基于单片机的温湿度自动控制系统

华北科技学院课程设计1电子信息工程专业课程设计任务书题目：基于单片机的温湿度自动控制系统设计设计内容设计一个由8052MCU组成的温湿度采集及自动控制系统。能够测量温湿度并显示；可以设置温湿度上下限范围，当超过此设置温湿度时自动调节温湿度；超过温湿度极限时要有报警功能。通过这个过程熟悉温湿度传感器、RS232和七段数码管的使用，掌握51系列单片机控制和测试方法。设计以STC89C52单片机为核心，对电压信号首先进行比例调节以满足A/D的需要；用LCD显示测量得到的温湿度值；设计通信接口电路以实现测量数据的传送。完成基本要求，可以适当发挥进行扩展设计。1.液晶显示：年月日时分秒；2.键盘输入：修改温湿度报警上下限；设计步骤一、总体方案设计以51系列MCU构成核心模块，合理分配存储器资源和I/O资源。温度采集模块建议采用SHT11，或采用Pt100再经模数转换；显示模块用LCD1602可满足需要；报警模块可采用声光等形式；输入模块可选用矩阵式键盘或键盘驱动芯片；可选用8255进行I/O扩展。二、硬件选型工作对于每一个芯片要有具体型号，对每个分立元件要给出其参数。三、硬件的设计和实现1.选择计算机机型（采用51内核的单片机）；2.设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等）；3.接口电路；4.其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）四、软件设计1.分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块；2.编写相关子程序；3.其它程序模块(显示与键盘等处理程序)。五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（A3幅面）。华北科技学院课程设计2目录一、设计要求...............................................................................1二、设计目的...............................................................................1三、设计方案的选择论证...........................................................2四、设计的具体实现...................................................................41、硬件电路的设计.......................................................................41.1主控制电路设计................................................................................41.2传感器电路设计................................................................................51.3显示电路设计....................................................................................71.4电源电路设计..................................................................................101.5串口电路设计..................................................................................121.6报警电路设计..................................................................................142、软件设计.................................................................................142.1软件设计流程图..............................................................................142.2软件设计程序..................................................................................16五、总结与心得..................................................错误!未定义书签。六、附录......................................................................................25七、参考文献......................................................错误!未定义书签。华北科技学院课程设计第1页基于单片机的温湿度自动控制系统的设计报告一、设计要求设计一个基于单片机的温湿度自动控制系统，具体功能要求如下：1、具有温湿度采集功能；2、对数据实时处理并能够显示；3、当温度或湿度高于（低于）设定值时能够自动调节；4、超限报警电路，当环境温度或湿度高于（低于）极限值时，系统能够发出声光报警，提示工作人员进行相应的应急处理；5、自动断电功能，当环境温度或湿度高于（低于）极限值时，系统能够自动切断电源；6、当检测电路电压低即供电不足时，电路发出报警，提示工作人员对检测电路电源进行更换。二、设计目的1、掌握用温湿度传感器SHT11和STC89C52单片机来设计高精度的温湿度检测及自动控制系统；2、提出系统设计方案，包括电路原理图和流程图以及程序；3、掌握温湿度检测系统的系统调试，实现要求的检测及控制方式；4、掌握系统调试方法，实现检测及控制要求；5、提高查阅文献与论文撰写的能力。华北科技学院课程设计第2页三、设计方案的选择论证随着人们对生活质量的要求显著提高，对美丽的植被和花卉的需求量也急剧上升，这对以种植植被为生计的园林工人是一个机遇，同时也对传统的手工植被种植是一个挑战，而基于单片机的温湿度控制系统对解决这些问题有重要的意义。方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ-1KHZ，测量湿度范围为0-100%RH工作温度范围为0-50℃，阻抗在75%RH-25℃时为1MΩ。这种传感器原是用于开关的传感器不能在宽频带范围内检测湿度。因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性可有效地利用其线性特性。方案二：采用SHT11温湿度传感器。SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。其主要特点如下：高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高；测量精度可编程调节，内置A/D转换器（分辨率为8-12位，可以通过对芯片内部寄存器编程选择）；测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度华北科技学院课程设计第3页测量值和高质量的露点计算功能；封装尺寸超小（7.62mm×5.08mm×2.5mm），测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；高可靠性采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。综合这两种方案，从性能的比较，测量精度，市场的使用情况，以及该设计的可操作性方案二中的SHT11温湿度传感器都表现出它的优势，因此本设计采用方案二。本次温湿度采集及自动控制系统就以STC89C52单片机为主体与SHT11等技术相结合实现高性能的环境温湿度测控。利用STC89C52单片机在P3.4、P3.5口接温湿度控制电路；P1.5、P1.6口接温湿度传感器SHT11；P0口接LCD1602的D0~D7管脚；当温湿度不在范围内，P3.4、P3.5输出低电平，控制电路导通对其进行控制并在LCD显示。结构框图如1所示。STC89C52单片机控制电路LCD1602液晶显示电路SHT11传感器电路声光报警电路MAX1675电源转换电路图1硬件电路框图由单片机最小系统，外加数据采集模块、控制模块、显示模块及其报警部分构成温湿度检测和自动控制系统。华北科技学院课程设计第4页四、设计的具体实现1、硬件电路的设计1.1主控制电路设计单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选择，对所设计的系统的实现一机功能的扩展有着很大的影响。STC89C52是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器，它与MCS-96系统中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售价低廉、使用方便（48PINDIP）等优点。STC89C52在工业应用方面有许多明显的特点，它具有灵活方便的8位总线外围支持器扩展功能，而在数据处理方面又有8位微机的快速功能。由于大的高度集成化已把许多常驻用的输入检测输出控制通道都制作在同一块硅片上，大大地灵活了外部连线，增强了系统的稳定性并且速度快（时钟12MHz）非常适合于工业环境下安装使用。因此本系统CPU选用STC89C52芯片。STC89C52单片机引脚采用40双列直插式封装结构。STC89C52系统CPU中的主要组件有：高速寄存器阵列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算术逻辑单元（RALU）。它与外部通讯是通过特殊功能寄存器SFR或存储器，控制器进行的。STC89C52系统的CPU的主要特色是体积小、重量轻、抗干扰能力强、售价低。此外，通过SFR还可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效运行。CPU内部的一个控制单元和两条总线寄存器阵列和EALU连接起来。这两条总线是：16位地址总线和8位数据总线。数据总线仅在RALU与寄存器阵列或SFR之间传送数据，地址总线用作上述数据传送的地址总线或与寄存器控制器连接的多路复用地址/数据总线。CPU对片内RAM访问是直接访问和通过寄存器R0、R1间接访问的。华北科技学院课程设计第5页STC89C52工作时所需的时钟可通过其XTALL输入引脚由外部输入，也可采用芯片内部的振荡器。其工作频率为6-12MHz。在本系统中采用11.0592MHz频率。图2单片机电路1.2传感器电路设计SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。共主要优点如下：①高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；②提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高；③测量精度可编程调节，内置A／D转换器(分辨率为8～12位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择)；华北科技学院课程设计第6页④测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能；⑤封装尺寸超小(7.62mm×5.08mm×2.5mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；⑥高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。SHT11温湿度传感器采用SMD(LCC)表面贴片封装形式接口非常简单，如图3所示。图3传感器电路SHT11工作原理：温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换和加热器等功能集成到一个芯片上。该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和