基于DHT11的空气温湿度监控系统的设计与实现

潘继强

摘要：系统使用DHT11传感器作为空气温湿度测量模块，首先由DHT11温湿度传感器把采集到的温湿度数据传给单片机STC89C52，经过单片机的处理，传送到液晶显示屏1602进行准确的显示。同时，如果温湿度超过设定的阀值，继电器将会驱动风扇工作。经反复试验测试，系统稳定性高，可广泛用于仓库等场合。

关键词：单片机；温湿度传感器；液晶显示屏

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）21-5105-04

空气的温湿度作为重要的物理量，是工农业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数。在工农生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制，同时准确测量空气的温湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业也有至关重要的影响。随着科学技术的不断发展，对温湿度测量的要求越来越高，而且测量的范围也越来越广，采用单片机和传感器对空气温湿度进行测量，不仅具有测量方便，体积小和显示直观等优点，而且可以大幅度提高测量的精度。使用传感器设计的空气温湿度监控系统，可以实时精确的反映室内的温度和湿度的变化，同时可以完成诸如升温到特定的温度、降温到特定的温度，在温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式，在湿度控制方面也是如此。如果将此系统应用到粮仓或仓库中，可以精确的控制仓库的空气温湿度，对于仓库中的粮食和物品能起到很大的保护作用。如果将此系统应用到温室当中无疑为植物生长提供了更加适宜的环境，对于大棚种植的花卉和蔬菜将会有很大的帮助。

1 用户需求分析

针对空气温湿度监控系统的主要应用领域是仓库和温室大棚，所以系统必须具备很强的准确性、实用性、可靠性及安全性，经调研分析系统应具备的功能主要有：

1） 能够实时的感知周围环境的温度湿度数据并且能及时的显示出来，完了之后能在固定的时间间隔内更新显示数据。

2） 在系统的设计中需设置四个按键以便手动的设置报警阀值，以便在不同的应用场合当温度和湿度超过设定阀值能够对用户进行报警提醒，使得系统更加人性化、智能化，具有更高的实用价值。

3） 当温度和湿度超出阀值时能自动开启相应的继电器，从而驱动负载风扇，当温度超限时通风降温，当湿度超限时也可以抽湿，并且通过不同颜色的指示灯提醒用户注意到底是温度还是湿度超过阀值。阀值可以通过只读存储器进行存储，实现断电保存。

2 系统总体设计方案

根据用户的需求在设计思路上主要以STC89C52型单片机为核心，通过液晶显示模块LCD1602实时地显示传感器DHT11采样到的温湿度值，当超过相应的阀值进行报警并驱动负载工作，阀值可以通过电可擦除可编程只读存储芯片AT24C02存储，实现断电保存。总体设计方案如图1所示。

3 系统硬件电路设计

从总体方案图可以看出系统主要由五个大的模块构成，分别是主控模块、传感器模块、LCD液晶显示模块、继电器模块以及阈值设置模块。其中主控模块是此次设计任务的核心，主要是指STC89C52芯片，由它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现功能的需要。具体的系统电路图如图2所示。

图2中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，传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。DHT11传感器连接STC89C51系列单片机相对比较简单。单片机的P1.7口用来收发串行数据，即数据口，连接传感器的Pin2（单总线，串行数据）。由于测量范围电路小于20米，建议加一个10K的上拉电阻，因此在传感器的Pin2口与电源之间连接一个10K电阻。而传感器的电源端口Pin1和Pin4分别接单片机的VDD和GND端。传感器的第三脚悬浮放置。DHT11传感器原件的电路原理图如图3所示。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。温湿度阈值存储在EEPROM芯片AT24C02中，并可以通过K1—K4按键调节并保存，其中K1为温度上限增加，K2为温度上限减小，K3为湿度上限增加，K4为湿度上限减小。AT24C02是低工作电压的2K位串行电可擦除只读存储器，内部组织为256个字节，每个字节8位，该芯片被广泛应用于低电压及低功耗的工商业领域。

4 系统软件框架设计

在我们对设计任务的功能需求和总体结构有所了解之后，需要根据算法思路和程序的执行过程建立程序总体框架的流程图，然后对整个设计任务划分模块，各个模块逐个实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程序。首先从DHT11温湿度传感器中读入实时温度和湿度，在液晶屏上即时显示，液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存在外部EEPROM存储器中，掉电不失，并且可以通过四个按键上调或下调温度湿度阀值。当温度或湿度值超过上限值时，报警信号点亮相应报警灯。该报警信号可以通过三极管驱动继电器，以控制外部风机或制冷器。主流程图如图4所示。

5 结束语

以上介绍了基于DHT11空气温湿度监控系统的设计开发过程，并根据电路图制作好了电路板，然后将C语言程序烧录到电路板中。由于篇幅原因，文中只罗列出主程序的流程图和代码。经过反复测试，在测量空气温度湿度时具有很高的准确性，系统稳定性好，可以应用到仓库、温室大棚等场合。

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