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实验室温湿度控制系统的设计

2013-07-30马惠铖

电子测试 2013年9期
关键词:温湿度湿度单片机

马惠铖

(延安大学西安创新学院理工系,陕西西安 710100)

0 引言

温度和湿度的检测是许多行业的重要工作之一,不论是货品仓库、生产车间,都需要有规定的温度和湿度,然而温度和湿度却是最不易保障的指标,针对这一情况,研制可靠且实用的温度和湿度检测系统就显得非常重要[1]。

本设计中的DHT11数字温湿度传感器是一款含有校准系数信号输出的复合传感器,采用单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。产品为4针单排引脚封装,连接方便,体积小、功耗低,信号传输距离可达20米以上。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和卓越的长期稳定性。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优、响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准,校准系数以程序的形式存在OTP内存中,传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。

1 总体设计

1.1 设计内容

用新型的智能集成温湿度传感器DHT11实现温度、湿度的检测,将温度和湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号,再运用单片机AT89C52进行数据分析和处理,为显示电路提供信号。如图1-1所示:

图1-1 设计模块图

1.2 设计要求

(1)通过DHT11传感器对周边温湿度信息的采集并转换成数字信号,将信息提供给单片机进行处理和分析,温度检测范围:0~50℃,测量精度:1℃,湿度检测范围:20~90%RH,检测精度:1%RH。

(2)通过编程用单片机来实现温湿度的显示。

(3)通过LCD1602液晶显示器来显示温湿度数值。

2 硬件设计

2.1 电路工作原理

本设计的设计电路采用模块化、层次化设计,设计的电路原理图如图2-1所示:

图2-1 电路原理图

2.1.1 工作原理

本设计是由硬件和软件相结合,应用软件控制硬件的自动智能化工作。设计中用新型的智能温湿度传感器DHT11实现对温度、湿度的检测,将温湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号,再运用单片机AT89C52进行数据分析和处理,为显示提供信号,然后将信号传输给LCD1602液晶显示器。

2.1.2 工作过程

给电路通以+5v 电压,电路进入初始化工作,大约1s 后,传感器DHT11开始采集检测环境信息,然后将获得的信息通过p1.0脚传送到单片机进行数据分析和处理,最后将信号传输至LCD1602液晶显示器,显示器经内部处理后显示出精确的温度和湿度值[2]。

2.2 电路控制系统

本电路的控制系统为单片机最小系统(AT89C52、时钟电路、复位电路)。以单片机芯片AT89C52作为CPU,时钟电路由一个频率为12MHz的晶振和两个33pF的电容组成,复位电路由一个22uF的电容和一个10k的电阻组成。

2.3 控制部分

本系统控制设备采用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备作为控制器,加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备分别控制湿度与温度,使得实验室的温湿度得到控制。

单片机P1ˆ1,P1ˆ3分别为温度超过或低于上下限控制脚,P1ˆ2,P1ˆ4分别为湿度超过或低于上下限控制脚。控制脚通过控制加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备,调节温度及湿度。

当实验室实际温度超过设定温度上限时,系统将调用控制模块对降温设备控制,将实验室的温度降低;当实验室实际温度低于设定温度下限时,系统将调用控制模块对升温设备控制,将实验室的温度升高;当实验室实际湿度超过设定湿度上限时,系统将调用控制模块对除湿设备控制,将实验室的湿度降低;当实验室实际湿度低于设定湿度下限时,系统将调用控制模块对加湿设备控制,将实验室的湿度提高。

3 程序设计

整个系统的功能是由硬件电路配合软件程序来实现的,当硬件定型的时候软件也就定下了,软件由主程序和子程序组成。主程序,它是整个软件的核心,专门用来协调各个执行模块和操作者的联系;子程序,它是用来完成各种实质性的工作的,如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件就是一个小的执行模块,这里将每一个模块一一列出来,并为每个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好以后,就可以规划监控软件了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的主程序结构,然后根据实时性的条件,合理安排监控软件和执行软件之间的调度关系。

3.1 主程序模块

(1)主程序模块框图

主程序主要完成硬件初始化,子程序调用等功能。

在主程序中,对温湿度传感器、LCD1602液晶显示器的初始化,同时调用传感器数据,进行显示。其框图如图3-1所示。

3.2 DHT11初始化模块

该流程主要对传感器的初始化进行设计,流程图如图3-2所示:

图3-1 主程序模块框图图

图3-2 DHT11初始化流程

4 结束语

用新型的智能集成温湿度传感器DHT11实现对温度、湿度的检测,将温度湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号,再运用单片机AT89C52进行数据分析和处理,为显示电路提供信号。整个系统响应速度快,成本低,适合推广。下一步可以将外围电路原件一起整合,使之成为一个完整的系统。

[1]李建民.单片机在温度控制系统中的应用[M].江汉大学学报,2012,(5)72-78.

[2]白静.数字电路与逻辑设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2009:37-56.

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