实验室温湿度控制系统的设计与运用

实验室温湿度控制系统的设计与运用

刘一德

身份证号码：45010319940106251X

摘要：本设计为基于单片机的温湿度检测控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器DHT1实现对温度、湿度的检测以及相应的控制。将温湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号，再运用单片机AT89C52进行数据分析和处理，为显示提供信号，显示部分采用字符型LCD1602液晶显示器。本系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。

关键词：温湿度；DHT11；单片机；检测

0 引言

温度和湿度的检测是许多行业的重要工作之一，不论是货品仓库、生产车间，都需要有规定的温度和湿度，然而温度和湿度却是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测系统就显得非常重要。

本设计中的DHT11数字温湿度传感器是一款含有校准系数信号输出的复合传感器，采用单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。产品为4针单排引脚封装，连接方便，体积小、功耗低，信号传输距离可达20米以上。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接，因此该产品具有品质优、响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个DHT11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存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。

1 总体设计

1.1 设计内容

用新型的智能集成温湿度传感器DHT11实现温度、湿度的检测，将温度和湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机AT89C52进行数据分析和处理，为显示电路提供信号。如图1-1所示：

1.2 设计要求

（1）通过DHT11传感器对周边温湿度信息的采集并转换成数字信号，将信息提供给单片机进行处理和分析，温度检测范围：0～50℃，测量精度：1℃，湿度检测范围：20～90%RH，检测精度：1%RH。

（2）通过编程用单片机来实现温湿度的显示。

（3）通过LCD1602液晶显示器来显示温湿度数值。

2 硬件设计

2.1 电路工作原理

本设计的设计电路采用模块化、层次化设计，设计的电路原理图如图2-1所示：

2.1.1 工作原理

本设计是由硬件和软件相结合，应用软件控制硬件的自动智能化工作。设计中用新型的智能温湿度传感器DHT11实现对温度、湿度的检测，将温湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号，再运用单片机AT89C52进行数据分析和处理，为显示提供信号，然后将信号传输给LCD1602液晶显示器。

2.1.2 工作过程

给电路通以+5v电压，电路进入初始化工作，大约1s后，传感器DHT11开始采集检测环境信息，然后将获得的信息通过p1.0脚传送到单片机进行数据分析和处理，最后将信号传输至LCD1602液晶显示器，显示器经内部处理后显示出精确的温度和湿度值。

2.2 电路控制系统

本电路的控制系统为单片机最小系统（AT89C52、时钟电路、复位电路）。以单片机芯片AT89C52作为 CPU，时钟电路由一个频率为12MHz的晶振和两个33pF的电容组成，复位电路由一个22uF的电容和一个10k的电阻组成。

2.3 控制部分

本系统控制设备采用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备作为控制器，加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备分别控制湿度与温度，使得实验室的温湿度得到控制。

单片机P1^1，P1^3分别为温度超过或低于上下限控制脚，P1^2，P1^4分别为湿度超过或低于上下限控制脚。控制脚通过控制加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备，调节温度及湿度。当实验室实际温度超过设定温度上限时，系统将调用控制模块对降温设备控制，将实验室的温度降低；当实验室实际温度低于设定温度下限时，系统将调用控制模块对升温设备控制，将实验室的温度升高；当实验室实际湿度超过设定湿度上限时，系统将调用控制模块对除湿设备控制，将实验室的湿度降低；当实验室实际湿度低于设定湿度下限时，系统将调用控制模块对加湿设备控制，将实验室的湿度提高。

3 程序设计

整个系统的功能是由硬件电路配合软件程序来实现的，当硬件定型的时候软件也就定下了，软件由主程序和子程序组成。主程序，它是整个软件的核心，专门用来协调各个执行模块和操作者的联系；子程序，它是用来完成各种实质性的工作的，如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件就是一个小的执行模块，这里将每一个模块一一列出来，并为每个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好以后，就可以规划监控软件了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的主程序结构，然后根据实时性的条件，合理安排监控软件和执行软件之间的调度关系。

3.1 主程序模块

主程序模块框图，主程序主要完成硬件初始化，子程序调用等功能。在主程序中，对温湿度传感器、LCD1602液晶显示器的初始化，同时调用传感器数据，进行显示。其框图如图3-1所示。

3.2 DHT11 初始化模块

该流程主要对传感器的初始化进行设计，流程图如图3-2所示：

4 结束语

用新型的智能集成温湿度传感器DHT11实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号，再运用单片机AT89C52进行数据分析和处理，为显示电路提供信号。整个系统响应速度快，成本低，适合推广。下一步可以将外围电路原件一起整合，使之成为一个完整的系统。

参考文献：

[1]李建民.单片机在温度控制系统中的应用[M].江汉大学学报，2012，（5）72-78

[2]白静.数字电路与逻辑设计[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2009：37-56