关于单片机AT89S51的温湿度控制仪的探讨

李军

摘 要：目前得到应用的单片机AT89S51温湿度控制仪是在国内外多种同类产品的改进和创新的基础上研发出来的。该种仪器主要由其相应的软件、硬件两部分组成，通过软硬件的共同作用来实现对温湿度进行精确的控制。温湿度控制仪控制系统主要由LED显示器、AT89S51、AT89S51芯片等共同组成。该文就温湿度控制系统中的组成部件及其工作原理、设计方法等进行分析，旨在为温湿度控制仪温湿度检测、温湿度超限报警以及控制精确性的提高提高可靠借鉴。

关键词：温湿度控制 单片机 SHTll

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0079-01

随着产品科技水平的不断提高，工作环境中对温湿度控制的需求越来越多。通常情况下，人们在普遍应用湿度计、温度计来实现对温湿度进行检测，应用人工加湿、加热等手段来实现对温湿度进行控制[1]。这种温湿度的检测设备及控制手段具有较低的实效性和精确性。在对温湿度检测及控制具有较高要求的行业中，缺乏先进设备及技术的温湿度检测和控制系统极易造成各种事故，对产品质量造成严重影响。因此，对基于单片机AT89S51温湿度控制仪进行深入探讨具有重要意义和价值。

1 温湿度控制系统的组成部件分析

单片机AT89S51的温湿度控制仪主要有硬件、软件两大部分组成。在硬件上，AT89S51为其核心部分，同时结合LED显示器、键盘、继电器等多种元件共同组成一个完整的控制系统硬件。在整个控制系统中，单片机是其运行的核心部件。在控制系统的硬件电路主要有继电器接口电路、上电复位电路、时钟电路、LED显示电路、键盘接口电路、595引脚电路多种部分组成。

2 硬件电路设计分析

2.1 时钟电路及键盘接口电路

单片机的运行过程实质上就是一个不断执行相应的指令的过程。系统中的CPU在对每条指令进行执行时，均需要进行相应的 操作数、操作码等获取，然后才能进行指令的执行工作[2]。CPU执行指令相关操作流程均受CPU时钟脉冲的控制，此类脉冲则均是由CPU定时控制器提供。所以，在温湿度控制仪中，存在于控制系统中的时钟电路发生作用主要是利用存在于MCS-51单片机芯片内部的一个放大器，对时钟振荡电路的增高值进行相应额放大。放大器、输出端分别为XTALl、XTAL2。将相应的定时元件分别接在在XTALl、XTAL2的引脚上，存在于内部中的振荡电路随即可以产生相应的自激振荡，因此，这个系统主要应用的是以内部的方式产生相应的时钟。

在键盘接口电路中，按键的连接方式主要分为矩阵式键盘、独立式按键两种。单片机AT89S51的温湿度控制仪普遍应用的是独立式非编码4×4键盘。这种键盘其按键均是单独应用一条数据输入线的。当其中一个按键处于闭合状态时，其相应的I/O线也会自动向低电平转变。由此可见，可通过对键盘上电平显示的高低来对按键是否被按的情况进行有效检测，并可将相应的数值进行读取，键盘的输入就相当于系统中温度及湿度的控制或报警阀值。

2.2 LED显示接口电路及继电器接口电路

在单片机AT89S51的温湿度控制仪中，显示子程序的数值显示应用的是动态扫描法。在继电器接口电路中，当实际温湿度低于或者高于所设定的相应数值时，需要应用继电器来对其进行有效的控制。

3 温湿度控制仪器件选型

3.1 系统微控制器的选用

AT89S51是产于美国的CMOS八位单片机，该种单片机具有高性能、低功耗的特点。在单片机中含有Flash只读程序存储器，该种存储器可进行系统编辑[3]。单片机中的相应器件均使用密度高、易失性低的存储技术进行生产，8051标准指令系统和引脚均可在系统中具有良好的兼容性。AT89S51单片机具有强大动能。其功能主要表现在以下几个方面：①晶片内设有时钟振荡器，其工作频率可高达12MI-Iz；②其控制能力相当于八位单芯片；③具有128B的内部数据存储器；④具有4KB的内部程式存储器；⑤具有两组16位的定时器，定时器均具有独立性；⑥系统中双向输入输出线的条数为32条，每条输入输出线均可独立进行I/O控制；⑦单芯片可提供相应的位逻辑运算指令。除了上述这些功能外，AT系列单片机还具有广泛的应用范围。在各领域的应用中均会应用到上述功能。

3.2 数据检测模块相关部件的选用

基于单片机AT89S51的温湿度控制仪在温湿度数据检测模块器件为SHTl1型智能化温湿度传感器。该种温湿度传感器对湿度的测量具有较高准确性，且可同时对温度和露点进行有效测量。相对湿度的测量在0%～100%的范围内，精度高度4%～2%RH，分辨率高达0.03%RH。所测量相应温度为—40～+123.8 ℃的范围时，其分辨率为0.01 ℃，对露点进行测量时的精度<±1 ℃。对温度、湿度进行测量时，A/D转换器所显示数值分别为14位、12位。通过应用降低分辨率的手段，可有效实现将芯片功耗减小。应用实践证明，SHTll产品具有抗干扰能力强、响应速度快、无需外部元件、适配范围广等诸多特点。因此，其可广泛应用于温湿度控制系统及要求苛刻的精密制造环境中。在SHTll产品的芯片中，包含有温湿度传感器、放大器、转换器、存储器、寄存器等多种部件，具有较强的实用性，且运作效率高。

4 温湿控制系统的软件设计

系统软件设计主要包含主程序、键盘设置、温湿度处理部件、继电器控制、数码管显示等几大部分。系统设计的整体思路为系统中的主程序主要运行温湿测量、温湿度处理、键盘查询、控制继电器等操作。当定时器的显示数值为0时，对运作现场进行有效保护，同时实施相应的数码管动态扫描，并实现对现场进行恢复，将中断进行有效返回，主程序继续保持正常的运行状态[4]。

5 结语

进行较长时间的试验及测试工作后，基于单片机AT89S51的温湿度控制仪对温度、湿度的控制具有越来越高的精确性。目前，应用该种仪器，可将温度误差控制在±0.1 ℃的范围内。同时，基于单片机AT89S51的温湿度控制仪子在运作过程中无需应用到上位机的控制信号，其具有成本低廉、简单实用、低耗能、高效率等诸多优点，大大提高了温湿度控制的效果。

参考文献

[1] 王兴宇，袁伟青.基于AT89S51单片机控制的新型温室温度采集监测系统[J].农机化研究，2012，9（26）：506-507.

[2] 易顺明，赵海兰，袁然.基于单片机的大棚温湿度控制系统设计[J].现代电子技术，2012，4（33）：418-419.

[3] 关燕君.基于单片机的高精度信号采集系统的设计[J].吉林化工学院学报，2011，3（3）：538-539.

[4] 满红，邹存名，冀勇钢.基于单片机的仓库温湿度智能控制系统设计[J].现代电子技术，2013，1（12）：105-106.endprint