溫濕度自動控制調(diào)節(jié)器

1、本科畢業(yè)論文(設(shè)計)題目： 溫濕度自動控制調(diào)節(jié)器的設(shè)計 學(xué)院： 班級： 姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱： 完成日期： 年 月日溫濕度自動控制調(diào)節(jié)器的設(shè)計摘要 ：本文制作一個溫度濕度自動控制調(diào)節(jié)器以DHT11傳感器為數(shù)據(jù)采集器件、單片機(jī)為系統(tǒng)樞紐。整個控制系統(tǒng)由三個模塊構(gòu)成，首先信息采集模塊，核心部件為DHT11傳感器；其次信息處理模塊，主要部件為STC89C52RC單片機(jī)、繼電器、無線電遙控；最后數(shù)值顯示模塊，核心部件為數(shù)碼顯示管。傳感器把檢測到的數(shù)據(jù)傳回單片機(jī)進(jìn)行處理，處理之后再由單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳給數(shù)碼管進(jìn)而顯示溫度、濕度，如果溫度或者濕度值超過預(yù)設(shè)值，單片機(jī)控制繼電器通電打開空調(diào)或者加濕器，待溫濕

2、度進(jìn)入預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)自動斷電，同時可以人為遙控控制繼電器通電或者斷電來調(diào)節(jié)溫濕度。焊接電路并調(diào)試后，能使其按照設(shè)計要求正常工作。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；繼電器目 錄引言(1)1設(shè)計任務(wù)要求和設(shè)計依據(jù)意義(1)1.1 設(shè)計任務(wù)及要求(1)1.2 設(shè)計溫濕度自動控制調(diào)節(jié)器的依據(jù)意義(1)2設(shè)計方案及硬件選擇(1)2.1 設(shè)計總體方案(2)2.2 元器件選擇(1)3 系統(tǒng)電路設(shè)計和硬件連接(1)3.1 數(shù)碼管驅(qū)動電路的選擇(1)3.2 系統(tǒng)總電路設(shè)計及連接(4)4軟件設(shè)計(1)4.1 DHT11溫濕度傳感器原理及驅(qū)動程序介紹(1)4.2 系統(tǒng)主程序流程及介紹(1)5 系統(tǒng)調(diào)試(7)5.1系統(tǒng)實物及調(diào)試

3、(7)5.2 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性(1)結(jié)語(8)參考文獻(xiàn)(9)引言“第十二個五年計劃”期間，中國電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)的快速擴(kuò)張，物流業(yè)也隨之興起，倉庫作為一個企業(yè)的物流運(yùn)作主體，其重要性不言而喻。而溫度和濕度是倉庫非常重要的兩個環(huán)境參數(shù)。在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保保護(hù)、國防等方面也經(jīng)常需要控制當(dāng)前環(huán)境溫度和濕度，與此同時溫度、濕度控制的精確性更是食品加工、生物制藥和造紙等的決定性因素。一般情況下，水銀溫度計結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但其精度不夠高，讀數(shù)不方便、不直觀。干濕球濕度計傳統(tǒng)、復(fù)雜的測量方法精度不夠高。而單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行，運(yùn)行控制靈活方便，能夠使測量溫度濕度的技術(shù)指標(biāo)大幅度升高

4、，同時采用單片機(jī)控制的自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以使系統(tǒng)自動工作保持溫濕度值。用LED數(shù)碼管顯示溫度和濕值，看起來更加直觀、便捷。1設(shè)計任務(wù)要求和設(shè)計依據(jù)意義1.1 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計一個由單片機(jī)控制的溫濕度自動控制調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)功能:(1)測量溫度精度為濕度+-5%RH，溫度+-2;(2)測量范圍為濕度20-90%RH，溫度050;(3)系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示測得實際溫度和濕度值;(4)當(dāng)溫濕度超過預(yù)設(shè)范圍，則自動控制繼電器通電打開空調(diào)或者加濕器，當(dāng)溫濕度進(jìn)入預(yù)設(shè)范圍內(nèi)后，自動控制繼電器斷電;(5)可以通過遙控控制繼電器工作。1.2 設(shè)計溫濕自動控制調(diào)節(jié)器的依據(jù)意義溫度和濕度與工業(yè)生產(chǎn)、社會生活息息相關(guān)

5、，它是當(dāng)前許多行業(yè)的重要技術(shù)指標(biāo)。但是溫度和濕度本身容易受到環(huán)境影響，時刻都在變動，不易保障，因此一些工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要獲得并保持實時溫濕度值，針對這一情況，研制可靠穩(wěn)定的溫濕度自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)就顯得很必要。而對于儲物倉庫和糧倉來說，貯存的貨物或糧食的質(zhì)量高低與溫濕度有很重要的關(guān)系，溫度過高會使糧食變質(zhì)，濕度過大會滋生害蟲，貨物和糧食會發(fā)霉。因此為保障日常工作順利進(jìn)行，需要對倉內(nèi)溫濕度進(jìn)行實時監(jiān)測，而人工監(jiān)測調(diào)節(jié)費(fèi)時費(fèi)力，效率低下，會造成資源浪費(fèi)。所以我們需要一個低成本，穩(wěn)定可靠，溫度和濕度相對準(zhǔn)確的自動控制器。2 設(shè)計方案及硬件選擇2.1 設(shè)計總體方案根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)由三部分組成：

6、信號采集，信號處理，數(shù)字顯示部分的判斷，如圖1所示。采集模塊是系統(tǒng)的核心，它主要取決于溫度和濕度傳感器采集環(huán)境參數(shù)，并將采集到的參數(shù)傳輸給信號處理模塊。信號處理功能主要由單片機(jī)來控制繼電器實現(xiàn)，并把經(jīng)過處理的信號送給顯示模塊。顯示模塊采用數(shù)碼管完成，但是單片機(jī)輸出電流太小，不能驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光，因此在處理和顯示模塊之間需要添加一個驅(qū)動電路。數(shù)值顯示信號處理信號采集繼電器圖1 系統(tǒng)總體框圖2.2 元器件選擇2.2.1 信號處理模塊主芯片信號處理判斷部分選擇STC89C52型單片機(jī)，該產(chǎn)品功率損耗低，性能穩(wěn)定，是一款8位微控制器。它使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但經(jīng)過改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具

7、備的功能。2.2.2 信號采集傳感器DHT11溫濕度傳感器的數(shù)字信號輸出已經(jīng)過校準(zhǔn)，它應(yīng)用特定的數(shù)字模塊采集、溫濕度傳感技術(shù)，從而保證其擁有較高的可靠性與持久穩(wěn)定性。該傳感器是通過一種8位高性能單片機(jī)分別連接電阻式濕敏元件和負(fù)溫度系數(shù)溫度敏感測溫元件構(gòu)成。性能方面其響應(yīng)速度較快、抗干擾能力強(qiáng)，是一款比較適合本設(shè)計的傳感器。該傳感器在生產(chǎn)完成后都進(jìn)行精確度校準(zhǔn)，并設(shè)計編寫校準(zhǔn)系數(shù)程序儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器在處理采集信號過程中要調(diào)用校準(zhǔn)系數(shù)程序，對所采集信號進(jìn)行校準(zhǔn)，從而降低了測量誤差。應(yīng)用電路如圖2所示。 技術(shù)參數(shù)說明：供電電壓： 3.35.5V的直流 輸 出： 單總線數(shù)字信號 濕度測量范圍

8、：21-90%相對濕度， 溫度測量范圍：150攝氏度濕度測量精度：+-5%相對濕度， 溫度測量精度+-2攝氏度濕度分辨率：1%相對濕度， 溫度分辨率：1攝氏度互 換 性： 可完全互換 持久穩(wěn)定性： <±1%相對濕度/年 STC89C52RC單片機(jī)圖2 DHT11傳感器應(yīng)用電路2.2.3數(shù)碼管顯示顯示模塊采用兩組每組2個8段數(shù)碼管來顯示測量值，由于單片機(jī)的輸出電流太小不能驅(qū)動數(shù)碼管，需要添加一個驅(qū)動電路，在單片機(jī)和數(shù)碼管之間。驅(qū)動電路采用鎖存器來驅(qū)動數(shù)碼管。3 系統(tǒng)電路設(shè)計和硬件連接3.1數(shù)碼管驅(qū)動電路的選擇單片機(jī)和數(shù)碼管之間需要設(shè)計一個驅(qū)動電路，用來驅(qū)動數(shù)碼管顯示。此驅(qū)動電路有

9、三種方案：(1)在二者之間加一個三極管；(2)在二者之間加一個上拉電阻；(3)在二者之間加鎖存器。由于方案(1)、方案(2)在焊接電路時，鎖存器相對于三極管和電阻來說焊接較簡單，所以驅(qū)動電路選擇方案(3)。3.2 系統(tǒng)總電路設(shè)計及連接系統(tǒng)整體使用P1口作為段碼輸出，使用P3口作為位選輸出，使用P2.1引腳作為段碼和位選鎖存器共同的加載數(shù)據(jù)控制端，使用P2.0引腳作為與溫濕度傳感器數(shù)據(jù)通信的端口。數(shù)碼管的段碼輸入與負(fù)責(zé)輸出段碼的74HC573的輸出端相連。數(shù)碼管的位選輸入端與負(fù)責(zé)位輸出的鎖存器的輸出端相連。兩個繼電器的控制端分別接P3.6、P3.7,遙控器的兩個輸出端分別接P3.5、P3.4。這

10、就是總體的硬件連接。如圖3所示。圖3 系統(tǒng)總電路圖4軟件設(shè)計4.1 DHT11溫濕度傳感器原理及驅(qū)動程序介紹微控制器與傳感器之間的通信、同步通過單總線數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)傳輸完成，通訊一次耗時約4毫秒，數(shù)據(jù)有兩部分組成，即小數(shù)位和整數(shù)位,此處小數(shù)環(huán)節(jié)用于未來功能擴(kuò)展,現(xiàn)讀為零.操作流程如下。數(shù)據(jù)完整傳輸時高位先輸出，總共40字節(jié)。數(shù)據(jù)格式: 濕度的8字節(jié)整型數(shù)據(jù)和8字節(jié)濕十進(jìn)制數(shù)據(jù)以及溫度的8字節(jié)整型數(shù)據(jù)和8字節(jié)十進(jìn)制數(shù)據(jù)，還有8字節(jié)校驗和。數(shù)據(jù)輸送無誤條件：校驗和值等于“濕度的8字節(jié)整型數(shù)據(jù)、8字節(jié)十進(jìn)制數(shù)據(jù)與溫度的8字節(jié)整型數(shù)據(jù)、8字節(jié)十進(jìn)制數(shù)據(jù)”四個數(shù)據(jù)的和所得結(jié)果的末8位。微控制單元發(fā)送起始

11、信號后，傳感器由低功率損耗狀態(tài)進(jìn)入高速狀態(tài),等待起始信號結(jié)束后,傳感器發(fā)送應(yīng)答信號，輸出40字節(jié)數(shù)據(jù)的同時開始收集一次信號。從狀態(tài)下，傳感器收到起始信號后開始收集一次溫濕度數(shù)據(jù),若沒有接收到單片機(jī)發(fā)送起始信號,傳感器不會自行收集數(shù)據(jù)。收集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速狀態(tài)。通訊過程如圖4和圖5所示。若總線為高電平，則處于空閑模式，微控制單元必須把電平拉低至少18毫秒以等候傳感器應(yīng)答，從而確保傳感器能檢測到起始信號。傳感器接收到微控制單元的起始信號并等待該信號結(jié)束后發(fā)送80微秒低電平應(yīng)答信號。為了讀取傳感器的應(yīng)答信號，微控制單元發(fā)送起始信號結(jié)束后需要保持等候20到40微秒，同時可以進(jìn)入輸入模式，總線由上拉電阻

12、拉高。通訊過程圖分別如圖4和圖5所示。圖4 通訊過程圖圖5 通訊過程圖若總線處于低狀態(tài)，此時傳感器正在輸出應(yīng)答信號，然后持續(xù)80微秒保持總線處于高狀態(tài)，為以每一字節(jié)數(shù)據(jù)50微秒低電平開始傳輸所收集數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備，決定數(shù)據(jù)位是0還是1的因素是高狀態(tài)持續(xù)時間的長短，如圖6、7所示。若讀出應(yīng)答信號為高狀態(tài)，則判定傳感器不應(yīng)答，需要檢查系統(tǒng)連接是否正常。在最后的一字節(jié)數(shù)據(jù)傳感器傳遞終了后又使總線處于低狀態(tài)并保持50微秒，隨后總線變成高狀態(tài)進(jìn)入空閑模式。0數(shù)字信號時序圖如圖6所示,1數(shù)字信號時序圖如圖7所示。圖6 數(shù)字0信號表示圖圖7 數(shù)字信號1表示圖4.2 系統(tǒng)主程序流程及介紹進(jìn)入主程序后立即對定時器0進(jìn)

13、行初始化，使定時器每1秒產(chǎn)生一個中斷，同時打開中斷允許寄存器的控制位。接下來進(jìn)入while(1)主循環(huán)，不斷循環(huán)調(diào)用數(shù)碼管顯示程序，循環(huán)判斷溫度的大小以及遙控器的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序控制繼電器。同時等待中斷的產(chǎn)生。接下來對T0的中斷服務(wù)程序進(jìn)行介紹，因為每1秒產(chǎn)生一個中斷，并且DHT11溫濕度傳感器檢測溫濕度的間隔時間要大于1秒，因此這里1.5秒采集一次溫濕度，當(dāng)產(chǎn)生150個中斷后，執(zhí)行采集溫濕度的程序，這就是整個系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)程序流程圖如圖8所示。圖8 系統(tǒng)程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)實物及調(diào)試按照預(yù)先設(shè)計好的溫濕度計總體電路圖，選擇對應(yīng)系統(tǒng)元件來制作實際的電路板。然后必須測試電路板

14、各部分線路是否暢通，電路板上的每條線路進(jìn)行通電測試，如果線路不通，應(yīng)該檢查出原因并改正，使電路板各部分電路能夠正常工作。最后將設(shè)計好的程序燒進(jìn)單片機(jī)。成品如圖9所示。圖9 實物圖系統(tǒng)焊接成功后，裝上電池打開開關(guān)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不工作， 首先考慮可能存在以下幾種情況：(1)電源斷路；(2)焊接過程中出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)不工作。 用萬用表檢查電路各部分后，發(fā)現(xiàn)電池盒開關(guān)線路接觸不良，不能給系統(tǒng)正常供電，經(jīng)過重新焊接后，系統(tǒng)能夠正常工作。5.2 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在濕度為45%RH溫度為22的倉庫內(nèi) ，系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下測試3組數(shù)據(jù)：(1)濕度41%RH，溫度20；(2)濕度45%RH，溫度23；(3)濕度44

15、%RH，溫度22；通過比對測試數(shù)據(jù)與準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在一定誤差，但是其誤差在本系統(tǒng)允許誤差范圍之內(nèi)，故初步認(rèn)為系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)符合設(shè)計要求。將系統(tǒng)放置在32環(huán)境下，通電后，系統(tǒng)顯示出第一組數(shù)據(jù)后，繼電器立刻通電，當(dāng)溫度下降到30以下時，繼電器自動斷電。通過無線電遙控按鍵仍然可以使繼電通電。經(jīng)過簡單測試，系統(tǒng)都能夠按照設(shè)計要求工作，故初步認(rèn)定本設(shè)計成功。結(jié)語本設(shè)計研究的主題是溫度濕度自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要依靠溫濕度傳感器來采集溫濕度數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)控制繼電器處理，所采集的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼顯示管進(jìn)而構(gòu)成整個設(shè)計。通過設(shè)計制作過程總結(jié)出以下幾點(diǎn)：線路連接正常狀態(tài)下，溫濕度自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以穩(wěn)定正常工

16、作，每1.5秒刷新一次數(shù)據(jù)。 各部分按設(shè)計電路焊接好不能正常工作時，首先要考慮供電方面是否正常，確定通電正常后再考慮電路焊接是否有問題。 該溫濕度自動控制調(diào)節(jié)器還有改進(jìn)的潛力，可以添加報警電路，當(dāng)采集數(shù)據(jù)超過器件測量范圍時發(fā)出報警，并且可以接入消防設(shè)施中。經(jīng)過這次對溫濕度自動控制調(diào)節(jié)器設(shè)計，我了解了許多設(shè)計中所涉及到的學(xué)科知識，了解了部分考慮范圍內(nèi)器件的性能，對所學(xué)專業(yè)有一定的定位，同時也認(rèn)識到設(shè)計本身的缺陷和改進(jìn)方向。參考文獻(xiàn)1 鄭爭兵，基于單片機(jī)與AD509的溫度測量報警系統(tǒng)J,國外電子測量技術(shù)，2009,272 汪英,基于微機(jī)測控網(wǎng)絡(luò)的溫濕度及火盜警D.長沙：湖南大學(xué)，2007.3 Li

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19、act: This paper is shown the design of an automatic controller of temperature and humidity which is based on the DHT11 sensor as the data collector and single-chip as the key system. The whole measuring system is made up of three main modules respectively. Frist of all is the module of information a

20、cquisition whose core component is DHT11 sensor. Second is the module of information processing whose core component is the single-chip of STC89c52RC, relay and wireless remote control . The last part is the module of numerical display whose core component is digital display tube. The whole procedure is that the sensor takes the data whi