基于单片机的温湿度监控系统设计与实现

2016-07-01邵阳学院电气工程系陈雪梅雷振新李海娜

电子世界 2016年10期

关键词：单片机

邵阳学院电气工程系陈雪梅雷振新李海娜

基于单片机的温湿度监控系统设计与实现

邵阳学院电气工程系陈雪梅雷振新李海娜

【摘要】设计了一种基于AVR系列单片机中的Atmegal16和低成本的数字温湿度传感器DHT11温湿度监控系统，系统由下位机温湿度采集器和上位PC机组成，上位机与下位机通过串口RS232通讯实现温湿度监控。

【关键词】单片机；DHT11；RS232

引言

温度和湿度是饮食建工、温室培养、档案管理、药品保存、动物养殖、烟草行业、工控行业等过程中基本的测量参数，甚至在人们的居家饮食、驾车出行等过程中都有重要意义，如果能被准确的测量，将会对生产科研以及生活有着不可磨灭的意义。这里设计一款温湿度监控系统就是为实现这些目标而设计的。该系统是自动化程度高，可以显示温度和湿度数据，也可以通过串行端口与主机进行通信，并且对所获得的数据处理和分析。系统采用51系列单片机进行控制，具有处理数据能力强、工作作速率快、节能环保等优点。稳定性强，可靠性高，简单实用，具有很好的延伸推广价值。采用现代科学技术对温湿度进行检测、显示数据、信息保存以及实时远程控制，对于提高工农业生产效率和产品质量、节约能源、甚至是居家生活等都有重要的作用［1，2］。

1　系统设计方案

基于单片机的温湿度监控系统的结构框图如图1所示，系统由上位机和下位机温湿度数据采集端组成。

图1　系统结构框图

上位机与下位机之间通过串口RS232通信。其中下位机温湿度数据采集端由单片机、温湿度传感器模块、液晶显示模块和报警模块组成。

1.1各部分功能

（1）上位机：负责温湿度数据管理；设置温湿度报警上限；用户通过上位机下发温湿度采集命令。（2）下位机温湿度数据采集端：接收上位机下发的数据采集命令，采集温湿度数据通过串口发送给上位机，同时在液晶显示模块上显示温湿度值。根据上位机设置的温湿度报警上限，当温湿度超过温湿度报警值时进行报警

1.2工作过程

下位机温湿度数据采集端直接安装在温湿度采集点，负责温湿度数据采集。上位机负责下发数据采集命令，并将命令数据按照通信协议打包通过RS232发送给无线收发器。温湿度数据采集方式分两种：方式一、上位机自动循环发送数据采集命令，系统温湿度节点进行数据采集。方式二、用户通过上位机下达指定采集节点数据采集命令。下位机收到数据采集命令后将采集到的温湿度数据通过串口发送到上位机，上位机接收到数据验证正确后存储以供分析处理。下位机在未收到上位机的命令时自动循环采集温湿度数据并与温湿度报警值进行对比，超过报警值通过报警电路报警。液晶显示模块在下位机工作过程中都将实时显示当前温湿度数据［3，4］。

2　系统硬件设计

2.1下位机温湿度数据采集端硬件设计

下位机温湿度数据采集端采用温湿度传感器DHT11、AVR单片机Atmegal16、RS232串口电平匹配芯片MAX3232E和液晶显示芯片LCD1602等功能芯片。电路图如图2所示：图2中1为电源电路，采用9V电池供电，经LM1117-3.3V电源电压转换芯片转换为系统需要的3.3V电压。图2中2为单片机ATmegal16与LCD1602芯片、RS232电平转换芯片MAX3232E，以及温湿度传感器DHT11的连接电路。ATmegal16的PB0-PB7分别与LCD1602的数据接口DB0-DB7相连，LCD1602的功能引脚RS、RW、CE引脚分别与ATmegal16的PA、PA2、PA3引脚相连；ATmegal16的串口TXD与RXD经MAX3232E电平转换后经过DB9与上位机相连。ATmegal16的PA0口控制报警电路。报警模块采用蜂鸣器。考虑到本设计的真实需要，只需用PNP三极管起到放大作用来控制蜂鸣器发声即可，具体电路如图3所示。

图2　下位机温湿度数据采集端电路图

图3　报警电路图

3　系统软件设计

系统软件设计包括上位机监控管理软件以及串口驱动程序、LCD1602显示程序、温湿度传感器的底层驱动程序。

3.1上位机监控管理软件

上位机监控管理软件是用高级语言Visual C++9.0编程，主要完成上位机工作画面编程、上位机与无线收发器的RS232串行口通信协议编程、数据分析处理、检测数据库的生成、温湿度数据曲线的生成、以及各种报表的生成与打印。

3.2底层驱动程序设计

底层驱动程序设计采用AVR Studio 6编译器。主要驱动程序有：温湿度传感器中DHT11的驱动程序、串口通信程序、LCD1602驱动程序。其中各上位机与下位机的通信采用串口中断接收。当上位机无数据采集要求时，单片机定时循环读取DH11的温湿度数据，并与报警值对比，超限报警并通过串口发送给上位机。