溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器

1、本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目： 溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 學(xué)院： 班級(jí)： 姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱： 完成日期： 年 月日溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)摘要 ：本文制作一個(gè)溫度濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器以DHT11傳感器為數(shù)據(jù)采集器件、單片機(jī)為系統(tǒng)樞紐。整個(gè)控制系統(tǒng)由三個(gè)模塊構(gòu)成，首先信息采集模塊，核心部件為DHT11傳感器；其次信息處理模塊，主要部件為STC89C52RC單片機(jī)、繼電器、無(wú)線電遙控；最后數(shù)值顯示模塊，核心部件為數(shù)碼顯示管。傳感器把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳回單片機(jī)進(jìn)行處理，處理之后再由單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳給數(shù)碼管進(jìn)而顯示溫度、濕度，如果溫度或者濕度值超過(guò)預(yù)設(shè)值，單片機(jī)控制繼電器通電打開(kāi)空調(diào)或者加濕器，待溫濕

2、度進(jìn)入預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)自動(dòng)斷電，同時(shí)可以人為遙控控制繼電器通電或者斷電來(lái)調(diào)節(jié)溫濕度。焊接電路并調(diào)試后，能使其按照設(shè)計(jì)要求正常工作。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；繼電器目 錄引言(1)1設(shè)計(jì)任務(wù)要求和設(shè)計(jì)依據(jù)意義(1)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求(1)1.2 設(shè)計(jì)溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器的依據(jù)意義(1)2設(shè)計(jì)方案及硬件選擇(1)2.1 設(shè)計(jì)總體方案(2)2.2 元器件選擇(1)3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和硬件連接(1)3.1 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的選擇(1)3.2 系統(tǒng)總電路設(shè)計(jì)及連接(4)4軟件設(shè)計(jì)(1)4.1 DHT11溫濕度傳感器原理及驅(qū)動(dòng)程序介紹(1)4.2 系統(tǒng)主程序流程及介紹(1)5 系統(tǒng)調(diào)試(7)5.1系統(tǒng)實(shí)物及調(diào)試

3、(7)5.2 系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性(1)結(jié)語(yǔ)(8)參考文獻(xiàn)(9)引言“第十二個(gè)五年計(jì)劃”期間，中國(guó)電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)的快速擴(kuò)張，物流業(yè)也隨之興起，倉(cāng)庫(kù)作為一個(gè)企業(yè)的物流運(yùn)作主體，其重要性不言而喻。而溫度和濕度是倉(cāng)庫(kù)非常重要的兩個(gè)環(huán)境參數(shù)。在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保保護(hù)、國(guó)防等方面也經(jīng)常需要控制當(dāng)前環(huán)境溫度和濕度，與此同時(shí)溫度、濕度控制的精確性更是食品加工、生物制藥和造紙等的決定性因素。一般情況下，水銀溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但其精度不夠高，讀數(shù)不方便、不直觀。干濕球濕度計(jì)傳統(tǒng)、復(fù)雜的測(cè)量方法精度不夠高。而單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行，運(yùn)行控制靈活方便，能夠使測(cè)量溫度濕度的技術(shù)指標(biāo)大幅度升高

4、，同時(shí)采用單片機(jī)控制的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以使系統(tǒng)自動(dòng)工作保持溫濕度值。用LED數(shù)碼管顯示溫度和濕值，看起來(lái)更加直觀、便捷。1設(shè)計(jì)任務(wù)要求和設(shè)計(jì)依據(jù)意義1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)控制的溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)功能:(1)測(cè)量溫度精度為濕度+-5%RH，溫度+-2;(2)測(cè)量范圍為濕度20-90%RH，溫度050;(3)系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示測(cè)得實(shí)際溫度和濕度值;(4)當(dāng)溫濕度超過(guò)預(yù)設(shè)范圍，則自動(dòng)控制繼電器通電打開(kāi)空調(diào)或者加濕器，當(dāng)溫濕度進(jìn)入預(yù)設(shè)范圍內(nèi)后，自動(dòng)控制繼電器斷電;(5)可以通過(guò)遙控控制繼電器工作。1.2 設(shè)計(jì)溫濕自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器的依據(jù)意義溫度和濕度與工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活息息相關(guān)

5、，它是當(dāng)前許多行業(yè)的重要技術(shù)指標(biāo)。但是溫度和濕度本身容易受到環(huán)境影響，時(shí)刻都在變動(dòng)，不易保障，因此一些工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要獲得并保持實(shí)時(shí)溫濕度值，針對(duì)這一情況，研制可靠穩(wěn)定的溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)就顯得很必要。而對(duì)于儲(chǔ)物倉(cāng)庫(kù)和糧倉(cāng)來(lái)說(shuō)，貯存的貨物或糧食的質(zhì)量高低與溫濕度有很重要的關(guān)系，溫度過(guò)高會(huì)使糧食變質(zhì)，濕度過(guò)大會(huì)滋生害蟲(chóng)，貨物和糧食會(huì)發(fā)霉。因此為保障日常工作順利進(jìn)行，需要對(duì)倉(cāng)內(nèi)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而人工監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，會(huì)造成資源浪費(fèi)。所以我們需要一個(gè)低成本，穩(wěn)定可靠，溫度和濕度相對(duì)準(zhǔn)確的自動(dòng)控制器。2 設(shè)計(jì)方案及硬件選擇2.1 設(shè)計(jì)總體方案根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)由三部分組成：

6、信號(hào)采集，信號(hào)處理，數(shù)字顯示部分的判斷，如圖1所示。采集模塊是系統(tǒng)的核心，它主要取決于溫度和濕度傳感器采集環(huán)境參數(shù)，并將采集到的參數(shù)傳輸給信號(hào)處理模塊。信號(hào)處理功能主要由單片機(jī)來(lái)控制繼電器實(shí)現(xiàn)，并把經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)送給顯示模塊。顯示模塊采用數(shù)碼管完成，但是單片機(jī)輸出電流太小，不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管發(fā)光，因此在處理和顯示模塊之間需要添加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)值顯示信號(hào)處理信號(hào)采集繼電器圖1 系統(tǒng)總體框圖2.2 元器件選擇2.2.1 信號(hào)處理模塊主芯片信號(hào)處理判斷部分選擇STC89C52型單片機(jī)，該產(chǎn)品功率損耗低，性能穩(wěn)定，是一款8位微控制器。它使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但經(jīng)過(guò)改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具

7、備的功能。2.2.2 信號(hào)采集傳感器DHT11溫濕度傳感器的數(shù)字信號(hào)輸出已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，它應(yīng)用特定的數(shù)字模塊采集、溫濕度傳感技術(shù)，從而保證其擁有較高的可靠性與持久穩(wěn)定性。該傳感器是通過(guò)一種8位高性能單片機(jī)分別連接電阻式濕敏元件和負(fù)溫度系數(shù)溫度敏感測(cè)溫元件構(gòu)成。性能方面其響應(yīng)速度較快、抗干擾能力強(qiáng)，是一款比較適合本設(shè)計(jì)的傳感器。該傳感器在生產(chǎn)完成后都進(jìn)行精確度校準(zhǔn)，并設(shè)計(jì)編寫(xiě)校準(zhǔn)系數(shù)程序儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器在處理采集信號(hào)過(guò)程中要調(diào)用校準(zhǔn)系數(shù)程序，對(duì)所采集信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，從而降低了測(cè)量誤差。應(yīng)用電路如圖2所示。 技術(shù)參數(shù)說(shuō)明：供電電壓： 3.35.5V的直流 輸 出： 單總線數(shù)字信號(hào) 濕度測(cè)量范圍

8、：21-90%相對(duì)濕度， 溫度測(cè)量范圍：150攝氏度濕度測(cè)量精度：+-5%相對(duì)濕度， 溫度測(cè)量精度+-2攝氏度濕度分辨率：1%相對(duì)濕度， 溫度分辨率：1攝氏度互 換 性： 可完全互換 持久穩(wěn)定性： 1%相對(duì)濕度/年 STC89C52RC單片機(jī)圖2 DHT11傳感器應(yīng)用電路2.2.3數(shù)碼管顯示顯示模塊采用兩組每組2個(gè)8段數(shù)碼管來(lái)顯示測(cè)量值，由于單片機(jī)的輸出電流太小不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，需要添加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，在單片機(jī)和數(shù)碼管之間。驅(qū)動(dòng)電路采用鎖存器來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和硬件連接3.1數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的選擇單片機(jī)和數(shù)碼管之間需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。此驅(qū)動(dòng)電路有三種方案：(1)在二

9、者之間加一個(gè)三極管；(2)在二者之間加一個(gè)上拉電阻；(3)在二者之間加鎖存器。由于方案(1)、方案(2)在焊接電路時(shí)，鎖存器相對(duì)于三極管和電阻來(lái)說(shuō)焊接較簡(jiǎn)單，所以驅(qū)動(dòng)電路選擇方案(3)。3.2 系統(tǒng)總電路設(shè)計(jì)及連接系統(tǒng)整體使用P1口作為段碼輸出，使用P3口作為位選輸出，使用P2.1引腳作為段碼和位選鎖存器共同的加載數(shù)據(jù)控制端，使用P2.0引腳作為與溫濕度傳感器數(shù)據(jù)通信的端口。數(shù)碼管的段碼輸入與負(fù)責(zé)輸出段碼的74HC573的輸出端相連。數(shù)碼管的位選輸入端與負(fù)責(zé)位輸出的鎖存器的輸出端相連。兩個(gè)繼電器的控制端分別接P3.6、P3.7,遙控器的兩個(gè)輸出端分別接P3.5、P3.4。這就是總體的硬件連接。

10、如圖3所示。圖3 系統(tǒng)總電路圖4軟件設(shè)計(jì)4.1 DHT11溫濕度傳感器原理及驅(qū)動(dòng)程序介紹微控制器與傳感器之間的通信、同步通過(guò)單總線數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)傳輸完成，通訊一次耗時(shí)約4毫秒，數(shù)據(jù)有兩部分組成，即小數(shù)位和整數(shù)位,此處小數(shù)環(huán)節(jié)用于未來(lái)功能擴(kuò)展,現(xiàn)讀為零.操作流程如下。數(shù)據(jù)完整傳輸時(shí)高位先輸出，總共40字節(jié)。數(shù)據(jù)格式: 濕度的8字節(jié)整型數(shù)據(jù)和8字節(jié)濕十進(jìn)制數(shù)據(jù)以及溫度的8字節(jié)整型數(shù)據(jù)和8字節(jié)十進(jìn)制數(shù)據(jù)，還有8字節(jié)校驗(yàn)和。數(shù)據(jù)輸送無(wú)誤條件：校驗(yàn)和值等于“濕度的8字節(jié)整型數(shù)據(jù)、8字節(jié)十進(jìn)制數(shù)據(jù)與溫度的8字節(jié)整型數(shù)據(jù)、8字節(jié)十進(jìn)制數(shù)據(jù)”四個(gè)數(shù)據(jù)的和所得結(jié)果的末8位。微控制單元發(fā)送起始信號(hào)后，傳感器由低功

11、率損耗狀態(tài)進(jìn)入高速狀態(tài),等待起始信號(hào)結(jié)束后,傳感器發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，輸出40字節(jié)數(shù)據(jù)的同時(shí)開(kāi)始收集一次信號(hào)。從狀態(tài)下，傳感器收到起始信號(hào)后開(kāi)始收集一次溫濕度數(shù)據(jù),若沒(méi)有接收到單片機(jī)發(fā)送起始信號(hào),傳感器不會(huì)自行收集數(shù)據(jù)。收集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速狀態(tài)。通訊過(guò)程如圖4和圖5所示。若總線為高電平，則處于空閑模式，微控制單元必須把電平拉低至少18毫秒以等候傳感器應(yīng)答，從而確保傳感器能檢測(cè)到起始信號(hào)。傳感器接收到微控制單元的起始信號(hào)并等待該信號(hào)結(jié)束后發(fā)送80微秒低電平應(yīng)答信號(hào)。為了讀取傳感器的應(yīng)答信號(hào)，微控制單元發(fā)送起始信號(hào)結(jié)束后需要保持等候20到40微秒，同時(shí)可以進(jìn)入輸入模式，總線由上拉電阻拉高。通訊過(guò)程圖分別

12、如圖4和圖5所示。圖4 通訊過(guò)程圖圖5 通訊過(guò)程圖若總線處于低狀態(tài)，此時(shí)傳感器正在輸出應(yīng)答信號(hào)，然后持續(xù)80微秒保持總線處于高狀態(tài)，為以每一字節(jié)數(shù)據(jù)50微秒低電平開(kāi)始傳輸所收集數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備，決定數(shù)據(jù)位是0還是1的因素是高狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，如圖6、7所示。若讀出應(yīng)答信號(hào)為高狀態(tài)，則判定傳感器不應(yīng)答，需要檢查系統(tǒng)連接是否正常。在最后的一字節(jié)數(shù)據(jù)傳感器傳遞終了后又使總線處于低狀態(tài)并保持50微秒，隨后總線變成高狀態(tài)進(jìn)入空閑模式。0數(shù)字信號(hào)時(shí)序圖如圖6所示,1數(shù)字信號(hào)時(shí)序圖如圖7所示。圖6 數(shù)字0信號(hào)表示圖圖7 數(shù)字信號(hào)1表示圖4.2 系統(tǒng)主程序流程及介紹進(jìn)入主程序后立即對(duì)定時(shí)器0進(jìn)行初始化，使定時(shí)器每

13、1秒產(chǎn)生一個(gè)中斷，同時(shí)打開(kāi)中斷允許寄存器的控制位。接下來(lái)進(jìn)入while(1)主循環(huán)，不斷循環(huán)調(diào)用數(shù)碼管顯示程序，循環(huán)判斷溫度的大小以及遙控器的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序控制繼電器。同時(shí)等待中斷的產(chǎn)生。接下來(lái)對(duì)T0的中斷服務(wù)程序進(jìn)行介紹，因?yàn)槊?秒產(chǎn)生一個(gè)中斷，并且DHT11溫濕度傳感器檢測(cè)溫濕度的間隔時(shí)間要大于1秒，因此這里1.5秒采集一次溫濕度，當(dāng)產(chǎn)生150個(gè)中斷后，執(zhí)行采集溫濕度的程序，這就是整個(gè)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)程序流程圖如圖8所示。圖8 系統(tǒng)程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)實(shí)物及調(diào)試按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的溫濕度計(jì)總體電路圖，選擇對(duì)應(yīng)系統(tǒng)元件來(lái)制作實(shí)際的電路板。然后必須測(cè)試電路板各部分線路是否暢通，

14、電路板上的每條線路進(jìn)行通電測(cè)試，如果線路不通，應(yīng)該檢查出原因并改正，使電路板各部分電路能夠正常工作。最后將設(shè)計(jì)好的程序燒進(jìn)單片機(jī)。成品如圖9所示。圖9 實(shí)物圖系統(tǒng)焊接成功后，裝上電池打開(kāi)開(kāi)關(guān)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不工作， 首先考慮可能存在以下幾種情況：(1)電源斷路；(2)焊接過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)不工作。 用萬(wàn)用表檢查電路各部分后，發(fā)現(xiàn)電池盒開(kāi)關(guān)線路接觸不良，不能給系統(tǒng)正常供電，經(jīng)過(guò)重新焊接后，系統(tǒng)能夠正常工作。5.2 系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在濕度為45%RH溫度為22的倉(cāng)庫(kù)內(nèi) ，系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下測(cè)試3組數(shù)據(jù)：(1)濕度41%RH，溫度20；(2)濕度45%RH，溫度23；(3)濕度44%RH，溫度22；通

15、過(guò)比對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)與準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在一定誤差，但是其誤差在本系統(tǒng)允許誤差范圍之內(nèi)，故初步認(rèn)為系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。將系統(tǒng)放置在32環(huán)境下，通電后，系統(tǒng)顯示出第一組數(shù)據(jù)后，繼電器立刻通電，當(dāng)溫度下降到30以下時(shí)，繼電器自動(dòng)斷電。通過(guò)無(wú)線電遙控按鍵仍然可以使繼電通電。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)試，系統(tǒng)都能夠按照設(shè)計(jì)要求工作，故初步認(rèn)定本設(shè)計(jì)成功。結(jié)語(yǔ)本設(shè)計(jì)研究的主題是溫度濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要依靠溫濕度傳感器來(lái)采集溫濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)控制繼電器處理，所采集的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼顯示管進(jìn)而構(gòu)成整個(gè)設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)制作過(guò)程總結(jié)出以下幾點(diǎn)：線路連接正常狀態(tài)下，溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以穩(wěn)定正常工作，每1.5秒刷新一

16、次數(shù)據(jù)。 各部分按設(shè)計(jì)電路焊接好不能正常工作時(shí)，首先要考慮供電方面是否正常，確定通電正常后再考慮電路焊接是否有問(wèn)題。 該溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器還有改進(jìn)的潛力，可以添加報(bào)警電路，當(dāng)采集數(shù)據(jù)超過(guò)器件測(cè)量范圍時(shí)發(fā)出報(bào)警，并且可以接入消防設(shè)施中。經(jīng)過(guò)這次對(duì)溫濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，我了解了許多設(shè)計(jì)中所涉及到的學(xué)科知識(shí)，了解了部分考慮范圍內(nèi)器件的性能，對(duì)所學(xué)專業(yè)有一定的定位，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)本身的缺陷和改進(jìn)方向。參考文獻(xiàn)1 鄭爭(zhēng)兵，基于單片機(jī)與AD509的溫度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)J,國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2009,272 汪英,基于微機(jī)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的溫濕度及火盜警D.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2007.3 Liang Jiabao

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19、paper is shown the design of an automatic controller of temperature and humidity which is based on the DHT11 sensor as the data collector and single-chip as the key system. The whole measuring system is made up of three main modules respectively. Frist of all is the module of information acquisition

20、 whose core component is DHT11 sensor. Second is the module of information processing whose core component is the single-chip of STC89c52RC, relay and wireless remote control . The last part is the module of numerical display whose core component is digital display tube. The whole procedure is that the sensor takes the data whic