基于单片机的温湿度检测系统的设计

2014-05-21郭晨伟王志东

山东工业技术 2014年8期

郭晨伟王志东

（郑州光力科技股份有限公司河南450001）

1 温湿度检测的意义

温湿度的测量越来越受到人们的关注。在农业方面，植物的健康生长离不开温度和湿度，但是只有在适合植物生长的温湿度环境中才能推动植物的快速生长和成熟，因此要严格控制植物生长环境中的温湿度，才能促进农业增收，带来经济效益。在工业生产中，温湿度照样是不可忽视的，一些精密的生产设备不能长期工作在温度或者湿度过高的环境中，长期工作在这种情况可能会造成设备故障，严重的会造成安全问题，带来的损失不可估量。在科学研究方面，现在科研的发展越来越微型化，对实验环境的要求越来越严格，我们需要实时了解实验环境的温湿度，这样才能促进科学研究的成功，使得我们的生活越来越美好。所以，温湿度的检测具有非常重要的实际意义，能带来更多的经济效益。

2 温湿度检测设计

在用单片机进行温湿度检测系统的设计中，主要以AT89C51/52系列的单片机为中心控制系统，通过温湿度灵敏度的传感器进行准确地测量，然后经过A/D转换器将模拟数据转换成单片机可以进行处理的数据，然后将这些数据输出到显示电路中，并产生报警信号，这样就能完成了温湿度的实时检测，只要单片机能够正常工作，就能一直对所处环境的温湿度进行准确的检测。完整的温湿度检测系统既需要硬件电路的支持，又需要软件设计的核心。

2.1 温湿度检测系统的总体框图

设计的温湿度检测系统是通过温湿度传感器将数据采集到单片机中，然后在单片机中和设定数字进行比较，然后既输出相应数据，如果超过范围则产生报警信号，将这些模块进行划分和组合，其整体结构框图如图2.1所示：

图2.1 温湿度检测系统的总体框图

2.2 单片机控制中心

单片机整个检测系统的核心部分，完成总程序的加载，能够接收经过传感器采集和转换器进行处理后的数据。将这些数据和程序中设定的安全的温湿度的范围进行比较，得出温湿度值，如果在这个范围内，则只显示环境中的温湿度值，方便使用用户的观测；但是，如果超过了其安全的范围，则会启动报警电路，并且显示环境中的温湿度值，告知用户赶紧采取有效措施降低环境中温度、湿度或者是温湿度，保持使用环境中温湿度的稳定。

其中，单片机的复位电路，启动电路都设计完好，应用最简单的方式进行设计。建议选用市场中容易买到的，应用广泛的AT89C51型号的单片机。经济性好，适用性强，更换容易，程序加载上传更加简单。

2.3 温湿度采集和转换电路

温度采集使用DS18B20传感器，因为它具有集成度高，微型，精度高，数字显示有点，经济性好。其温度测量范围可以达到：零下55℃到零上125℃，在这期间测温分辨率可以精确到0.5℃，但是如果选用测量温度范围是：零下10℃到零上85℃之间，其精度可以更高，达到±0.5℃，达到设计需要。

湿度传感器选用HS1101，该原理是应用电容的介电常数可伴随环境中的水分含量改变而发生变化，以采集到环境中湿度值。因为HS1101具有高稳定性、高可靠性、反应迅速、适合任何环境中的使用的优势，设计中采用此种传感器进行湿度的采集。

A/D转换电路，多采用8055转换器，完成将温度传感器和湿度传感器采集到的模拟数据量进行模数转换，转换成单片机能够直接进行处理的数字数据形式，送入到单片机中。

2.4 温湿度显示报警电路

电路中的显示部分采用四位数码管进行显示，其中前两位显示温度，后两位显示湿度的百分值，采用7段数码管共阴极的连接方式将其直接与单片机的外围电路进行连接，采用数码管静态显示的方式进行数值显示。

报警电路采用最简单的嗡鸣方式，构造简单，经济实用性强，当检测数值超过设定的安全的范围值时，就启动报警电路，提醒用户急需采取措施进行补救。

2.5 检测系统的软件设计

当然，设计中不能缺少核心成分软件的设计，采用循环的方式完成数据的采集和数据的比较，使用死循环的方式使得温湿度检测程序能够一直运行下去，增长使用期限。但是，在软件设计中还要能够完成对输出数据的完整滤波，这样输出的数据才能稳定；还要能对外界的干扰实现屏蔽，提高单片机的工作稳定性；还能去除单片机的数据的抖动，使得显示数据更加准确可靠。