1、倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要：采用單片機(jī)對溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測是一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的監(jiān)測問題，它不僅具有監(jiān)測方便、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，而且可以在節(jié)約成本的同時(shí)大幅度的提高監(jiān)測質(zhì)量。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89S52為控制核心，采用獨(dú)特的單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集，采用濕敏電容HS1101對濕度參數(shù)進(jìn)行采集，利用LCD液晶顯示屏對于當(dāng)前的溫度值和濕度值進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，直觀的了解所測得的倉庫的溫濕度的參數(shù)值。另外，還具有報(bào)警裝置，對超過溫濕度上下限的情況進(jìn)行報(bào)警。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有造價(jià)低廉、操作方便、測量準(zhǔn)確、控制靈活、體積小等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：溫度傳感器 濕度傳感器 單片機(jī)A

2、T89S52 LCD顯示Abstract Single-chip temperature, humidity and other environmental parameters monitoring is a frequently encountered in agricultural production monitoring issues, it not only has to monitor, easy to operate, etc., and can save costs while greatly improving the quality of monitoring. The

3、design of a microcontroller AT89S52 as the control core, using a unique single-bus digital temperature sensor DS18B20 temperature acquisition, using capacitive humidity HS1101 humidity parameters for the collection, use LCD display for the current temperature and humidity values in real time display

4、, intuitive understanding of the measured temperature and humidity storage parameters. In addition, it also has an alarm system, upper and lower limits of temperature and humidity on over the case to the police. After designing a system with low cost, easy operation, accurate measurement, flexible c

5、ontrol, small size, etc.Keywords： Temperature sensor Humidity sensor MCU AT89S52 LCD display1 前言防潮、防腐、防霉是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作的可靠性。為了保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度和濕度的監(jiān)測工作。但傳統(tǒng)的方法是用濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計(jì)和濕度試紙等測試器材，通過人工進(jìn)行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測試的溫度和濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此

6、我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測量儀。2 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案的選擇2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案本課題設(shè)計(jì)的是一個(gè)能夠提供環(huán)境的溫度、濕度并具有對溫度、濕度超限報(bào)警功能的裝置。本系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)、溫度傳感器、濕度傳感器、報(bào)警電路和顯示電路組成，完成對倉庫內(nèi)溫、濕度數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測、顯示和超限報(bào)警。當(dāng)采集外界溫度和濕度信號(hào)后，送單片機(jī)處理，并用LCD顯示，報(bào)警電路對外界溫、濕度進(jìn)行監(jiān)控。2.2 設(shè)計(jì)要求（1）倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)的基本功能：檢測溫濕度；顯示溫濕度；過限報(bào)警。（2）主要技術(shù)參數(shù)： 溫度檢測范圍 ：測量精度 ：濕度檢測范圍 ：檢測精度 ：2.3 傳感器的選擇傳感器是

7、實(shí)現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對被測信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，那么一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。方案一 :采用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器和HS1101濕度傳感器DS18B20是單總線數(shù)字式溫度傳感器，可直接將其測得的溫度值傳入單片機(jī)，再通過LCD進(jìn)行顯示。而HS1101濕敏電容是將空氣的濕度值轉(zhuǎn)化為該濕敏電容的電容值，電容值隨濕度值的增大而增大，將該濕敏電容置于555振蕩電路中，電容值的變化可轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)的變化，并可以直接送入單片機(jī)。方案二: 采用SHT71數(shù)字溫濕度傳感器SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens

8、技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來, 發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)勢互補(bǔ)作用。包括一個(gè)電容性聚合體測濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。2.4 方案比較以上兩種方案主要差別在于是否運(yùn)用數(shù)字傳感器以及是否考慮將溫度、濕度兩個(gè)傳感器合二為一。從性價(jià)比方面考慮，方案一中采用兩個(gè)傳感器，看似有些資源浪費(fèi)，但方案二的SHT71傳感器的單價(jià)已勝過方案一中兩個(gè)傳感器售價(jià)之和。另一方面，電容式濕敏傳感器實(shí)用化程度高，工藝成熟，性能穩(wěn)定，通過555振蕩電路將濕度變化對應(yīng)的濕敏電容值轉(zhuǎn)化為脈沖頻率送入單片機(jī)。而DS18

9、B20溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、分辨率高、轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)。從應(yīng)用程度上來說，方案一的可操作性更強(qiáng)。通過上述方案比較，最后選取方案一作為溫濕度傳感器的設(shè)計(jì)方案。3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 溫度傳感器DS18B20的設(shè)計(jì)DS18B20的工作原理如圖3.1所示。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)通過高溫系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門開通周期而被計(jì)數(shù)，通過該計(jì)數(shù)值來測量溫度。計(jì)數(shù)器被預(yù)置為與55對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值 ,如果計(jì)數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計(jì)數(shù)到零，表示測量的溫度高于55，預(yù)置在55的溫度寄存器的值就增加一個(gè)增量，同時(shí)為了補(bǔ)償溫度振蕩器的拋物線特性，計(jì)數(shù)器被斜率累加器所決定的值進(jìn)行預(yù)置，時(shí)鐘再次

10、使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)直至零，如果開門通時(shí)間仍未結(jié)束，則重復(fù)此過程，直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。這時(shí)溫度寄存器中的值就是被測的溫度值。圖3.1 DS18B20的測溫原理圖DS18B20電路圖如圖3.4所示。圖3.4 DS18B20電路圖3.2 濕度傳感器的設(shè)計(jì)HS1100 /HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。將該濕敏電容置于 555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。頻率輸出的555測量振蕩電路如圖3.2所示。集成定時(shí)器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對C的充電回路。7端通過芯

11、片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。圖3.2 555測量振蕩電路該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vs通過R4、R2 向HS1101充電，經(jīng)充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平,此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平,然后通過R2放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，此時(shí)輸出引腳 3端又由低電平躍升為高電平。如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為：充電 =C(R4R2 )ln2 放電 =CR2ln2因而，輸出

12、的方波頻率為：= 1 / (t充電t放電) = 1 / C(R42R2 )ln2 可見，空氣濕度通過 555測量振蕩電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)。表3.1 輸出頻率與相對濕度的對應(yīng)關(guān)系濕度頻率濕度頻率（%RH）（HZ）（%RH）（HZ）073516066001072247064282071008063303069769061864068531006033506728-3.3 MCU單元的設(shè)計(jì)單片機(jī)AT89S52介紹AT89S52是一個(gè)低功耗,高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存

13、儲(chǔ)器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S52具有下列主要性能： 兼容MCS-51單片機(jī)；8K字節(jié)的可編程Flash存儲(chǔ)器；可進(jìn)行1000次擦寫周期；32個(gè)可編程I/O口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8個(gè)中斷源；全雙工UART串行通道；看門狗定時(shí)器；AT89S52的管腳如圖3.3所示。圖3.3 AT89S52的管腳3.4 顯示電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)利用LCD1602液晶顯示屏顯

14、示所測得的溫度、濕度參數(shù)。1602字符型LCD簡介（1）1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖3.4所示。圖3.4 1602LCD尺寸圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個(gè)字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3.2所示。表3.2引腳接口說明表編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)

15、引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極1602LCD的指令說明1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.3所示。表3.3 控制命令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字

16、符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容3.5 報(bào)警單元的設(shè)計(jì)在監(jiān)測系統(tǒng)中，對于重要的參數(shù)一般都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)與該參數(shù)上下限設(shè)定值進(jìn)行比較，如果高于上限值或低于下限值則進(jìn)行報(bào)警，否則就正常顯示。本設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置采用的是壓電式蜂鳴器。通過單片機(jī)的1根口線經(jīng)晶體管就可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲；當(dāng)單片機(jī)輸出

17、低電平“0”時(shí)，晶體管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器報(bào)警電路如圖3.5所示。圖3.5 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警電路4 軟件設(shè)計(jì)主程序由溫度采集子程序、濕度采集子程序、顯示子程序和報(bào)警子程序組成，本章將列出主程序清單。4.1 主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.1所示。返回初始化調(diào)用溫度采集子程序調(diào)用濕度采集子程序顯示采集的溫濕度數(shù)據(jù)開始是否報(bào)警？調(diào)用報(bào)警子程序是否圖4.1 主程序流程圖4.2 子程序設(shè)計(jì)4.2.1 溫度傳感器子程序設(shè)計(jì)DS18B20溫度采集子程序流程圖如圖4.2所示。開始初始化跳過讀序列號(hào)操作寫入TH、TL跳過讀序列號(hào)操作啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換跳過讀序列號(hào)操作讀取溫度返回圖4.2

18、DS18B20溫度子程序設(shè)計(jì)流程圖4.2.2 濕度傳感器子程序設(shè)計(jì) 濕度采集子程序如圖4.3所示。初始化 設(shè)置定時(shí)常數(shù)在62.5ms內(nèi)T0產(chǎn)生中斷嗎？產(chǎn)生20次中斷？將T1計(jì)的數(shù)放入50H和51H將其轉(zhuǎn)化成10進(jìn)制放入5CH和5DH返 回重設(shè)定時(shí)時(shí)間常數(shù)關(guān)中斷是是否否開始圖4.3 濕度采集子程序4.2.3 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)報(bào)警子程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4 報(bào)警子程序流程圖4.2.4 顯示子程序設(shè)計(jì)顯示子程序流程圖如圖4.5所示。開始結(jié)束初始化設(shè)第一行顯示位號(hào)寫數(shù)據(jù)顯示第一行寫數(shù)據(jù)顯示第二行設(shè)第二行顯示位號(hào)圖4.5 顯示子程序流程圖5 系統(tǒng)分析 本設(shè)計(jì)需要硬件與軟件的結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)其功能，軟

19、件方面就是編寫程序（程序見附錄2），硬件就是把各個(gè)元器件組合到一起，形成實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的電路（電路原理圖見附錄1）。硬件和軟件互相依存，硬件是軟件賴以工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件的正常工作是硬件發(fā)揮作用的唯一途徑。系統(tǒng)必須要配備完善的軟件系統(tǒng)才能正常工作，且充分發(fā)揮其硬件的各種功能。本設(shè)計(jì)用的程序是通過Keil軟件用C語言編寫的。程序的編寫是個(gè)難點(diǎn)，稍微有點(diǎn)差錯(cuò)，編譯就不可能通過，還需要把硬件聯(lián)系起來且發(fā)揮出它們的特性。軟件程序（見附錄2）。編譯通過之后，形成.hex文件。硬件電路通過Proteus軟件設(shè)計(jì)，在軟件庫里把所需要的器件調(diào)出來，按照電路原理把它們連接起來，按照要求改變器件值的大小，最后把Kei

20、l中的.hex文件調(diào)入硬件中就可以了。按下Proteus軟件中的仿真按鈕，LCD1602顯示器顯示電路DS18B20溫度傳感器的溫度值和HS1101濕度傳感器的濕度值，調(diào)節(jié)溫濕度傳感器的大小，顯示器中相應(yīng)值也隨之改變，當(dāng)超過所設(shè)置的溫濕度上下限時(shí)，報(bào)警電路啟動(dòng)，發(fā)出警報(bào)聲。通過仿真，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)達(dá)到了一開始預(yù)設(shè)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了對倉庫溫濕度的檢測和顯示，并具有報(bào)警功能。結(jié) 論通過這段時(shí)間的不斷努力，本文基本上完成了一開始預(yù)定的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了LCD液晶顯示屏對于當(dāng)前的溫度值和濕度值進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示；報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)了可依據(jù)用戶的設(shè)定針對溫濕度超限情況進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)著重分析了各單元硬件電路的設(shè)計(jì)；給出了系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)過程。本系統(tǒng)的試制成功，克服了以前糧庫靠管理