JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
《电子系统综合训练》开题报告
题目智能温湿度监测报警系统设计与实现
学院电气信息工程学院
设计地点 60#518
姓名徐海峰学号
专业电子信息工程班级 10电子2W 指导教师薛波、俞洋
2013 年 09 月03日
《电子系统综合训练》开题报告
智能温湿度监测报警系统设计与实现
一、课题的意义和目的
温湿度是衡量温室大棚的重要指标,它直接影响到栽培作物的的生长和产量,为了能给作物提供一个合适的生长环境,首要问题是加强温室内的温湿度的检测, 但传统的方法是用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。
这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。
在某些科学研究单位或实验室、生产车间，经常需要将环境的温度控制在某一定范围。
采用电子电路实现对环境温度的控制，其关键是能将环境的相对温湿度转换成相应的电信号，需要用到温湿度传感器。
因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。
该设计即是针对这一问题,设计出了能够实现温湿度自动检测,显示上下限报警等多功能的温湿度监测控制系统。
二、主要设计（研究）内容
设计制作一个利用控制器作为核心的智能温湿度监测报警系统，具体要求：
1．利用温湿度传感器来检测当前环境中的温湿度信号量，设计制作一个可以监测2个点以上的智能温湿度监控报警系统。
2．温传感器的精确度达到2℃，湿度传感器的精确度达到±5%。
3．监测系统可显示当前信息采集的节点号、温度、湿度信息值，并能显示清晰直观当前测量值。
4．监测系统可以任意设定温度与湿度报警上限值与下限值，当系统测量值超限时报警。
（如默认时报警设置温度范围小10℃或大于40℃，湿度范围小于35%或大于60%）；
5．监测系统可以通过RS232通信接口与PC主机完成数据通信功能，将所采集的各种数据量传输至PC主机端显示（PC主机端可利用高级语言进行人机界面设计，如VB，VC，.NET等）。
三、设计（研究）方案
（一）方案的比较与论证
（1）方案一：
系统原理图如图1所示。
本方案采用模拟温湿度传感器采集温湿度信息经过A/D
转换器转换成数字信号送入FPGA，再用LED数码管显示出来。
按键电路是用来设置采集数据的上下限值。
当显示的数据超过设置的上限值或低于设置的下限值时，报警电路开始工作。
将FPGA用异步串行通信口（RS232）与PC相连，从而实现数据传输和控制功能。
复位电路
模拟温湿度传感器
按键电路A/D转换FPGA
LED显示
报警电路
PC
异步串行
通信口图1 方案一的设计框图
（2）方案二：
系统原理图如图2所示。
本方案采用数字温湿度传感器采集温湿度数据送入单片机，再用LCD液晶显示器显示出来。
按键电路是用来设置采集数据的上下限值。
当显示的数据超过设置的上限值或低于设置的下限值时，报警电路开始工作。
将单片机用异步串行通信口（RS232）与PC相连，从而实现数据传输和控制功能。
复位电路
数字温湿
度传感器按键电路
MCU
单片机
LCD显示
报警电路
PC
异步串行
通信口
晶振电路
图2 方案二的设计框图
（3）两种方案的各方面对比
①控制器部分
控制器主要有FPGA和单片机两种选择。
FPGA相对于单片机的I/O口较多，扩展电路比较简单，而且FPGA的抗干扰性能和速度比单片机要好，但是单片机与FPGA相比
价格较低，功耗低，对于这种较简单的控制系统来说单片机的功能已经可以符合该系统的要求。
另外单片机具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用电池供电。
所以选择单片机。
②传感器部分
传感器主要有模拟传感器和数字传感器两种选择。
采用模拟传感器采集的数据需要经过A/D转换器转换成数字信号，精度受A/D转换器的影响，若选用精度较高的转换器费用方面就会提高，而数字传感器具有精度高，费用低的优点，所以选择数字模拟器（DHT11）。
③显示器部分
显示器主要有LED数码管和LCD液晶显示器。
由于本次设计要求显示的数据较多，而且数码管并不能很好的直观显示出所需数据，但LCD液晶显示可以很好的显示出，所以选择LCD。
综上所述，考虑到经费、功耗和制作工序以及其他各方面的因素，本次设计选择方案二。
（二）系统方案设计
1.系统结构框图
采用数字温湿度传感器采集温湿度数据送入单片机，再用LCD液晶显示器显示出来。
按键电路是用来设置采集数据的上下限值。
当显示的数据超过设置的上限值或低于设置的下限值时，报警电路开始工作。
将单片机用异步串行通信口（RS232）与PC 相连，从而实现数据传输和控制功能。
复位电路
数字温湿
度传感器按键电路
MCU
单片机
LCD显示
报警电路
PC
异步串行
通信口
晶振电路
图3 系统结构实现框图
2.系统各模块的硬件设计
确定了多点温湿度的监测系统方案设计，根据系统实现方案中各模块的功能设计要求，对多点温湿度的监测系统各模块硬件电路进行设计，其主要包括以下八个模块：电源模块、温湿度测量模块、单片机控制模块、按键选择模块、显示模块、报警电路模块、时钟模块和复位模块。
①电源模块
系统给电路提供+5V的直流电压，满足电路的需要。
②温湿度测量模块
图4 DHT11典型应用电路
③单片机控制模块
本次课程设计采用AT89C52作为控制器。
④按键选择模块
用8个键来控制，K1键是使界面恢复到调节后的界面，K2键是用来切换温湿度上下限，K3键用来增加温湿度上下限，K4键用来减小温湿度上下限，K5键是用来调节时间的，K6键对时间进行加，K7键对时间进行减，K8键用来查询存储内容。
⑤显示模块
本电路使用两个报警指示灯和LCD1602液晶显示共同实现报警。
两个灯的作用是可以清楚看出是那个节点的报警，LCD1602可以清楚看出是温度还是湿度报警，而且还可以看出是上线还是下线报警。
⑥报警电路模块
报警功能是通过液晶和四个指示灯来实现的，当报警时，通过四个指示灯可以清楚地看出是哪个节点温度和湿度超限，如果想进一步知道是温度还是湿度报警，是超上限还是超下限报警，可以通过液晶清楚地看出来。
⑦时钟电路模块
根据系统要求，本次课程设计所用晶振采用。
⑧复位电路模块
复位是单片机的初始化操作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，未摆脱困境，也需要按复位键重新启动。
3.系统软件部分设计
主程序流程图
图5 主程序流程图
四、预期成果
判断温度是超上限还是低下限
N
N
Y
红灯亮并显示TH
绿灯亮并显示TL
返回
蓝灯亮并显示SL
N
黄灯亮并显示SH
Y
在湿度范围内？
判断湿度是超上限还是低下限
N
Y
开始
初始化（I/O 、液晶、定时器T0）
允许T0中断
显示温湿度时间
按键检测
在温度范围内？
大于温度上限值？
大于湿度上限值？
Y
根据本次报告前文的相关设计，当电路焊接完成、调试不再出错时，LCD上能正常
显示两个节点的温湿度和时间；当温湿度超过范围时，报警灯亮；按键可以调节温度
上下限、时间，基本达到设计要求。
五、时间安排
2013年9月3日～2013年9 月 6 日：系统设计总体方案的确定，设计好各模块，确
定好所需元器件；
2013年 9 月 9 日～2013年9月13日：根据原理图及电路图焊接电路；
2013年 9 月16日～2013年9月25日：对电路进行检错、调试；
2013年 9 月 26日～2013年9月27日：对系统进行验收。
六、参考文献
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[4]冯先成. 单片机应用系统设计[M]. 北京: 北京航空航天大学, 2009:53-65.
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