文档介绍：基于单片机的温湿度测量系统设计
1 引言
现代的生产生活中,环境因素是主要影响因素之一,尤其是农业生产离不开环境控制,其中的温度、湿度是环境的两项主要指标。目前我国农业正处于从传统农业向以优质、高产、高效益为目标的现代农业转化的新阶段[1]。因此,温湿度测量控制技术作为农业生产速生、优质、高产的手段,也是农业现代化的重要标志[2]。
温湿度测量系统对于农产品的生产和贮存环节都是十分重要的。在生产环节中,温室大棚现已得到广泛应用,但我国温室环境控制目前仍靠人工经验来管理,严重影响了农业生产的效率,阻碍了农业生产的发展,因此,采用先进的人工智能技术,科学、合理、有效地控制影响作物的环境因子,通过微型计算机控制设备进行环境控制,以便给农作物生长提供一个最佳的环境,做到既提高产品的质量、产量、经济价值和社会效益,同时尽量降低生产成本,这对温室环境施行自动检测和控制是非常必要的。温室检测控制设施的关键技术是温湿度控制[3]。在贮存环节中,粮库粮食安全储藏的主要参数是粮库的温度和湿度,但大部分粮库目前还是采取人工测温的方法,这不仅使粮库工作人员工作量增大,且工作效率低,尤其是大型粮库的温度检测任务如不能及时彻底完成,则有可能会造成粮食大面积变质。因此,一套完善的温湿度测量系统是十分必要的[4] [5]。
此次设计的是基于单片机的温湿度测量系统,此系统是以MCS-51系列单片机为核心构成的温湿度精确检测,并能实现超限报警及实时显示功能。本系统还设有串口数据发送模块,能够将采集的数据传送给计算机,供技术人员记录处理。
2 系统总体设计与分析
总体方案
根据设计功能要求,系统可分如下部分:
温度监控:对环境温度进行测量,并通过单片机处理实时显示环境温度。
湿度监控:对环境湿度进行测量,并通过单片机处理实时显示环境湿度。
报警处理:当温度、湿度越限时,发出报警提示信号。
显示: LCD实时显示温湿度及时钟日期。
键盘控制: 调整温湿度上下限、时钟。
串口通信: 将采集的数据定时发送给PC机。
系统方案论证
当将单片机用作测控系统时,系统总要有被测信号通过输入通道,由单片机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言[6],如何准确获得被测信号是其核心任务;而对测控系统来讲,除对被控对象状态的信号测试外,还要将测试数据与控制条件对比并实时控制相应执行设备。
传感器是实现测量与控制的首要环节,是测控系统的关键部件,如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换,一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制,几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量,使设备和系统正常运行在最佳状态,从而保证生产的高效率和高质量[7]。
本系统中,我们选择SHT11来作为本设计的温湿度传感器。
SHT11单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。S过程微加工技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件,并与一个14位的A/D转换器以及串行接曰电路在同一芯片上实现无缝连接。因此,该产品具有品质草越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点
[8]。每个SHT11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储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数[9]。两线制串行接口和内部基准电压,使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则[10]。
3 系统硬件设计
本系统硬件包括:温湿度采集转换模块、单片机及附属电路、键盘控制、LCD显示、时钟模块、报警电路、RS232串口通信模块等部分的设计。。
ATMEL
89C51
单片机
温湿度采集转换模块
键盘控制
RS232串口通信模块
LCD显示
报警电路
时钟模块
系统整体电路框图
温湿度采集转换模块硬件设计
SHT11介绍
SensTM技术的新型温湿度传感器。S芯片技术与传感器技术结合起来,从而发挥出它们强大的优势互补作用
。
SHT11温湿度传感器的主要特性如下:
将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、SensTM技术);
可给出全校准相对湿度及温度值输出;
带有工业标准的I2C总线数字输出接口;
具有露点值计算输出功能;
具有卓越的长期稳定性;
湿度值输出分辨率为14位,温度值输出分辨率为12位,并可编程为12位和8位;
小体积(××),可表面贴装;
具有可靠的CRC数据传输校验功能;
片内装载的校准系数可保证100%互换性;