基于DHT11传感器的机房温湿度控制系统设计

徐鑫秀 赵士原

摘  要：机房内电子设备工作的稳定性关系着整个网络的通信性能，这些设备的性能受多种因素影响，其中温湿度的变化是影响电子设备性能的一个关键因素，而机房内的温湿度不仅受自然环境影响，也会受到电子设备和线路本身在长时间工作情况下散发的大量热能的影响。因此，基于DHT11传感器设计一款机房温湿度控制系统，实时检测并调节机房内温湿度，不仅利于保障通信网络的安全可靠，还能节约能源，该系统具有运行可靠、性价比高的优势。

关键词：通信机房;温湿度检测;STC89C52单片机;DHT11

Abstract：The stability of the electronic device in the computer room work relations to the entire network of communication performance，the performance of these devices are influenced by many factors，including the change of temperature and humidity is one of the key factors influencing the performances of electronic equipment，and the room is not only affected by the natural environment of temperature and humidity，electronic devices and circuit itself under the condition of long time work also will send out a lot of heat. Therefore，the design of a temperature and humidity control system in the computer room based on the DHT11 sensor and the real-time detection and adjustment of temperature and humidity in the computer room are not only conducive to ensuring the safety and reliability of the communication network，but also can save energy. The system has the advantages of reliable operation and high cost performance.

Keywords：communication room;temperature and humidity detection;STC89C52 MCU;DHT11

0  引  言

隨着校园网络化、智能化建设的不断深入，通信机房内仪器设备的工作状态对于整个校园信息网运行畅通越来越重要，设计人员对通信机房内的环境提出了越来越苛刻的要求[1]，尤其是对机房内的温湿度、洁净度以及空气的流速等参数进行调节控制是现代通信机房的必然要求。本文正是为了实现对机房内实时温湿度数据进行采集和调节而设计了一种温湿度控制系统，该系统选择DHT11传感器采集室内实时的温湿度数据，然后用风扇、空调等对室内温湿度进行实时的调节操作，通过在本校系部机房的实际使用检验，该系统基本能够满足小型机房的温湿度调节要求。

1  系统设计要求

本系统设计要求利用传感器对机房室内温湿度进行实时的数据检测，把所获得的温湿度数据传送到单片机系统和预设的温湿度上下限数值来进行比较，并把测得的数据传送给显示屏，让其显示所测出的实时数据，只要实时数值比自己提前设置好的值高或者较低的时候，就要打开空调或者风扇，并把信息发送到远程界面。而当温度和湿度已经处于提前设定好的范围内时则要停止空调和风扇的工作，这样最终能够达到节能减排的基础目的。该系统主要研究以下五个方面：

（1）可以调节所需最适合温湿度的上下阈值;

（2）实时测量机房室内温湿度数据;

（3）显示所得到的实时数据值;

（4）当所测得数据值高于或低于所设置的阈值时，系统会自动发出远程报警信息;

（5）当实际值超出限值，自动启动空调或风扇进行调节。

2  系统总体方案

通过对系部通信机房实际环境检测需求和温湿度控制要求的调研，我们选择了如图1所示的系统总体方案，整个系统可以分为以下几个主要模块：电源、主控芯片、温湿度数据采集（传感器）模块、LED液晶显模块、GSM无线发射模块、指示灯、风扇或空调，以及实现交互功能的按键。图1是系统设计主要框图。

总的来说，本系统的设计基本满足了系部通信机房温湿度的实时检测、且通过风扇模块及时地控制温湿度，能够达到节能并且减排的基础目的，同时整个系统的设计也兼顾了经济性和通用性。

3  系统硬件设计

主控芯片的选型非常关键[2]，选型过程中需主要考虑其使用的便捷性、稳定性和性价比。因为温湿度对于电子产品的性能有较大的影响，如果过高且不能及时得到有效控制会严重影响其工作效率，因此通信机房温度控制系统需要具有良好的稳定性[2]，如果主控芯片选择得合适，那么整个系统的应用就会非常可靠，同时也要满足便捷性和性价比;但是如果单片机的型号选择得不太恰当时，就很有可能会造成整个系统的安全遭到攻击，同时也提高了成本要求，这样也就会影响单片机工作时的正常运行，甚至最终还会根本达不到之前设计要求完成的功能。综合比较每一个可用元器件资源的费用支出，还有开发和维护是否便捷等因素，最后决定选择STC89C52单片机用作主控芯片。

3.1  温湿度传感器模块选型及电路设计

由于通信机房本身线路多而且复杂，设备也比较繁杂，所以温湿度传感器的选择应尽可能地满足集约性和小型化，而且通信机房本身线路和设备功耗比较大[3]，因此作为直接测量通信设备温湿度的器件，温湿度传感器的选择要考虑其功耗的大小，当然测量精度也要满足本设计的需求和测量范围，机房内的电子设备一般其最佳的运行环境温度是22.0～24.0 ℃，湿度是35%～50%RH之间。综合考量，最后认为传感器可以选择数字型传感器DHT11作为本文通信机房温湿度控制系统的数据采集模块。数字式温湿度传感器DHT11[4]湿度测量范围为5%～95%RH，测量精度为±5%RH，温度测量范围为-20.0～+60.0 ℃，测量精度为0.2 ℃，可以满足本设计的温湿度测量范围及精度，同时节约了成本，而且只用一个总线就能够与主控芯片相接传送数字信号。另外它还可以对数字信号修正使其更加精确，在一定程度上也可以使传送数据的正确性得到保障。而且其功率消耗不高，非常合适本文设计的系统，温湿度检测电路如图2所示，将DHT11的引脚2（DHT）与STC89C52的引脚P10，图中P5D为该模块与供电系统连接引脚（下同）。

3.2  按键电路设计

该系统中还存在一个按键电路，使用这些按键可以让操作人员与系统进行互动。这些按键由一个接口与主控芯片的输出接口进行连接，另一个与电源进行连接用来提供高电位。这么做的原因是主控芯片的输出接口悬置不工作的时候，正常情况下自动认为其处于高电位，所以说没有人为操控按键时可以认为输出接口是处于悬置状态。具体电路如图3所示。

其中按键的功能分别为：

第一个键（S1）：主要功能是来进行设置，当把按键按下之后，显示屏进入设置状态，连续进行按下选择设置温度的数值或者湿度的数值，在液晶屏上就可以清楚地看到说明。

第二个键（S2）：若选中了温度或湿度的数值之后，按下此键可以进行对其上限的阈值进行加值，提高其上限。

第三个键（S3）：若选中了温度或湿度的数值之后，按下此键可以进行对其上限的阈值进行减值，降低其上限。

第四个键（S4）：若选中了温度或湿度的数值之后，按下此键可以进行对其下限的阈值进行加值，提高其下限。

第五个键（S5）：若选中了温度或湿度的数值之后，按下此键可以进行对其下限的阈值进行减值，降低其下限。

3.3  液晶顯示模块接口电路

在智能自动控制系统中，人机交互是至关重要的[5]。在本系统中所采用的液晶显示模块为LCD1602，该模块界面简洁、使用方便，其驱动电路的连接方式也十分容易。STC89C52与LCD1602模块的接口电路连接如图4所示，其中LCD1602的8个数据传输引脚D0-D7引脚与STC89C52的P07-P00引脚相接，数据/命令选择端RS、使能端EN分别接至STC89C52的P26、P27。

3.4  GSM无线发射模块接口设计

SIM800L模块负责在本系统中向用户发送报警信息，是实现远程监控报警功能的核心模块。SIM800L模块的体积小，满足本系统对实物焊接的要求，SIM800L短信模块通过串行端口连接到单片机芯片，并通过软件编程来对SIM800L模块进行控制，图5为SIM800L模块的接口设计电路：SIM800L模块在使用时需要与单片机STC89C52的串行口进行连接。由于SIM800L模块的引脚在与单片机未连接时所使用的是TTL电平，而单片机自身在通信的时候使用的也是TTL电平，所以STC89C52单片机与SIM800L模块的引脚连接为：TXD引脚与此模块的RX连接，RXD与此模块的TX连接，二者的GND共在一起，就可以实现单片机与模块的通讯。

3.5  电源电路

电源电路作为单片机最小系统的重要组成部分，通过USB接口+5.0 V适配器取电，也可以使用三节1.5 V的干电池供电，没有电源电路就无法为单片机提供电源，单片机就不能正常工作。因为USB接口电源自身没有滤波电路，所以要在USB器件上加上一个电容C2，为它提供一个简单的滤波电路。因为在电源的输出电压中波动比较大，如果波动过大，会影响实验的效果，所以要对它的输出电压进行滤波，这样测到的实验数据才会准确。电源电路如图6所示。

4  系统软件设计

本系统的软件设计部分主要包含：主程序、温湿度采集子程序、LCD1602显示子程序、按键设定子程序、无线模块和风扇驱动子程序。按键设定子程序主要是完成对温湿度上下线阈值的设定和存储;无线模块和风扇驱动子程序主要是用来完成对报警电路和风扇或者空调驱动电路的输出控制，图7为主程序流程图。

5  系统实现

根据前述硬件设计和软件设计，最终制作的实物如图8所示。

6  结  论

根据通信机房温湿度控制系统的整体要求，进行总体方案的设计和主要模块的选择，包括主控芯片、温湿度传感器、显示屏的选型，在选型过程中我们不仅考虑了机房的温湿度环境，同时根据应用需求兼顾选型的经济性和通用性，通过合理的对照、慎重考虑之后选择的器件型号满足了简洁廉价又合理的设计要求。

参考文献：

[1] 刘梦璇，任博强，胡旭东，等.基于优先队列法的机房精密空调系统集中控制方法 [J].电力系统及其自动化学报，2015，27（4）：98-102.

[2] 范文瑶.基于ZigBee的通信机房无线温度监控系统 [D].成都：西华大学，2010.

[3] LI H X，WANG J Y，FENG Y B，et al. Hardware implementation of the quadruple inverted pendulum with single motor [J].Progress in Natural Science，2004，14（9）：823-827.

[4] 邵婷婷，韦强，肖晟涵.一种基于云平台的温湿度监测系统设计 [J].电子设计工程，2020，28（6）：92-96.

[5] 田袆.基于FPGA的智能温室测控系统CPU的设计与实现 [D].西安：西北大学，2011.

作者简介：徐鑫秀（1984.11—），男，汉族，山西朔州人，就职于电子工程系，助教，硕士，研究方向：机器学习、计算机视觉;赵士原（1982.10—），男，汉族，内蒙古赤峰人，助理工程师，本科，研究方向：网络工程、机器学习、算法。