粮仓温湿度监测系统 - 图文

摘 要

本毕业设计是基于单片机的温湿度监测系统设计方案，主要由温度、湿度采集、AD转换、单片机控制、数码管显示、USB连接器六部分组成 。

本设计采用89c51单片机为控制中心，该芯片具有4KB的快擦写可编程/擦除只读存储器EEPROM、256 KB片内RAM、3个16位定时计数器、5个中断源，无需进行系统扩展既可满足任务要求，能较大幅度提高系统的性价比。而温湿度传感器我选用的是dht11传感器，他性价比高。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传 感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测 温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

另外该系统除了能显示温湿度以外，还能设置温湿度报警阈值。

关键词：温湿度；89c51单片机；dht11传感器

I

Barn temperature monitoring system Abstract

The graduation project is based on the single chip design temperature and humidity monitoring system, mainly by temperature, humidity acquisition, AD conversion, microprocessor control, digital display, usb connector composed of six parts.

The design of the control center using 89c51 microcontroller, the chip has 4KB of flash programmable / erasable read only memory EEPROM, 256 KB on-chip RAM, 3 16-bit timer counters, six interrupt sources, both without the need for system expansion to meet mission requirements, can greatly improve the system's cost. The temperature and humidity sensor I use is dht11, he cost effective. DHT11 digital temperature and humidity sensor is a calibrated digital signal output with the temperature and humidity combined sensor. Its application-specific digital modules acquisition and temperature and humidity sensor technology, to ensure that products with high reliability and excellent long-term stability. Sensor includes a resistive element and a sense of wet NTC temperature components, and with a high-performance 8-bit microcontroller connected. So the product has excellent quality, fast response, anti-interference ability, high cost performance advantages.

In addition the system in addition to showing the outside temperature and humidity, but also set the temperature and humidity alarm threshold.

Keywords：Temperature and humidity;89c51 microcontroller;dht11 Sensor

II

目 录

III

1 绪论

1.1 选题背景

近几年据海关统计结果显示，我国粮食进出口同比均呈下降趋势，我国粮食供求开始进入紧平衡阶段。在粮食供给能力逐渐弱化的情况下，我们必须注意到贮存粮食的科学性和有效性。贮粮仓库的现代管理也是当前粮食系统改造的重大项目之一。而在粮仓管理过程当中，最重要的是控制仓内的温度和湿度，温湿度会直接影响粮食的贮存量。而温湿度检测传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的场所进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大，因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度监测系统。

1.2设计目标

1.2.1基本功能

检测温度、湿度 显示温度、湿度 过限报警

1.2.2主要技术参数

温度检测范围： -30℃-+55℃ 测量精度： ?2℃

湿度检测范围： 20%-90%RH 检测精度：?5%RH

显示方式： 温度：四位显示 湿度：四位显示 报警方式： 三极管驱动的蜂鸣音报警

1

2 设计方案

温湿度监测系统要满足以下条件：温湿度监测系统能完成数据采集和处理、显示、串行通信、输出控制信号等多种功能。由数据采集、数据调理、单片机、数据显示等4个大的部分组成。该测控系统具有实时采集（检测粮库内的温湿度）、实时显示（对监测到的进行显示）、实时警报（根据监测的结果，超出预设定的值的进行蜂鸣警告）的功能。

传感器是实现测量首要环节，是监测系统的关键部件，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。

2.1温湿度传感器的选择

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应

用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高

的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测 温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

2.2信号采集通道的选择

在本设计系统中，温度输入信号为4路的模拟信号，这就需要多通道结构采用多路分时的模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：对ADC、S/H要求高。处理速度慢。硬件简单，成本低。软件比较复杂。如图2-1所示。

信号调理电路 多 路 切 A/D采样/ 保持器 转换器 接口 CPU 信号调理电路 换 器 信号调理电路

图2-1多路分时的模拟量输入通道

2

2.3 系统的总体框图

系统的总体设计框图如图3-1所示。

图3-1 系统总体框图

dht11 温湿度、 检测 多 路 模 式 选 择 开 关 Adc0832 单片机 串行口与led 报警电路 本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。

（一） 信号采集 由dht11温湿度传感器和多路模式选择开关组成； （二） 信号分析 由A/D转换器和单片机80c51组成； （三） 信号处理 由串行口LCD显示器和报警系统等组成。

2.4 本章小结

在本章中，主要讲了温湿度传感器的硬件选择和信号采集通道的选择。这些选择是在实用性和价格低廉方面考虑的，如果条件允许可以选择性能更加强大的传感器和一个专门的多路选择的的模块。在下一章中，我们将开始讲系统的总体设计所用到主要芯片简介

3

3 主要芯片简介

3.1 DHT11数字传感器

数字温湿度传感DHT11是由广州奥松有限公司生产的一款温湿度一体化的数字传感器

3.1.1 主要特性

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC

测温元件，并与一个高性能8位

单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的 湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集 成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚 封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

3.1.2 应用领域

该DHT11可以用于暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、湿度调节器及医疗等应用领域。

3.1.3 接口说明

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3-2 DHT11应用电路

3.1.4 电源引脚

DHT11的供电电压为3－5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此 期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。

4

3.1.5 封装信息

图3-3 dht11封装图

3.1.6 Dht11引脚图

图3-4 引脚图

3.1.7 注意事项

温度影响 气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿温时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线 路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持 外壳的良好通风。

5

为降低热传导，DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可 能最小，并在两者之间留出一道缝隙。光线 长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。配线注意事项 DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。

3.2 ADC0832与单片机89C51

3.2.1 A/D转换

3.2.1.1 A/D转换器的特点

ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换 芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎， 其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器 的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。

ADC0832 具有以下特点： 8位分辨率； 双通道A/D转换；

输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； 5V电源供电时输入电压在0~5V之间； 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS； 一般功耗仅为15mW；

8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；

商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为?40°C to +85°C； 3.2.1.2 ADC0832元件说明

ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟 电压输入在 0~5V 之间。芯片转换时间仅为 32μS，据有双数据输出可作为数据 校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使 多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现 通道功能的选择。 3.2.1.3 芯片顶视图

图3-5 ADC0832 芯片顶视图

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芯片接口说明：

GND 芯片参考 0 电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。

Vcc/REF 输入及参考电压输入（复用）。 CS 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。 3.2.1.4 ADC0832 与单片机的接口电路

ADC0832与单片机的接口电路如图3-7所示

图3-6 接口电路图

3.2.1.5 单片机对 ADC0832 的控制原理

正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、 DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双 向的，所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。（见图 3-7）

当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的 数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前 DI

7

{

if(set_flag==1)

set_flag=0; th0++;

if(th0>9) th0=0;

}

send(0x05,th0);

special(100); if(set_flag==1) { set_flag=0; th0++;

if(th0>9) th0=0;

}

}

}

case 2:

{

XX2:

while(mode_flag==2) { send(0x06,0xf);

special(100); if(mode_flag!=2){ send(0x06,tl0); goto XX3;} if(set_flag==1)

{ set_flag=0; tl0++;

if(tl0>9)tl0=0;

}

38

send(0x06,tl0);

XX3: { while(mode_flag==3)

{

}

set_flag=0; hh0++;

if(hh0>9)hh0=0;

if(set_flag==1)

{

send(0x07,0xf);

special(100);

if(mode_flag!=3)

}

}

special(100); if(set_flag==1) {

}

set_flag=0; tl0++;

if(tl0>9)tl0=0;

case 3:

{ send(0x07,hh0); goto XX4;}

send(0x07,hh0);

special(100); if(set_flag==1) {

set_flag=0; hh0++;

39

if(hh0>9) hh0=0;

}

} }

case 4:

XX4: { while(mode_flag==4) { send(0x08,0xf);

special(100);

if(mode_flag!=4) { send(0x08,hl0);

goto XX5; }

if(set_flag==1) { set_flag=0; hl0++;

if(hl0>9) hl0=0;

}

send(0x08,hl0);

special(100); if(set_flag==1) { set_flag=0; hl0++;

if(hl0>9) hl0=0;

}

} }

case 5:

{

40

XX5: { while(mode_flag==5)

special(100); s_seg(th0,tl0,hh0,hl0);

if (mode_flag!=5) { s_seg(th0,tl0,hh0,hl0); goto

XX6;}

s_seg(0xf,0xf,0xf,0xf);

special(100);

}

}

} XX6:

mode_flag=0;

s_seg(th,tl,hh,hl); }

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6 结论

6.1 总结

本文设计了一个简单的单点粮库监测系统，能自动简单的测量粮库一点的温湿度并且具有温湿度超过规定指标进行警报的功能。本系统具有硬件少，结构简单，容易实现，性能稳定可靠，成本低等特点。

6.2 改进思路

在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰 的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个：第一个是干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，第二个是传播路径，第三个是敏感器件。下面讲具体的抗干扰方案。

6.2.1软件方面

1、习惯于将不用的代码空间全清成“0”，因为这等效于NOP，可在程序跑飞时归位； 2、在跳转指令前加几个NOP，目的同1；

3、在无硬件WatchDog时可采用软件模拟WatchDog，以监测程序的运行； 4、涉及处理外部器件参数调整或设置时，为防止外部器件因受干扰而出错可定时将参数重新发送一遍，这样可使外部器件尽快恢复正确；

5、通讯中的抗干扰，可加数据校验位，可采取3取2或5取3策略；

6、在有通讯线时，如I^2C、三线制等，实际中发现将Data线、CLK线、INH线常态置为高，其抗干扰效果要好过置为低。

6.2.2硬件方面

1、地线、电源线的部线肯定重要了！ 2、线路的去偶； 3、数、模地的分开；

4、每个数字元件在地与电源之间都要104电容；

5、在有继电器的应用场合，尤其是大电流时，防继电器触点火花对电路的干扰，可在继电器 线圈间并一104和二极管，在触点和常开端间接472电容，效果不错！

6、为防I/O口的串扰，可将I/O口隔离，方法有二极管隔离、门电路隔离、光偶隔离、电磁隔离等；

7、当然多层板的抗干扰肯定好过单面板，但成本却高了几倍。

8、选择一个抗干扰能力强的器件比之任何方法都有效，我想这点应该最重要。因为器件天生的不足是很难用外部方法去弥补的，但往往抗干扰能力强的就贵些

总结本文的研究工作，主要做了下面几点较突出的工作：

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① 通过查阅大量的相关资料，详细了解了dht11传感器的优点，以及他的结构与功能并且明确了研究目标。

② 本文设计了自动采集温湿度后进过A/D转换器和单片机89c51与max7219的处理最后显示在led数码管上，使我们目测到目前的粮库的实际温湿度情况。

③ 文章给出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，软件流程图和具体汇编语言程序设计等方面。

④ 在这次毕业设计的过程中学会了Proteus仿真软件的基本使用，感到Proteus仿真软件对我们专业的同学来说是一个非常方便，值得学习的软件。

⑤ 通过这次毕业设计，重新复习并进一步学习了MCS-51；并且熟练掌握了WORD等软件的使用。

⑥ 存在的缺陷是没进行干扰考虑，并且因为条件限制的原因没能制作成多点测量对粮库温湿度的测量带有局限性。

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致 谢

经过四年的学习，今天终于要毕业了。本文得以完成是与方方面面的关怀和帮助分不开的。首先，我要衷心的感谢我的指导教师石建国讲师，从论文的选题到毕业设计和论文工作的进行，石老师都给与我最大的帮助、指导和鼓励，并尽力为我创造了良好的环境，从而使我在面临一些困难的情况下完成了论文的研究工作。还要感谢我班的同学，感谢他们的帮助，特别感谢周凯鹏、何惠龙在软件仿真和软件使用方面的帮助，使我能顺利做好仿真。最后感谢养育我的父母，没有他们就没有今天的我。

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参考文献

[1] ARM Limited. ARM7TDMI(Rev4)Technical Reference Manual[M]．ARM DDI 0201A，2001. [2] 王永志,刘媛媛.大型粮库的温湿度监测报警控制系统[J] .农机化研究, 2008,(08). [3] 丁英丽.基于电容式传感器的粮食水分测量仪[J].传感器技术,2003,(04)30-37. [4] 林文华.粮库的温度湿度自动测试系统[J].电脑学习, 2003,(04)50-55. [5] 高美珍.基于PIC16单片机和HM1500的湿度测量[J].电子工程师,2004,(10). [6] 何立民.单片机高级教程-应用与设计[M].北京航空航天大学出版社,2002. [7] 徐爱钧.单片机高级语言C51 Windows环境编程与应用[M].电子工业出版社,2001. [8] Wolfgang. .Gopel.SensorsandAcmatorsB[J].(18-19):1～21, 1994.

[9] 周虹,赵克勤.仓贮环境的湿度测量与仪器的选用[J].茶叶机械杂志,2000,(03):20-23. [10] 苏宝平,全力.新型粮仓温湿度智能化测控系统[J].农机化研究,2004,(02):10-16. [11] 胡劲松,吴捷. 单片机多机通信的新型方式[J]电子技术应用, 1997,(08). [12] 李德振. 湿度监测系统设计方案[J]. 电子制作, 2010, (01) :11-14,25.

[13] Microchip推出超低功耗的18引脚PIC单片机[J]. 电子与电脑, 2010, (01) :73. [14] 程海婴. 基于DS18B20粮仓温湿度智能控制系统[J]. 知识经济, 2010, (01) :117-118. [15] 龙庆华. 智能温室计算机自动监控系统[J]华南师范大学学报(自然科学版), 2002,(01). [16] 赵海涛, 张政保. 基于单片机的火炮膛内瞬态温度测试系统[J]. 仪表技术, 2010, (02) :16-18. [17] 何鹏,袁琪,丁春欣. 传感器在温室大棚环境控制中的应用[J]计算机与农业, 2002,(07):21-23.

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附录A 粮库温湿度监测的硬件原理图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ur4v.html