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引言
现阶段随着日常生活质量的逐渐提升，现代人们的日常生活水平也愈来愈高，相应的，对环境的要求条件也愈来愈高。环境的控制方面也成了人们所需要的基础条件之一，这也是家庭环境居住的舒适方面的重要环节。
由于目前生活节奏的加快，许多家庭都出现了亚健康的状态，尤其是他们的孩子或者老人，因为没有注重这方面的意识，平常时候的基本普及的知识也没有，因此家庭温湿度的检测对于现代家庭来说是必不可缺的一部分。
要达到最好最适合人类生存的最佳气温和湿度，就必须研究一个家庭式的温湿度室内控制器，以及便于提醒和管理温湿度的设备，家庭能够针对各个季节以及家庭内部的情况需要做出不同的调节，从而获得舒适的居住环境。
这一切不仅都是因为现代人类生活对优越自然环境要求水平的日益提高，而且因为它也反映出着人类现代社会文明水平的日益高度的发达程度和高度科技进步。
1 绪论
1.1 课题的选题背景
自古以来，温度和湿度就是人们生活中很重要的普遍关注问题之一，它们与人类有着密切的关系。随着时代不断发展进步，人们的生活水平也随之改变，他们对自身的生存环境越来越关心。因为空气中的温度和湿度变化都与人体的舒适度和人们内心对外部环境的感应都有直接作用，适度的环境会让人心情愉悦，做事就能事半功倍。
1.2 课题研究的意义
现代人们为了更为有效率确保日常生活环境的闲适和宽敞，此外也为的是现代人们日常生活更为健康，现代人们对现阶段定居自然环境已经有了更高的要求，因此对家庭明确提出更好的建议要求，自动化也引入家庭里面，并快速在全省以至全世界的范围里面广泛发展开来。
由于全国大自然环境问题愈来愈恶劣，大都市人口数基数越发紧张等，适合现代人健康生活环境的适宜环境温度和适宜湿度问题也愈加明显，并与现在国家标准相去甚远。
在人们常见到的中国南北的地理环境差别中，北方大部分地区的冬天是极度的干旱，但中国南方人地区的整个冬天气候却是阴冷和潮湿，对人类环境而言，怎样去用最适当有效的保护措施能在最有效的最合适的时期里去对人类环境采取的保护的措施，这其实是很难去掌握的。
1.3 论文主要研究内容
本系统要实施的功能是：
（1）由单片机系统来实时监测出室内环境的温度和湿度，借由液晶显示屏1602来显示出温湿度传感器DHT11在空间中测量到的温度和湿度数据。
（2）在收集到的数据与系统设定的阈值作比较，如果过阈值，则启动报警系统蜂鸣器响动。系统通过四个按键来实现对温湿度阈值的设置。
（3）当温湿度控制系统超过了设定的阈值后，自动开启相应的继电器驱动负载，阈值可以通过AT24C02存储，实现了就算断电了也能保存所设定的阈值。
2 系统总体方案设计
2.1 系统总框图
硬件主要以STC89C52型单片机为核心，通过1602液晶显示屏实时地显示传感器DHT11检测到的温湿度值，设定的阀值可以通过外部EEPROM存储，这实现就算没有接电源，在系统设置过的阈值也能保存在单片机系统里面。如果过阀值就会有相应的报警模块驱动。本研究设计的温湿度控制器框图如图2-1所示。
图2-1 温湿度控制器方框图
2.2 系统方案选择
2.2.1单片机的选择
由于在大学四年期间，学过了不少关于这方面的知识，例如数学电路、C语言程序设计、单片机原理等知识，并且在经过前期大量在网上查阅到的资料所了解，可以选用到STC89C52单片机来作为主控芯片。STC89C52单片机能兼容很多的系统，本次毕业设计所需要设计的系统也是可以相当好的兼容。不管是拿来做硬件部分还是直接用仿真系统来演示，都能很好运行并展示出设计的模块内容。这个STC89C52单片机足以做本设计的主控模块，它不仅下载程序方面较为方便，更重要的是价格对于大学生来说相对合理。
2.2.2传感器的选择
因为本次设计最重要的就是传感器，要传感器能够很好的接收空气中的温湿度数据，而且感应方面又能灵敏，电路又能简单易懂。通过了解大量资料就发现了很符合设计的传感器，它就是广州奥松有限公司研发的DHT11温湿度传感器，是一款温度和湿度也能在同一体系下互相包容组成一起的数字传感器。DHT11的单总线只有一条，它能与单片机之间既能进行双向传输时钟信号又能双向传输数据。通过与单片机最小系统简单的电路连接，就能够实时的采集范围内的温度和湿度。该产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性，能适应长久的工作时间。最主要的还是这个产品的性价比极高，造价便宜。
2.2.3显示器的选择
在本次设计中需要用到液晶显示屏，但是由于对液晶显示器要求不是很高，能用基本功能就好。在网上收集的资料中，就有着一款液晶显示屏很符合要求，它就是LCD1602液晶显示屏。对于本次设计不需要太精密的液晶显示器，这个1602液晶显示屏的工作电压也在刚好在5V左右，跟单片机的电压恰好合适。在经过一段时间筛选，就选了这个造价比较便宜，在编程方面也是比较简单，因为它跟其他的液晶显示器都是难度原理差不多，都是写指令写地址等，这些条件都是很符合本次毕业设计的要求。
3 系统硬件电路设计
3.1 主控模块设计
主控模块使用的是单片机集成电路，其中单片机最小系统包括单片机芯片电路跟晶振电路、复位电路。有了这些电路再加上电源后，单片机就能正常运转起来。晶振电路可以有效过滤掉一些高频的谐波信号，让晶振工作时候频率可以保持比较平稳流畅。单片机最小系统原理图如图3-1所示。
图3-1 单片机最小系统原理图
3.2 DHT11传感器模块设计
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。DHT11传感器不能接反引脚，如果电路接反引脚就会导致传感器烧坏。单片机的P2.0口用当数据口，让单片机能够发送和收到串行数据，它连接到DHT11传感器的Pin2。用于测量范围空气温湿度的电路的小于20米，所以加一个5K的上拉电阻，这样，当总线闲置时，它的状态也能够在高电平，提高了传感器电路的稳定性。传感器的第三脚是空脚，因此可以空放不用理。DHT11传感器元件的电路原理图如图3-2所示。
图3-2 DHT11电路原理图
3.3 液晶显示模块设计
在日常生活中，液晶显示屏幕应用在很多地方，特别是电器电子方面，它在生活中基本是无处不在，比如在手表、电脑、计算机等等，它主要显示的是字母、专用符号和数值等。
在液晶显示屏模块设计中，所用到的是1602液晶显示屏。它的7~14脚是数据线，用来数据传输，单片机发送处理过的信号传输给液晶显示模块，随后显示屏能显示出所发送的字符。RS脚是寄存器选择信号的地方，在高电平有效的时候是数据寄存器。EN脚是片选信号，等到下降沿才触发。电源与地线中间接两个电阻，用于保护电路，让电路稳定性更好。电路中液晶接口图如图3-3所示。
图3-3 1602显示模块原理图
3.4 继电器模块设计
在继电器模块硬件电路如图3-4所示中。电路中通过9012PNP型三极管放大电路中的电流，然后驱动继电器的启动。当单片机系统设置的阀值超过或者低于时，单片机会由高电平输出转变成低电平输出，因此三极管会导通让继电器吸合，可以用于驱动负载工作。
继电器的工作原理是内部含有磁铁，通过增加的电压之后，流过的电流与磁铁产生了吸引作用，这样双方就吸合起来，就相当于开关闭合一样，电路就开始导通。当没有电流流过继电器，继电器没有磁力吸引，电路就没有连通，继电器就没有作用吸引就后就没有闭合。
四个负载继电器分别对应四个负载，分别为加热片，散热风扇，去湿风扇，加湿器。因为要通过继电器控制四个负载需要的电流过大，本系统单片机提供的电压是驱动不了负载工作，就算继电器能吸合和报警信号LE D灯能发亮，负载也是工作不了的，这时就需要加四个外接电源，有了外接电源提供的电压，这时的继电器外接上的负载才能正常供电使用。
图3-4 继电器模块原理图
3.5 阈值按键模块设计
单片机设置的温湿度阈值存储在EEPROM芯片AT24C02中，并可以通过S1~S4按键调节并保存。本系统通过单片机系统将端口2的输出设为高电平来实现按键的输入端使用，并可将温湿度的测量结果与预先设置好的数值一起存入EEPROM芯片AT24C02中。其中S1为快速进入系统设置按钮，S2为快速添加数值，S3为快速减少数值，S4为菜单中选择项的下一个。AT24C02是IIC芯片，AT24C02提供省电可自动擦除的串行1024位存储或可编程只读存储器EEPROM128字(8位/字)，通过开始状态与停止状态来实现数据存储。其电路如图3-5所示。
图3-5 AT24C02的芯片引脚图和系统设置按键图
3.6 报警电路模块设计
本设计系统采用的是有源蜂鸣器，蜂鸣器的运作需要有一定电流输入，在温湿度测量中对温湿度的阈值上下限超出的提示报警，并用一个拨动开关来启动或者关闭蜂鸣器，顺便这也起到保护蜂鸣器电路的作用。因为作业的电流比较大，单单一个蜂鸣器是驱动不了的，因此系统还设置了一个三极管，用以放大经过蜂鸣器的电流，让蜂鸣器能够正常工作，蜂鸣器报警电路如图3-6所示。
4 系统软件程序的设计
在对于所需要设计完成的课题功能有了一个总体上的概念认识之后，必须首先要设置形成一个程序框架上的功能流程图，为实现对每个功能设计划分模块，分别对模块设计完成相应的课题功能，最终再将所以子模块合理有序的设计连接起来，形成一个完整的程序。主程序首先要根据需要来为整个温湿度控制系统环境进行一个初始化，并且再把所有收集而来的各种温湿度数据指令发送到控制端。其中最为关键就是判断温湿度，要通过判断正确的温度和湿度来决定于单片机系统应该采取什么措施，然后用相应的代码来编程。主程序流程图如图4-1所示。
图4-1 主程序流程图
4.1 液晶显示模块设计
液晶显示模块是用来显示单片机采集到的数据值，然后还有显示设置的阈值，通过阈值数值来查看是否已经过阈值。在通过编译代码来实现单片机显示，通过延时实现功能，再设置第一行显示位置，再一步步往下操作实现字符转换。液晶显示模块软件流程图如图4-2所示。
4.2 传感器模块设计
在传感器模块设计中，因为最新一代的数字传感器具备标准的接口，不用再外一个AD转换模块，使用操作起来自然就很简便。DHT11作为一个全新设计的单总线温湿度数字传感器，它很多的优点都使系统设计更不再繁琐，编程方面也更加快捷，易于实现，控制起来得心应手。本设计是让DHT11传感器上电后保持2s的稳定时间，然后此时再延时1s来保持高电平，再通过检测信号来完成信息数据传输。DHT11传感器模块的软件流程图如图4-3所示。
图4-2 液晶显示模块程序流程图 图4-3 DHT11传感器模块程序流程图
5 系统分析与调试
5.1 硬件调试
在本设计做的过程中，硬件和软件方面都遇到了许多问题，但是相比于软件，在硬件方面还是比较快解决的方面，因为硬件是比较容易检查出来错误的，软件比较晦涩难懂，还是有一定难度。
在硬件调试问题上，首先焊接好了元器件实物板后，先用万用表测量这个工业板子的电源方面，电源方面是最重要的问题，应该是特别需要检查的地方，以防止电源的短路和正负极的错误。然后在仔细检查电路的连接是否有问题，或者有没有虚焊或者没有焊接到的地方，然后核对一下元器件的安装是否有问题，安装上去是否符合规定，由于已经是大学四年都是做过了很多实训过来了，对于这些还是游刃有余的，但是在上机调试后还是发现了很多的问题。
