关于单片机在温湿测控技术中的应用研究

2021-04-12陕西省电子信息学校艾明祥

电子世界 2021年5期

陕西省电子信息学校艾明祥

近年来，对环境温度和湿度的检测需要在很多场合进行，对测量精度的要求也在逐步提高。单片机技术的应用在很大程度上实现了温湿度测量的自动化和数字化。特别是以单片机连接高准确度的数字温湿度传感器和显示模块，以及无线通信模块和报警输出模块的温湿度测控系统，具有数据读取方便的特点，测量准确，性能稳定，其优点远高于传统的手工测量仪器。因此，数字温湿度测控技术逐渐应用于一些对温湿度精度要求非常精准的行业。

1 意义

单片机是具有时滞的温湿度控制系统，可以对周围环境的温湿度进行准确的感应，从而可以分析出周围环境的问题。温湿度控制系统采用自动控制系统和计算机控制系统来完成对温湿度的检测与控制，温湿度控制系统具有自动调整与定位得功能。系统通过对温湿度历史数据的记录，以便可以对周围环境的温度进行自动调整，从而可以对单片机进行更好的应用。单片机控制系统具有准确性高、智能化、小型化设计等特点。在温湿度系统与单片机相互结合在一起，对温湿度的控制可以更加的精准和便利。

2 系统的总体设计

CPU模块、温湿度传感器、按键输入模块、液晶显示模块、无线通信模块和报警输出模块是组成温湿度系统的主要部分，控制系统主要是以CPU模块为核心，由C8051F020单片机、复位电路和晶体振荡电路组成。在系统温湿度检测方面，通过设计8路温湿度采集通道，可同时检测多个地方的温湿度。在测量传感器的使用上，采用数字温湿度传感器TH10，这种传感器具有测量精度高、数据读取方便、功耗低等优点。按键输入模块主要用于设定温度、湿度的上下限报警值。

LCD显示模块用于显示采集到的8路温湿度值；无线通信模块采用Wi-Fi模块hm-wf8266b，负责将采集到的温湿度值和系统状态数据实时传输给上层管理主机，报警输出模块包括声光报警电路两部分，根据采集到的8路温湿度数据，实现对网络控制状态的实时指示。超过限值时，根据不同情况进行声光报警。

采用单片机作为温室温湿度控制中心。通过对周围的环境进行实时的检测，以及及时的收集，可以根据历史记录对周围环境的温湿度进行调整，以对环境更好的控制。单片机控制系统包括对温度、湿度等重要参数进行实时监控，一旦发生意外情况，系统可以及时发出报警信号，从而可以降低成本，保障整个系统的平稳运行。

3 单片机的控制器类型

恒温恒湿系统以单片机为中心，对各种的参数进行处理，主要通过采集传感器等元件对周围环境的温度和湿度等相关参数进行采集，中间环节经过A/D交换系统后到达单片机。到达最后的环节，计算结果并显示在监视器上。如有异常参数，启动报警电路，通过单片机处理实时控制发出预警。

4 单片机硬件支持与构造

单片系统的硬件主要包括电源系统，一个用于实时监视温室环境的单片电源管理控制开关构造，系统检测通过单片收集环境参数，并通过下载中央系统对数据进行统计分析，然后返回监视器显示系统，监视警报系统预定的安全阈值。设置系统中的阈值范围，并在系统各组成部分之间建立通信，以获得阈值后的报警操作，环境数据采集元件连接到预警系统，这样就可以避免错误不触发数据传输异常警报单片设备的硬件系统与中央控制中心相关联，中央控制中心通过从该辅助部件获取数据实时接收和分析数据。单片设备并将其发送给系统中央系统地过滤、收集和处理转换为A/D的信号，通过转换在监视器上显示经处理的信号，并连接到报警系统以控制超过阈值的环境参数。

5 系统硬件设计

AT89C51单片机集成系统是一种低压高性能8通道的微处理系统的器件。在输入系统数据时，单片机具有闪存的可擦除性，通过采用ATMEL高精度工业存储系统。在单片机控制下实现了系统的多芯片集成，提高了系统的灵活性。

AT89C51宏处理器集成系统与MCS-51系统兼容，具有4K字节可编程闪存系统的存储功能，可清除1000倍，保证单芯片写入程序的循环使用。可以保存10年数据。整体静态动作为0-24Hz，有三极程序的存储锁定。内部Ram是32位可编程控制系统，有32位I/O总线、2个16位固定。这是时光机和5个中断源。可以进行串行信道编程管理，有低怠速和关闭模式。

DS18B20集成温控电路是一种基于半导体原理的温度控制系统电路。它体积小，面积小，抗干扰能力强，精度高，数据功能好。通过对单片机技术的研究，了解DS18B20集成温控电路的传感器设置，通过数据总线完成结构和经济性测量系统的有效组成。DS18B20集成温控电路的温度范围为-55℃～125℃，精度范围为0.5℃。通过现场温度总线的数字化控制，提高了系统的抗干扰能力。

DS18B20的集成温度控制电路测量不利条件，在3V到5V的范围内对系统进行封装，控制集成系统中的报警温度和输出系统，并且具有12位数据分辨率，具有0.5℃的精度比，是最大动作周期750ms。这里，可以进行封装处理，包括PROM的温度限制函数。64位，嵌入式序列号具有多个封装模式，可用于不同硬件系统，具有负压特性，保护电源不受烫伤的影响。发光本发明描述集成电路的温度控制包。在以下情况下，GND是接地信号，DQ是数据输入及输出触发器，能够用于与DQ相关的外部电力供给，VDD是可选的去电信号，在寄生电源状态下需要接地处理。

集成温度控制电路DS18B20将检测到的温度检测连接到数字数据。这改进了反干扰约会DS18B20集成系统，其中由函数编码的只读存储器的第八位由单个线路系统编码，并且最后48位由一个序列编码。在56位数据位中检测到最后8位的CRC，DS18B20的集成系统具有64位和RAM数据临时存储功能，并且数据和存储功能的内部数据在中断后略微丢失。电流每字节有9位随机存储器、温度转换数据位的温度调整值的存储位置的3位和4位，在复位后被更新，第5位是EEPROM镜，第6、7、8是计数寄存器，温度数据的识别率，即温度调整的内部变化更换通过用户而提高。DS18B20温度控制集成电路系统使用RAM处理图像，以确保EEPROM在不丢失数据的情况下具有高存储容量、上下温度和相关数据的使用。有很多方法可以测量空气湿度。其主要原理是通过分析空气中的物质来确定被数据吸收的水的分子量，从而间接分析空气中的湿度对物质在吸收控制中的作用。电容式、电阻式和湿度传感器是三种湿度测量装置。以HS1101传感器系统为例，不需要进行标定。它具有高的长期稳定性和高效率的可靠性。它可以快速响应相关时间，并封装侧面数据。适用于生产线的电压输出和功率调节，以及生产线数据的自动装配。HS1101电容式传感器的相对湿度单位为零到零，误差小于2%PF，有效响应时间在5s内，温度相关系数为0.04。HS1101电容传感器系统作为电容器附件存在于电路中。随着系统电容的逐渐增大，湿度传感器可以用来测量空气中的湿度。湿度传感器可用于测量充放电。正弦电压信号由振荡电路构成，数字信号经放大、转换后形成。另外，在555型湿敏电容器中，该系统可用于测量空气中湿度的振荡电路，通过对电容变化和电压频率信号的处理，计算机可以直接采集和测量。集成电视的555芯片与外部电阻和湿敏电容器连接，形成充电电路。通过控制芯片内的晶体管，它形成一个放电电路到C，形成一个多级振荡电路。电阻还具有一定的短路保护功能和平衡空气湿度的功能。

6 系统软件设计

在编写温度和湿度数据采集和控制系统软件时采用C语言，因为C语言具有诸如简单设计、易于操作、可移植性等特征。在系统的运行过程中，中断响应控制模式来定义温室气体的湿度范围。根据输入数据的标准值，来定期检测温湿度的范围，温度和湿度以确定它们是否超过预定范围。启动相应的执行机构，并将相应的参数返回到调节范围，主程序、数据采集、显示和报警系统时整个系统的主要部分。如图1和图2分别是主程序模块和键盘模块。

（1）主程序模块（图1所示）