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基于51单片机的湿度检测系统

基于51单片机的湿度检测系统

发布时间:2023-02-01

第1章课题概述

1.1 课题概述

课题的设计和研究方对象，设计过程及研究内容、实际应用的背景等，针对同一课题，同组内也必须不同

本课题是以C51为基础对湿度检测系统进行简单设计，设计的主要过程为确定连接电路，根据电路原理图进行电路板的焊接，再进行湿度检测程序的设计，最终将程序烧录进单片机进行实际验证。研究内容即为主要程序设计。湿度检测的应用场景十分广大，例如在蔬菜大棚、工厂车间、实验室、药房、库房、仓库、粮仓、酒窖、图书馆、档案馆、文物室等地方。

1.2 课题要求

1）利用51单片机做控制芯片，用GY-39来实现环境湿度的检测

2）湿度值需要保留一位小数

3）湿度值通过计算后，要能够准确的显示在数码管上

第2章系统设计

2.1 框图设计

湿度系统分为两大模块，硬件系统和软件系统，硬件系统分为三个部分，依次数码管焊接，单片机焊接，继电器焊接，主要接口及连线。软件系统主要包括数码管显示，数据处理，继电器控制。

图2.0 电路板背面焊接图

2.2 知识点

C51函数的定义——延迟函数等。
波特率以及通信方式的设置

通信方式0 1 2 3 其中方式 1 3 是波特率可变方式0 2 不可变。方式1 3的波特率波特率的计算公式：波特率 = T1溢出率 * (2 ^SMOD) / 32; 2的SMOD次方。{波特率是由T1的溢出率决定的而且定时器1的溢出率是使用定时器1的工作方式2来(提供)}

接收与发送数据

假设波特率和通信方式设置好了，发送的基本原理：有一个数据发送缓存寄存器(SBUF),CPU如果要通过串口发送数据，可以直接向SBUF赋值，串口控制器在一定的波特率控制下，会一个bit一个bit往TX引脚传输数据，当数据发送完成以后TI标志位会置1，接收伪代码：

char data;

while(RI == 0); //等待数据来到串口接收缓存寄存器

data = SBUF;

RI = 0;

接收的基本原理：一个接收数据缓存寄存器(SBUF),CPU如果接收外部串口发过来的数据，先得判断RI这个标志位是否为1，当RI == 1时，就可以把SBUF里面得值拷贝出，接收和发送数据的方式可以为轮询，也可以采用中断的方式，一般发送数据的时候用轮询，接收的时候用中断

中断方式

void uart() interrupt 4

{

if(RI == 1)

{

data = SBUF; //接收数据

....

RI = 0;

}

SMOD：PCON寄存器的第7位其余的7个位没有实际意义(保留)SMOD位为0波特率不变，为1波特率翻倍，PCON寄存器是叫做串口通信模式选择寄存器。

例如：串口通信方式1

波特率为9600

SM0 = 0;

SM1 = 1; //配置串口通信的工作方式1

REN = 1; //配置串口通信接收使能

//配置串口通信的波特率

PCON = 0x00;//SMOD = 0；//设置波特率不翻倍

波特率 = T1溢出率 * (2 ^SMOD) / 32;

TMOD = 0x20;//配置定时器1的工作方式2

TH1 = 0xFD;

TL1 = 0xFD;

TR1 = 1; //开启定时器1

假设我要使用串口通信中断：

ES = 1; //打开串口中断

EA = 1; //打开总中断

pnp开关电路的控制原理:基极电压高于1v三极管就可以达到饱和导通:低于0.4v就截止。0.6-0.7V左右处于放大区。三极管在数字电路中可以当做开关来使用。可以作为基极电流控制的无触点开关。工作状态为饱和和截止状态，放大状态只是一个过渡过程。三极管饱和相当于开关闭合，截止相当于开关断开。
共阳极数码管显示数字。
继电器工作原理：电磁继电器一般由电磁铁,衔铁,弹簧片，触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

2.3 硬件设计

2.3.1 电路原理图

电路图主要包括一个最小系统、四位数码管、继电器、蜂鸣器以及GY-39的连接。

GY-39连接

1-最小系统 2-AT89C51 3-四位数码管 4-GY-39 5-继电器

6-UN2003A 7-蜂鸣器 8-pnp三极管

图2.1 湿度系统结构理论图

2.3.2 元件清单

表编号为：

章数.表序号

不要让表头、说明与表分成2页

表2.1 基于51单片机的湿度检测系统元件清单

序号	名称	型号	数量	用途
1	单片机芯片	AT89C52	1片	控制作用
2	传感器	GY-39	1个	获取外界数据
3	四位数码管	3461BS-1	1个	数码显示
4	排阻	RESPACK-8	1个	稳定单片机输出电压
5	蜂鸣器	2048Hz	1个	测量环境温度
6	COMS逻辑器件	ULN2003L	1片	驱动继电器和蜂鸣器
7	小信号三极管	PNP	4个	驱动数码管
8	晶振	12MHZ	1个	稳定震荡
9	晶振	11.0592	1个	稳定震荡
10	电阻	1K	4个
11	电阻	330	4个

2.3.3 电子焊接制版及效果

表编号为：

章数.表序号

不要让表头、说明与表分成2页

在实际焊接过程中，由于操作不熟练，造成了部分元器件的损坏，有些焊点不均，在实际连线中注意连线，数码管8个排针与P0口连起来， PUT1-4四个管脚与P1^0-P1^4,Vcc、Ground对应传感器的连接，P3^0与P3^1连接CT、DR。

图2.2 电路板背面焊接图

图2.3 电路板正面接线图

2.4 软件设计

2.4.1 程序流程图

先是接收传感器数据，然后对数据进行处理，传到数码管显示，并进行数据判断，如果数据超过范围值，执行继电器，结束。以此将其划分为四个模块，传感器与单片机通信模块，单片机内部数据处理模块，数据显示模块，继电器模块。

总的来说就是在实际应用中，大棚里面的湿度状况经由传感器获得数据，传到单片机里进行数据处理，处理完毕后，将湿度数字以四位显示在数码管上，之后再进行判定，如果湿度达到一定值以上或者一下，就将大棚的大门打开通风，减小湿度，或者关闭大棚大门，增加湿度。

图2.4 程序流程图

2.4.2 程序设计

主要程序设计为发送接受数据、显示、执行控制三个。

由图2.5可以看出此部分程序，通过用循环的方式，将数组中的值不断传到发送缓存器中，之后将发送标志位手动清零。

图2.5 发送程序流程图

数据处理就是将传到单片机的一帧数据进行处理，将传进来的第10位和11位进行处理，再由传感器说明书上的Hum=(高 8 位<<8)|低 8 位得到后续处理，因为数码管要逐位显示，所以要将int数据通过除，取余来化成对应的个十百千位上的数据。

数码管显示用动态扫描，先将共阳极0-9段码存入数组中，之后将得到的数值带入数组中，遍历显示，视觉暂留，所以延迟了几毫秒。

图2.7 数码管程序流程图

接受一帧数据，由于我们只需要10位以及11位的数据，所以取到了15位。然后对RI手动清零。

继电器以及蜂鸣器功能部分是通过for循环对数据进行判断，首先判断湿度是否大于60，如果大于60蜂鸣器报警，然后下一步判断湿度是否大于30，如果大于30，经由继电器启动，大棚大门打开，如果小于25，大门关闭。

图2.8 蜂鸣器和继电器程序流程图

2.5 系统仿真及调试

由于protuse中不含有GY-39，所以使用实际情况图片代替仿真图，在实际过程中吹口气增加了湿度。数值由66.82增加至了87.38，符合预期效果。

图2.9 吹气前数据图

图2.10吹气后数据图

结论

通过两周课程设计，使我更加扎实的掌握了电工电子&单片机方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，像是某些电路的连接中，存在短路现象，对于传感器的说明与应用，这些问题在老师的提点以及同学的帮助下得到解决，在程序编辑过程中，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足，在焊接电路板的时候，焊过之后就是应该先焊贴片类元件，再焊大的元件。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵，从制版到制作程序的知识得到了应用于加深。

知识的加深是一方面，团队合作的重要性是另一回事，团队需要合作，不能搞什么大包干之类的，要合理分配，组队时要选择合适的搭档，长处互补。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

本次课程设计基本达到课程要求，可以成功显示湿度值，需进一步改进的地方,是湿度检测执行方面，将继电器开关可以改成电机之类的控制蔬菜大棚的帘子，以此控制通风，来达到调节湿度的目的，再就是可以增加调节功能，以此满足用户在种植培育不同作物时，需要不同的最佳湿度状况的发生。