基于单片机的温湿度测量仪自动控制系统设计*

王 冰

（沈阳理工大学，辽宁 沈阳 110159）

对于现处于21世纪的中国，经历了上下五千年的历史巨变，中国在不断发展的过程中变得越发强大，在国防军事、科技创新、宇宙探索等很多方面都表现出了质的飞跃。在这种条件下，人们对于科技产品的需求也在这个巨变的过程中发生了潜移默化的改变，尤其对于农业、工业等生产业来说，智能化给人们带来了前所未有的方便与快捷，它不仅仅是人力物力的节省，在一些需要相关数据信息的工作上，智能化产品的应用则提供给人们更加精准的数值，从而使人们的效益达到最大化，这也大大推进了我国各个产业的巨大发展。

在生产业的生产过程中，对于某一环节能否把温湿度的值控制在优质生产的范围内至关重要。因此，随着需求的增多，温湿度控制技术也在不断地提高。如今的温湿度测量仪对于生产业来说，在畜牧业中动物饲养、药品业中药物的保存、以及食品业中食品保存等方面非常重要，尤其是在农业中温室大棚植物种植方面。

1 系统整体方案

系统整体方案可完成的各个模块控制功能：中心控制模块、温湿度传感器模块、温控模块、蓝牙模块、按键电路模块以及显示电路模块等。

中心控制模块：该模块选择单片机作为主控制器来设计该方案，核心器件选取的是由STC公司生产的单片机STC89C52，STC89C52是一种功率消耗低、性能使用性强的元器件，并且还是一种CMOS 8位微处理的控制器。在STC89C52当中，它主要还是以MCS-51为内核。

温湿度传感器模块：该模块选择温湿度传感器DHT11对温湿度变化进行信号转换传输。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，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。其精度：湿度±5%RH，温度±2℃，量程：湿度 5～95%RH，温度-20～+60℃。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卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

温控模块：该模块选择风扇以及氧化镁结晶达到对温度的控制。将继电器与风扇相连接，若温湿度传感器检测到温度高出预定范围，所连接的风扇将会转动，通过风扇加快空气流动，从而达到降低温度的目的；将加热片与氧化镁结晶相连接，若温湿度传感器检测到温度低于预定范围，所连接的加热片将会加热氧化镁结晶，通过氧化镁结晶产生热量，从而达到升高温度的目的。

蓝牙模块：该模块选择蓝牙HC-05，它采用CSR主流蓝牙芯片，是一种主从一体的蓝牙串口模块。换言之，当蓝牙设备与蓝牙设备配对连接成功后，我们可以忽视蓝牙内部的通信协议，直接将蓝牙当做串口用。在对蓝牙设置好能进行配对连接的AT模式时建立连接，两设备共同使用一通道也就是同一个串口，一个设备发送数据到通道中，另外一个设备便可以接收通道中的数据。该蓝牙串口软件BTClient是一个在android客户端实现蓝牙无限通信的源程序，客户手机打开蓝牙可直接搜索到蓝牙模块HC-05。通过该模块，人们可以通过手机APP对当前环境的温湿度数值进行设定，当温湿度值超出预定范围时，手机APP将会进行提醒，同时温控模块也会响应进行动作。

显示电路模块：该模块选择LDC1602显示温湿度测量仪的温湿度值。相比于其他数据显示器，LDC1602不仅价格便宜，而且在功能上也丝毫不输于其他类型显示器，LDC1602完全可以实现对温湿度测量仪的温湿度值的显示要求。

按键电路模块：该模块选择按键实现单片机对各个电路模块的控制作用，通过按键更加简洁方便的实现了对温湿度测量仪温度、湿度值的设定以及调控，最终实现对温湿度测量仪的控制作用。

本设计是以单片机STC89C52为控制核心的温湿度测量仪系统设计，它采用了温湿度传感器与A/D转换器等元器件相结合，对温湿度进行信息采集，从而转换信号将信息传送给其他模块，通过单片机的总控制，使蓝牙模块以及温控模块做出相应的动作，实现其功能。对于显示电路模块是将现处环境的温湿度通过测值展示在LDC1602显示屏上。按键电路模块则是通过三个按键调整设定温湿度值的要求范围，并且可以通过按键恢复原有设定的最佳温湿度值的范围。以温室大棚为例，正常条件下，温室大棚中一般植物生长有固定的温湿度范围最为适合植物生长，但是会有特殊的植物所需温度和湿度的值不同，此时就需要自行设定温湿度的控制范围，当要恢复到一般植物生长所需温湿度范围时，人们可通过按键直接恢复原有设定范围。

2 硬件系统组成

本系统是基于单片机的温湿度测量仪自动控制系统。该系统实现了蓝牙控制和温度控制的方式对温湿度测量仪当前所处环境进行调整，从而使所针对地区的温湿度控制在所设定的最佳区间范围。利用单片机控制的温湿度传感器以及信息采集电路，通过传感器产生的信号实现对当前温湿度的数值进行采集，从而将具体数值信息传送到显示屏以及手机APP上。通过以上各元器件的相互控制实现温湿度测量仪的作用。硬件主要控制结构流程图如图1所示。

图1 硬件主要控制结构流程图

该系统的硬件组成是选用单片机STC89C52作为主控制芯片，单片机STC89C52作为驱动是因为它具有高速、低功耗、高性能、超强抗干扰能力这些特点，且为CMOS 8位微控制器。其有STC89C52具有通用接口I/O口，以及四个准双向口上拉接口，分别是P1/P2/P3/P4，其中P0口是漏极开路输出，当作P0口为总线扩展用时，不用加上拉电阻，而当P0口作为I/O口用时，则需加上拉电阻。在系统中，单片机STC89C52与温湿度传感器DHT11、A/D转换器、加热片、继电器、蓝牙HC-05电路、LDC1602显示屏以及按键等外围电路元器件相连接，通过共同控制作用，组成基于单片机的温湿度测量仪自动控制系统。硬件系统的基本框图如图2所示。

图2 硬件系统的基本框图

3 温湿度测量仪软件方案的设计与仿真

单片机作为将中央处理器CPU、存储器、定时器、I/O接口电路等主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。在整个控制过程中，正是由于主控制芯片单片机内软件程序功能对各个连接的元器件进行控制，才使得各个模块之间的信号能够得到很好的管理，从而井然有序地进行信息传递，不会出现信号之间地相互干扰问题，成功地完成与人们要求相对应的功能动作。

该设计的系统软件需要通过Keil uVision5软件来把编辑好的程序导入到单片机STC89C52内，然后对温湿度测量仪进行调试。该系统通过protues运行后运行结果图如图3所示。

图3 protues运行后运行结果图

4 系统调试及测试

温湿度测量仪的硬件测试，测试内容如下：温湿度传感器对于不同温度和湿度在显示屏上的数值显示，以及当所处环境温湿度超出预定范围时，指示灯是否亮起对应的LED灯，并且温控系统是否针对相应温度变化使风扇转动以及加热片发热。该温湿度测量仪自动控制系统实物图如图4所示。

图4 温湿度测量仪自动控制系统实物图

当温度低于预定范围时，如图顺序，左侧第一个灯（绿色）亮起，显示屏中显示现在的温湿度数值，并且手机接到温度过低提醒，与此同时加热片开始发热。当温度高于预定范围时，左侧第二个灯（红色）亮起，显示屏中显示现在的温湿度数值，并且手机接到温度过高提醒，与此同时风扇开始转动。

当湿度低于预定范围时，左侧第三个灯（绿色）亮起，显示屏中显示现在的温湿度数值，并且手机接到湿度过低提醒。当湿度高于预定范围时，左侧第四个灯（红色）亮起，显示屏中显示现在的温湿度数值，并且手机接到湿度过高提醒。

5 结论

该基于单片机的温湿度测量仪自动控制系统设计主要为帮助人们实现对于控制以及检查温湿度的需求，减少人们在人力物力等方面不必要的浪费，将现有科技元器件与创新相结合，使相对便宜的元器件实现最大价值。通过温湿度测量仪的使用，人们可以避免温室大棚农作物因温湿度问题的减产、减少室内养殖动物因温湿度不适问题而引发的疾病，以及防止重要档案文件因温湿度问题导致的字迹消失等。在当今飞速发展的中国，相信随着科技产品的不断创新和推广，人们的生活将会变得更加智能化、自动化和人性化。