基于单片机的温湿度检测系统的设计

闵天伦 韩 静 冷丰汐

（沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159）

基于单片机的温湿度检测系统的设计

闵天伦 韩 静 冷丰汐

（沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159）

温湿度检测系统应用于农业生产中的同时，也应用于工业生产中。为了满足生产的要求，在设计温湿度检测系统时，需保证温湿度检测系统电路更加简便，更加稳定，以方便用户更好的调试温湿度检测系统。与模拟温湿度传感器相比，数字传感器无需进行复杂的校准，无需进行任何标定，因此，其应用更加广泛。在电子技术中，单片机是常用的控制器件，其具有使用寿命长、出错概率小、载入程序易更新等特点。本文基于AT89C51单片机的温湿度检测系统的设计进行了研究。

单片机；温湿度；检查系统；设计

0 引言

在实际生产中，温湿度是常见的被控参数，在设计温湿度系统时，需要将温度和湿度结合起来进行综合性的考虑[1]。当前，国内数字温湿度仪测量温湿度主要采取温阻法和湿阻法两种方法，对于高精度温湿度的测量，需要采取双温通风干湿球测量法。单片机在控制温湿度时具有控温湿度精度高、体积小、价格低、功能强和简单灵活等方面的优势，其能够满足工农业生产工艺的需求。

1 单片机概述

1.1 单片机概念

单片机是采用超大规模集成电路技术将能够进行数据处理的功能集成到一块硅片上，而形成的既小又完善的微型计算机系统，其数据处理功能包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等。因此，单片机是一种集成电路芯片，又称为单片微控制器。单片机是把计算机系统集成到一个芯片上，其不是完成某一个逻辑功能的芯片。与计算机相比，单片机相当于一个微型的计算机，其没有I/O设备。单片机广泛应用于智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等领域[2]。将单片机加入到工农业产品，就相当于在产品名称前冠以形容词——智能型，就能起到使产品升级换代的功效。

1.2 单片机的类型

单片机是计算机发展的重要分支，重要领域，根据计算机的发展情况，从各个方面将单片机分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。按照适用范围将单片机分为通用型和专用型。其中通用型单片机是为了某种专门用途设计的，如80C51单片机；专用型单片机是根据某类产品或某个产品设计的，如在片内集成 ADC接口等设计温度测量控制电路，以满足电子体温计的使用需求[3]。按照单片机是否提供并行总线将单片机分为总线型和非总线型。其中总线型单片机是指通过串行口将并行外围器件与单片机相连，其主要设置有并行地址总线、 数据总线、控制总线；非总线型单片机是指在不要并行扩展总线的情况下，将需要的外围器件及外设接口集成一片内，从而极大的节约了封装成本，减少了芯片体积。按照单片机使用领域将单片机分为工控型和家电型。其中工控型单片机寻址范围大，运算能力强；家电型单片机外围器件和外设接口集成度高，且小封装、低价格，其是常见的专用型家电的单片机。以上分类不是唯一的，且没有严格界定的。比如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还是工控型。

2 基于单片机的温湿度检测系统的设计

2.1 温湿度检测的意义

在农业生产中，植物的健康生长不仅需要温度，还需要湿度，然而，只有合适的温湿度才能促进植物快速生长，才能推动植物快速成熟，因此，需要严格植物生长所需的温湿度，以建立适合植物生长的温湿度环境，从而提升农业经济效益[4]。在工业方面，同样需要重视温湿度，如果精密的生产设备长期处于过高的温湿度环境中，不仅会造成设备故障，还会带来安全问题，更会造成无法计量的损失。在科学研究方面，随着科研微型化发展的同时，科学研究对实验环境提出了更高的要求，因此，在实验过程中，需要全面的了解实验环境的温湿度，，以便提高科学研究成果，从而提升人们生活质量[5]。由此可以说，温湿度检测具有重要的意义，控制好温湿度能够带来更多的经济效益。

2.2 温湿度检测系统的设计

（1）温湿度检测系统整体结构

温湿度检测系统是通过温湿度传感器采集相关的数据，并将这些数据输送到单片机中，随后单片机对这些数据进行处理，然后将处理后的数据输出，如果输出的数据超过设定的范围，系统就会发出报警信号。温湿度检测系统整体机构如图1。（2）单片机控制中心单片机控制中心是整个检测系统的核心，其工作是加载总程序，并接收处理后的数据，然后比较处理后的数据与程序中设定的安全温湿度范围的区别，如果比较得出的温湿度差在安全温湿度范围内，单片机控制中心会将环境中的温湿度显示出来，以便用户更好的观察环境中的温湿度；如果比较得出的温湿度差超过安全温湿度范围，则单片机控制中心会发展报警信号，并将环境中的温湿度显示出来，这是用户需采取适当的措施，以降低环境中的温湿度，从而保证温湿度的稳定性[6]。单片机控制中心应选用应用广泛的AT89C51型号的单片机，该型号的单片机经济性好、适用性强、更换容易、程序加载上传更加简单。

（3）温湿度采集和转换电路

DS18B20 传感器具有集成度高、微型、精度高、经济性好等特点，其温度测量范围在-55℃～125℃之间，在这个范围内测量的温度值能够精确到 0.5℃，因此，温度采集传感器采用DS18B20 传感器，选用该传感器时，将温度测量范围调至-10℃～85℃之间，以便测量的温度值更加的精确。HS1101 传感器具有高稳定性、高可靠性、反应迅速的特点，其不受环境变化的影响，因此，湿度传感器采用HS1101 传感器，其原理是利用电容的介电常数随环境中的水分变化而变化，从而完成湿度的采集工作。系统中的转换器采用8055 转换器，完成将温度传感器和湿度传感器采集到的模拟数据量转换成单片机能够直接进行处理的数字数据形式，进而输送到单片机中[7]。

（4）温湿度系统中的显示报警系统

温湿度系统的显示部分采取四位数码管的形式，该形式中的前两位数代表了温度，后两位数代表了湿度，其中湿度适宜百分值的形式显示的。显示部分连接单片机外围电路的方式是采用七段数码管共阴极的方式，数据的显示采取数码管静态显示的方式。报警部分采取简单的嗡鸣形式，该形式构造简单、经济实用，报警部分是检测的数据在超过安全温湿度范围即会发出报警信号，用于提醒用户需采取适当的方法进出处理，以保证环境中温湿度的稳定。

（5）温湿度检测系统的软件系统的设计

软件系统是温湿度检测系统中核心部分，软件系统的设计采取循环的方式，以更好的完成数据的收集，完成数据的对比，通过循环的方式增加温湿度检测系统的使用期限[8]。在设计软件系统时，需确保系统能够完成对输出数据的完整滤波，以保证输出数据的稳定性；需屏蔽外界的干扰，以提高单片机的工作性能；需去除单片机数据的抖动，以保证显示的数据的准确性、可靠性。

3 总结

在单片机温湿度检测系统中，其系统控制中心是以AT89C51/52系列单片机为中心的系统，该系统是通过传感器准确测量温湿度，随后再将测得的数据通过转换器将数据进行转换，以便单片机能够对这些数据进行处理，然后将处理后的数据输出到显示电路中，从而完成温湿度的检测。这样只要单片机正常的运行，就可以一直检测环境中的温湿度。完整的温湿度检测系统既是硬件电路的支持又是软件设计的核心。通过设计温湿度检测系统能够准确把握温湿度的测量，并提高测量数据的准确率、可靠率。

[1]冯媛硕,宋吉江.基于单片机的温湿度检测控制系统设计[J].山东理工大学学报(自然科学版),2014,01:19-23.

[2]陈晓楠,张慧.基于单片机的温湿度控制系统的设计[J].电子制作,2014,06:5+2.

[3]郭晨伟,王志东.基于单片机的温湿度检测系统的设计[J].山东工业技术,2014, 08:84.

[4]梅荣.基于单片机的温湿度检测与控制系统研究[J].农机化研究,2012, 01:131 -134+138.

[5]程捷,何晨.基于单片机的温湿度检测系统设计与实现[J].仪表技术,2011,06: 56-58.

[6]季作亮.基于单片机的温湿度控制系统的设计[D].山东师范大学,2014.

[7]郝保明,杨思超.基于单片机的温湿度检测系统设计[J].宿州学院学报,2013, 10:47-50.

[8]冯玉龙.基于单片机的温湿度检测系统设计[J].通讯世界,2015,09:206.

TU7

B

1007-6344（2016）07-0099-01

闵天伦(1995.02--)男，上海市人，本科学历，专业：电子信息科学与技术。

韩静(1996.05--)女，辽宁省锦州市人，本科学历，专业：通信工程。

冷丰汐(1996.06--)女，辽宁省抚顺市人，本科学历，专业：通信工程。