卧室温湿度采集系统设计

安徽省蚌埠学院电子与电气工程学院 芮旺胜 吴章洋 储 烨

人们的日常生活与温度、湿度两个影响人体正常生活的自然因素息息相关，它们能够影响人们的正常生活，所以监测这两个重要因素极其重要。本设计采用51单片机STC89C51为核心处理器，由空气温湿度DS18B20为传感器将所测数据送入单片机，进行运算处理，最终在LCD1602液晶屏幕上显示测量结果。系统将基于模块化设计来确定各模块单元，并选择相应的电子元器件，进而进行电路设计。系统硬件电路主要由单片机电路、传感器电路、电源电路、液晶显示电路等组成。

温度、湿度这两个因素影响人们的正常生活，尤其在我们生活中占有时间较多的居住环境，所以实施对卧室居住环境的温、湿度实时监测很有必要。卧室温度、湿度过高过或过低，会影响人们的身体健康。此款温湿度采集系统在温度、湿度过高或过低都会提供灯光报警，提醒人们注意调节自己所处的环境温度、湿度。实现了对卧室的温度、湿度实时检测。

以STC89C51单片机为核心处理器，通过对空气温湿度测量仪的模块化，选择出对于居住环境最优的类型，根据元器件类型的型号进行各个模块的软件编写，进行本次设计的电路硬件和软件的校核，最终提供对于卧室温湿度的准确数值，提醒用户自己的居住环境中的实时温度、湿度环境。

选用Altium Designer软件对设计选用的电路进行仿真实验，结果表明系统运行稳定、可靠性高，适用于卧室温湿度采集系统。

1 系统的总体设计方案

我们的采集系统选取STC89C51单片机为核心，选用DS18B20实现系统的温度以及湿度的采集系统。使用外接晶振，通过电子调整频率的方法保持同步。复位电路利用它把电路恢复到起始状态，就像计算器的清零按钮的作用一样，以便回到原始状态，重新进行计算。

DS18B20传感器其输出的是数字信号，具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的特点。DS18B20数字温度传感器接线方便，与单片机连接时，通过一条口线即可实现STC89C51与DS18B20的双向通讯。通过LCD1602液晶显示实验程序产生的温度、湿度、时间，显示程序的正确性。声光报警系统，在温度或者湿度超过或低于某个设定的数值，提供声光报警，提醒用户温湿度传感器已经不在适宜的范围中。如图1所示。

2 系统硬件电路

2.1 单片机最小系统

单片机作为我们的控制模块的核心内容,也是属于我们整个系统的核心，是可以直接影响到系统的整体性能、总体价位、开发难度等，综合考虑后选择STC89C51单片机。单片机运用比较广泛，它的处理速度能够满足本次设计的总体需求，由于STC89C51单片机接口较多，数量也能够满足。STC89C51是单时钟机器周期的单片机，全双工，拥有4K字节可编程闪烁存储器，配合PC端的控制程序，可将用户的程序代码通过软件下载进入STC89C51单片机内部，而且速度更快。

图1 系统总设计方案

电路的温湿度采集系统选择DS18B20传感器，它具有的优点是体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高，主要根据应用场合的不同而改变其外观，可用于各种各样的极限温度场合，也适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件以及它的转换电路集成在类似于一只三极管的集成电路内，使用方便。如图2所示。

图2 温湿度采集系统工作原理

2.2 LCD1602液晶显示

系统通过STC89C51单片机与温湿度传感器DS18B20电路相连接，使用LCD1602液晶显示屏来显示对于系统产生的传感数据。LCD1602能够产生32位字符显示，1602表示每行显示16个字符，一共可以显示两行。这类液晶通常称为字符型液晶，只能显示ASCII码字符，系统能够产生我们所需要的字符型液晶显示，所以使用LCD1602就可以让液晶显示，我们就可以通过LCD1602液晶使温度、湿度显示出来。

2.3 复位电路与声光报警系统

通过温湿度传感器对我们居住环境实时监测，用来保证我们的身体健康。温度、湿度超过平常数值常会对人体造成危害。室内湿度也不宜过高或过低，室内湿度过高，人体散热就比较困难。室内湿度过低，空气干燥，人的呼吸道会干涩难受。室内温度不宜过高也不宜过低，室温过高会使人感到闷热难受。当温度或者湿度在正常范围内产生变化的时候，不会产生影响。

复位电路的作用：在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态，在这段时间控制让CPU保持复位状态，拥有一个缓存时间，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止STC89C51单片机发出错误的指令，使其执行错误操作，通过复位电路，可以增加容错率，减少错误的发生。如图3所示。

图5 系统整体原理图

在温湿度传感器的使用过程中，需要复位电路将电路恢复到起始状态防止卧室温湿度采集系统出现错误而导致不能使用，复位重新启动，可以继续实时监测卧室温度、湿度。

图3 复位电路控制系统模块图

图4 声光报警系统模块图

温度或者湿度在正常范围内产生变化的时候，不会产生影响。但是在超过或者低于我们设定的数值时，就可以产生灯光报警，用户根据显示系统就可以知道我们居住环境所需要的温度、湿度，从而准确的给自己的居住环境通过其它方式，带来最舒适的环境。如图4所示。

2.4 人机交互系统

通过温湿度传感器，系统由液晶显示与声光报警两个部分组成。液晶显示通过LCD1602液晶显示屏，通过ACSII的字符显示出温度、湿度、时间等数据，能够实时监测，并且及时告诉使用者温度或者湿度是否在正常的范围内。声光报警器，在设定好我们对于温湿度传感器的数值时，超过或者低于我们所设定的正常数值，系统将会提供报警功能，提醒使用者在不适合的生活环境之中。如图5所示。

图6 软件显示框图

3 系统软件设计

系统通过使用keil4和stc-isp两个软件，通过keil来设计和编程C语言，软件需要对程序进行初始化、温湿度监测、是否在正常数值以内、设计监测时间等。如图6所示。

结论：系统通过温湿度传感器的芯片DS18B20实时监测房间内的温湿度数据，将所产生的数据通过STC89C51单片机进行处理，通过复位电路和LCD1602显示，实现了对数据实时监测掌握，当温度或者湿度不在我们的正常范围之内时，我们可以通过声光报警系统，再通过系统得到实时数据，提醒用户未在我们所设定好的温度、湿度范围内。