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

2、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

3、，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）

4、；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）；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

5、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：-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、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

6、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，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

7、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

8、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 #include 1602.h#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

9、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 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 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

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