基于单片机的粮库温湿度智能监控专业系统设计.doc

本科毕业设计

基于单片机粮库温湿度智能监控系统设计
Based on MCU intelligent monitoring system design of grain depot temperature and humidity

学 院（系）： 机械电子工程学院
专 业： 测控技术与仪器
学 生 姓 名：
学 号：
指 导 教 师：
评 阅 教 师：
完 成 日 期：

Eastern Liaoning University

摘 要
粮食储藏是为了防备某些突发性事件而采用办法，例如某些自然灾害。“民以食为天”，粮食是人类生存必要物品，对咱们来说，粮食重要性不言而喻。想要生存就离不开它。因此采用高科技技术来保证粮食安全有着非常重要社会意义和经济价值。
每当粮食收获时候，各个粮库监控工作压力是非常巨大，如若管理不当，损失是非常大。粮库中温、湿度是能否保证粮食安全储存重要因素，因而，温度和湿度监控对保护粮食有着重要意义，因此，设计性价比高粮库温湿度智能监控系统已经到了急如星火地步。
本系统是基于单片机粮库温湿度智能监控系统，为是保证存储粮食安全，所采用单片机是AT89C52，此单片机作为温、湿度智能监测系统核心控件，以SHT11为温、湿度测量装置，SHT11是一款当前比较先进数字式温湿度传感器，LM016L为显示元件，报警装置由蜂鸣器和LED灯构成。当传感器检测到温、湿度值不在预设范畴内，可实现声、光实时报警，并控制相应继电器，使执行某些做出相应解决，让粮库中温、湿度值维持在设立范畴内。系统设计了按键模块，当因某些现实存在因素而需要变化系统控制温、湿度范畴时，可由按键修改，LCD显示模块可实时显示采集温湿度值。
核心词：单片机；智能；温度；湿度

Based on MCU intelligent monitoring system design of grain depot temperature and humidity
Abstract
Grain storage is measures to guard against some unexpected events，such as some natural disasters. "The feed with food first"，food items are necessary for human survival，for us，the importance of food is self-evident. Want to live without it. So scientific and protection has important social significance and economic value.
When there is a harvest，each grain monitoring work pressure is very big，if poorly managed，the loss is very big. In the grain depot temperature and humidity is one of the important factors to ensure food security storage，therefore，the monitoring of temperature and humidity is of great significance to protect the food，so the design performance of grain price higher temperature and humidity intelligent monitoring system is imminent.
This design is integrated the detection and control of single-chip design of grain depot temperature and humidity. System is adopted by the single chip microcomputer AT89C52，the single chip microcomputer as the core of the intelligent temperature and humidity monitoring system controls，with digital temperature and humidity sensor SHT11 temperature and humidity for detecting element，LM016L for display components，alarm device is composed of buzzer and LED warning lights. When the sensor detects the temperature and humidity value is beyond the scope of the preset，which can realize real-time sound and light alarm，and control the corresponding relay，makes the executive part accordingly，keep grain depot temperature and humidity value in the range of Settings. This design can also be through the threshold button to change the temperature and humidity，LCD display module can be real-time acquisition of temperature and humidity values.
Key Words：MCU；Intelligence；Temperature；Humidity

目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 粮库监控系统国内外现状以及发展趋势 1
1.3 本设计重要工作内容 1
2 系统总体设计 3
2.1 系统硬件电路设计 5
2.1.1 温湿度检测模块 5
2.1.2 单片机控制模块 8
2.1.3 报警电路模块 11
2.1.4 显示模块 12
2.1.5 继电器模块 13
2.1.6 按键模块 14
2.2 系统软件设计 15
2.2.1 主程序设计 15
2.2.2 温湿度子程序设计 16
2.2.3 报警子程序设计 17
3 PROTEUS仿真 19
3.1 本设计仿真成果 19
3.2 仿真案例 19
4总结 21
参 考 文 献 22
附录A 系统电路图 23
致 谢 24

1 绪论
1.1 研究背景
人类生存离不开粮食，温度和湿度是能否保护好粮食核心因素，想要保护好粮食，就需加强粮库内温度与湿度监测工作。但老式办法弊端诸多，也是由于过去科技落后，在检测某些，咱们只能使用温、湿度计来测量粮库温度和湿度，这种做法不但精度低，实时性也很差；在控制某些也只能人为进行某些操作来控制粮库内温、湿度。这样做法费时、费力、效率还不高，并且检测温、湿度误差很大。随着科技越来越发达，咱们可以使用造价低、控制以便并且检测精确粮库温湿度智能监控系统，实现对粮食储藏。
1.2 粮库监控系统国内外现状以及发展趋势
随着科技迅速发展，计算机技术、传感器技术也是越来越发达，粮库监控系统应用也越来越广、越来越完善。
从1978年电阻式温度传感器到1990年应用了半导体、热电偶传感器再到如今集信号检测、变换和A/D转换于一体数字式传感器；从测量精度低、速度慢到当前测量精度高、更是做到了实时测量；从需要人为操作到智能自动控制。这一切都阐明了粮库监控系统是愈发完美了。近年来，随着单片机功能壮大，人们对粮库监控系统规定也是越来越高，寻找对粮库监控系统来说性价比高单片机、传感器等元件成了研究热点。
在国外某些发达国家，高科技数字式温、湿度传感器在粮库监控系统方面已经得到了广泛应用，在这方面获得成就也比较抱负。由于此种传感器输出是以数字式形式，在传播过程中不必再紧张会受到干扰，不必再紧张远距离传播而导致检测精度会减少，从而较好解决了曾经普通温、湿度传感器弊端问题。
咱们国家在温、湿度测控技术这方面研究比较晚，但国内研究人员在学习发达国家温、湿度技术基本上，也研究出了属于自己温、湿度监控系统。当今社会下，随着科学技术越来越发达，单片机技术得到了迅速发展，以致以单片机作为核心控制系统也变得越来越完美，在各个领域也已经得到了广泛应用。
1.3 本设计重要工作内容
本次设计目是保护储存粮食安全，系统核心是单片机，它控制本系统各种功能，因此它选取是非常重要，在这里我选用是AT89C52单片机，这款单片机对本系统性价比很高，其功能也满足本系统，在软、硬件方面设计也比较简朴其自身也是一款低功耗、高性能单片机。温、湿度传感器是本设计检测装置，传感器优劣关系到系统优劣，为理解决远距离传播状况和传播过程中受干扰而致使精度减少状况，在这里我选取了数字式温湿度传感器SHT11，此传感器可以直接将所检测温、湿度值转化为数字量形式输出，送到AT89C52单片机中。单片机对信号进行解决，当检测到温、湿度值超过阈值时系统可以实现自动报警，并控制继电器做出相应控制，使温、湿度值在设立范畴内，达到自动控制目。其中，控制办法是采用设定报警阀值，当检测到温度值过低时，系统启动报警装置，即批示灯亮、蜂鸣器响，单片机控制升温继电器吸合，加热装置开始自动工作；当测量到温度过高时，单片机控制降温继电器吸合，电扇或者是其她降温装置开始自动工作；当检测到湿度值过低时，单片机控制加湿继电器吸合，加湿装置开始自动工作；当检测到湿度过高时，单片机控制除湿继电器吸合，除湿装置开始自动工作；当检测到温、湿度值均在设立范畴内时，继电器是处在断开状态。本系统采用LM016L作为显示元件，这款液晶显示屏在功能上满足本系统规定，自身具备低功耗、寿命长、无辐射等长处，在显示这个领域它已经是被广泛应用。显示某些会实时显示温、湿度值。系统按键模块可依照需要更改阀值。
2 系统总体设计
本系统核心是单片机AT89C52，设计目保护存储粮食安全。系统中测量某些是将数字式温湿度传感器SHT11置于粮库中，让其检测粮库中温、湿度，此传感器可以直接将所检测温、湿度值转化为数字量形式输出，送到AT89C52单片机中；单片机对接受到温、湿度值进行一系列解决，即单片机把传感器采集到温度和湿度值与所设阀值进行比较，对比较成果进行解决，如果温度和湿度不在设定范畴内，系统先启动报警装置，使报警模块工作，并控制继电器，使相应设备调节粮库内温、湿度，让其变化到设定范畴内。LCD实时显示温、湿度值。
本设计研究办法和思路如下：
1） 预设控制范畴：考虑到地区天气等因素对粮库内存储粮食影响，再依照粮库内粮食能维持安全所需温、湿度，设立出系统控制阀值。
2） 信号采集与解决：传感器对粮库内温、湿度进行测量，将其所测得温湿度值送入到单片机中，单片机对其进行一系列解决，液晶显示屏会显示当前温、湿度值，供管理员检测。
3） 单片机实现控制：单片机将设立温湿度值上、下限值与传感器所检测粮库内温湿度值进行比较，依照成果做出解决，吸合或断开各种继电器，进而控制空调等某些控制温湿度设备，以此来调节粮库内温湿度，使其与设定值保持一致。
4） 范畴可调：由于粮库所在地区不同，环境气候等因素也不同，对粮库内粮食正常保存所需温、湿度也不尽相似，因此设计按键或者按钮模块，可手动调节系统对温、湿度控制范畴。
系统总体框图如图2.1所示：

否
是
开 始
SHT11检测温湿度
与否超限？
启动
声、光报警
控制继电器
结 束
单片机AT89C52
显示

图2.1 系统总体框图

2.1 系统硬件电路设计
2.1.1 温湿度检测模块
（1）传感器选取
随着科技迅速发展，传感器方面技术发达，温、湿度传感器也从曾经老式模仿式传感器发展到了当前数字式、将温度检测和湿度检测合为一体传感器。在当前有较先进传感器就我所懂得就有 DHT11数字式温湿度传感器和 SHT1 X系列数字式温湿度传感器，它们性价比高、应用方面也特别广，在此我考虑到本设计对传感器功能规定以及设计仿真难易限度，我选取了数字式温湿度传感器SHT11，此传感器集成度高，也满足本设计所有规定，它除了是以数字式形式输出信号外，还具备免外围电路等特点。
本系统采用数字式温湿度传感器SHT11作为测量元件。
（2）传感器SHT11简介
1）SHT11引脚功能
引脚图如图2.2所示。

图2.2 SHT11引脚图

各引脚功能如下：
GND--接地；
DATA--数据线；
SCK—时钟线；
VDD—电源线；
NC—未连接。
2）SHT11工作原理

对于SHT11这个传感器，它是一总集成度很高传感器，在信号检测方面，它内部包括了温度和湿度检测，温度检测是靠内部温敏元件，湿度检测是靠内部湿敏元件；并且这个传感器会对本体检测到温度和湿度进行一系列解决，其过程是一方面将两个敏感元件所检测到以电信号形式存在温度和湿度进行放大解决，放大解决是靠内部放大器来完毕，放大后以电信号存在温度和湿度通过内部A/D转换器转换成数字式温度和湿度，最后再以二线串行方式输出数字式温度、湿度值。
在本系统中，AT89C52单片机对数字式传感器SHT11控制是通过表2.1所示代码实现。

表2.1 SHT11控制命令代码
命令代码
含义
00011
测量温度
00101
测量湿度
00110
写内部状态寄存器
00111
读内部状态寄存器
11110
复位命令
其她
保存

3）温度和湿度值计算
湿度线性补偿和温度补偿
数字式温湿度传感器在检测后对温湿度输出过程中，是通过引脚脚直接输出数字量湿度值，但这个值并不是粮库中精确湿度值，咱们称这个湿度值为“相对湿度”，为了得到更为精确湿度值，需要通过式2.1进行修正，也称其为湿度值补偿，公示如下式2.1：
（2.1）
式中：_通过补偿后湿度值，这个值就作为粮库中湿度值，较为精确；
_相对湿度测量值；
_线性补偿系数；
_线性补偿系数；
_线性补偿系数；
式2.1中某些取值状况如表2.2所示。
在检测过程中，环境中温度对湿度影响是非常明显，并且在实际测量时，环境中温度和测试时所参照温度25摄氏度是有所不同，故而需要对线性补偿后湿度值再进行温度补偿，补偿公式如下：
（2.2）
式中： _通过线性补偿和温度补偿这两种补偿后湿度值；
T_测试湿度值时温度(单位是℃)；
_温度补偿系数；
_温度补偿系数；
式2.2中某些取值状况如表2.3所列。

表2.2 湿度线性补偿系数

12位

0.0405

8位

0.648

表2.3 湿度值温度补偿系数

12位
0.01
0.00008
8位
0.01
0.00128

SHT11传感器检测某些电路图如图2.3所示：

图2.3 SHT11检测某些电路图
2.1.2 单片机控制模块
（1）AT89C52性能参数
单片机AT89C52引脚图如图2.4所示：

图2.4 AT89C52引脚图

其引脚功能简介：
① 主电源引脚VCC和VSS
VCC（40脚）接+5V电压。
VSS（20脚）接地。
② 引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19脚）：接外部晶体。
XTAL2（18脚）：接外部晶体。
③ 控制与其他电源复用引脚RST/VPD、ALE/、和/VPP。
RST/VPD（9脚）：复位脚。
ALE//（30脚）：与否容许锁存脚。
其中端是吸取或输出电流驱动端，对于有EPROM时，此引脚用于输入编程脉冲（/）。
（29脚）：此引脚输出是单片机用到外部程序存储器时读选信号端。
/VPP（31引脚）：这个引脚是单片机选用程序存储器引脚，当端信号为“1”时，它将访问内部程序存储器，这个时候有一种特殊状况，就是在AT89C52内值超过0FFFH时候，单片机会自动转向于执行访问外部程序存储器内程序。当端信号为“0”时，只执行访问外部程序存储器。
④ P0口、P1口、P2口和P3口引脚
口（32脚～39脚）：是8位双向三态I/O口。
口（1脚～8脚）：是8位准双向I/O口。
口（28脚～21脚）：是8位准双向I/O口。
口（17脚～10脚）：是8位准双向I/O口。
（2）内部时钟电路设计
本系统采用外接晶体震荡器和两个电容：电容C2和C3构成并联谐振电路，本系统两个电容都选取33pF，外接晶体振荡器选取是12MHZ。AT89C52单片机引脚XTAL1接外接晶体振荡器一端，详细连接如下图、XTAL2接外接晶体振荡器另一端。把串联后电容C2和C3与晶振两端分别相连，就简朴构成了单片机时钟电路。图2.5为本设计采用时钟电路：

图2.5 单片机时钟电路

（3）复位电路设计
本设计采用复位方式是通过按按钮来实现，复位电路电路图如图2.6所示：

图2.6 单片机复位电路

（4）单片机最小系统电路
由时钟电路和复位电路可设计出AT89C52单片机最小系统如图2.7所示：

图2.7 最小系统电路

（5）AT89C52内部构造
AT89C52单片机构造构成如图2.8所示：

图2.8 AT89C52内部构造

2.1.3 报警电路模块
为了能及时提示工作人员，本系统设计了报警模块，报警某些涉及蜂鸣器和LED灯，采用声、光报警。其详细电路图2.9如下

图2.9 声、光报警电路

2.1.4 显示模块
显示某些是用来显示SHT11传感器检测到数据，本系统中是实时显示检测到温、湿度值，显示某些选用LM016L字符型液晶显示模块。
LM016L液晶显示屏引脚图如图2.10所示：

图2.10 LM016L引脚图

LM016L引脚功能简介如下：

VSS（1脚）：普通接地。
VDD（2脚）：接电源。
VEE（3脚）：对比度调节端。
RS（4脚）：寄存器选取端。
R/W（5脚）：读写信号线平。
E（6脚）：E端为使能端，下降沿使能。
DB0~DB7（7脚~14脚）：三态、双向数据总线；
其中DB0~DB3（7脚~10脚）为低4位；DB4~DB7（11脚~14脚）为高4位，详细简介如下：
DB0（7脚）：第0位，这个位是最低位。
DB1（8脚）：第1位。
DB2（9脚）：第 2位。
DB3（10脚）：第 3位。
DB4（11脚）：第 4位。
DB5（12脚）：第 5位。
DB6（13脚）：第 6位。
DB7（14脚）：第7位，这个位是最高位。

系统中显示某些电路图如图2.11所示：

图2.11 显示模块电路图

2.1.5 继电器模块
由于本设计以单片机为中心控制模块，单片机电源为+5V，然而电扇、除湿器等设备是+225V，为了保护单片机安全，单片机不能直接与上述设备相连，故而系统采用继电器连接单片机和上述那些可以控制粮库温湿度设备，使其达到保护电路中元件目。
本系统是基于单片机粮库温湿度智能监控系统，当传感器检测到温、湿度值不在设立范畴内时，单片机通过程序来控制继电器工作：接通或者断开，以达到控制相应设备，使其控制粮库中温、湿度值，让其可以保持在系统控制范畴内目。
继电器详细工作如下：
当检测到温度超过了系统控制温度报警上限值时：蜂鸣器响、报警批示灯亮，降温继电器接通；
当检测到温度低于了系统控制温度报警下限值时：蜂鸣器响、报警批示灯亮，升温继电器接通；
当检测到湿度超过了系统控制湿度报警上限值时：蜂鸣器响、报警批示灯亮，除湿继电器接通；
当检测到湿度低于了系统控制湿度报警下限值时：蜂鸣器响、报警批示灯亮，加湿继电器接通；
并且继电器吸合时也有相应LED灯批示。
继电器模块电路如图所示：

图2.12 继电器模块电路图

2.1.6 按键模块
为了保证现实生活中自然环境和天气等因素对粮库中温、湿度导致巨大影响，本系统设计了能通过手动按键办法来变化系统控制粮库中温湿度，考虑到手动设立控制范畴不会很频繁使用，故而本设计仅采用了几种按键来完毕控制温湿度范畴调节。
本设计采用4个按键，其中1个按键是单片机复位按键，此外3个按键实现对温度、湿度阈值更改。其按键更改阀值办法是：
第一次按下设立键进入温度下限设立，选取递增键增长，递减键减小；
第二次按下设立键进入温度上限设立，选取递增键增长，递减键减小；
第三次按下设立键进入湿度下限设立，选取递增键增长，递减键减小；
第四次按下设立键进入湿度上限设立，选取递增键增长，递减键减小；
第五次按下设立键完毕温、湿度阀值设立。
按键某些电路如图2.13所示：

图2.13 按键模块电路

2.2 系统软件设计
2.2.1 主程序设计
系统主程序大概流程是：系统开始工作后调用传感器检测温湿度程序，显示程序，然后与系统控制范畴相对比，依照成果判断，与否调用报警子程序，继电器模块子程序。大概流程图如图2.14所示：

否
是
开始
调用温、湿度检测子程序
显示程序
与否调用报警子程序
调用继电器某些程序
初始化

图2.14 主程序流程

2.2.2 温湿度子程序设计
由于SHT11内部集成了A/D转换，因而在数据采集时存在一定转换时间，当SHT11收到温度转换命令后，开始转换。转换完毕后发送给AT89C52单片机。
其流程图如图2.15所示：

图2.15 检测某些程序流程图

2.2.3 报警子程序设计
当SHT11检测到温、湿度值超过阀值时，单片机置位报警标志位，使报警电路工作，启动报警，即蜂鸣器响、LED报警灯亮。
其报警子程序流程图如图2.16所示：

图2.16 报警子程序流程图

3 PROTEUS仿真
3.1 本设计仿真成果
本系统按照设计思路在Proteus软件上画出了电路图，并在软件上编写程序，生成.hex文献添加到AT89C52芯片中，运营成功，系统初始运营状况如下：
其初始范畴为：
温度：10℃~40℃；
湿度：40%RH~80%RH。
范畴可由按键修改。

3.2 仿真案例
温湿度范畴
温度：10℃~40℃；
湿度：40%RH~80%RH。
（1） 温度超限
① 温度低于10℃：
检测温度为5℃，湿度50%RH；
仿真成果：LCD显示成果：温度5.570℃，湿度50.80%；
报警模块：蜂鸣器响、报警灯亮；
继电器模块：升温继电器吸合、加热批示灯亮。
② 温度高于40℃：
检测温度为45℃，湿度为50%RH；
仿真成果：LCD显示成果：温度44.35℃，湿度56.13%；
报警模块：蜂鸣器想、报警灯亮；
继电器模块：降温继电器吸合（在这里仿真上是电扇工作）、降温批示灯亮。
（2）湿度超限
① 湿度低于40%RH：
检测温度为25℃，湿度为30%RH；
仿真成果：LCD显示成果：温度24.96℃，湿度33.66%；
报警模块：蜂鸣器响、报警灯亮；
继电器模块：加湿继电器吸合、加湿批示灯亮。
② 湿度高于80%RH：
检测温度为25℃，湿度为85%RH；
仿真成果：LCD显示成果：温度24.96℃，湿度87.14%；
报警模块：蜂鸣器响、报警灯亮；
继电器模块：除湿继电器吸合、除湿批示灯亮。
（3）温湿度均超限
① 温度低于10℃，湿度高于80%RH
检测温度为5℃，湿度为85%RH；
仿真成果：LCD显示成果：温度5.570℃，湿度82.62%；
报警模块：蜂鸣器响、报警灯亮；
继电器模块：升温继电器吸合、加热批示灯亮；除湿继电器吸合、除湿批示灯亮。
② 温度高于40℃，湿度低于40%RH
检测温度为45℃，湿度为30%RH；
仿真成果：LCD显示成果：温度44.35℃，湿度35.40%；
报警模块：蜂鸣器响、报警灯亮；
继电器模块：降温继电器吸合、降温批示灯亮；加湿继电器吸合、加湿批示灯亮。
4总结
通过几种月查阅资料，对温、湿度检测及控制做了很足理论分析，并按照分析成果来设计硬件电路、编写程序，最后是对本设计进行了Proteus实验仿真。
由仿真成果可以看到，本设计完毕了对温、湿度实时检测、实时显示、温湿度控制、超限报警、范畴可调功能。但是由于是仿真，有些东西没有表达出来，例如除湿该用到是什么除湿器，加湿用到什么除湿器，尚有加热降温所用到执行设备都无法在仿真上应用出来，只能用Led灯代替已接通那些设备，便于直观表达仿真成果，并且本设计是基于单片机粮库温湿度智能监控系统设计，粮库温湿度检测某些应当是多点检测这一点我没有在仿真中没有体现出来，但是详细做实物应用时候是可以扩展，由于SHT11温湿度传感器是二线串行通信，占用内存少，扩展起来还是比较容易。
本设计是一种智能监控系统，集检测、监视、报警、控制于一体，应用起来可减少大量人工操作，只需必要时查看一下就好。并且在用到元器件性价比也是很高，做到了耗费人工少，成本低长处。
通过这段时间查阅资料，再到整顿材料，撰写论文，到画电路图、编写程序，最后做Proteus仿真。从最开始拿到题目茫然不知所措，到当前完毕设计，在这个过程中真是体会到了酸、甜、苦、辣，在本设计中涉及到知识我有许多东西都是不会，或者是不太清晰，但我还是克服了这些困难，固然，有教师指引、同窗协助，能顺利完毕此设计是必然。虽然过程是布满坎坷，但成果还是令人比较满意，并且在完毕设计过程中我学到了许多知识。
参 考 文 献
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附录A 系统电路图

致 谢
大学四年寒窗苦读，我学了大量知识，但更重要收获是在学习、实践中所培养思维方式。在学习上我遇到了许多良师，她们教会了我丰厚知识；在生活上我遇到了许多益友，她们给了我诸多协助，在此我对她们致以最真诚谢意，虽然说感恩之情无法用言语来度量，但我还是要以最简朴、最实诚话来表达我对她们最伟大谢意。
在本次毕业设计过程中，我学到了许多东西，我指引教师赵业平教师从选题指引，到论文框架，再到某些细节上修改都给我提出诸多宝贵意见和建议。赵教师渊博知识和敏锐思维都给了我很深启示，这篇论文是在赵教师精心指引下才干顺利完毕。
我还要感谢所有授业于我教师，如果没有这些教师悉心辅导，没有大学这四年知识积累，我是不也许完毕本设计。固然，在感恩之余，还得请各位教师对我设计和论文某些局限性之处多加指正，能让我及时改正。
在此道谢最后，我要感谢在百忙之中抽出时间来对本论文进行审视各位教师。