简易家用温度湿度监控系统的设计

摘要：本论文主要介绍基于以STC12C5A60S2 单片机和DHT11 数字温湿度传感器为核心组成的温度测量系统。该系统利用DHT11数字温度湿度传感器采集室内的温度、湿度，将数据传送至单片机实现温、湿度显示、报警等功能。显示部分由1602显示模块组成，可以清晰地直观的反应出当前采集到的数据。该系统的已将温度的测量精确至1℃，湿度的测量精度可以达到1%。本设计使用元件材料简单，测量精度合适，读数方便，适用范围广等特点，可以在实际生活中应用。

关键词：数字温湿度传感器 STC12C5A60S2单片机 温度 湿度

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00

Abstract：This paper mainly introduce a temperature measurement system， which has STC12C5A60S2 single chip microcontroller and DHT11 digital temperature and humidity sensor as its core. This system can use DHT11 digital temperature and humidity sensor to collect indoor temperature and humidity data， and send them to single chip microcontroller to realize functions like display temperature and humidity，issue alerts，etc. Display part is consist of 1602 display module， which can directly and clearly show the collected data of the moment. In the system ， the measurement of temperature is accurate to one degree Centigrade and that of humidity is accurate to one percent.This design has factors like the use of simple component materials， appropriate measurement accuracy， easy readout ，wide application range，etc. It has practical application in daily life.

Key Words：Digital Temperature and Humidity Sensor；STC12C5A60S2 Single Chip Microcontroller； Temperature；Humidity

现代社会，工业科技随着工业革命迅速腾飞，高性能的设备普及越来越广泛，普通百姓家中也越来越多此类精细的电子产品，由于此类设备需要稳定的温湿度环境，所以各个行业对温度与湿度测控的要求也越来越高。在工业、农业生产中，人们可以依靠全自动的温度湿度监测系统来实现对温度湿度的监测与人工调节，而在家中，显然也需要一个简易的小型温度湿度监测系统。所以本文介绍了一种简单的温度湿度监控系统，可以监测室内的温度与湿度，来方便人们对家中电器设备的维护。

1 系统的功能设计

系统要完成的设计功能有：（1）实时监测当前环境的温度与湿度，单片机对采集的数据进行检测并显示在液晶屏上。（2）可以设置报警值，当温度或者湿度超过报警值时系统自动报警。（3）体统抗干扰性强，检测灵敏度高。温度测值范围在-50到+50度。精度可达到0.1。湿度测量范围在0-100%，精度为1%。

系统的组成及工作原理：

系统由主控电路、温度湿度采集电路、报警电路、键盘控制电路和液晶显示模块组成，使用到STC12C5A60S2单片机、DHT11温湿度检测器、1602液晶显示屏、蜂鸣器等元件。通过DHT11温湿度检测器进行温度与湿度的数据收集，单片机处理后由1602显示模块显示出来。若当前的温度或湿度值超出报警值范围，蜂鸣器会报警。报警值可由键盘设定。

2 系统硬件设计

本设计是通过STC12C5A60S2单片机与DHT11数字温湿度传感器来采集家中的温湿度值，DHT11采集到的数据输入单片机后，可由键盘控制电路修改报警值，由1602显示，如果超过预设的报警值，报警电路将会报警。同时可接入电脑控制，由电脑记录采集到的温湿度数据，并且根据电脑的命令开启或关闭温度湿度调节器。系统总体设计框图如图1所示

图1 系统总体设计图

2.1温湿度采集电路的设计

DHT11数字型温湿度传感器的测量分辨率分别为 8bit（温度）、8bit（湿度）。直接与主控制器的端口P1.6连接。主控制器模拟传感器DHT11的工作时序，读取其寄存器的湿度值，主控制器是采取主动的方式与传感器DHT11进行通信，并且DHT11传感器不需要进行相关的寄存器设置。温湿度采集电路的设计如下图2所示：

图2温湿度采集电路

2.2报警电路的设计

报警电路由蜂鸣器和S9012PNP三极管组成，蜂鸣器一端接上电源，另一端接PNP三极管Q1发射极，三极管Q1集电极接地，基极接单片机P1.3管脚。由于选用的三极管为S9012，所以当单片机管脚P1.3为低电平时，三极管导通，蜂鸣器LS1开始报警。报警电路原理图如下图3。

图3报警电路

2.3 按键及显示电路的设计

该小型系统的显示器采用比较简单的1602字符型液晶显示模块，将1602与单片机的指定管脚相连，如下图。同时将三个按键K1、K2和K3分别与单片机的P1.0、P1.1和P1.2相连，如下图4，当按键按下时，管脚会由高电平变为低电平状态，单片机就会根据设定的指令对数据作出修改。

图4按键及显示电路的设计

3 软件的总体设计

主程序的设计思路为，先初始化DHT11，在DHT11中读出当前的温度湿度值，然后初始化显示模块1602，将得到的值显示，如果超过预先设定的上限温度湿度值，则会触发蜂鸣器报警。每次报警持续直到温度湿度值不超过设定的上限值，电脑的控制程序在子程序中。主程序流程图如下图5所示。

图5主程序流程图

4 调试

自检正常，温度数据采集没有出错，在1602显示模块上可以正常显示，湿度数据显示也正常，串口传输数据也没有问题。

测试误差时，同时采用设计好的藏书室监控系统与温度计以及室内湿度计同时检测温湿度，将采集到的数据记录并对比，得出误差并记录制表。温湿度及误差如表1所示

表1 实验数据

实际温湿度值 测得温湿度值 误 差

测试1 24.1℃ 67%RH 24℃ 65%RH 0.1℃ 2%RH

测试2 22℃ 69%RH 22℃ 66%RH 0℃ 3%RH

测试3 21.5℃ 58%RH 21℃ 57%RH 0.5℃ 1%RH

测试4 24℃ 60%RH 23℃ 61%RH 1℃ 1%RH

5结语

本设计能较好的完成温湿度的监测工作，能实现设置上限报警值以及报警，并可将监控的到温湿度值上传电脑，良好的实现了最初的设计要求。而且采用STC12C5A60S2单片机与DHT11构成的温湿度监测电路，设计简便，监测数据误差较低，同时采用的材料价格便宜，体积小巧，使用方便，可以很好地满足工艺上的要求。目前本设计只是初步的完成，还可添加很多其他的功能，如：语音播报功能；无线控制功能等。相信这类产品走入家庭后，可以更方便我们保养家中的电子产品，也能使我们的生活更加智能化。

参考文献

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收稿日期：2015-08-13

基金项目：广西高校科研项目：半连续动力系统几何理论及其害虫综合治理研究（ZD2014137）；钦州学院“专业综合改革试点项目”：数学与应用数学（2012QZZYSD05）。

作者简介：庄远（1992-），男，广西钦州人，学士，研究方向：电路与系统。

通讯作者：刘琼（1966-），女，湖南益阳人，硕士研究生导师，钦州学院理学院院长，教授，研究方向：生物数学，Email：。