温湿度控制器上下限继电器设计报告.docx
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温湿度控制器上下限继电器设计报告
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
●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%RH—90%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。
●温湿度测量响应时间快、长期稳定性好。
●采用先进的专用微处理器芯片STC89C52，可靠性高，抗干扰能力强。
●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。
●可以通过四个按键方便地实现温湿度上下限的调整。
●当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。
●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，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2DHT11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3DHT11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1DHT11数据格式
3、单片机电路
（1）STC89C52单片机特点
●增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；
●工作电压：
5.5V-3.5V（5V单片机）；
●工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz；
●用户应用程序空间4K//8K/16k/32K/64K字节；
●片上集成1280字节RAM；
●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）；
●ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器。
●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；
●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；
●有EEPROM功能；
●看门狗；
●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）；
●时钟源：
外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器；
●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；
●常温下内部R/C振荡器频率为：
5.0V单片机为：
11MHz～17MHz；
●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；
●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，PowerDown模式可由外部中断唤醒；
●通用全双工异步串行口（UART）；
●工作温度范围：
-40~+85℃（工业级）/0~75℃（商业级）；
●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4STC89C52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SMC1602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7LCD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K1—K4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8EEPROM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Protel99SE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ProtelAdvancedSchematic原理图输入程序协同工作，作为AdvancedSchematic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
sbitL2=P1^3;
sbitL3=P1^4;
sbitL4=P1^5;
sbitL5=P1^6;
sbitKey_SET=P3^2;//设置键
sbitKey_UP=P3^3;//加键
sbitKey_DOWN=P3^4;//减键
sbitKey_SAVE=P3^5;//保存键
sbitRelay=P2^0;
（3）常量、变量定义
//定义标识
volatilebitFlagStartRH=0;//开始温湿度转换标志
volatilebitFlagKeyPress=0;//有键按下
//定义温湿度传感器用外部变量
externU8U8FLAG,k;
externU8U8count,U8temp;
externU8U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;
externU8U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;
externU8U8comdata;
externU8count,count_r;
U16temp;
S16temperature,humidity;
S16idataTH,TL,HH,HL;//温度上限和湿度上限
char*pSave;
U8keyvalue,keySET,keySAVE,keyUP,keyDOWN;
//定义变量
U16RHCounter;
U8FlagSet,hide;
（4）各子程序
//数据初始化
voidData_Init（）
{
RHCounter=0;
L2=1;
L3=1;
L4=1;
TH=40;
TL=20;
HH=85;
HL=20;
keyvalue=0;
keySET=1;
keySAVE=1;
keyUP=1;
keyDOWN=1;
FlagSet=0;
hide=0;
}
//定时器0初始化
voidTimer0_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
voidTimer0_ISR（void）interrupt1using0
{
TL0=0x06;
TH0=0xf8;//定时器赋予初值
RHCounter++;
//设闪烁标志
if（RHCounter>400）hide=0;
elsehide=1;
//每2秒钟启动一次温湿度转换
if（RHCounter>=800）
{
FlagStartRH=1;
RHCounter=0;
}
}
//存入设定值、
voidSave_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++;
wrteeprom（7,*pSave）;//存湿度下限值HL高8位
DELAY（500）;
}
//载入设定值、
voidLoad_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*）&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;
}
voidKeyProcess（uintnum）
{
//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）
{
case1:
//设置键按下，依次设定TL\TH\HL\HH\退出
FlagSet++;
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;
case2:
//加键按下
if（FlagSet==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）//设HH
{
if（HH<100）HH++;
L1602_char（2,15,HH/10+48）;
L1602_char（2,16,HH%10+48）;
}
break;
case3:
//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（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;
case4:
//保存键按下
Save_Setting（）;
FlagSet=0;
break;
default:
break;
}
}
/********************************************************************
*名称:
Main（）
*功能:
主函数
***********************************************************************/
voidmain（）
{
U16i,j,testnum;
EA=0;
Timer0_Init（）;//定时器0初始化
Data_Init（）;
EA=1;
L1602_init（）;
L1602_string（1,1,"WelcometoT&H"）;
L1602_string（2,1,"ControlSystem!
"）;
//延时
for（i=0;i<1000;i++）
for（j=0;j<1000;j++）
{;}
//清屏
L1602_string（1,1,""）;
L1602_string（2,1,""）;
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/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）
{
case0:
break;
case1:
L1602_string（1,12,""）;
break;
case2:
L1602_string（1,15,""）;
break;
case3:
L1602_string（2,12,""）;
break;
case4:
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（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（temperatureelseL2=1;
//温度高于上限
if
升级会员 