毕业设计论文123

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摘要

温度和湿度与人类生活发展密不可分。在人类的生活环境中，温湿度度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温湿度打着交道。因此温度和湿度的监控对工农业等日常生产智能化和自动化非常重要。 本设计利用了单片机能够分析和处理并温度传感器与湿度传感器采集到的数字信号，在经过温度和湿度监控系统做出判断，再来实现对室内温度和湿度的智能化及自动化的监控。温度采集传感器由PT100器件完成，湿度数据的采集由HS1101传感器完成，ADC0809转换器把采集到的湿度和温度模拟信号转换成单片机可接收的数字信号，并输入AT89C51单片机内部实现自动分析与处理 。当实际温湿度不在预设范围内，声光报警器，并自动调节温湿度，也可以手动调

节温湿度，从而更好的控制温湿度。

关键词 AT89C51 PT110 HS1101 智能化

Abstract

Temperature and humidity are closely related to the development of human life.In the living environment of human beings，Temperature and

humidity play an extremely important role.No matter where you live,What work to do,All the time not to deal with the temperature and

humidity.Therefore the temperature and humidity monitoring of the daily production of intelligent and automation is very important. The design of the temperature and humidity monitoring system can be used to monitor the temperature and humidity of the collected data for real-time analysis and processing,And make judgments in a timely manner,So as to realize the automation and intelligence of temperature and humidity monitoringThe temperature data acquisition is completed through the PT110 temperature sensor, the humidity data acquisition is completed through the HS1101 sensor,The digital signal is introduced into AT89C51 single chip microcomputer for processing and analysis. When the actual temperature and humidity is not in the preset range, sound and light alarm, and automatically adjust the temperature and humidity, you can manually adjust the temperature and humidity, so as

to better control the temperature and humidity. key word PT110 HS1101 AT89C51 intelligent

第一章 概述

温度和湿度与人类生活发展密不可分。在人类的生活环境中，温湿度度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温湿度打

着交道。自18世纪英国工业革命以来，工业发展对是否能掌握温湿度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药、保鲜、军事、生活环境等各行各业，可以说几乎80%的行业部门都不得不考虑着温湿度的因素。因此温湿

度的对社会发展，人类生活起到直接而又重要的干扰作用。

1.1研究背景

21 世纪以来，科技推动着社会不断向前进步，使得人们的生活水平也有很大的提高，人们对生活质量的要求也越来越高，不单单在是吃穿住行的物质生活的提高，更多的是精神需求的提高，其中优良的室内生活环境自然也是提高生活质量的重要组成部分。然而，随着科技的快速进步，现代工业迅猛发展，人们生活的环境情况变化较大，各行各业各种气体的排放，使得环境自动调节温湿度的能力下降，使人们的生活环境发生了很大的变化，虽然我们不能改变大气中的温湿度，但我们可以改善室内的温湿度，让我们生活在自己理想和舒适的环境中。因此，对室内环境的良好控制也成为了人们对生活的基本要求，成为构建幸福家庭、和谐社会的重要元素。而温度湿度又是良好环境基本、最重要的两个因素。因此，在现代生活中，加强对室内温温湿度的检测与控制，是保证我们的生活与 工环境良好的重要条件。所以，我们就需要一种不仅能检测温度和湿度，而且还要能对温度和湿度进行调节的系统装置。此系统装置需要满足使用简单、易于观察、自动报警、自动调节和便于控制等要求，方便人们根据不同时节以及自身的需要进行的调整，使自己的生活环境、工作环境达到理想的目标。这不仅仅是对

我们生存环境的改善，同时也能体现出现代科技带给人们的好处，体现了社会的

的发达与进步。 1.2国内外发展现状

如今随着科技的快速发展，国内外温度传感器和湿度传感器的形式各式各样，再加之人们在各种环境下工作和实验，使之温度和湿度传感器的种类是五花八门，同时单片机和大规模集成电路技术的不断发展与成熟，出现了很多性能高，可靠性强的单片机数据采集系统，但是利用单片机检测控制系统来监控温度和湿度的实验例子缺十分稀少。随着经济和社会的不断发展，人们对自己生活环境的要求越来越严格，特别是在一些特殊的工作区域和实验基地中，温度和湿度的监控要求是十分的严格。基于单片机的室内环境监控系统设计，将会实现对室内温度和湿度的监控做出详细的分析和处理，采用性能极高的控制芯片与可靠性强、精度准的温度传感器和湿度传感器，逐步向模块化、高速化和智能化及自动化的单片机控制系统靠拢。将此系统应用于生活、工作等环境中，无疑提高了人们的生活

品质和工作效率。

从20世纪70年代到现在，中国不停地从美国、德国、日本等发达国家先后引进了先进的温室农业技术，并不停的在吸收和总结改善发达国家先进的温湿度控制技术的基础上，我国的科研人员相对加深的研究，并建了全国范围内第一个计

算机应用研究基地，

来自清华大学的郑学坚第一次说了一下应用单片机的监控人工恒定温度实验箱的技术，其次是来自农业科学院徐师华报道了Z-80C温室的硬件和软件的实施方案。1966年，江苏理工大学制作出室内环境监控系统，可以智能化的监控室内温度和湿度，当超出预设范围的温度和湿度，系统实现自动调节。虽然中国在智能监控技术领域获得了一定的成绩，但在多因数监控方面和欧美相比还是有很大的差距，差不多都是一些单一因子的监控，没有全面综合的研究。目前欧美发达国家正在致力研究和发展温室环境的监控，通过单片机来检测和控制作物生长必须物质的量，来满足室内作物的生长，1974年荷兰作为全球第一位首创者，研究出计算机控制的CECS。1978年日本东京大学的学者们，不懈努力的研制微型计算机温室环境监控系统，并取得一定的成果，现在一些欧美等发达国家可以根据作物的生长需要，来控制室内的多元素因子（温度、湿度、二氧化碳）。另外，欧美发达国家室内环境监控技术正在高速发展，特别是远距离检测、区域

网络。控制的范围室外环境的监控。

1.3本设计的主要内容

本设计可以通过对外界温度和湿度的采集来控制温度和湿度调节器的启停以及自动智能调节室内温湿度。同时还能随着人们的思想，随时改变室内的温度和湿

度，并通过单片机的监控系统，让温度和湿度保持在特定的范围内。同时当温度

或者湿度超出预设的范围，自动启动声光报警器进行报警和自动调节。

主要使用器件如下： PT100热敏阻传感器 HS1101湿度传感器 ADC0809转换芯片 AT89C51单片机 MAX721显示芯片 温度调节器、湿度调节器

第二章 总体方案设计

本设计是利用单片机能对数字信号加以分析处理，温度传感器和湿度传感器是通过把温度和湿度的变化来影响自身电容、电阻的变化来生成模拟信号，ADC0809转换器能够把传感器生成的 模拟信号转变成单片机可识别的数字信号，同时输进单片机，进过分析处理，把当前环境中的温度和湿度信息通过显示器传递给人们或者通过温湿度监控系统，来调节当前环境温度和湿度。本设计的采用了AT89C51单片机为核心的温度和湿度监控系统，整个系统由AT89C51

单片机、时钟电路、复位电路、A\\D转换器、键盘控制电路、声光报警电路、

温度和湿度调节电路等组合而成。

2.1方案选择

方案一；由PT100热敏电阻温度传感器和湿度传感其HS101实实在在的采集温度和湿度数据，再由ADC0809对温度和湿度传感器产生的模拟信号转换成单片机识别的数字信息，并且将转换后的数据信息传入AT89C51单片机进行存储及判断识别处理，然后将转换后的数字信号输入AT89C51单片机，将采集到的实际温度与湿度和预设的数值区域作大小比较，如果环境实际温度和湿度不在预设区域内，则自动声光报警和自动调节室内温度和湿度，如果在预设区域内，则在不同的CLE显示器显示当前实际环境温度和湿度。其中PT100热敏电阻传感器的采温范围为-210℃～+390℃，它还有很好的抗干扰性、运行起来十分的稳定、

测量数据的精度很高、优点。HS1101湿度传感器可采集的湿度范围是0%~90%RH最小区分度为1%RH。该方案可实时显示当前温度、湿度数值，

还能自动调节室内的温度和湿度。

方案二；采集瑞士Sendirion公司研究的先进集温度传感器和湿度传感器与一体的数字SHT71传感器，并且还包含了集成发大电路，模拟量转数字量的转换器和可以传递数字信号的接口。其还可以同时采集温度和湿度信息，在经过核心单片机对转换后的数字信号加以分析判断并保存，随后将分析判断过的数据传给数

码管，同时向温度和湿度调节电路发出调节指令。

综上所述，方案一采用的是不同的传感器分别对温度和湿度进行采集，并经过外在的A\\D转换，他可以增加设计的复杂性，更加贴近我们的学习和实验。方案二采用先进的传感器，完完全全简化了设计，让我们的了解到的知识和所做的实

验变得简单。因此本设计采用方案一。

2.2系统总体方案设计

本设计是把单片机作为控制中心，让热敏电阻温度传感器和电容湿度传感器作为采集器件，监控技术等，组建一个环境监控系统。总体设计大体能够温度采集电路、湿度采集电路、声光报警电路、键盘控制电路、显示电路、温度监控电路、

湿度监控电路。

选用的主要器件有：AT89C51，PT100热电阻温度传感器，HS1101湿度传感器，MAX7219芯片和数码管组成显示模块，ADC0809作为A\\D装换器，降温装置制冷，升温装置加热器，加湿装置喷水雾器，除湿装置除湿器，声光报警装

置蜂等，监控系统总体方框结构图如下图2-1所示。

系统总体方框图 2.3系统功能

（1）采用适合核心控制芯片、采温传感器、采湿传感器和显示器等 （2）也能够手动方便地使用按键电路按键设定控制想要的温度和湿度数值,系统能够自动将温度和湿度调节至此预定温度和度值并能保持,直至重新设定为另组

一温度值和湿度,即能实现温度和湿度的自动调节。

(3)能够实现把测量出来的温度和湿度的准确数值，并且通过控制面板上的数码

管同步展现出来。

(4)实现超越数据的及时报警，并启动控制系统，实现自动控制的目的。 （5）现场检测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力。

（6）模块化设计,安装拆卸简单,维修方便。

（7）尽可能使用普通的、常用的随处可见的器件,如果出现问题,可以在市场上

随处买到。 2.4系统工作流程

基于AT89C51单片机的监控工作过程如下；热敏电阻传感器和电容湿度传感器将室内的温度与湿度测量出来，将相应的模拟信息传送给ADC0809转换器，并通过其转换，生成相应的数字信息，在传人单片机，经过单片机和分析判断和存

储，并发出相应的显示和控制指令。

当检测的湿度值高于设定的湿度值范围时,单片机将使P0.3输出低电平,停止加湿器加湿;同时使P0.2输出高电平,使除湿器进行除湿；当检测的湿度值低于设定的湿度值范围时, 单片机将使P0.2输出低电平,停止除湿器除湿;同时使P0.3输

出高电平,使加湿器进行加湿{1}。

当检测的温度值高于设定的温度值范围时,单片机将使P0.0输出低电平,三极管断电，电磁触头收起来，停止加热;同时使P0.1输出高电平,三极管通电，电磁触头放下来，降温器进行降温；当检测的湿度值低于设定的温度值范围时, 单片机将使P0.1输出低电平,三极管断电，电磁触头收起来，停止降温器降温;同时使P0.0输出高电平,三极管通电，电磁触头放下来，加温器加温。系统工作流程图

如下图2-2 所示。

系统工作流程

第3章 硬件设计

单片机是整个系统的高级监控机构，相当于人的大脑，决定和支配着外部电路的动作，进而实现相应的功能。硬件电路采用的模块化设计，不同的模块只能实现一个相应的动作，最后在将各个模块搭建在一起，组建一个高级多能能的监控系统，这种的设计方法完全削弱了设计者的难度，使其不会被搞晕。本系统关键硬件设计由供电电源电路、温度监控调节电路、湿度监控调节电路、ADC0809转

换芯片、数码显示器组成。

3.1主控电路

3.1.1 AT89C51单片机

本设计采用的单片机是常见的AT89C51，框图如下图3-1所示。

图3-1 AT89C51引脚图

AT89C51单片机是一种工作需求电压很低，性能十分高，稳定性很强、可控性好的的单片机，并且自身内部含有4K字节能够反复擦写的程序存储器。此类单片机在生成过程中使用了ATMEL公司先进的有关分析处理数据的技术，并且能够实现与其他单片机的兼容。其内部自带8位中央处理器以及存储空间，特别是

一些比较先进的单片机被使用在监控系统中。

3.1.2AT89C51引脚介

P3口不但能作为I\\O口，其更重要的是其他功能的体现，其功能说明如下表所

示 表3-1

RST是复位信号的写入口，当振荡器在执行命令时，RST拐角会出现至少两个周

期以上的高电平，让单片机停止工作。

ALE是当单片机访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲是用来锁存地址的低8位字节。即使单片机不访问外部存储器时，ALE会以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或者用于定时目的。值得注意的是：每当访问外部数据存储器它跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还能用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置之后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应该把ALE

设置为无效。

PSEN是程序储存允许输出，是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期中PSEN两次有效，也就是输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号将不会

出现。

EA是 外部电路访问允许，想让中央处理器只是查询爱步程序存储器时，EA不

能咋高电平，一定要接地。

XTAL1：作为震荡电路与反相放大电路和单片机内部时钟发生器共同的输入端。

XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。

3.2时钟电路和复位电路

3.2.1时钟电路

AT89C51单片机在实际应用中，时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片机自身内部不同微小操作的时间基准。在此基础上，控制器将按照指令的功能并且产生一系列在时间上有一定先后次序的信号，这些信号是用来控制相关的逻辑

电路工作，实现指令的功能的指令。时钟电路图如下图3-2所示。

AT89C51时钟电路 3.2.2复位电路

复位电路是给单片机还没有工作之前，给即将开始的动作做好准备的电路 本设计在对复位电路设计上采用电复位和手动复位。这样使用起来比较方便，就算是在程序飞快的运行时，我们也可以通过手动复位，让程序停下来，不需要

再去重新单片机电源。其Protel DXP电路图如下图3-3所示。

AT89C51复位电路 3.3测温电路设计

本设计系统采用的PT100热敏传感器当温度信号采集原件，同时使用LM741

为核心为放大电路。

3.3.1 PT100

PT100热敏电阻传感器是和温度变化成正相关变化的传感器，其有关系数如下

所示；

① 测量范围：-210～+390℃； ② 允许偏差值℃： A级 ， B级 ；

③ 响应时间＜30s；

④ 最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；

⑤ 允通电流≤5mA。

另外，PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压、抗低温等优良的特点。鉑热敏电阻的线性较好，在0～100摄氏度之间变化时，最大

非线性偏差不超过0.5摄氏度{2}。鉑热电阻阻值与温度关系为：

① 当-200℃＜t＜0℃时，

（3-1）

② 当0℃≤t≤850℃时，

（3-2）

式中，A=0.00390802 ；B=-0.000000580； C=0.0000000000042735。可见PT100在温度范围为0～100摄氏度区域内的变动的线性度是十分的号，它

的电阻值表达式可大约当作：

（3-3）

当温度变化1℃，PT100阻值近似变化0.39。

3.3.2放大电路设计

热敏电阻测温是利用金属导体的电阻值随温度的变化而成正相关变化这一特性来进行温度测量的。通常将热电阻放在电桥的桥臂上，当温度变化时，热电阻两端的电压信号会被送到仪器放大器LM741的输入端，经过仪器放大器放大后，将放大的信号输送给A/D转换芯片，从而把热敏电阻的阻值转换成单片机接收

的数字量。其放大电路原理图如下图3-4所示。

-

图3-4信号采集与放大电路

在模拟信号放大这块，我们使用了低价格、高精度的仪器放大器LM741，它运用方便，便于人为计算，也可以通过外接电阻，更加方便的进行各种增益（1-1000）

的调整{3}。其增益计算公式为：

(3-4) 温度值计算过程： 由于A/D检测到的模拟电压值

（3-5）

通过上述计算得到的值，可利用3-6的计算公式求出温度：

(3-6) 其中，。

3.4测湿电路设计

本设计采用HS1101电容传感器来采集湿度信号。同时使用了NE555N时基芯

片。 3.4.1 HS1101

HS1101是一种不同于普通测湿器件，它具有特定的生产技术设计的电容器件，它具有其他类型的器件可以实现大批量生产，成本低，使用范围广，可使用于办

公室自动化，住宅内空气质量控制，工业控制系统等各个行业和地方。

它有以下几个显著的特点：

1.全互换性，在标准环境下不需再去进行繁琐的校正。

2.长时间潮湿环境下可以快速脱湿。 3.可以自动化焊接，如波峰或水浸。 4.具有很高的可靠性和长时间工作的稳定性。

5.具有专利的固态聚合物结构。

6.可使用于线性电压电路或者频率输出回路。

7.反应快速，耗时短。

HS1101的简单物照图如下图3-5所示。

HS1101实物照

HS1101传感器在相对湿度在0%～100%RH范围内；电容量由162pF变到200pF,其误差不会超出2%RH；响应时间不会超出5s；温度系统为0.04pF/℃。

可见其精度之较高。其湿度－电容响应曲线如下图3-6所示。

相对湿度百分比 HS1101湿度电容响应曲线 3.4.2测湿电路的选择

HS1101电容传感器，在电路构成中和电容元器件的功能是完全相同的，它的电容量大小会随着所测空气湿度的改变成正相关变化{4}。关于如何将电容的变化

量准确地转变为单片机易于接受的数字信号时，常用两种方法{5}: 方法一；将HS1101置于运放电路与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正

弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号{6};

方法二；将HS1101置于NE555N振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反

比的电压频率信号，在经过A\\D转换，可直接被单片机所采集。

3.4.3 NE555N时基电路

NE555N芯片是一个能产生精确定时钟脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200mA.。在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容所确定；当其在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容所确定，它可以延时数微秒甚至几个小时{7}。其工作电压范围

为：4.5V16V。NE55N框图结构如下图3-7所示。

NE555N框图结构图

NE555N引脚功能介绍如下表所示

表3-2

3.4.4 基于555振荡电路的湿度测量电路设计

由HS1101和NE555组成的采湿电路的电路设计原理图如图3-8所示。

测湿电路

NE555电路功能的简单概括为:

当6号引脚和2号引脚一起写入“1”时，3号引脚写出是“0”；当6号引脚和2号引脚一起写入“0”时，3号引脚写出是“1”；在NE555N电路时基电路中，NE555N就是因为这特点，才被选作多多稳态触发器输出频率信号。 当电源接通时,由于6和2端的输入为“0”,那么定时器3端输出为“1”又由于HS1101两端电压为0,故 通过R5和R1对HS1101充电，当HS1101电容电

压达到2/3时，输出由“1”变为“0”，

这个时候NE555N定时器的内部的放电BJT的基极电压为“1”,放电BJT导通,从而使电容HS1101 通过R1 和内部放电BJT 进行放电,当C1 两端电压降低到/3 时,定时器又翻转,使输出变为“1”,内部放电BJT 截止,VCC 又开始通过R2 和R3 对C1 充电,如此周而复始,形成振荡。其工作循环中的充电时间为=0.7(R2+R3)C1；放电时间为 = 0.7R3*C1； 输出脉冲占空比为q ＝(R2+R3)/(R2+2R3),为了使输出脉冲占空比接近50％,R2应远远小于R3。当外界湿度变化时,HS1101 两端电容值发生改变,从而改变定时电路的输出频率。因

图3-13 MAX7219与LED数码管连

3.7调节电路设计 3.7.1湿度调节电路

当检测的湿度值高于设定的湿度值范围时,单片机将使P0.3输出低电平,停止加湿器加湿;同时使P0.2输出高电平,使除湿器进行除湿；当检测的湿度值低于设定的湿度值范围时, 单片机将使P0.2输出低电平,停止除湿器除湿;同时使P0.3输

出高电平,使加湿器进行加湿{13}。湿度调节电路如下图3-14所示。

湿度调节电路 3.7.2温度调节电路

当检测的温度值高于设定的温度值范围时,单片机将使P0.0输出低电平,三极管断电，电磁触头收起来，停止加热;同时使P0.1输出高电平,三极管通电，电磁触头放下来，降温器进行降温；当检测的湿度值低于设定的温度值范围时, 单片机将使P0.1输出低电平,三极管断电，电磁触头收起来，停止降温器降温;同时使P0.0输出高电平,三极管通电，电磁触头放下来，加温器加温，电路设计图如下

3-1{14}。

温度调节电路 3.8声光报警电路

报警电路的设计在每一个设计和实验中是不可缺少的，他能自动提醒人们，实验不在安全和规定的范围内。报警电路的种类很多，有语音播报的，有闪烁灯光报警、声光报警的等等，本设计采用了声光报警电路，它能给人听觉和视觉上的双重报警，让人们多触觉方面的接受报警信息。本设计声光报警说明介绍如下； 当温度和湿度在设定范围内，p2.4输出高电平，绿灯亮，报警器报警。 当温度不在预设范围，p2.4输出低电平，绿灯灭，p2.5输出高电平，红灯亮，报警器响；当温度回到设定区，p2.5输出低电平，p2.4输出高电平绿灯亮，报

警器不报警{15}。

当湿度不在预设范围，p2.4输出低电平，绿灯灭，p2.6输出高电平，黄灯亮，报警器响；当温度回到设定区，p2.6输出低电平，p2.4输出高电平绿灯亮，报

警器不报警。声光报警电路图如下图3-15所示。

声光报警电路 3.9电源电路的设计

设计一个合理的电源是非常重要的，一个好的电源设计，不仅可以减少电路的复杂程度，而且会使电路的抗干扰能力大大增强，才能保证系统的稳定性。所以

在设计电源的时候，一定要认真细心。

系统中主要的用电设备为：传感器、显示器，ADC0809芯片、AT89C51等需要直流 5V 电压，而温度改善装置则需要直流12V 的电压。 电源系统采用的是市电，即 220V/50Hz 的交流电来供电,因此设计一个电源电路时，必须采用满足电压、电流、和稳定性的条件，需要经过降压、整流、滤波，再经过 78H125 才能将 220V 的交流电最终变为 12V 的直流电，12V在经过LM7805把12V

变成5V的直流电。

其中LM7805期间内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节电器相比，可以使用更小规格的滤波原件，它只有输入端，输出端及公共端3个引脚，内部使用过流保护、过热保护以及调整管安全保护电路，由于需要外接元件少，使用方便、可靠、所以它可以作为一个稳压电源{16}。这样利用市电，一是为了方便；二是可以节约成本。由 220V/50Hz 的交流电压

产生 12V ，,12V变5V的电压的电路图如下3-16所示。

第四章 软件系统设计

单片机的硬件和软件开发是单片机系统设计最重要的两个过程，硬件电路基本实

现温度和湿度的检测，通过MAX7219高集成化的数码管显示，实时环境温湿

度的基本信息，另外就是报警电路在温湿度超出预设范围自动报警。 软件设计的好坏直接关系着系统运行情况的良好。因本设计涉及的模块较多，所

以软件的设计也采用模块化的设计{17}。

4.1程序设计

本设计的软件设计主要包括主程序、读出温度程序、复位应答程序、写入子程序以及温度和湿度传感器的程序（初始化子程序、写程序和读程序）。主程序对模块进行初始化。而后调用读温度湿度、处理温度湿度、显示、键盘和继电器各模块。用的是循环查询方式，来显示和控制温度和湿度。在读取温度和湿度模块子程序，不管什么时候都要对传感器按照其工作过程协议和说明进行操作，处理过程是开始、初始化、操作指令、保存数据指令，判断处理信息的顺序来操作。

一个应用系统要完成各项功能，首先要有完整的硬件电路作保障，同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多有硬件完成的工作，都可以通过软件编程而代替{18}。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得十分简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用了器内部丰富的硬件资源好软件资源，采用51系列单片机相对的

结构程序设计进行软件编程。

其中主程序主要实现系统的初始化，键值处理，A/D转换，显示数据。

系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，ADC0809的初始化，通信缓冲区的初始化），LED

显示的初始化，输出端口的初始化，采集、累计数据的初始化。

键值处理包括对系统三个键的判断与处理,A/D转换包括数据转换.显示数据包括数据转换（主要实现将各类参数、测量数据、计算累计值等转换成LED显示所需的数据类型）和显示屏的刷新（包括刷新采集数据屏和根据按下的键更改显示

屏）。子程序主要由温度信号采集程序和键值处理程序等。

其程序流程图如下图4-2所示。

图4-2 程序主流程图

4.2键盘管理

键盘管理软件包括键盘消息接收和键盘消息处理两个部分。

按键软件消息的收取主要指当操作者按下某个按键以后，单片机立即对按键键盘接口的分析和判断，接受键盘所传递的信号，立刻查找按键获取信息并存储。键盘对获得消息的处理方法是通过查找相关设计，取出键值，并按照所查找的信息

分析和区分做出动作，在本设计中，其按键有“+”、“-”、启停、切换按键，

每一个按键处理程序都在控制电路中运行。

其流程图如图4-3。

键盘程序图 4.3模拟量的采集与处理

由于不同地点的有不同的温湿度和干扰的存在，可能导致A／D转换的结果与室内温度和湿度出现差异，为了提高系统的可靠性和信号的真实性，采用程序计算的方法对采样信号进行平滑加工，从而克服虚假信号，这种算法称为数字滤波。

数字滤波的方法有以下几种：

①限幅滤波，其基本方法是通过比较相邻(n和n-1时刻)的两个采样值和，如果它们的差值过大．超出了参数可能的最大变化范围，则认为发生了随机干扰，并

视后一次采样值为非法值，应予剔除

① 限幅滤波法，就是相邻采样值相互比较，如果某两个数值差距过大，超过了

可取值的最大范围，则直接去掉。

② 中值滤波法，就是不停地多次采样，但采样次数必须为奇数，取其最中间的

数值作为采样标准。

③ 算术平均滤波法，就是不停的多次采样，然后然后求多次采样数值的平均值。

计算公式为；

因为算术平均滤波方法简单、数据采集更加精确，滤波结果就是对多地点温度和湿度多次测量，然后取其的平均值，更加真实的反应了被测温度和湿度的大小，因此，本系统采用了算术平均滤波法。设计时，温度传感器和湿度传感器产生的模拟电压信号先送入模拟量采集器，其一次采样周期为T，按顺序把个信号一次送入A\\D转换器一次性全部装换。为了更真实的获得被测信息，减少外在干扰每一个传感器在20ms内获取4次信号。也就是采样周期为5ms。当4次采集到的数据平均化，这个平均值就是本次采集的数据。当4次采集完事后，将信息换换成有用的量，在传送至各个控制系统和报警电路，同时判断是否应当报警。

流程图如下图4-4所示。

模拟量采集流程图

从传感器输出的是一个模拟信号，ADC0809的作用就是要把这个单片机不能识别的模拟信号转换成一个可以读取的数字信号。这时所用到的计算机思想就是插值法[19]。即当ADC0809的输入与输出特性为非线性时，可以用一个单调非线性函数来表示。将x平均分成几个小段，每一个小段的两头都对应一个输出，然后把这些整理成数据库保存起来，每次测量的数值都会安置在一个小段内。插值

法的思想是在某段范围内，用简单的平滑线来代替真是的曲线，再用代替曲线有

关的公式计算。

ADC0809的操作流程图如下4-5所示。

4.4显示管理

显示软件管理是给人们获取真实信息的直观渠道，能够直观的看到所采集的当

前环境的温湿度数值。 其流程图如下图4-6所示。

结 论

本次设计是以温度和湿度采集监控为总目标，用AT89C51单片机最小应用系统为总控制中心，外部电路设计包含了温度采样电路PT100、湿度采样电路HS1101，ADC0809模拟信号转换单元、MAX7219芯片和数码管，按键电路，声光报警电路，温度调节电路，湿度调节电路等共同构建了一个室内环境监控系

统，该系统能够自动检测和控制室内的温度和湿度。

在设计过程中，遇到了许多问题，如设计初始阶段盲目迷茫、目的不明，思绪混乱，不知道从何处下手等诸多问题。随后就是在硬件电路的设计过程中，ADC0809芯片与AT89C51单片机的链接这块，由于A\\D转换器自身没有时钟，不能确保其工作手气和单片机同步，为了查找解决办法，与老师同学们商量讨论，最终决定在A\\D转换器和单片机之间增加一个D触发器，来确保他们工作频率一致。本设计细心设计了硬件电路和软件程序，实现了室内环境温度和湿度的智能化监控，具有教强的稳定性和较高的可靠性等优点。不足之处就是本人水平低，能力弱，在大图的布局上还是不够美观，论文的说明不够专业化，很多语言文字

不能精准的介绍有关电路和软件等。

致谢

经过大学4年的学习，我不单单学到了专业知识和技能上的知识，更多的是学到了老师传给我们做人的道理，怎样做一个能对社会，国家，人民 做出贡献的有用之人。特别是在做大学毕业设计之时，陈国民老师给予了我细心的指导和鼓励，当我在做毕业设计不论是大图的设计还是论文的撰写遇到问题，他总会放下自己的繁忙的工作，给我解难答疑，教我如何思考，怎么做。如果没有陈老师的悉心指导，就不可能有本次设计的完成，在此向陈老师表示真挚的感谢和衷心的祝福。

其次感谢本组毕业设计的其他同学，感谢你们给我提供的帮助。

最后感谢学校4年来的培育之情，衷心祝愿母校人才济济,桃李满天下。成为人

才的摇篮,知识的沃土。

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22《基于单片机湿度测控系统_百度文库》{19}}

23 24 25 接口 说明

P0 P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，也就是地址和数据总线共用口。当P0口作为输出口时，每一个管脚都完全能够驱动8个TTL电路。当P0端口输入为“1”时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。并且P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，可以作为转换地址和数据的总线复用，同时激活单片机内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口在接收指令；在校验程序时，

它的输出指令端需接电阻。

P1 P1口是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲级能够驱动4个TTL电路。当P1端口输入“1”时，其可以通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部自带有电阻，某个引脚被外部信号拉低时，输出一个电流。当在进行闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址 P2 P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲级能够驱动4个TTL电路。当P2端口输入为“1”时，单片机可以通过内部的电阻把端口拉到高电平，这个时候可作为输入口。因为内部有电阻，当某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或者16位地址的外部数据存储器时，P2口输出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间完全不变。在进行闪烁编程或者校验时，P2口

接收高位地址和其它控制信号

P3 P3口是一组自带内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲就可以驱动4个TTL电路。当P3端口输入“1”时，它们会被内部自带的电阻拉到高电平并

且可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。

端口引脚 第二功能

P3.0 RXD P3.1 TXD

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