仓库温湿度监测系统毕业设计方案.docx

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仓库温湿度监测系统毕业设计方案

仓库温湿度监测系统

摘要

在电子科技快速发展同时，诞生于集成电路技术单片机系统应用越来越广泛。

单片机发展，促进了工业测控领域发展，其中对于仓库温湿度监测要求不停增高。

那么，由原始人工监测仓库温湿度方法已经慢慢发展到利用单片机实现自动监测。

本文关键介绍基于单片机仓库温湿度监测相关系统硬件和软件设计内容。

系统设计结构简单、实用，相比传统监测方法，在监测精度这首先大幅度被提升，节省了人力物力和时间。

关键词：

STC89C51单片机；温湿度；DS18B20；HS1101

Warehousetemperatureandhumiditymonitoringsystem

ABSTRACT

Withthedevelopmentofelectronictechnology,withthedevelopmentofverylargescaleintegratedcircuittechnologyandthebirthofthesinglechipmicrocomputerapplicationsystemismoreandmorewidely.MCUdevelopment,promotethedevelopmentinthefieldofindustrialmeasurementandcontrol,includingforincreasingmonitoringrequirementoftemperatureandhumidityinthewarehouse.So,fromtheoriginalmanualmonitoringwarehousetemperatureandhumidityusingsinglechipcomputertorealizeautomaticmonitoringhasbecomepossible.Thispapermainlyintroducestherelatedwarehousetemperatureandhumiditymonitoringsystembasedonsinglechipmicrocomputerhardwareandsoftwaredesignofthecontent.Systemstructureissimpleandpractical,andimprovesthemeasuringprecisionandefficiency.

KEYWORD:

STC89C51;Temperatureandhumidity；DS18B20；HS1101

序言

现在，中国在部分需要控制温度和湿度场所，比如仓库管理这些地方，多数仅仅针对于对温度进行监测，却忽略了对湿度这项也十分关键参数进行监测。

当仓库温度值产生异常时（即温度值比通常正常值高太多或低太多）便立即经过通风透气或升温方法进行调整实时温度。

同时，湿度会造成仓库储藏物温度升高，仓库储藏物本身水分过高或长久外界高湿度天气环境也会加紧储藏物新陈代谢从而释放出热量，由此引发温度升高又将加剧新陈代谢致使储藏物变质发霉。

就这么形成一个难以再控制调整恶性循环。

所以，仓库不仅仅只需要检测温度，同时也必需对空气湿度也进行实时监测，这么方便提前采取对应方法去调控仓库温湿度，预防储藏物因温湿度改变而产生变质发霉情况。

此次方案设计温湿度监测系统方案是以AT89C51单片机为整体控制器关键，然后接入传感器、显示模块和数字电子电路技术，将这三者相结合，实现了实时监测仓库温度和湿度目标，降低了因为温湿度所造成一系列经济损失，节省人力物力和时间。

第一章绪论

1.1课题提出及意义

温度和湿度是一项在很多地方中全部要监测关键环境原因。

不管是在工业还是农业、仓库保管等领域中，温度和湿度肯定全部要必需实时监测。

对于温湿度进行合理有效监测首先能够节省大量资源，其次对于各行业安全健康发展也十分有利。

仓库管理平时关键工作内容就是要注意潮湿，腐烂，爆炸和霉变，这些也是评判仓管工作情况怎样一项标准。

它们是直接影响储藏物保质时间关键原因。

为了高效率高质量完成仓库管理工作，我们首先必需要提升仓库中温度和湿度监测工作力度。

对于仓库温湿度测量工作，其实一直全部在进行着。

不过以往方法是将温度计、湿度测量工具等部分一般测量工具放置在仓库各个位置，然后人工去定时拔出温度计湿度计进行读数统计数据，由此完成温湿度测量，然后判定某处温湿度是否达标，对于不符合标准库房经过通风、除湿和降温等方法进行调整。

很显著，我们发觉此种人工检测方法费时费力、效率不高，而且因为是人工读数，所以可能会产生部分误差，所以我们需要一个相对传统方法造成本比较低、操作方法简单、测量精度高温湿度监测方法。

1.2中国外现实状况及发展趋势

早期仓库监测关键采取温度计量法，这种传统方法是依据经验在仓库多个测量点放置温度计，然后仓库管理工作人员定时每隔一段时间拔出温度计读数统计，从而判定出此时仓库温度值高低，再决定下一步怎样处理储藏物资。

仓库监测系统在科技快速发展下有了很大幅度改善和提升。

在过去几年内，中国外原先成本高昂、结构复杂、功效单一仓库温湿度监测系统正在慢慢朝着一个成本低、智能化、多参数检测方向大力发展。

目前，“温-阻”法和“湿-阻”法曾经是中国仓库监测系统两种关键方案,这么方案原理就是使用电阻型温湿度传感器,被测量区域环境温度跟湿度参数数值发生变动话，电阻值也会跟着发生一系列改变，由此判定出仓库内空气温度和空气湿度值。

然而此种方案下，温湿度测控系统精度因为传感器本身灵敏度而受到一定影响,所以精度不会太高,这么对于部分精度要求比较高场所比如试验室设备难以满足其条件。

一直以来，中国研究机构一直全部在努力研究传感器测量装置，比如依据以传统电子仪器设计为设计基础多个动态测试系统等等，这么多研究课题和领域相继成功全部代表了中国在传感器领域中不停发展和进步。

在中国不停发展同时，国外传感器领域也被部分大型企业企业重视，不停发展和完善。

九十年代时便设计出了集成温度湿度测量系统等，新科技不停产生愈加促进了传感器连续大力发展。

众所周知，时代在进步，科技在发展，传统温湿度测量技术不管是在灵敏度还是在精度上全部已经无法再满足现在这个市场需求了，所以，最关键便是再设计研究出一个符合满足新时期大家工作需求传感器。

第二章温湿度监测系统方案确定

2.1设计要求

依据设计任务书中要求和考虑到设计出成品现实实用性，能够确定出方案设计关键参数为：

温度测量范围：

－20—＋45℃；

湿度测量范围：

0—100%Rh；

温度测量精度：

±0.01ºC；

湿度测量误差：

≤5%Rh；

电源电压工作范围：

DC4.5～5.5V；

2.2系统总体方案设计

本设计系统要实现功效：

能够测量出仓库库房实时环境温度和相对湿度值，仓库管理工作人员能够依据各个库房实际情况设定出温度湿度限值，当温度、湿度数据出现异常，蜂鸣器就会释放出显著报警信号，以此警示工作人员立即处理。

经过对于多种类型湿度，温度传感器原理深刻了解后，依据设计要求和刚确定设计参数，选择出适宜单片机控制芯片和温湿度两种传感器。

以单片机为关键而设计温度湿度监测系统，将由由AT89C51单片机进行控制，而且以温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101作为温湿度检测部件，同时结合超限处理模块构建而成，这么才能达成高精度高实用性标准，从而满足了系统能够简捷方便地有效监测温湿度要求。

最终作为仓库温湿度监测设备，设计系统所选择元器件成本高低，系统本身实用性，灵敏度，也是我们设计时必需要考虑要素。

硬件和软件两部分共同实现此系统设计全部功效，传感器信号数据采集等是由硬件部分实现，对信号进行处理和数据显示等功效则由软件部分实现。

2.2.1控制芯片AT89C51单片机

 AT89C51是一个由单块集成电路芯片组成标准单片机，能够说就像是一台微型计算机，它一样拥有计算机多种关键部分，其中控制处理数据关键模块有：

中央处理器，永久性数据存放或短暂性数据存放存放器、含有数据传输等功效可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等等，另外单片机还需要接部分驱动器、锁存器、指令寄存器、地址寄存器等等辅助电路，这些辅助电路会和单片机关键部分用总线等连接在一起，填补单片机本身缺点，所以使得单片机数据传输、信号控制等等功效尤其强大，而且工作可靠稳定。

所以，AT89C51单片机又被称作MCU，只要将部分适合软件和外部设备和它相互结合在一起，就能够组成一个单片机控制系统。

图2.1AT89C51内部结构框图

其引脚图图2.2所表示：

图2.2AT89C51引脚图

1、关键特征：

（1）32可编程I/O线；

（2）2个16位定时器/计数器；

（3）和MCS-51兼容；

（4）5个中止源；

（5）可编程串行通道；

（6）低功耗闲置和掉电模式；

（7）时钟电路。

2、引脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0、P1、P2、P3为4个8位可编程并行I/O口，这种I/O口全部由一个存放器和一个驱动器组成，所以能够被用来实现和外部设备中数据并行输入/输出，单片机关键是经过这4个八位口和外界联络。

在单片机数据传输过程中，对这些寄存器进行编址，CPU就能够对接口电路中输入/输出数据进行寄存器读/写操作。

P0口：

P0口是特殊功效寄存器，有地址/数据总线之称，是1个标准8位并行I/O口，在此八位口作为通用I/O口时候，当它用做输出口，内部总线和P0口相位是相同，在脉冲触发了时候，内部总线就会向端口引脚输出数据。

当P0口输入数据时候，存在输入方法有2个，即读端口和读引脚。

读引脚时候，端口引脚上数据会在由缓冲器后读入到内部总线。

在读端口那个时候，锁存器状态经过缓冲器进入到内部总线。

P0口用作地址/数据总显得时候，一个是由P0引脚输出地址/数据信息，另外一个便是由P0输入数据。

P0口输出级结构上特点关键就是没有内部上拉电阻，所以使用时需要外接上拉电阻，然后就会产生高电平，当P0是地址/数据总线作用时候，这个时候不再需要接上拉电阻[1]。

P1口：

特殊功效寄存器P1口是1个准双向八位并行口，通常情况下作用是当成通用口。

P1口和P0口输出结构是不一样，P1口里面自带上拉负载和电源连接在一起。

P1口不仅仅只是做通常I/O口，其中五位还有另外功效。

P1.0、P1.1口用于定时器2，P1.5、P1.6、P1.7用于ISP功效，在PC上编译好程序经过P1.5、P1.6、P1.7这三根ISP接口线在线下载，也就是能够直接把相关数据下载到了89C51单片机内存中。

P2口：

P2作为特殊功效寄存器，是一个准双向8位并行口，不仅能够作为通用I/O口使用，还有一个作用就是能够用作高8位地址线使用。

在结构上面，将P2口和P1口二者相比，只是多了一个部分，那就是转换控制，作用是一般I/O口和高8位数据地址线两个之间转换。

当P2口只是作为一般输入输出端时候跟P0口、P1口功效是一样。

当P2口被作为高八位地址线时，系统扩展片外存放器，P2口和P0口分别输出高八位地址和低八位地址。

P3口：

该口作为特殊功效寄存器，是一个多功效准双向8位并行口，每位除了能够作一般I/0口使用之外，也有着第二输出功效。

P3口和P1口结构相比，多了一个缓存器和和非门，从而实现了多功效。

P3口被当成一般输入输出端时候，输出时候，第二输出功效置为高电平，和非门打开，锁存器经过和非门输出到引脚端，输入时候，写存器置为高电平，引脚信号在这个时候读入中央处理器。

P3口作为第二功效引脚时候，第二功效端为输出，信号会经过和非门和场效应管送到引脚。

当P3口第二功效端是作为输入时候，数据经过缓存器输入到输入功效端。

P3口第二功效作用介绍以下表：

表2.1P3口第二功效作用用

RST：

复位输入。

ALE/

：

在SFR8EH地址上置“0”就能够严禁ALE输出了。

这个时候，ALE只有在实施MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。

：

片外ROM选通控制信号端，通常也就是在低电平时候有用，不过因为现在基础上全部不用片外程序存放器了，所以此引脚也基础全部不使用了。

3、结构特点：

（1）中央处理器（CPU）

CPU其实就是一块超大规模集成电路，拥有很强运算和控制功效，能严格实施指令，根据指令去完成各项操作，对于多种操作定时，有条不紊地工作，完成对数据算术运算跟逻辑运算。

（2）程序存放器（内部ROM）

AT89C51单片机里ROM是只读存放器，能够将数据永久保留在单片机里面，所以系统拥有极高可靠性。

（3）数据存放器（内部RAM）

AT89C51单片机数据存放器通常存放着部分常常会改变中间运算结果，标志位，数据暂存等信息。

不过一旦出现断电等情况，这些数据就会消失，所以必需在使用时候重新将这些数据写入。

（4）定时器/计数器

定时器有2种，即是定时器0（T0）和定时器1（T1），这2种定时器结构原理和工作方法全部是一模一样，而且功效是能够改变，只需要对工作方法，定时时间，量程，开启方法等指令改变，只有把指令写进定时/计数器特殊功效寄存器后，才能够实现不一样作用。

特殊功效寄存器座位计数器使用时候，脉冲信号是AT89C51单片机外部产生，而且这个信号频率幅值是不稳定，会随机发生改变；假如单单只是当定时器使用时，这个时候传输稳定频率和幅值脉冲信号。

（5）串行口

串行通信数据会根据次序依次发出和接收。

单片机内部设置了UATR串行接口，是一个可编程端口，不仅仅能够同时移位，异步接收和发送，还能够设置多种波特率，多机通信，使用灵活方便。

（6）中止系统

AT89C51中止既和硬件相关，也和软件相关。

在程序正常运行时，单片机有内部，外部原因需要CPU立即响应并处理时，则能够终止目前途序，待处理结束后，能够返回接着实施原程序。

2.2.2温度传感器

科技在不停发展和进步着，新型温度传感器种类也在不停增加着，当然应用也慢慢广泛多样化，总方向上是由模拟式类型向各个类型方向上发展，比如数字式等类型。

在这一类相关传感器里面，DS18B20温度式传感器是比较有代表性。

它接口能够和控制关键直接相连，操作起来灵活方便。

2.2.3湿度传感器

测量空气湿度有多个方法，殊途同归，不管用何种方法去测量湿度，它们原理全部是经过物质去吸收其周围空气中水分，然后造成物质本身物理或化学性质产生了部分改变，我们依据这些改变间接能够推导出这种物质吸水量和我们需要空气湿度数值。

这次设计我选择了HS1101这一个湿度传感器。

HS1101是一个电容传感器，它含有以下多个特点：

运行可靠，响应速度很快，稳定性高。

HS1101适适用于两种电路，分别是频率输出电路和线性电压输出电路。

HS1101测量范围：

相对湿度100%RH以下，误差不高于±2%RH，温度系数则是0.04pF/℃。

图2.4HS1101电路

2.2.4显示模块

液晶显示器含有很多其它显示器不含有优点，比如重量轻，所占空间小，耗功低等。

这些年来，以单片机为关键多种智能仪表和仪器等产品中全部使用到了液晶显示器。

显示模块选择LM016L，也就是1602LCD。

1602LCD关键技术参数：

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）

模块最好工作电压:

5.0V

字符尺寸:

2.95×4.35（W×H）mm

1602LCD各引脚接口说明以下：

第1脚：

VSS为地电源。

第2脚：

VDD接5V正电源。

第3脚：

VL，调整显示器对比度，接地时候对比度最高。

第4脚：

RS，寄存器选择。

第5脚：

R/W，读写信号线。

高，低电平时分别进行读，写操作。

第6脚：

E端，使能端。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：

背光源正极。

第16脚：

背光源负极。

图2.5LM016L电路

2.3系统设计方案工作原理

依据系统设计总体要求和对上述原理分析，此次工程选择以下设计方案：

整个设计系统由控制芯片AT89C51、温湿度传感器、液晶显示器、蜂鸣器、温湿度超限处理系统和其它组件组成。

温度、湿度报警值作为系统阈值由使用人员预先设定；温、湿度传感器将采集到信号传输给单片机，然后单片机进行信号处理，当判定出数据异常时,立即驱动蜂鸣器报警,提醒工作人员仓库温湿度发生异常，然后系统超限处理模块接收到信号，做出自我调整处理,这么就达成了智能化目标。

仓库温湿度监测系统系统整体框图以下图所表示：

第三章系统硬件电路及原理图设计

以下将介绍整个系统设计电路原理和设计中所用器件,本章将围绕图3.1对于各部分电路具体设计进行诠释。

3.1中心系统设计

3.1.1复位电路

单片机复位功效是十分关键，复位就是将单片机内部各个寄存器值重新回到初始状态操作。

单片机复位首先将中央处理器和其它作用组件全部置于一个明确原始形态，然后再从这种情况下开始运转。

51系列单片机在时钟电路工作以后，在RST端接连不停地给两个个机器周期高电平便能够实现复位了（通常情况下此时正脉冲宽度比10ms大）。

单片机复位分为上电复位和外部复位2种类型。

图3.2（a）电位就是上电复位，它实现方法为电容充电。

在接上电那刻，RESET引脚和VCC二者电位相同，RESET电位伴随充电电流降低而下降。

只需要确保RESET是高电平时间大于两个机器周期，就能够正常复位了。

图3.2单片机常见复位电路

按键复位电路图3.2（b）所表示：

电路不仅能够实现上电复位功效，只需要按下RESET键即可完成这个功效。

这个时候，因为电源VCC在经过电阻R1和R2分压，所以RESET端就会出现一个复位高电平。

在上电那一瞬间，电源VCC端和复位端有着相同电压，同时RST端电位会因为电容上电压逐步上升而慢慢降低。

振荡器振荡建立时间加2个机器周期是上电复位需要最短时间。

复位电路电阻和电容通常情况下是能够做试验而得出来。

3.1.2时钟电路

单片机里面每个组件和组件之间有条有理相互协作运行，它在一个基础节奏下按一定时间规律次序会发出信号，这些控制信号在时间上面相互关系即中央处理器时序。

通常发出这么电路就是时钟电路。

AT89C51单片机里面有一个单级反相放大器，作用就是组成振荡器，图3.3所表示。

下图中，反相器输入端跟输出端即是XTAL1，XTAL2。

假如我们在放大器两个引脚上连接一个晶体和电容一起组成并联谐振电路，然后作为反馈组件时候，就成为了一个自激振荡器，图3.4所表示。

单片机也能利用外部振荡器然后向内部时钟电路输入一个频率固定时钟源数据信号。

这个时候，外部信号被接到了XTAL1端口，然后输入给了内部时钟电路，那么XTAL2端悬空就行了，图3.5所表示。

图3.5内部时钟和外部时钟

3.2液晶显示电路设计

在平时生活里，液晶显示器对大家来说全部是十分熟悉普遍，作为众多电子物品显示部件，被普遍用在电脑、电视机、空调和很多其它电子产品里面，关键显示是多种数字、英文字母、数学符号等部分专用特殊符号和图形。

这次设计中我们采取显示电路能够同时显示温度和湿度，使用此系统相关人员全部能够直接在液晶屏上观察到温度、湿度数值。

液晶显示电路系统图3.6所表示。

3.3温湿度监测系统电路设计

3.3.1温度测控系统电路设计

将单片机P3.4接口和DS18B20DQ端二者连接，用作单独一数据线。

此次测控系统设计即使只用了一个传感器DS18B20，不过因为不用考虑温度测量和子单片机二者之间相隔距离问题，为了节省成本一切从简，选择从外面供电方法，图示以下图3.7。

图3.7DS18B20电路

3.3.2湿度测控系统电路设计

HS1101型电容传感器，在电路里面相当于一个电容元件，它电容会跟着测量区域里空气湿度改变一起改变。

对于怎样把电容改变量然后正确转化为计算机信号，通常常常使用方法有2个:

一个是把HS1101传感器放在运放和阻容组成桥式振荡电路中，然后把由此产生正弦波电压信号经过整流、直流放大，再经过A/D转换成数字信号;除此之外，还有一个方法是把HS1101传感器放在555振荡电路里面，把电容转化成和它成反相电压频率改变信号，然后改变周期在示波器上面显示出来，最终经过公式能够算出湿度值。

本设计采取后一个方案。

NE555电路功效为:

当6端和2端同时为“1”时,3端输出为“0”；当6端和2端同时为“0”时,3端输出为“1”。

在这个电路里面,555定时器就是因为这一点能够把频率数据输出来。

接上电源时候,因为6和2两端输入全部是“O”,那么定时器3输出就是“1”；又因为C1两边是0电压,所以C1被CCV经过R2和R3进行充电,当C1两端电压达成2CCV/3时,定时电路翻转，6和2两端输入为“1”,3端输出变为“O”。

这个时候555定时器内部放电，双极结型晶体管基极电压为“1”,放电双极结型晶体管导通,这么让C1经过R3和内部放电双极结型晶体管进行放电,当C1两边电压下降到CCV/3时候,定时器就会翻转,让3端输出又变成了“1”,内部放电双极结型晶体管截止,VCC又会经过R2和R3对C1充电,反复循环,这么实现振荡。

为让输出脉冲占空百分比差不多在二分之一左右,那样R3就应该要远远大于R2。

假如受监测区域环境湿度产生改变了,HS1101两边电容会由此也产生一定改变,所以定时电路输出频率也由此产生了一定改变。

那么，也就是只要把555输出频率测量出来,然后我们会发觉输出频率和湿度会有一定关系,依据这种关系我们就能间接推出湿度数值了。

3.4键盘电路设计

这次系统里面键盘电路设计我们采取设计方法是独立式查询接口方法，使用这个设计方案是因为此种电路相对来说不是很复杂，其中查询程序也是较简单易懂，在稳定性这首先上很好，轻易控制。

这次设计，我们能够先设置出温度上下阀值，然后在液晶屏上显示出来，这么对于温度报警功效就实现出来了。

这么能够使所设计系统适应更多场所。

此次键盘电路设计里面有三个按键，即K1，K2，K3。

其中K1按键是温度参数设置按键，而K2、K3则是温度参数大小调整按键。

开关K1、K2、K3分别和单片机P2.4、P2.5、P2.6口相连。

在程序查询模式下，经过I/O端读入按键状态，假如按键被按下话，和按键对应I/O端口电平就会从高变低。

这么经过K2、K3按键就能调整温度预设值大小了,同时也能液晶屏上显示出调整过预设值。

键盘电路设计图3.9所表示。

3.5报警电路设计

在此次设计中报警电路报警方法是声光报警，首先设置好温度参数上下阀值，然后经过单片机中止系统将接收到信号数据信息并经过一定处理，再和之前设置限值相互比较，一旦测量到温度参数数值比上限值高或比下限值低，那么系统就会立即开启报警程序，报警由此而实现。

此报警电路设计是由PNP型三极管和蜂鸣器两部分组成，系统会在用户设定好温度限值以后对于被测区域环境温度进行测量，而且判定出检测和设定两种温度限值之间关系，假如检测出来温度参数比设定温度上限值高或比下限值低，这种时候，系统会开启报警程序，然后蜂鸣器就会叫起来。

报警电路图3.10所表示。

图3.10报警电路

3.6系统总电路

图3.11系统总电路

第四章系统软件设计

4.1使用开发工具

此次设计使用了Proteus和Keilc51两种软件，两种软件相互搭配使用，便能够仿真出实物运行效果，在一定程度上确保了以后实物制作效果，节省了部分