基于单片机的温湿度测量系统设计-正文.doc

1 引言 现的中，环境因素是主要影响因素之一，其中的温度、湿度是环境的两项主要指标。[1]。因此，温湿度测量控制技术作为农业生产速生、优质、高产的手段，也是农业现代化的重要标志[2]。 温湿度测量系统对于农产品的生产和贮存环节都是十分重要的。在生产环节中，温室大棚现已得到广泛应用，但我国温室环境控制目前仍靠人工经验来管理，严重影响了农业生产的效率，阻碍了农业生产的发展，因此，采用先进的人工智能技术，科学、合理、有效地控制影响作物的环境因子，通过微型计算机控制设备进行环境控制，以便给农作物生长提供一个最佳的环境，做到既提高产品的质量、产量、经济价值和社会效益，同时尽量降低生产成本，这对温室环境施行自动检测和控制是非常必要的。温室检测控制设施的关键技术是温湿度控制[3]。在贮存环节中，粮库粮食安全储藏的主要参数是粮库的温度和湿度，但大部分粮库目前还是采取人工测温的方法，这不仅使粮库工作人员工作量增大，且工作效率低，尤其是大型粮库的温度检测任务如不能及时彻底完成，则有可能会造成粮食大面积变质。因此，一套完善的温湿度测量系统是十分必要的[4] [5]。 此次设计的是，是以MCS-51系列单片机为核心构成。1 总体方案 根据设计功能要求，系统可分如下部分： 温度监控：对环境温度进行测量，并通过单片机处理实时显示环境温度。 湿度监控：对环境湿度进行测量，并通过单片机处理实时显示环境湿度。 报警处理：当温度、湿度越限时，发出报警提示信号。 显示： LCD实时显示温湿度及时钟日期。 键盘控制： 调整温湿度上下限、时钟。 串口通信： 将采集的数据定时发送给PC机。 2.2 系统方案论证 当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号通过输入通道，由单片机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言[6]，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，除对被控对象状态的信号测试外，还要将测试数据与控制条件对比并实时控制相应执行设备。 传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量[7]。 本系统中，我们选择SHT11来作为本设计的温湿度传感器。 SHT11单芯片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。它应用专利的工业COMS过程微加工技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接曰电路在同一芯片上实现无缝连接。因此，该产品具有品质草越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点[8]。每个SHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数[9]。两线制串行接口和内部基准电压，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则[10]。 3 系统硬件设计 本系统硬件包括：温湿度采集转换模块、单片机及附属电路、键盘控制、LCD显示、时钟模块、报警电路、RS232串口通信模块等部分的设计。系统整体电路框图如图3.1所示。 图3.1 系统整体电路框图 3.1 温湿度采集转换模块硬件设计 3.1.1 SHT11介绍 SHT11是瑞士公司推出的基于技术的新型温湿度传感器。该传感器将芯片技术与传感器技术结合起来，从而发挥出它们强大的优势互补作用。温湿度传感器的主要特性如下：将温湿度传感器、信号放大调理、转换、总线接口全部集成于一芯片（技术）； 可给出全校准相对湿度及温度值输出； 带有工业标准的总线数字输出接口； 具有露点值计算输出功能； 具有卓越的长期稳定性； 湿度值输出分辨率为位，温度值输出分辨率为位，并可编程为位和位；小体积（），可表面贴装； 具有可靠的数据传输校验功能； 片内装载的校准系数可保证互换性 电源电压范围为～电流消耗,测量时为，平均为，休眠时为。SHT11温湿度传感器采用(LCC)表面贴片封装形式，管脚排列如图所示，其引脚说明如下[]： ：接地端； ：双向串行数据线； (3)SCK：串行时钟输入； (4)VDD电源端：～电源端；～[12]。 (5)NC：空管脚。工作原理的湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的“微型结构”检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还可抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单一的个体，因而测量精度较高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器之