对现实非常实用，对学生知识运用非常好的一个锻炼课题，本课题的研究内容是设计面向无尘间的温湿度控制系统，主要是针对无尘实验室。

伴随着社会科技发展水平的不断提高以及对质量要求的提高，现代社会越来越多的实验都要求在严格的环境条件下完成，而温度和湿度是实验室最基本的环境条件，也是对实验影响较大的因素。

甚至有些实验室对空气的粉尘浓度也有一定的要求，为了满足这些要求以及提高检测水平，本设计针对实验室的温湿度以及空气粉尘浓度的自动检测系统展开了研究。

本次设计主要围绕无尘间的温湿度以及空气粉尘浓度这一指标，运用传感器获得外界温湿度以及粉尘浓度参数的值，并用AT89C51单片机为控制核心对温湿度及粉尘浓度进行实时采集。

1.2温湿度控制在国内外现状及发展趋势

从17世纪初伽利略发明温度计，把玻璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭进行测量温度。

在1659年法国人布利奥把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。

以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银做为测量物质，制造了更精确的温度计。

瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为100度，把水的冰点定为0度。

而真正把温度变为电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。

20世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。

进入21世纪后，特别在我国加入WTO后，国内产品面临巨大挑战。

各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升。

例如纺织行业，温湿度是影响纺织品质量的重要因素，但纺织企业对温湿度的测控手段仍很粗糙，十分落后，绝大多数仍在使用干湿球湿度计，采用人工观测，人工调节阀门、风机的方法，其控制效果可想而知。

制药行业里也基本如此。

而在食品行业里，则基本上凭经验，很少有人使用湿度传感器。

值得一提的是，随着农业向产业化发展，许多农民意识到必需摆脱落后的传统耕作、养殖方式，采用现代科学技术来应付进口农产品的挑战，并打进国外市场。

各地建立了越来越多的新型温室大棚，种植反季节蔬菜，花卉；养殖业对环境的测控也日感迫切；调温冷库的大量兴建都给温湿度测控技术提供了广阔的市场。

我国已引进荷兰、以色列等国家较先进的大型温室四十多座，自动化程度较高，成本也高。

国内正在逐步消化吸收有关技术，一般先搞调温、调光照，控通风；第二步搞温湿度自动控制及二氧化碳的测控。

此外，国家粮食储备工程的大量兴建，对温湿度测控技术提也提出了要求。

国外厂家比较优质的产品主要使用聚酰胺树脂，产品结构概要为在硼硅玻璃或蓝宝石衬底上真空蒸发制作金电极，再喷镀感湿介质材料（如前所述）形式平整的感湿膜，再在薄膜上蒸发上金电极.湿敏元件的电容值与相对湿度成正比关系，线性度约±2%。

虽然，测湿性能还算可以但其耐温性、耐腐蚀性都不太理想，在工业领域使用，寿命、耐温性和稳定性、抗腐蚀能力都有待于进一步提高。

我国几十年来在工业上的温湿度空调工程以及凡是对湿度有控制要求的空调工程站中，为了控制室内相对湿度总不得不用再热的处理方法，这几乎已成了机械工业，电子工业等有关工程设计数十年的不变规律。

因为，为了控制相对湿度，历来一贯的做法先把大量空气（新风和回风）的温度一直降低到必要的露点温度以下，以除去其中的水分，然后再加热升温，才能保持室内一定的相对湿度。

可是这种再热形成的冷热抵消现象所引起的能耗是十分惊人的。

并且费人力，温度变化大，不易控制。

在过程工业发展的初期，在温度和湿度等测量和手动操作阀门开度的基础上，用手动操作方式完成温度和湿度等过程变量的调节，这是一直保留下来的控制策略，直到现在，在长期手动操作生产实