摘要：

　　在对国内外同类产品进行分析研究的基础上，作者设计了一种基于单片机控制的温湿度控制仪，从硬件和软件两方面设计并实现了对温湿度的精确控制,该控制系统主要采用AT89S51、LED显示器、sht11等芯片，并对其组成以及硬件电路进行了详细的介绍,阐述了温湿度控制系统的工作原理以及设计方法。最后通过系统软硬件联机调试，实现了温湿度信号检测与控制，达到了预期要求。

　　关键词：温湿度控制;单片机; SHT11

　　中图分类号: TP273　　文献标识码: A

　　Abstract：

　　In conducts the analytical study to the domestic and foreign similar products in the foundation, the author has designed one kind control meter of temperature and humidity which controls based on the single chip computer system, designed from the hardware and the software two aspects and has realized to accuracy control of the temperature and humidity, this control system mainly used AT89S51, LED monitor, sht11, and so on，and has carried on the detailed introduction to its composition as well as the hardware circuit, elaborated the temperature and humidity control system's principle of work as well as the design method. Finally through the system software and hardware debugging on-line, has realized the temperature and humidity signal detection and control, has met the anticipated requirements.

　　Key words：The single chip computer system; Temperature and humidity Controller Sensor;SHT11

　　1引言

　　温、湿度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们通常使用温度计、湿度计来采集温度和湿度，通过人工操作加热、加湿、通风和降温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温湿度的要求较高，由于温度过高或过低引起的元器件失效或由于环境湿度过高而引起的事故时有发生，对系统的可靠运行造成影响，甚至危及到系统局部及操作人员的安全。所以实施对温度的监控也日显重要。针对这一情况，作者结合微电子技术和AT89系列单片机技术研制了一种稳定性高，成本低的湿温度控制仪。

　　2系统组成及工作原理

　　这种基于单片机控制的温湿度控制仪的控制系统的工作原理图如图1，该温度控制仪的控制系统不以PC上位机作为数据处理器，而是直接以单片机作为其控制系统的核心部件，其硬件电路以AT89S51为核心，并配以键盘、LED显示器、继电器等元件。其中硬件电路部分主要是由时钟电路，上电复位电路，595引脚电路，键盘接口电路， LED显示电路以及继电器接口电路组成【1】。

　　AT89S51单片机 复位模块 控制模块

控制模块 温湿度检测与调理模块 键盘模块 数码管显示模块 受控对象 温湿度 图1 系统原理图

　　其中时钟电路部分的作用主要是为了保证计算机的正常工作,并使内部各功能电路必须在该时钟信号的同步下按时序工作。上电复位电路的作用主要是将计算机内部的硬件初始化，使CPU和系统中的其他部件都处于这个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。595引脚电路的作用主要是将温湿度控制仪内部的硬件电路联系在一起。键盘接口电路主要是用来控制以及查询电路的，通过键盘设置温湿度的上下限值，使得温湿度在期望值之内，当温湿度超过上下限值，报警电路接通，随后通过单片机控制继电器使温度回到设定值之内。LED显示电路是采用软件动态扫描四位数码管的方式，及时地将室内的温湿度显示出来，完成了对温湿度的实时监测。继电器接口电路起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。整套系统的工作原理是利用AT89S51单片机作为控制系统的核心来采集周围环境的温湿度值，以数字量的形式存储和显示，并独立作为一种设备对温湿度进行控制，经过简单的运算，发出各种控制命令，并能动态的显示当前温湿度值，设定目标控制温湿度值。同时，作为数据采集装置，为上位机进行复杂运算决策提供数据来源。

　　3 主要硬件电路设计

　　3.1时钟电路

单片机的工作过程就是不断执行指令的过程。CPU每执行一条指令，都要经过取操作码，取操作数和执行等几个过程，而这些有效的操作都是在CPU时钟脉冲控制下有序的进行，而这些脉冲就是由CPU的 定时控制器提供的，因此该温湿度控制仪的时钟电路主要是利用了MCS-51单片机芯片内部的一个用于构成时钟振荡电路的高增益反相放大器，XTAL1为该放大器的输入端，XTAL2为该放大器的输出端，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡。故该系统设计时使用的是内部方式产生时钟，其时钟电路原理图如图2。

　　图2 时钟电路

　　3.2 键盘接口电路

　　按键连接方式有两种：独立式按键和矩阵式键盘，本次设计采用了独立式非编码4×4键盘，是每个按键独立地占用一条数据输入线，当某一按键闭合时，相应的I/O线变为低电平，这样通过键盘上的高低电平来检测有无按键被按下，读入相应的数值，键盘输入的是温/温度的阀值，键盘接口电路如图3。

　　图3键盘接口电路

　　3.3 LED显示接口电路

显示子程序采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示，以减少硬件电路。由SHT11测得的温湿度的值经其自身所带的A/D转换数据放在内存单元中，由51单片机的P3.5串行输入到595，595给出合适的时钟脉冲后，由Q0~Q7输出，点亮相应位段。有四个数码管，具体哪一个选通，由51单片机P0.0~P0.3发出选通信号DIS0~DIS3来选择。测量数据在显示时需转化为十进制BCD码。由于本设计采用软件动态扫描实现数据显示功能,LED显示接口电路如图4。

　　图4 LED显示接口电路

　　3.4继电器接口电路

　　当温度或湿度高于或低于设定值时，需要通过继电器来控制，本设计选用继电器的型号为：G2R-1A-12DC，并使用了高耐压、大电流、内部由七个硅NPN 达林顿管组成的驱动芯片ULN2003A进行驱动，其接口电路如图5。

　　图5 继电器接口电路

　　3.5 复位电路

　　复位电路采用了高电平复位，刚上电时电容两端没有电压，三极管不导通，节点RESET

　　被R45拉至高电平，随着电容充电的进行两端电压逐渐升高，达到三极管进入导通状态，R45有电流流过，RESET电压降低，最后三极管饱和，reset点的电压只是三级管的饱和压降，0.3V左右，至此完成复位，复位时间是电容充电时间。复位电路如图6。

 1/2    1 2 下一页 尾页