单片机温湿度传感器系统

摘要：本文设计了基于ATC51单片机，温湿度传感器SHT11,液晶LCD1602，串口MAX232通讯以及Visual Basic编写的上位机软件的温湿度检测控制系统。实现了对环境温湿度的实时数据进行采集和显示，存储并记录，键盘输入温湿度的上下限值和预置值，环境温湿度超过上下限值蜂鸣器报警，指示灯提示，并且可以通过上位机远程设置上下限值，查询各时间段的温湿度情况等功能。

0.引言

随着现代工业的逐步发展，温度、压力、流量和液位是4种最常见的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉，反应炉和锅炉的温湿度进行控制，然而用常规的控制方法潜力有限，难以满足较高的性能要求。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且还可以大幅度提高被测温湿度的技术指标，从而能大大提高产品的数量和质量。

该设计主要作用是实时采集和显示环境中温湿度值，当环境温湿度超过设定值系统发出声光报警，可以通过按键和上位机调节上下限值，上位机实时显示温湿度值并保存，可以查询各个时间段温湿度情况。

1. 系统的硬件设计

此设计以ATC51基本系统为核心的一套检测控制系统，其中包括温湿度采集模块、液晶显示模块、按键设置模块、串口通讯模块等部分的设计。系统总体方框图如图1.1。

晶振电路 LCD1602显示 复位电路 ATC51 温湿度SHT11 按键检测 串口通讯MAX232 蜂鸣器报警 LED报警

图1.1系统总体方框图

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本设计由信号采集，信号分析处理、信号显示以及与上位机通讯四个部分组成： （1）.信号采集：由温湿度传感器SHT11完成； （2）.信号分析处理：由单片机完成；

（3）.信号显示：由液晶LCD1602,LED和报警电路完成； （4）.与上位机通讯：由MAX232完成； 1.1温湿度采集模块： 1.1.1SHT11工作原理：

SHT11的湿度检测运用电容式结构，并采用具有不同保护的“微型结构”检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还可抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单一的个体，因而测量精度较高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器之间随温度梯度变化引起的误差。CMOSensTM技术不仅将温湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大器、模／数转换器、校准数据存储器、标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片内。

SHT11的每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。SHT11传感器的校准系数预先存在OTP内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个14位的A/D转换器相连，可将转换后的数字温湿度值送给二线I2C总线器件，从而将数字信号转换为符合I2C总线协议的串行数字信号。

1.1.2SHT11与单片机连接图： 如图1.2：

图1.2 SHT11与单片机连接图

液晶显示模块： LCD1602介绍： 1602LCD主要技术参数：

显示容量:16×2个字符；芯片工作电压:4.5—5.5V；工作电流:2.0mA(5.0V)；模块最佳工作电压:5.0V；字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm；

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LCD1602操作方法：

对LCD1602的操作主要分为写命令和写数据，写命令就是来确定字符显示的位置，光标显示与否，是否整屏移动与否等等，写数据就是确定显示的内容。

LCD1602与单片机连接方法：

如图1.3：

图1.3 LCD1602与单片机连接图 1.2.3 按键设置模块：

因为本设计需要用的按键数目较少，所以采用按键，共设置三个按键，第一个按键为功能键，第二个按键为加一键，第三个按键为减一键。这三个按键用来设置温湿度的上下限值。与单片机的接法如图1.4：其中4，5，6分别接单片机的I/O口。

图1.4 按键原理图

串口通讯模块：

串口通讯采用MAX232,主要用来与上位机进行通讯，把温湿度传感器采集到的温湿度值传给上位机，上位机对其保存，并且接收上位机发送过来的温湿度上下限值，单片机收到后修改温湿度上下限值并保存。与单片机连接方法如图1.5：

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图1.5 MAX232与单片机连接图 2.系统的软件部分设计：

温湿度控制主程序的设计应考虑以下问题：（1）温湿度显示；（2）串口中断与上位机通讯（3）越限报警和处理。（4）T0定时器按键扫描。通常，符合上述功能的温度控制程序由主程序，T0中断服务程序和串口中断服务程序三部分组成。

2.1 T0中断服务程序流程图：

保护现场 T0中断 设定500ms Y 500ms时间到？ N 重装时间常数 按键检测 恢复现场

2.2主程序流程图：

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开始 液晶初始化 T0初始化 串行口初始化 温湿度采集 是 是否超限 否 声光报警 显示 0 串口接收标志将数据发送至上位机 1 处理接收到的数据

2.3 串口中断服务程序流程图：

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串口中断 满足8个字符？ 置位标志位 恢复现场 返回

3.测试结果：

经过测试，该设计可以实时显示温湿度值，可以通过按键调节上下限值，可以声光报警，上位机可以向单片机发送指令以及单片机可以向上位机传送温湿度数据，完成了所有要求的设计功能。图1.6，图1.7为部分测试结果图示：

图1.6 液晶显示界面

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图1.7 上位机测试界面 4.结论：

本系统是基于单片机C51的处理，借助温度传感器与湿度传感器的测量，可以完美的实现对环境温度，湿度的监测，实时显示环境的温度和湿度，并在温度或湿度达到设定值上限时，报警系统会发出声音报警，同时，该系统可以与上位机互通数据，可以实现远程监测功能。此系统完全能运用于工业生产、环境测量、货物保管等部门。它结构紧密、调试按装方便、可塑性强，经长期使用性能稳定可靠。

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。

随着社会的发展，传感器的作用越来越突出。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

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