0 弁言
温湿度是主要的环境参数[1-3]，特殊是对付实验室环境，温湿度须要涌如今许多的检测报告中。而目前实验室常用的是湿度计和温度表，基本事理是采打水银温度湿度计进行检测，缺陷是在须要记录数据的时候要先读取干系数据，非常未便利；同时还无法实现温湿度的实时丈量。
目前运用较为广泛的温湿度传感器紧张是热电偶[4-5]、热电阻[6-8]及湿度等仿照传感器，该类型的传感器输出为仿照旗子暗记。为了能够丈量该数据须要进行模数转换，在利用过程中较为繁琐。而数字温湿度传感器将温湿度信息直接用数字量输出，能够直接输出给丈量系统，因此数字式温湿度传感器在温湿度监测中运用更为方便[9]。
为此，拟以本钱较低的AT89S52单片机为掌握芯片[10]、以低功耗的新型数字式SHT21作为丈量温度、湿度的传感器[11]和FYD12864液晶模块[12]，开拓用于实验室的温湿度显示及报警系统。
1 掌握系统总体构造
全体掌握系统包括传感器、微处理器、显示模块和电源模块，如图1所示。个中，传感器为SHT21温湿度传感器，该传感器除了配有电容式相对湿度传感器和能隙温度传感器外，还包含一个放大器、A/D转换器、OTP内存和数字处理单元，能够非常方便地丈量温度和湿度旗子暗记[9]；ECU是全体掌握系统的核心，选用ATMEL公司的8位单片机AT89S52，能够接管输入旗子暗记和输出掌握旗子暗记，同时还包含与上位机的接口，用于程序下载和数据通信；显示模块采取FYD12864液晶模块，用于显示温度和湿度值；报警模块采取蜂鸣器，如果当前温度或者湿度大于设定值就会发出报警；通信模块用于与采集系统进行通信，该通信采取串口通信，用于把温湿度信息通报给采集系统。
2 掌握系统硬件设计
2.1 温湿度旗子暗记处理
温湿度传感器SHT21的管脚定义如表1所示，该传感器的供电范围为2.1~3.6 V，推举电压为3.0 V，为了担保传感器的正常运行，在电源（VDD）和接地（VSS）之间须连接一个0.1 μF的电容，且电容的位置应尽可能靠近传感器。SCL用于微处理器与传感器之间的通信同步，SDA引脚用于传感器的数据输入和输出，当向传感器发送命令时，SDA在串行时钟（SCL）的上升沿有效，在SCL低落沿之后，SDA值可被改变；当从传感器读取数据时，SDA在SCL变低往后有效，且坚持到下一个SCL的低落沿。为避免旗子暗记冲突，常日在SDA端口须要一个外部的上拉电阻（如10 kΩ）将旗子暗记提拉至高电平。
在本电路图中，VSS接地，VDD接电源+3 V，NC保持不连接，SDA接单片机P1.6口，SCL接单片机P1.7口，并接两个上拉电阻R3，R4，其大小都为10 kΩ，在VDD与VSS之间接一个0.1 μF的去耦电容，其连接电路图如图2所示。
2.2 报警电路
蜂鸣器是一种一体化构造的电子讯响器，采取直流电压供电，广泛运用于各种电子产品中作为发声器件。而在单片机运用的设计上，大部分都会利用蜂鸣器来作提示或报警，为此本设计中也采取蜂鸣器作为报警提示。蜂鸣器驱动电路一样平常都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。本设计采取如图3所示的电路驱动蜂鸣器，R5阻值为2 kΩ，蜂鸣器驱动电路与单片机的P3.3口连接；蜂鸣器的额电流小于即是30 mA，对付AT89S51单片机来说，P3.3口的灌电流是15 mA，很明显可以看出仅仅依赖P3.3口的电流是驱动不了该蜂鸣器的，这就须要利用晶体管放大电路，以是本设计选用PNP型晶体管。
当外部的温度或者湿度超过设定的阈值时，基极变为低电平，蜂鸣器导通发出报警。
2.3 显示电路
本设计中所采取的FYD12864液晶显示模块是128×64点阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，具有8位标准数据总线、6条掌握线及电源线。为了能够实现对该模块的掌握，采取P0和P2口掌握，由于51单片机P0口没有内部上拉电阻，为此须要外部增加上拉电阻，本设计增加的外部上拉电阻为10 kΩ；对付FYD12864液晶显示模块来说，第三引脚VO是比拟度电位引脚，本设计中采取10 kΩ的可变电阻来实现比拟电压的调度，如图4所示。
2.4 通信模块
由于单片机输出是TTL电平，而PC输出是-12 V~ +12 V电平，以是须要一个MAX232串口通信模块芯片构成电平转换电路，实现通信时电平旗子暗记的匹配，其连接电路如图5所示，个中C1-和C2-表示连接点，分别连接电容的一端。
2.5 电源模块
本设计中的大部分电路都需用5 V的电压，而温湿度传感器须要用3 V电压，为了能够同时知足两者的需求，本设计采取三端稳压集成电路LM7805。其电路图如图6所示，在输出5 V电压的根本上，通过增加3个1N4007使输出的电压变为2.9 V，能够为温湿度传感器供电。
2.6 单片机最小系统
单片机最小系统由单片机、复位电路和时钟电路构成，如图7所示。所选用的8位单片机AT89C52具有8 KB的可编程Flash、256 B的RAM、32个I/O口、5个中断源、2个16位定时器，完备知足掌握需求；复位电路采取上电复位办法；时钟电路晶振11.059 2 MHz，完备知足系统的哀求。
3 掌握系统软件设计
3.1主程序流程图
主程序紧张完成硬件的初始化、子程序的调用等功能。在主程序中，首先进行SHT21和FYD12864的初始化，然后调用温湿度采集子程序，接着调用温湿度处理子程序，读取成功后，将读取成功的温湿度数据与所设定的数据比较较，如果超过所设定的温湿度数据，蜂鸣器导通鸣叫，起到报警浸染，如果没有超过所设定的温湿度数据，就会直接在FYD12864显示器上显示出来。之后判断是否须要向上位机通报数据，如果须要通报则调用相应的子程序；如果不须要则重复采集温度和湿度数值，进行循环。其流程图如图8所示。
3.2 串口通信
为便于后续数据的剖析及处理，编写了串口通信程序，利用RS232串口，将单片机采集到的数据上传到上位机。
上位机和下位机通信分为上位机串口初始化和下位机串口初始化，个中上位机串口初始化程序如下：
Private Sub Form_Load
MSComm1.CommPort=1//利用Com1口
MSComm1.Settings=\"大众9600，n，8，1\"大众
//设置通信参数，波特率9 600，无校验位，发送8位，1个停滞位
′MSComm1.PortOpen=True//开串口
End Sub
下位机串口初始化程序如下：
/串口初始化函数/
void Serial_Init（void）//串口通信初始设定
{
SCON=0x50；//UART为模式1，8位数据，许可吸收
TMOD=0x20；//定时器1为模式2，8位自动重装
PCON=0x00；//波特率9 600
TH1=0xfd； //定时器赋初值
TL1=0xfd；
TR1=1；//启动定时器TH1
ES=1；//许可串口中断
EA=1；//开中断总开关
}
在实际工程中，下位机根据上位机发送的不同数据要求分别发送相应的数据，下位机数据发送程序如下：
/串口吸收中断函数/
void Serial_Recieve_Inter interrupt 4 using 3
{
if（RI）
{
RI=0；
if（SBUF==0） //收到发送温度数据要求
{
AT24C64_RD（0xa1，AT24C64_Inter_Address_Read_Temp）；
AT24C64_Inter_Address_Read_Temp++；
//读温度地址加1
SBUF=Temp_Val；//向串口发送温度数据
while（TI==0）；//等待发送，直到8位数据发送完毕
TI=0； //TI清零
}
if（SBUF==1） //收到发送湿度数据要求
{
AT24C64_RD（0xa3，AT24C64_Inter_Address_Read_Pres）；
AT24C64_Inter_Address_Read_Pres++；//读湿度地址加1
if（SBUF==3） //收到发送操作数据要求
AT24C64_Inter_Address_Read_Pres++；//读操作地址加1
SBUF=Proc_Val；//向串口发送操作数据
while（TI==0）；//等待发送，直到8位数据发送完毕
TI=0；//TI清零
上位机界面采取VB6.0编写，添加其自带的MSComm控件，可以很方便地实现串口通信。上位机采集到的数据以.text格式存储，便于其他软件的调用剖析。
4 实物图
为了对所设计的温湿度监控系统进行测试，利用普通万用板进行制作，其实物如图9所示。此时，显示模块、单片机最小系统和串口通信模块分开布局，便于各自调试。
经由实际调试，该系统可以正常显示温湿度数据，同时也可以利用自编的上位机程序读取干系数据。
5 结论
本文先容了实验室温湿度丈量系统的设计过程，分别从掌握系统的总体构造、硬件系统和软件系统进行了先容，并且利用万用板实现了该系统。该系统构造大略、运用方便，对付实验室温湿度检测有着积极浸染。
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