基于单片机的温湿度检测系统设计与实现分析

孙学智

(吉林工业职业技术学院电气与信息技术学院，吉林 吉林132000)

对温湿度检测系统的合理利用，能够为温室大棚中的植物生长、仓储商品质量形成良好的保障作用。工作人员可以通过对温湿度范围的科学设定，结合温湿度检测系统自动监控与控制室内温湿度。然而，如何以单片机为依托，对温湿度检测系统进行优化设计，促进系统功能的最优化展现，值得广大科研人员更为深入地探索。

1 系统总体设计

环境监测和控制在工农业及国防事业等诸多方面能够呈现出良好的应用效果。而AT89C51 单片机属于最常用的控制芯片，在各领域获得了良好的应用效果，将其融入温湿度检测系统能够呈现出更好的控制效果。AT89C51 单片机不仅可以实现对温湿度的实时化、自动化检测和控制，还易于工作人员学习和掌握，性价比相对较高。

1.1 功能设计

该系统所要达成的设计功能主要包括：①针对被测空间内部温湿度参数进行实时采集，利用单片机对所获温湿度数值加以循环检测、处理以及显示，继而实现对温湿度的实时化、智能化检测；②针对越限数据进行及时报警，同时启动相应的控制系统，以达到良好的控温、控湿效果；③检测设备需要具有良好的灵敏度、抗干扰度以及可靠度。温度检测范围：0℃-60℃；温度检测精度±0.5℃；湿度检测范围0-100%RH；湿度检测精度±2.5%RH。

1.2 系统组成

该系统主要以单片机作为其控制核心，同时配以温湿度测量技术、控制技术以及通信技术等，将温湿度传感器当作基本测量单元，组成温湿度智能测量与控制系统。其基本组成包括温湿度测量电路、控制电路、显示电路以及报警电路。主要应用的器件包括AT89C51 单片机、1602 显示模块、温湿度传感器AM2301、升降温及增湿除潮器、LED 灯以及报警装置等。

2 系统硬件设计

2.1 单片机

在AT89C51 单片机中配置有振荡频率，同时可以通过软件设置完成省电模式。在空闲状态下，系统CPU 暂时停止工作，定时计数器、外中断系统以及串行口等则继续保持工作状态，以掉电模式实现对振荡器的冻结以保存RAM数据，暂停芯片的其他功能，直到外中断激活或者硬件复位。依据实际应用需求，需要充分考量设计成本与系统整体精巧性，所以此系统主要应用价格相对较低，且工作性能较为稳定的AT89C51 单片机作为系统控制器。

2.2 时钟电路

AT89C51 型单片机内部各种功能部件在运行过程中都将时钟信号作为标准，所以时钟频率会对单片机速度形成直接的影响，其电路质量关乎系统整体稳定性。单片机内部配置有高增益反相放大器，其输入及输出端分别为芯片引脚XTAL1 和XTAL2。它们会与石英晶体及微调电容之间实现跨接，继而构成具有较好稳定性的振荡器。

2.3 复位电路

复位属于对单片机进行的初始化操作，只需要给单片机复位引脚RST 添加大于两个机械周期的高平，便能实现复位。通常情况下，复位电路可以采取自动复位或按钮复位方式。上电复位主要是利用外部复位电路对电容进行充电，在RST 引脚位置添加高电平信号，使此信号随VCC 对电容充电过程渐渐回落。所以，为了确保系统能够实现有效复位，要求EST 引脚中的高电平保持足够长时间。

2.4 传感器

系统采用AM2301 传感器，融合数字模块采集与温湿度传感等新型技术，保证产品具备良好的可靠性与稳定性。传感器中主要包含一个NTC 测温元件与电容式感湿元件，使之与8 位单片机之间进行连接。所以，此产品具备品质良好、响应速度快、抗干扰能力强以及性价比高等诸多优势。标准系数主要以程序的形式在OTP 内存中存储，在传感器检测信号过程中需要对这部分校准系数进行调用。采用单线制串行接口形式，因此系统集成更为简单而快捷。体积较小、功耗较低，其信号传输距离能够达到20 米以上，适用于多种苛刻应用环境。

2.5 报警系统

应用红绿灯LED 构成系统报警模块，经系统检测数据符合设定范围时，报警系统处于绿灯显示状态；而经检测数据无法符合设定范围要求时，则转变为红灯作为报警提示。此外，应用蜂鸣器完善报警系统配置，在发现数据无法符合设定范围要求时，蜂鸣器会进行报警提示。

2.6 温湿度控制系统

此系统的主要组成部分包括单片机、报警模块、风扇、升温设备、喷雾设备及排潮设备。如果经系统检测发现温湿度数据无法符合设定要求，会及时启动温湿控制系统，以达到恒温恒湿效果。风扇用于所监测空间内的降温工作；加热设备主要用于加温；喷雾设备用于加湿；排潮设备用于降低湿度。报警模块（即双色灯）负责超限报警，在温度大于工作人员所设置的界限时，系统会自动报警，而双色灯能够在单片机控制之下呈现出有规律的切换状态，同时出现报警声，起到对工作人员的提醒作用，以采取具有针对性的措施对环境温湿度进行合理调节。

2.7 显示模块

液晶显示的主要原理是结合液晶所具备的物理特性，利用电压对其所显示的区域加以控制，从而呈现出相应的图形。与其他显示模块相比，液晶显示器具备厚度较小、全彩色显示以及大规模集成电路驱动等方面的优势。在针对显示模块进行初始化处理的过程中，需要先对其显示模式进行设置，显示字符过程中光标处于自动右移状态，则不需要进行人工干预。在每一次将指令输入时，都要分析显示模块处于忙碌状态与否。相比之下，液晶显示器功耗大部分来自于其内部电极与驱动IC 工作，所以耗电量要明显低于其他类型显示器，节能效果良好。

3 系统软件设计

3.1 检测模块

此模块的主要功能在于温湿度测量，并将模拟量经过转换生成数字量，属于系统中最重要的模块。温湿度传感器将所检测模拟量经过转化后传送至单片机，通过单片机处理最终将温湿度数值显示于液晶屏之上。传感器精度将会直接影响系统整体检测和控制效果，所以本系统利用AM2301 型传感器进行处理，以实现对温湿度的有效采集。

3.1.1 主程序设计

在系统上电之后，单片机先要完成对串口和显示模块的初始化，随后读取温湿度传感器所获取的数据信息。针对数据作校验处理，倘若出现错误（即不在设定范围内）要进行重新读取；倘若数据正确，便将数据存入到系统内部数据寄存器，随后经过转换使结果存入到数据显示寄存区。利用显示模块对数据进行显示，同时将此数据向串口发送，之后再开展下一轮的数据读取与显示过程。

3.1.2 温湿度读取程序设计

利用单总线实现对温湿度传感器的访问。首先由主机发送开始信号，随后主机处于等待接收信号状态。在温湿度传感器发出信号之后，主机连续接收温湿度传感器传送的40 位数据，经过校验最终存入系统内部数据寄存区。

3.2 判断控制模块

该模块属于系统中的核心模块之一，针对温室中实时温湿度进行提取，并与给定温湿度范围之间进行比较，先判定后控制（控制模块主要用于决定系统所开展的具体工作）。倘若温度超过设定上限，便要进行降温处理；小于下限则要升温；湿度超过上限要降湿；湿度低于下限要增湿，同时启动系统中的报警模块。

结束语

经实践检验，本文所设计的温湿度检测系统能够呈现出良好的应用效能，与传统设计方式相比更具实用性。因此，出于单片机的各种优势，在温湿度检测系统设计中要对其进行充分整合与利用，提高系统整体应用效果。作为一名系统设计人员，应该在日常工作中积极探索，对国外的一些先进设计理念和技术加以借鉴，继而与我国各行业应用需求相结合，创建出一套更加符合我国国情的温湿度检测系统设计与应用体系，在实现自我价值的同时，为国家经济建设注入源源不断的活力。