语音报警温湿度监控仪系统原理设计 第2页
1 绪论
1.1 引言
在某些系统中， 由于温度过高、过低使元器件失效或由于环境湿度过大等引起的漏电时有发生，轻者对设备的稳定运行造成影响，重者将危及到系统局部甚至大型设备和操作人员的安全。本文给出的基于新型的单片机实现的温湿度控制仪，就是为在某些对温湿度有要求的环境下进行温度和湿度控制而设计的。本设计就从硬件和软件两个方面对该控制仪进行介绍。
1.2 开发的依据
本课程开发的意义在于它的硬件成本低，他们之间的相互转换功能相当的简单，通信接口可方便地实现与计算机的实时通信，而且便于功能的扩展，可保证温度、湿度满足设计指标并且湿度报警仪装置可在-20～60℃和0%～99.9%rh（相对湿度）的范围内任意设定温湿度报警值。
进入21世纪后，特别在我国加入WTO后，国内产品面临巨大挑战。各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升。例如纺织行业，温湿度是影响纺织品质量的重要因素，但纺织企业对温湿度的测控手段仍很粗糙，十分落后，绝大多数仍在使用干湿球湿度计，采用人工观测，人工调节阀门、风机的方法，其控制效果可想而知。制药行业里也基本如此。而在食品行业里，则基本上凭经验，很少有人使用湿度传感器。值得一提的是，随着农业向产业化发展，许多农民意识到必须摆脱落后的传统耕作、养殖方式，采用现代科学技术来应付进口农产品的挑战，并打进国外市场。各地建立了越来越多的新型温室大棚，种植反季节蔬菜，花卉；养殖业对环境的测控也日感迫切；调温冷库的大量兴建都给温湿度测控技术提供了广阔的市场。我国已引进荷兰、以色列等国家较先进的大型温室四十多座，自动化程度较高，成本也高。国内正在逐步消化吸收有关技术，一般先搞调温、调光照，控通风；第二步搞温湿度自动控制及CO2测控。此外，国家粮食储备工程的大量兴建，对温湿度测控技术也提出了要求。
但目前，在湿度测试领域大部分湿敏元件性能还只能使用在通常温度环境下。在需要特殊环境下测湿的应用场合大部分国内包括许多国外温湿度传感器都会“皱起眉头”！因此我们迫切的需要能够满足要求的温湿度报警控制仪器。这样不仅可以节约劳动力和提高控制的精确度，而且能够达到实时控制的效果。
1.3 方案及其论证
本仪器采用，DHT21温湿度传感器作为温湿度的检测元件，Lcd作为温湿度数据的显示元件。通过实际温湿度与给定温湿度的差来控制空调和除湿机工作从而达到控制环境温度的作用。
DHT21是集成了温度和湿度传感器，因为在程序编程和软件设计时候都相对简单。LCD相对LED8断数码管显示它的优点在于能够显示的位数足够，且容易编程。设计采用的硬件设施都是相对容易找到的且便宜，但是他能够满足大多数下的温湿度控制的要求。
1.4 存在的问题和解决的方法
由于单独的湿度传感器比较少，所以我才用温湿度传感器，在对提取到温湿度传感器后由于40位数据转化位10进制数用汇编写存在很大的困难，所以本程序采用C语言编写。空调和除湿机比较贵不太符合事实所以我采取用模拟灯来代替它们。由于不知道我们所要求的额定的温湿度，所以我采用中断来改变温湿度的额定值。
1.5 功能及技术指标
该装置可实现的功能如下：
具有多点定时设备控制电路，便于功能扩展；
配有通信接口，可方便地与计算机进行通信；
设有语音提示功能，可方便地实现仪器操作和工作管理提示；
可以实时监测环境温湿度的变化情况，并记录、存储相关数据；
在-20℃～60℃和0-99.9%RH间可任意设定温湿度报警点并且可以通过中断调节；
温湿度控制的精度分别为：温度（-20～60℃）±1℃；湿度（0-99.9%RH）±3%～5%rh
P1.6口控制空调的启动，p1.7控制除湿机的启动，但是由于条件的限制所以采用模拟量来代替，将P1.6、P1.7、分别接上LED灯。用灯的亮灭来模拟空调和除湿机的工作情况。
当温度和湿度都大于给定值时候，当 P1.6=1; P1.7=1;的时候报警器报警且空调和除湿机开始工作（两者对应的灯亮）。
当温度大于给定值、而湿度小于给定值时，即P1.6=1； P1.7=0的时候报警器报警 ，空调工作。
当温度大于给定值、而湿度小于给定值时，即P1.6=0; P1.7=1的时候报警器报警， 除湿机工作。
当温度和湿度都小于给定值时候，即P1.6=0; P1.7=0的时候报警器、空调、除湿机都不工作。
2 硬件
2.1 MCS-51单片机简介
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3、4代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。
单片机分为：51单片机， ARM单片机 ， PIC单片机 ， AVR单片机。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下面要讲的是51系列的单片机， MCS-51的原生产商是Intel公司。最早推出80C51芯片的。作为MCS-51的一部分,按原MCS-51芯片的规则命名。例如80C31、80C51、87C51和89C51，这样我们就可以很容易地认出80C51的系列芯片了。图1-1是MCS-51系列单片机的内部结构示意图
图 2-1 MCS-51系列单片机的内部结构示意图
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