王 冰

（沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽 110159）

對于現(xiàn)處于21世紀的中國，經(jīng)歷了上下五千年的歷史巨變，中國在不斷發(fā)展的過程中變得越發(fā)強大，在國防軍事、科技創(chuàng)新、宇宙探索等很多方面都表現(xiàn)出了質(zhì)的飛躍。在這種條件下，人們對于科技產(chǎn)品的需求也在這個巨變的過程中發(fā)生了潛移默化的改變，尤其對于農(nóng)業(yè)、工業(yè)等生產(chǎn)業(yè)來說，智能化給人們帶來了前所未有的方便與快捷，它不僅僅是人力物力的節(jié)省，在一些需要相關(guān)數(shù)據(jù)信息的工作上，智能化產(chǎn)品的應(yīng)用則提供給人們更加精準的數(shù)值，從而使人們的效益達到最大化，這也大大推進了我國各個產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展。

在生產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程中，對于某一環(huán)節(jié)能否把溫濕度的值控制在優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的范圍內(nèi)至關(guān)重要。因此，隨著需求的增多，溫濕度控制技術(shù)也在不斷地提高。如今的溫濕度測量儀對于生產(chǎn)業(yè)來說，在畜牧業(yè)中動物飼養(yǎng)、藥品業(yè)中藥物的保存、以及食品業(yè)中食品保存等方面非常重要，尤其是在農(nóng)業(yè)中溫室大棚植物種植方面。

1 系統(tǒng)整體方案

系統(tǒng)整體方案可完成的各個模塊控制功能：中心控制模塊、溫濕度傳感器模塊、溫控模塊、藍牙模塊、按鍵電路模塊以及顯示電路模塊等。

中心控制模塊：該模塊選擇單片機作為主控制器來設(shè)計該方案，核心器件選取的是由STC公司生產(chǎn)的單片機STC89C52，STC89C52是一種功率消耗低、性能使用性強的元器件，并且還是一種CMOS 8位微處理的控制器。在STC89C52當中，它主要還是以MCS-51為內(nèi)核。

溫濕度傳感器模塊：該模塊選擇溫濕度傳感器DHT11對溫濕度變化進行信號轉(zhuǎn)換傳輸。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。其精度：濕度±5%RH，溫度±2℃，量程：濕度 5～95%RH，溫度-20～+60℃。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。

溫控模塊：該模塊選擇風(fēng)扇以及氧化鎂結(jié)晶達到對溫度的控制。將繼電器與風(fēng)扇相連接，若溫濕度傳感器檢測到溫度高出預(yù)定范圍，所連接的風(fēng)扇將會轉(zhuǎn)動，通過風(fēng)扇加快空氣流動，從而達到降低溫度的目的；將加熱片與氧化鎂結(jié)晶相連接，若溫濕度傳感器檢測到溫度低于預(yù)定范圍，所連接的加熱片將會加熱氧化鎂結(jié)晶，通過氧化鎂結(jié)晶產(chǎn)生熱量，從而達到升高溫度的目的。

藍牙模塊：該模塊選擇藍牙HC-05，它采用CSR主流藍牙芯片，是一種主從一體的藍牙串口模塊。換言之，當藍牙設(shè)備與藍牙設(shè)備配對連接成功后，我們可以忽視藍牙內(nèi)部的通信協(xié)議，直接將藍牙當做串口用。在對藍牙設(shè)置好能進行配對連接的AT模式時建立連接，兩設(shè)備共同使用一通道也就是同一個串口，一個設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到通道中，另外一個設(shè)備便可以接收通道中的數(shù)據(jù)。該藍牙串口軟件BTClient是一個在android客戶端實現(xiàn)藍牙無限通信的源程序，客戶手機打開藍牙可直接搜索到藍牙模塊HC-05。通過該模塊，人們可以通過手機APP對當前環(huán)境的溫濕度數(shù)值進行設(shè)定，當溫濕度值超出預(yù)定范圍時，手機APP將會進行提醒，同時溫控模塊也會響應(yīng)進行動作。

顯示電路模塊：該模塊選擇LDC1602顯示溫濕度測量儀的溫濕度值。相比于其他數(shù)據(jù)顯示器，LDC1602不僅價格便宜，而且在功能上也絲毫不輸于其他類型顯示器，LDC1602完全可以實現(xiàn)對溫濕度測量儀的溫濕度值的顯示要求。

按鍵電路模塊：該模塊選擇按鍵實現(xiàn)單片機對各個電路模塊的控制作用，通過按鍵更加簡潔方便的實現(xiàn)了對溫濕度測量儀溫度、濕度值的設(shè)定以及調(diào)控，最終實現(xiàn)對溫濕度測量儀的控制作用。

本設(shè)計是以單片機STC89C52為控制核心的溫濕度測量儀系統(tǒng)設(shè)計，它采用了溫濕度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器等元器件相結(jié)合，對溫濕度進行信息采集，從而轉(zhuǎn)換信號將信息傳送給其他模塊，通過單片機的總控制，使藍牙模塊以及溫控模塊做出相應(yīng)的動作，實現(xiàn)其功能。對于顯示電路模塊是將現(xiàn)處環(huán)境的溫濕度通過測值展示在LDC1602顯示屏上。按鍵電路模塊則是通過三個按鍵調(diào)整設(shè)定溫濕度值的要求范圍，并且可以通過按鍵恢復(fù)原有設(shè)定的最佳溫濕度值的范圍。以溫室大棚為例，正常條件下，溫室大棚中一般植物生長有固定的溫濕度范圍最為適合植物生長，但是會有特殊的植物所需溫度和濕度的值不同，此時就需要自行設(shè)定溫濕度的控制范圍，當要恢復(fù)到一般植物生長所需溫濕度范圍時，人們可通過按鍵直接恢復(fù)原有設(shè)定范圍。

2 硬件系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)是基于單片機的溫濕度測量儀自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了藍牙控制和溫度控制的方式對溫濕度測量儀當前所處環(huán)境進行調(diào)整，從而使所針對地區(qū)的溫濕度控制在所設(shè)定的最佳區(qū)間范圍。利用單片機控制的溫濕度傳感器以及信息采集電路，通過傳感器產(chǎn)生的信號實現(xiàn)對當前溫濕度的數(shù)值進行采集，從而將具體數(shù)值信息傳送到顯示屏以及手機APP上。通過以上各元器件的相互控制實現(xiàn)溫濕度測量儀的作用。硬件主要控制結(jié)構(gòu)流程圖如圖1所示。

圖1 硬件主要控制結(jié)構(gòu)流程圖

該系統(tǒng)的硬件組成是選用單片機STC89C52作為主控制芯片，單片機STC89C52作為驅(qū)動是因為它具有高速、低功耗、高性能、超強抗干擾能力這些特點，且為CMOS 8位微控制器。其有STC89C52具有通用接口I/O口，以及四個準雙向口上拉接口，分別是P1/P2/P3/P4，其中P0口是漏極開路輸出，當作P0口為總線擴展用時，不用加上拉電阻，而當P0口作為I/O口用時，則需加上拉電阻。在系統(tǒng)中，單片機STC89C52與溫濕度傳感器DHT11、A/D轉(zhuǎn)換器、加熱片、繼電器、藍牙HC-05電路、LDC1602顯示屏以及按鍵等外圍電路元器件相連接，通過共同控制作用，組成基于單片機的溫濕度測量儀自動控制系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)的基本框圖如圖2所示。

圖2 硬件系統(tǒng)的基本框圖

3 溫濕度測量儀軟件方案的設(shè)計與仿真

單片機作為將中央處理器CPU、存儲器、定時器、I/O接口電路等主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。在整個控制過程中，正是由于主控制芯片單片機內(nèi)軟件程序功能對各個連接的元器件進行控制，才使得各個模塊之間的信號能夠得到很好的管理，從而井然有序地進行信息傳遞，不會出現(xiàn)信號之間地相互干擾問題，成功地完成與人們要求相對應(yīng)的功能動作。

該設(shè)計的系統(tǒng)軟件需要通過Keil uVision5軟件來把編輯好的程序?qū)氲絾纹瑱CSTC89C52內(nèi)，然后對溫濕度測量儀進行調(diào)試。該系統(tǒng)通過protues運行后運行結(jié)果圖如圖3所示。

圖3 protues運行后運行結(jié)果圖

4 系統(tǒng)調(diào)試及測試

溫濕度測量儀的硬件測試，測試內(nèi)容如下：溫濕度傳感器對于不同溫度和濕度在顯示屏上的數(shù)值顯示，以及當所處環(huán)境溫濕度超出預(yù)定范圍時，指示燈是否亮起對應(yīng)的LED燈，并且溫控系統(tǒng)是否針對相應(yīng)溫度變化使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動以及加熱片發(fā)熱。該溫濕度測量儀自動控制系統(tǒng)實物圖如圖4所示。

圖4 溫濕度測量儀自動控制系統(tǒng)實物圖

當溫度低于預(yù)定范圍時，如圖順序，左側(cè)第一個燈（綠色）亮起，顯示屏中顯示現(xiàn)在的溫濕度數(shù)值，并且手機接到溫度過低提醒，與此同時加熱片開始發(fā)熱。當溫度高于預(yù)定范圍時，左側(cè)第二個燈（紅色）亮起，顯示屏中顯示現(xiàn)在的溫濕度數(shù)值，并且手機接到溫度過高提醒，與此同時風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動。

當濕度低于預(yù)定范圍時，左側(cè)第三個燈（綠色）亮起，顯示屏中顯示現(xiàn)在的溫濕度數(shù)值，并且手機接到濕度過低提醒。當濕度高于預(yù)定范圍時，左側(cè)第四個燈（紅色）亮起，顯示屏中顯示現(xiàn)在的溫濕度數(shù)值，并且手機接到濕度過高提醒。

5 結(jié)論

該基于單片機的溫濕度測量儀自動控制系統(tǒng)設(shè)計主要為幫助人們實現(xiàn)對于控制以及檢查溫濕度的需求，減少人們在人力物力等方面不必要的浪費，將現(xiàn)有科技元器件與創(chuàng)新相結(jié)合，使相對便宜的元器件實現(xiàn)最大價值。通過溫濕度測量儀的使用，人們可以避免溫室大棚農(nóng)作物因溫濕度問題的減產(chǎn)、減少室內(nèi)養(yǎng)殖動物因溫濕度不適問題而引發(fā)的疾病，以及防止重要檔案文件因溫濕度問題導(dǎo)致的字跡消失等。在當今飛速發(fā)展的中國，相信隨著科技產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新和推廣，人們的生活將會變得更加智能化、自動化和人性化。