伴随着现代经济和现代科技的不断进步, 人们生活水平也在不断提高, 所需要的物质质量也随之提高。环境温湿度的测量和控制是现代各个行业广泛应用的智能控制技术。随着单片机技术的飞速发展, 通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。

1 系统总体设计思想

该设计采用STC89C51RC单片机来进行程序的执行、信号的处理、结果的显示反馈。 (1) 因使用环境的不同需要在程序中设定温湿度上限和下限的温湿度的值, 也可以通过按键模块实现。 (2) 使用湿度传感器和温度传感器感应并采集当前环境的温湿度并传输到单片机, 单片机接收数字信号后开始进行信号分析处理, 最后在液晶屏上显示用户想要的结果。

系统框图使设计更加结构化, 本次课题的系统大体框图如图1所示。

图1 系统程序框图 

2 系统硬件设计

2.1 单片机的最小系统

中央微处理器STC89C51RC单片机是一种半导体芯片, 其是功耗低、性能较高的8位单片机。STC89C51RC单片机有40个引脚、5个中断优先级2层中断嵌套中断。其是将控制器和各类模块集成在一个芯片上的体系。STC89C51RC设计和配置了振荡频率, 并可通过软件设置省电模式。

单片机的封装方式有许多种, 本次设计主要展示PDIP和PLCC两种, 如图2所示。

图2 STC89C51RC引脚图 

2.2 温度采集模块

DS18B20 (见图3) 采用的是数字化传感器, 将采集的信号以不同电压的方式传输到STC89C51RC单片机的MCU中进行信息处理翻译成人们看得懂的十进制数值。此外, DS18B20采用的是耐热性和防水性高的胶进行封闭[1]。

图3 DS18B20实物图 

2.3 温度显示部分设计

温度的显示方式有8位数码管或者液晶显示屏两种。本设计采用的是LCD液晶显示屏 (英文名字为Liduid crystal display) , 该LCD液晶显示屏可以通过调节滑动变阻器103的阻值调节显示屏的亮度, 该显示屏还能根据使用者需要来设置使用者需要显示的地方显示出规定好的各类字符和汉字。

当为显示屏上电后, 该显示屏不会像数码管的二极管那样自身发光, 该显示屏是通过促使其他粒子发光[2]。液晶显示屏具有体积小、使用方便、功耗低等特点, 被广泛应用在测控及其各个领域。LCD显示屏的显示通信格式如表1所示。

3 系统软件设计

该设计是以STC89C51单片机为控制核心, 将温湿度传感器所测得的数据发送给STC89C51RC单片机进行信息处理。在程序中, 通过编写数据处理程序, 将传感器发送给单片机的高低电平信号翻译处理成使用者能够理解的十进制数, 并且显示在LCD液晶屏上。当显示的温度数值达到设定的上限或者下限时 (见表2) , 单片机会给报警系统发出信号, 且单片机会做出相应的调节性操作 (整体流程设计如图4所示) [3]。

表1 LCD显示屏的显示通信格式

表2 上限值和下限值的设定  

图4 系统软件设计流程图   

4 系统调试及其成果

在本设计的软硬件双重调试过程中, 通过对软件程序和硬件电路的不断修改才能使该装置按照该实验所制定的目标测量和控制相应环境的温湿度。

5 总结

本设计的操作系统简单, 且各模块的功能都能达到对应的需求。特别是感温电路的简捷给本系统减少了巨大的工作量。单片机与其单总线的控制方式为系统提供了较多便利。将环境的大致温度和测温系统综合在一起, 可以开发出许多更新颖的测温装置。