温湿度控制器(上下限继电器)设计报告

1、温湿度控制器设计报告本设计研究单片机数字温湿度控制器，通过全数字型温湿度传感器测量宽范围的温湿度数据，用来满足恒温湿车间控制、大棚温湿度控制等工农业生产领域需要，要求温湿度测量响应时间快、长期稳定性好，抗干扰能力强，具有较高的应用价值。一、 性能特点l 配用全数字型温湿度传感器DHT11，温度测量范围0-100，湿度测量范围0%RH90%RH，可以满足一般需要。若要求更宽测量范围，只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。l 温湿度测量响应时间快、长期稳定性好。l 采用先进的专用微处理器芯片STC89C52，可靠性高，抗干扰能力强。l 配用EEPROM芯片AT24C04，使存储的温度

2、上下限和湿度上下限可以掉电永久保存。l 可以通过四个按键方便地实现温湿度上下限的调整。l 当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。l 配用三极管和继电器，可以通过驱动继电器打开或切断风机、加热器等外部设备。二、 功能说明1、实时测量当前温度值和湿度值，在液晶屏动态显示。2、可以显示当前允许温度范围，在液晶屏显示，如“20-45”表示允许温度范围为20摄氏度至45摄氏度。3、可以显示当前允许湿度范围，在液晶屏显示，如“15-60”表示允许湿度范围为15%至60%。4、当温度低于温度下限时，低温报警灯亮，控制继电器动作。5、当温度高于温度上限时，高温报警灯亮，控制继电器动作。6、当湿度低于湿度

3、下限时，低湿报警灯亮，控制继电器动作。7、当湿度高于湿度上限时，高湿报警灯亮，控制继电器动作。8、可以通过键盘调整温度上下限和湿度上下限，具体方法是连续按设置键直至温度下限、温度上限、湿度下限、湿度上限相应的位置闪烁，再通过Up键和Down键调整数值，调整完毕继续按设置键进入正常状态。9、可以保存设置参数至EEPROM中，具体方法是按保存键，此时当前设置参数存盘，重新上电显示新的设置值。如果不按保存键，所调整的设置参数只在此次运行有效，关电后恢复原先设定值。三、 硬件设计1、设计框图本研究设计的温湿度控制器框图如图1所示。图1 温湿度控制器方框图图中STC89C52单片机每2秒钟从DHT11温

4、湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。液晶屏上同时可以显示温湿度上下限值，该上下限设置值保存外外部EEPROM存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上调或下调。当温度或湿度值超过上下限值时，报警信号点亮相应报警灯。同时该报警信号通过三极管驱动继电器，以控制外部风机或加热器。2、温湿度传感器器及检测电路图2 DHT11温湿度传感器外型及管脚DHT11温湿度传感器外型及管脚如图2所示。其中电源引脚的供电电压为 3.5-5.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。 DHT11典型

5、应用电路如图3所示，其连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻，图3 DHT11典型应用电路DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。 一次完整的数据传输为40bit，高位先出。 数据格式如表一：表1 DHT11数据格式3、单片机电路 (1) STC89C52 单片机特点l 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；l 工作电压： 5.5V - 3.5V（5V单片机）

6、；l 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的 080MHz；l 用户应用程序空间 4K/8K/16k/32K/64K字节；l 片上集成1280字节 RAM；l 通用I/O口（32/36个），复位后为准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）；l ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器。l 每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA；l 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；l 有EEPROM功能；l 看门狗；l 内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）

7、；l 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器；l 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟；l 常温下内部R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为： 11MHz 17MHz；l 共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；l 外部中断I/O口4路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒；l 通用全双工异步串行口(UART) ；l 工作温度范围

8、：-40 +85(工业级) / 0 75(商业级) ；l 封装：PDIP-40, PLCC-44。 (2) STC89C52 单片机管脚及封装STC89C52 单片机有多种封装形式，本设计中选用40DIP封装，其管脚定义如图4所示。其最小应用系统如图5所示。图4 STC89C52 管脚图 图5 单片机最小系统(4) 单片机电路由STC89C52组成的温湿度控制器单片机系统原理图如图6所示。图中DATA引脚为温湿度传感器单总线引脚，单片机通过该引脚和传感器通信，读取温湿度数据。K1、K2、K3、K4为四只调节按键，分别为设置键、上调键、下调键和保存键，用以调整温湿度上下限值并保存数据。L2、L3

9、、L4、L5为四只报警灯，其中L2为低温报警，L3为高温报警，L4为低湿报警，L5为高湿报警。图6 单片机系统原理图4、显示电路显示部分采用SMC 1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：表2 液晶屏技术指标接口信号说明如表3所示。表3 液晶屏接口信号说明与单片机接口电路如图7所示。图7 LCD与单片机接口电路5、温湿度上限存储温湿度阈值存储在EEPROM芯片AT24C04中，并可以通过K1K4按键调节并保存，其中K1、K2、K3、K4分别为设置键、上调键、下调键和保存键。AT24C04是IIC芯片，其电路如图8所示。图8 EEPROM存储电路6、继电器驱动电路当温湿度数据超过正常范围时

10、，单片机发出继电器动作信号。该低电平信号通过三极管方法，驱动继电器线圈得电，继电器结点动作。该结点可以控制空调、加热器、抽风机等电器，以控制温湿度范围。具体电路如图9所示。图9 继电器电路四、Portel电路图设计Protel是目前国内最流行的通用EDA软件，它是将电路原理图设计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台，是第一个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。它集成了软件界面、仿真功能和PLD设计和信号完整性分析，在此基础上Protel 99SE又增加了一些新的功能，用户使用更加方便灵活。Protel的功能十分强大，在电子电路设计领域

11、占有极其重要的地位。它以其强大功能和实用性，逐渐获得广大硬件设计人员的青睐，是目前众多EDA设计软件中用户最多的产品之一。Protel软件组成Protel软件主要由电路原理图设计模块、印制电路板设计模块（PCB设计模块）、电路信号仿真模块和PLD逻辑器件设计模块等组成，各模块具有强大的功能，可以很好的实现电路设计与分析。(1) 原理图设计模块（Schematic模块）电路原理图是表示电气产品或电路工作原理的重要技术文件，电路原理图主要由代表各种电子器件的图形符号、线路和结点组成。图4.1所示为一张电路原理图。该原理图是由Schematic模块设计完成的。Schematic模块具有如下功能：丰富

12、而灵活的编辑功能、在线库编辑及完善的库管理功能、强大的设计自动化功能、支持层次化设计功能等。 (2) 印制电路板设计模块（PCB设计模块）印制电路板（PCB）制板图是由电路原理图到制作电路板的桥梁。设计了电路原理图后，需要根据原理图生设计成印制电路板的制板图，然后在根据制板图制作具体的电路板。印制电路板设计模块具有如下主要功能和特点：可完成复杂印制电路板（PCB）的设计；方便而又灵活的编辑功能；强大的设计自动化功能；在线式库编辑及完善的库管理；完备的输出系统等。(3) 电路信号仿真模块电路信号仿真模块是一个功能强大的数字/模拟混合信号电路仿真器，能提供连续的模拟信号和离散的数字信号仿真。它运行

13、在Protel的EDA/Client集成环境下，与Protel Advanced Schematic原理图输入程序协同工作，作为Advanced Schematic的扩展，为用户提供了一个完整的从设计到验证仿真设计环境。在Protel中进行仿真，只需从仿真用元器件库中放置所需的元器件，连接好原理图，加上激励源，然后单击防真按钮即可自动开始。五、 软件编程1、软件流程图本设计软件主程序流程图如图13所示。图13 主程序流程图2、主程序 下面介绍main.c主程序编写，其他程序略。(1) 头文件和一些宏定义#include <reg52.h>#include "1602.h&

14、quot;#include "dht.h"#include "2402.h"(2) 管脚定义/定义三个LED灯sbit L2=P13;sbit L3=P14;sbit L4=P15;sbit L5=P16;sbit Key_SET = P32;/设置键sbit Key_UP= P33;/加 键sbit Key_DOWN = P34;/减 键sbit Key_SAVE = P35;/保存键sbit Relay = P20;(3) 常量、变量定义/定义标识volatile bit FlagStartRH = 0; /开始温湿度转换标志volatile bit

15、 FlagKeyPress = 0; /有键按下/定义温湿度传感器用外部变量extern U8 U8FLAG,k;extern U8 U8count,U8temp;extern U8 U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;extern U8 U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;extern U8 U8comdata;extern U8 count, count_r;U16 temp;S16

16、 temperature, humidity;S16 idata TH, TL, HH, HL; /温度上限和湿度上限char * pSave;U8 keyvalue, keySET, keySAVE, keyUP, keyDOWN;/定义变量U16 RHCounter;U8 FlagSet,hide;(4) 各子程序/数据初始化void Data_Init() RHCounter = 0; L2 = 1; L3 = 1; L4 = 1; TH = 40; TL = 20; HH = 85; HL = 20; keyvalue = 0; keySET = 1; keySAVE = 1; key

17、UP = 1; keyDOWN = 1; FlagSet = 0; hide = 0;/定时器0初始化void Timer0_Init()ET0 = 1; /允许定时器0中断TMOD = 1; /定时器工作方式选择TL0 = 0x06; TH0 = 0xf8; /定时器赋予初值TR0 = 1; /启动定时器/定时器0中断void Timer0_ISR (void) interrupt 1 using 0TL0 = 0x06;TH0 = 0xf8; /定时器赋予初值 RHCounter +;/设闪烁标志if (RHCounter>400) hide = 0;else hide = 1;/每

18、2秒钟启动一次温湿度转换 if (RHCounter >= 800) FlagStartRH = 1; RHCounter = 0; /存入设定值、void Save_Setting() pSave = (char *)&TL; /地址低位对应低8位，高位对应高8位 wrteeprom(0, *pSave); /存温度上限值TH低8位 DELAY(500); pSave +; wrteeprom(1, *pSave); /存温度上限值TH高8位 DELAY(500); pSave = (char *)&TH; wrteeprom(2, *pSave); /存温度下限值TL

19、低8位 DELAY(500); pSave +; wrteeprom(3, *pSave); /存温度下限值TL高8位 DELAY(500); pSave = (char *)&HL; /地址低位对应低8位，高位对应高8位 wrteeprom(4, *pSave); /存湿度上限值HH低8位 DELAY(500); pSave +; wrteeprom(5, *pSave); /存湿度上限值HH高8位 DELAY(500); pSave = (char *)&HH; wrteeprom(6, *pSave); /存湿度下限值HL低8位 DELAY(500); pSave +;

20、wrteeprom(7, *pSave); /存湿度下限值HL高8位 DELAY(500);/载入设定值、void Load_Setting() pSave = (char *)&TL; *pSave+ = rdeeprom(0); *pSave = rdeeprom(1); pSave = (char *)&TH; *pSave+ = rdeeprom(2); *pSave = rdeeprom(3); pSave = (char *)&HL; *pSave+ = rdeeprom(4); *pSave = rdeeprom(5); pSave = (char *)&

21、amp;HH; *pSave+ = rdeeprom(6); *pSave = rdeeprom(7); if (TL>99)|(TL<0) TL = 20; if (TH>99)|(TH<0) TH = 40; if (HL>99)|(HL<0) HH = 20; if (HH>99)|(HH<0) HH = 85;void KeyProcess(uint num) /键盘设置功能：通过设置键和加、减键修改当前设置，只有按下保存键才存盘，否则掉电不保存。 switch (num) case 1:/设置键按下，依次设定TLTHHLHH退出 Fla

22、gSet +; if (FlagSet>4) FlagSet = 0; L1602_char(1, 12, TL/10+48); L1602_char(1, 13, TL%10+48); L1602_char(1, 15, TH/10+48); L1602_char(1, 16, TH%10+48); L1602_char(2, 12, HL/10+48); L1602_char(2, 13, HL%10+48); L1602_char(2, 15, HH/10+48); L1602_char(2, 16, HH%10+48); break; case 2:/加键按下 if (FlagS

23、et=1) /设TL if (TL<100) TL+; L1602_char(1, 12, TL/10+48); L1602_char(1, 13, TL%10+48); if (FlagSet=2) /设TH if (TH<100) TH+; L1602_char(1, 15, TH/10+48); L1602_char(1, 16, TH%10+48); if (FlagSet=3) /设HL if (HL<100) HL+; L1602_char(2, 12, HL/10+48); L1602_char(2, 13, HL%10+48); if (FlagSet=4)

24、/设HH if (HH<100) HH+; L1602_char(2, 15, HH/10+48); L1602_char(2, 16, HH%10+48); break; case 3: /减键按下 if (FlagSet=1) /设TL if (TL>0) TL-; L1602_char(1, 12, TL/10+48); L1602_char(1, 13, TL%10+48); if (FlagSet=2) /设TH if (TH>0) TH-; L1602_char(1, 15, TH/10+48); L1602_char(1, 16, TH%10+48); if (

25、FlagSet=3) /设HL if (HL>0) HL-; L1602_char(2, 12, HL/10+48); L1602_char(2, 13, HL%10+48); if (FlagSet=4) /设HH if (HH>0) HH-; L1602_char(2, 15, HH/10+48); L1602_char(2, 16, HH%10+48); break; case 4: /保存键按下 Save_Setting(); FlagSet = 0; break; default: break; /* 名称 : Main()* 功能 : 主函数*/void main()

26、U16 i, j, testnum; EA = 0;Timer0_Init(); /定时器0初始化 Data_Init();EA = 1;L1602_init();L1602_string(1,1," Welcome to T&H ");L1602_string(2,1," Control System! ");/延时for (i=0;i<1000;i+) for (j=0;j<1000;j+) ; /清屏L1602_string(1,1," ");L1602_string(2,1," ");

27、L1602_string(1,1,"Tem: C - ");L1602_string(2,1,"Hum: % - "); /载入温度上限和湿度上限设定值Load_Setting();L1602_char(1, 12, TL/10+48);L1602_char(1, 13, TL%10+48);L1602_char(1, 15, TH/10+48);L1602_char(1, 16, TH%10+48);L1602_char(2, 12, HL/10+48);L1602_char(2, 13, HL%10+48);L1602_char(2, 15, HH/

28、10+48);L1602_char(2, 16, HH%10+48);while(1) /温湿度转换标志检查 if (FlagStartRH = 1) TR0 = 0; testnum = RH(); FlagStartRH = 0; TR0 = 1; /读出温湿度，只取整数部分 humidity = U8RH_data_H; temperature = U8T_data_H; /显示温湿度 L1602_int(1,5,temperature); L1602_int(2,5,humidity);/闪烁显示if (hide = 1) switch (FlagSet) case 0: break;

29、 case 1: L1602_string(1,12," "); break; case 2: L1602_string(1,15," "); break; case 3: L1602_string(2,12," "); break; case 4: L1602_string(2,15," "); break; else L1602_char(1, 12, TL/10+48); L1602_char(1, 13, TL%10+48); L1602_char(1, 15, TH/10+48); L1602_char(

30、1, 16, TH%10+48); L1602_char(2, 12, HL/10+48); L1602_char(2, 13, HL%10+48); L1602_char(2, 15, HH/10+48); L1602_char(2, 16, HH%10+48);/温湿度控制/温度低于下限if (temperature < TL) L2 = 0; else L2 = 1; /温度高于上限if (temperature > TH) L3 = 0; else L3 = 1; /湿度低于下限if (humidity < HL ) L4 = 0; else L4 = 1; /湿度高

31、于上限if (humidity > HH) L5 = 0; else L5 = 1;/控制继电器动作 if (temperature<TL)|(temperature>TH)|(humidity<HL)|(humidity>HH) Relay = 0;else Relay = 1; /键盘查询，在弹起时响应if (Key_SET)&&(keySET=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue = 1; /设置键值1 else if (Key_UP)&&(keyUP=0) FlagKeyPress = 1; keyva

32、lue = 2; /上 键值2 else if (Key_DOWN)&&(keyDOWN=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue = 3;/下键值3 else if (Key_SAVE)&&(keySAVE=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue = 4;/保存键值4if (FlagKeyPress = 1) KeyProcess(keyvalue); FlagKeyPress = 0; if (!Key_SET) keySET = 0;else keySET = 1; if (!Key_UP) keyUP = 0;else keyUP = 1; if (!Key_DOWN) keyDOWN = 0;else keyDOWN = 1; if (!Key_SAVE) keySAVE = 0;else keySAVE = 1;DELAY(500); 六、 下载与调试提供例程在uVision4环境下编译，如果是其他版本uVision，只需将所有.c和.h 文件拷贝至新建项目，重新编译即可。当编译生成.hex文件后