基于单片机的温湿度监控系统设计.pdf

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1、2 0 D g 年l 己月第己吕卷第1 己期黼翻豳黼黼黼黼黼黼黼糕溅黼黼糍慧蘩鬻应用天地慧|“。8。4 一_基于单片机的温湿度监控系统设计刘宝元1 张玉虹1 姜旭2 段存丽1 胡加兴1(1 西安工业大学光电工程学院西安7 1 0 0 3 2；2 西安应用光学研究所西安7 1 0 0 6 5)摘要：温湿度是影响硝基软片生产和厚度检测的重要因素。采用A T 8 9 S 5 2 单片机为控制中心，由S T H I O 温湿度传感器及1 6 0 2 字符型液晶模块构成硝基软片生产在线实时温湿度监控系统，实现对硝基软片生产环境的温湿度精确测量与控制。实践证明，该系统电路简单、工作稳定、集成度高，调试方便

2、，测试精度高，保证硝基软片生产线的产品质量与合格率，具有一定的实用价值。关键词：单片机；温湿度；S H T l 0；自动检测；传感器中图分类号：T P 2 1 2 1，T P 2 7 3 5文献标识码：AT h ed e s i g no ft e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ym o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nS C ML i uB a o y u a n lZ h a n gY u h o n 9 1J i a n gX u 2D u a nC u n l i lH uJ i a x i n 9

3、1(1 S c h o o lo fO p t o e l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g，X i a nT e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t y，X i a n7 1 0 0 3 2，C h i n a；2 X i a nI n s t i t u t eo fA p p l i e dO p t i c s，X i a n7 1 0 0 6 5，C h i n a)A b s t r a c t：T h et e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ya r eo

4、n eo ft h ei m p o r t a n tf a c t o r sw h i c he f f e c tp r o d u c t i o no fn i t r of i l m sa n dd e t e c-t i o no ft h i c k n e s s U s i n gA T 8 9 S 5 2S C Ma st h ec o n t r 0 1c e n t e r，t h em o n i t o r i n gs y s t e mi sc o m p o s e do ft e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t

5、ys e n s o rS T H l 0，1 0 6 2c h a r a c t e rL C Mm o d u l e，w h i c ha c h i e v e sp r e c i s i o nm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l l i n g P r a c t i c eh a sp r o v e dt h a tt h es y s t e mh a ss t a b l et a s k，s i m p l ec i r c u i t，h i g hi n t e g r a t i o n，c o n v e n i e

6、n td e b u g g i n g，w h i c hc e r t i f i c a t e sq u a l i t yo fn i t r of i l m s T h e r e f o r et h es y s t e mh a sac e r t a i np r a c t i c a lv a l u e K e y w o r d s：s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r；t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y；S T H I O；a u t o m a t i cd e

7、t e c t i o n；s e n s o r；0 引言1 设计方案在日常生活中温湿度监控系统 1。3 1 应用很广泛，例如：粮库、机房、档案馆、特殊材料加工工场等场所，都必须严格控制环境的温度及相对湿度，使其保持在一定的范围内。硝基软片生产线对于温湿度有着特殊的要求，需要装有温湿度在线监控系统，由用户根据环境要求设定系统的温湿度阈值；系统实时地测量显示环境的温湿度值，实现温湿度自动控制，使其在较宽的温度范围内具有较高的测试精度，同时还可以根据用户设定报警阈值报警，一旦发现环境温湿度超限，立即报警。为此，我们设计了一款测量精度高、结构简单使用、工作稳定可靠的基于单片机的温湿度监控与自动控制

8、升降系统，并受到了硝基软片生产客户的好评。温湿度监控系统满足以下要求：1)按照国家计算机房B 级标准 4 ，温度1 8 2 8，相对湿度4 0 7 0；2)用户可以设置系统温湿度报警值；3)U S B 口供电，提供温湿度调节控制信号，实现自动控制；4)检测得到的数据可以通过显示模块显示。硬件设计不仅要满足系统需求，还要满足功能和外形尺寸要求。根据设计要求确定了系统的总体方案，整个系统由单片机、温湿度传感器、显示模块、报警器、温湿度调节系统以及键盘等6 部分组成。系统功能原理图如图1 所示。作者简介：刘宝元，助教，硕士，主要研究方向为光电信息处理与光学精密检测。中国科技核心期刊一7 7 万方数据

9、紧孵三。：用户预先输入温湿度报警值到程序中，该值作为系统阈值。温湿度传感器监测值传输给单片机，当单片机比较监测到的数值超出所设定阈值时，驱动蜂鸣器报警，并为温湿度调节系统提供控制信号，实现自动控制。温湿度调节系统包括加湿模块、除湿模块、加温模块和制冷模块。温湿度传感器 L C D 温湿度显示际j单片机 爿温湿度调节系统图1 温湿度监控系统功能原理图2 硬件设计单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协P2 D D g 年I 己月第己日卷第1 己期一调工作，从而完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系统设计的复杂性

10、。系统电路原理图如图2 所示。本系统主要硬件设计包括电源电路、蜂鸣器电路、晶振电路、复位电路、L C D 显示电路以及温湿度传感器电路。控制电路的核心器件是由美国A t m e l 公司生产的A T 8 9 S 5 2 单片机，属于M C 孓5 1 系列。A T 8 9 S 5 2 是一种低功耗、高性能的C M O S 8 位微控制器，具有8 K 在系统可编程F l a s h 存储器，采用的工艺是A t m e l 公司的高密度非易失存储器技术；片上F l a s h 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器；在单芯片上，拥有灵巧的8 位C P U 和在系统可编程F l a s h，使得

11、A T 8 9 S 5 2 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案；价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强。因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。cn c 盟一pP 1(门2V e e川喇,d i l 黼3 C Kl I 笔言P 1】T XP 0 0P 1：P 0 16 叠耵1 0氐pP 1!P 0 2肾耄言P 1 qP O 3P 1!P 0 4去q P 1(P 0 5订芋5 0 0L E D J 7D 2 氏pP 1 jP o 6D M 量3。卫_ 1 0 0)r h t r u e1 0 0；c u ti ft h ev a l u ei so u t s i d eo fi f(

12、r ht r u e O 1)r h t r u e=0 1；t h ep h y s i c a lp o s s i b l er a n g e*p _ t e m p e r a t u r e=t _ C；r e t u r nt e m p e r a t u r e C 一8 0 一*P h u m i d i t y 一；h t r u e；r e t u r nh u m i d i t y R H )4 结束语本文设计的温湿度监控系统与我们研制的硝基软片厚度检测系统相连，经过客户测试使用，在正常温度范围内，系统读取的数值与水银温度计的读数一致，满足温度测试误差0 1、相对湿

13、度测试误差3 的要求。在生产温湿度超过一定值时，系统读数显示正确，报警指示灯点亮，实现温湿度监控与自动控制升降。实践证明，该系统电路简单、工作稳定、集成度高，调试方便，测试精度高，保证硝基软片生产线的产品质量与合格率，具有一定的实用价值。1 2 3 4 5 中国科技核心期刊参考文献王魁汉温度测量实用技术 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 7，1 3 3 5 汪英基于微机测控网络的温湿度及火盗警自动监控系统 D 长沙：湖南大学，2 0 0 7：1 0 2 3 陈慧明，杨灿军，陈鹰一种简易的高精度测温系统研制 J 电子测量与仪器学报，2 0 0 4，1 8(4)：2 9 3 2 中华人民共和国

14、电子工业部电子计算机机房设计规范(G B 5 0 1 7 4-9 3)M 北京：中国标准出版社，1 9 9 3 郑争兵，基于单片机与A D 5 9 0 的温度测量报警系统 J 国外电子测量技术，2 0 0 9，2 7(1)：2 7 2 8(下转第8 3 页)万方数据2 0 0 9 年己月I第己日卷第1 己期斓黼黼黼瓣麟黼黼斓麟鬃麟麓鬻黧麓鬻鬻辇鬻萋蘩鼙囊i 筑j3 现场数据和无线数据传输系统3 1 现场仪表数据采集现场数据通过A D 转换模块传送至单片机，并经过M A X 2 3 2 处理传输给无线通信模块，以R S 2 3 2 接口的模式与G P R S 透明数据传输终端相连，通过G P R

15、 S 网络传送至数据中心，实现现场采集数据和数据中心系统的实时在线连接。现场数据采集与无线数据传输系统的结构如图2 所示：l”“I一l 水流量传感器b水压力传感器b多通I 气流量传感器b道扒单片机D1 A T 8 9 S 5 2I 气压力传感器b模块l 燃流量表 广I 采暖水压力L _ j|I 传感器r 一图2 现场数据采集和无线数据传输系统框图3 2 数据中心1)数据中心服务器申请配置固定I P 地址，采用移动通信公司提供的D D N 专线，与G P R S 网络相连。由于D D N 专线可提供较高的带宽，当现场仪表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。2)数据中心服务器接受到G P

16、 R S 网络传来的数据后，传送到数据中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。3)数据中心计算机主机可进行业务管理，对现场仪表数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行报警，同时对管网的使用情况实时监控。3 3G P R S G S M 移动数据传输网络现场仪表采集的数据经G S M 网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过G P R S 无线数据网络进行传输，最终传送到数据中心I P 地址。由于G P R S 通信是基于I P 地址的数据分组通信网络，数据中心计算机主机配置固定的P 地址，各现场仪表数据采集点采用G P

17、 R S 模块和该主机进行通信 5 。通过G P R S 无线通信，可以建立远程数据设备和本地数据设备两两之间的串口通信连接，将远程数据设备通过G P R SD T U 发送的数据，转发至连接在指定串口上的本地数据设备；或将连接在指定串口上的本地数据设备发送的数据，通过G P R SR T U 转发至远程数据设备。G P R S 无线数据服务程序功能为：建立D T U 与串口之间的一一对应关系；接收D T U 发送的数据，将其转发至对应的串口上；接收指定串口的数据，将其转发至对应的D T U 上；对D T U、串口及数据传输进行管理和监控。4 结束语基于G P R S 的城市市政管网的监测系统

18、，充分利用了G P R S 网络传输数据可靠性高、实时在线、时延小、能够同时实时收取和处理多个所有监测点的各种数据的特性，很好的满足了系统对数据采集和传输实时性的要求，在建设成本和维护成本上都有很大的优势，可以提高工作效率和管理水平，保证管网的安全稳定运行。随着G P R S 网络的进一步完善，并融合虚拟仪器以及G I S 等先进技术，建立完善的G I S 空间数据库管理系统，对于提升我国城市市政管网的管理水平，加快城市市政管网信息化系统动态管理的建设步伐，实现城市管网管理与运行控制一体化有着重大的现实意义和广泛的实用价值。参考文献I-1 汤铭潭城市市政管网实时监控、应急处理系统研究可行性分析

19、f J 工程建设设计，2 0 0 8，(6)：3 0 3 3 2 孙启法，张汝昆G P R S 数据通信在恒压供水远程监控系统中的应用 J 山东农业大学学报：自然科学版，2 0 0 7，2(3 8)：2 9 62 9 8。E 3 张健基于G P R S 的集中供热数据采集系统 J 辽宁工程技术大学学报，2 0 0 7，2 6(6)：8 8 5 8 8 8 4 朱方义，刘健数据的双通道传输方式E J 农村电气化，2 0 0 7，(8)：3 2 3 3 E s 白冰，袭冰G P R S 技术在热网监控系统中的应用E J 计算机与信息技术，2 0 0 7，(1 2)：9-1 1 E 6 (B u d

20、)B a t e sR J 通用分组无线业务(G P R s)技术与应用I-M 北京：人民邮电出版社，2 0 0 4。+”一_-“I i h。I i 一t“I I h l-”I l l I _-“l i t l _。”I I i l-“l h l-_“h i。”I h l-，。l-P。I I I I l _。o l i b-一。”1 1 1,-。”I I i l。I l l l w t _ _。1 I l”。f-1 I I h*一“I I”I I h*一。+(上接第8 0 页)6 林海军，滕召胜，杨圣洁，等数字温度传感器自适技术，2 0 0 8，2 8(1)：1-6 应动态补偿方法口 仪器仪表

21、学报，2 0 0 9，3 0(1)：E 8 张广军，黄俊钦，李行善，等温度传感器现场动态1 3 8 1 4 2 校准方法与实验研究 J 北京：北京航空航天大学 7 李海燕，赵俭温度传感器动态校准研究 J 计测学报，1 9 9 7，2 3(3)：3 1 1 3 1 5 中国科技核心期刊一8 3 一飘一用一#压万方数据基于单片机的温湿度监控系统设计基于单片机的温湿度监控系统设计作者：刘宝元，张玉虹，姜旭，段存丽，胡加兴，Liu Baoyuan，Zhang Yuhong，Jiang Xu，Duan Cunli，Hu Jiaxing作者单位：刘宝元,张玉虹,段存丽,胡加兴,Liu Baoyuan,Zh

22、ang Yuhong,Duan Cunli,Hu Jiaxing(西安工业大学光电工程学院,西安,710032)，姜旭,Jiang Xu(西安应用光学研究所,西安,710065)刊名：国外电子测量技术英文刊名：FOREIGN ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年，卷(期)：2009，28(12)被引用次数：0次 参考文献(8条)参考文献(8条)1.王魁汉 温度测量实用技术 20072.汪英 基于微机测控网络的温湿度及火盗警自动监控系统 20073.陈慧明.杨灿军.陈鹰 一种简易的高精度测温系统研制期刊论文-电子测量与仪器学报 2004(4)4.中华人民共和国电子

23、工业部 GBS 0174-1993.电子计算机机房设计规范 19935.郑争兵 基于单片机与AD590的温度测量报警系统期刊论文-国外电子测量技术 2008(1)6.林海军.滕召胜.杨圣洁.张洪川 数字温度传感器自适应动态补偿方法期刊论文-仪器仪表学报 2009(1)7.李海燕.赵俭 温度传感器动态校准研究期刊论文-计测技术 2008(1)8.张广军.黄俊钦.李行善 温度传感器现场动态校准方法与实验研究 1997(3)相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 张明洋.Zhang Mingyang 基于51单片机的温室大棚温湿度测控系统-黎明职业大学学报2007,(2)介绍了基于AT89

24、C51单片机的温室大棚温湿度测控系统设计原理,主要电路设计及软件设计等.该系统采用AT89C51单片机作为控制器,可对执行机构发出指令实现大棚温湿度参数调节,具有上下位机直接设置温湿度范围,温湿度实时显示等功能.上位机采用Delphi软件进行编写,用户界面友好,操作简单,可以根据大棚作物生长情况绘制成简明直观的作物生长走势图,从而容易得出最适合作物生长的温湿度值.2.期刊论文 李善军.廖庆喜.翟红 基于单片机的温室温湿度两级优化控制硬件系统的构建-农业工程技术温室园艺2007,(8)针对温室环境中因温湿度耦合关系的存在导致执行机构过量执行和增加能源消耗的问题,本文采用两级优化控制的方式,结合补

25、偿模糊解耦算法,开发了适用于温室小气候温湿度环境因子调控的硬件系统,分析确定了包含单片机与温度湿度传感器等重要器件的选择和包括时钟复位电路、A/D转换电路、串口通讯电路、显示和键盘扩展电路等关键电路的设计.该系统能可靠运行,解决了单级监控因温湿度存在较强耦合关系而导致结果精度降低及其能耗大的缺陷,可实现温室中温湿度的优化控制.3.学位论文 李光忠 基于单片机的温湿度检测系统的设计 2007 现代农业生产离不开环境控制，本文在对国内外温室智能控制进行深入分析的基础上，针对温室智能化控制存在的诸多因子，将智能传感器监测和单片机控制相结合，提出了基于单片机的温湿度检测系统设计方案。本系统采用层次化、

26、模块化设计，整个系统由数据采集系统、单片机控制系统、计算机监控系统组成。系统以单片机为核心，以多个温度、湿度传感器作为测量元件，通过单片机与智能传感器相连，采集并存储智能传感器的测量数据。在单片机系统中，还要实现程序的扩展存储、数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。单片机作为监控计算机与智能传感器连接的中心，另一方面通过RS232总线与监控计算机通信，将采集到的数据传输给监控计算机。监控计算机将单片机传输的数据进行记录、存储、处理和报警，供工作人员浏览、记录和进行相关处理。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的总体设计方案。包括系统要完成的设计功能，达到的技术指标，系统的设计

27、原则，由此简要介绍系统的整个组成和系统工作原理；二是进行智能传感器的硬件电路和软件系统的设计。包括传感器的静动态特征介绍，采用单总线技术的DS1820数字温度传感器测温时序、测温原理、测温电路以及测温系统软件设计，湿敏电容传感器HS1101的湿度测量电路，为防止模拟传感器采集湿度数据的失真，采用了线形插值算法；三是单片机及通信接口的硬件电路及软件系统设计。内容包括采用的AT89S51单片机的介绍，IC总线的AT24C04的存储扩展，4数码管显示输出，超限数据的语音报警，模拟SPI总线辅助数据存储；四是对计算机软件系统的设计思路、工作原理和实现方法进行了阐述。首先通过RS-23 2C协议实现单片

28、机和计算机的连接，借助Windows下串行通信编程的ActiveX控件通过串行接口收发数据，然后计算机作为监控机实现数据的显示、存储、查询、打印和系统设置功能。本系统将信息采集、信息传输、信息处理等多种信息技术相互融合，采用了多种总线技术，将温室环境多种参数监测和单片机控制理论相结合，提出一种切实可行的温室环境监测系统，可以全面、实时、自动地对监测数据进行自动记录、存储和处理，并将有关信息根据现场实际情况，采用最有效方式送入计算机进行处理，并可对监测系统进行远程控制。满足了对作物生长状态实行全面、实时、长期监测的要求。实现了对温室环境的温湿度实时监测和控制，实现了温室环境温湿度检测的自动化和智

29、能化。4.期刊论文 张国庆.魏晋宏.ZHANG Guo-qing.WEI Jin-hong 基于PIC单片机的温湿度记录仪的设计-传感器世界2009,15(1)本文介绍了以PIC16F688型低功耗单片机为控制器的温湿度记录仪的设计与实现.采用数字式传感器对温湿度进行测量,并将所测量数据实时存入外部存储器EEPROM(24LC512)中.系统采用3V锂电池供电,采集数据间隙系统处于休眠状态.降低了系统能量消耗.开始记录数据之前,采用VB设计操作软件通过计算机串口对记录仪参数(记录时同和开启记录仪方式)进行设置,测量数据时可脱离上位机单独运行.该记录仪具有稳定可靠、体积小、量化误差小、响应速度快

30、、便于携带和适用面广等特点.5.期刊论文 张敏.ZHANG Min 基于单片机的多通道温湿度检测系统设计-机电产品开发与创新2008,21(2)温湿度的测量在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用.本文设计的多通道温、湿度检测系统利用单片机AT89C51作控制器,采用数字式传感器进行温湿度测量,实现多地点的温、湿度实时检测和显示功能,能方便地应用于各种温湿度检测场合.6.学位论文 李善军 温室温湿度两级优化监控系统的研究 2005 随着社会的加速发展和农业科技的不断进步，高产、优质、高效的农业需要对农业设施生物环境信息采集处理的准确性和精确性以及控制系统的自动化程度都提出了更高的要求。研究温室环

31、境控制系统，特别网络化基于自动控制技术的现代农业的管理模式，是很有必要和发展潜力的。在温室环境控制系统中，温室中的温湿度控制对生物的影响最为直接，因而实现温室中温湿度的优化控制尤为重要，温湿度的检测和控制一直是温室环境因子监控中的重点。本文采用智能控制中的模糊控制技术，对长期以来温室中温度和湿度强耦合作用和温室温湿度变化情况对监控系统的反馈等问题提出了很好的解决方案，为系统控制精确不高、能耗相对较高、经济效益较差等这类难以解决的问题开辟了一条新的途径，能够处理好时变性、大滞后和耦合性等复杂系统控制问题，能有效解除温度和湿度之间的耦合。本文研究就是通过下位单片机和上位PC机两部分的共同作用，达到

32、优化控制环境温湿度的目标。下位机部分主要是开发单片机软硬件控制系统，通过检测温室内温度和湿度，然后与单片机中存储的或者上位计算机发送的设置参数相比较，判断后根据程序要求通过执行相关控制机构实现对温室温湿度的控制，同时将采集的温湿度数据通过串行口传送给上位机；上位机部分，接收下位机发送来的温湿度数据，利用模糊控制技术实现温度和湿度的解耦，产生相对准确的温度和湿度数据，从而减少两个因素的耦合关系，最后确定温湿度值，并将其作为进一步设置参数的依掘。另一方面，建立温室农作物温湿度控制专家数据库系统，根据数据库中相关数据产生某时刻温室温度和湿度的优化控制方案，然后通过通讯模块发送到单片机，最后单片机接收

33、到相关数据后经过程序分析处理发送相应指令控制执行机构动作。温室温湿度控制系统上位机软件编写采用VisualBasic结合Access开发了具有良好人机接口的程序以方便终端用户的操作。整个系统通过单片机和PC计算机两级控制系统的设计，较好的达到优化控制环境温湿度的目标。7.期刊论文 叶国文.YE Guo-wen 基于单片机的温湿度变送器的设计-微计算机信息2008,24(23)介绍了基于单片机的温湿度变送器的工作原理,并着重讨论系统硬件和软件的实现方法.系统采用ATMEGA32单片机为核心配置以温湿度传感器、数码管显示、接键、蜂鸣器报警驱动等部件,从而实现对温度、湿度的实时监控.8.期刊论文 郭

34、大川.张鹏 基于单片机的温湿度控制系统-广播电视信息2009,(9)本文给出了一种基于单片机的温湿度控制系统的设计方案,并着重阐述了硬件电路的实现方法和原理,同时简单介绍了软件的设计和流程.9.期刊论文 张妮.段文强.邵婷婷.ZHANG NI.DUAN Wen-qiang.SHAO Ting-ting 基于单片机的温湿度监控系统设计-延安大学学报（自然科学版）2010,29(2)系统采用AT89S52单片机作为检测控制核心,以湿度传感器HS1101、温度传感器DS18B20为主要元件,组成温度、湿度检测电路,实现对所在环境的动态监测.实验证明系统可以达到很好的效果.10.期刊论文 张世英.刘万莹.李仁兵.ZHANG Shi-ying.LIU Wan-ying.LI Ren-bing 基于AT89S52单片机的温湿度监控系统设计-计算技术与自动化2006,25(4)介绍一种基于AT89S52单片机的温湿度监控系统.给出其整体结构、硬件设计、系统通信网络方案以及系统软件的开发和实现.该监控系统可方便地应用于大多数温度和湿度控制场合.实验结果表明,系统的稳定性好,精度高,符合监控要求.本文链接：http:/