基于单片机的温室温湿度控制系统设计
基于单片机的温室温湿度控制系统设计
王宝芹, 范长胜, 郭艳玲
( 东北林业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150040)
摘 要: 设计了一种基于单片机和 SHT11 温湿度传感器的温室温湿度控制系统。该系统性能可靠, 结构简单,
能实现对温室内温湿度的自动调节。
关键词: 温室; 单片机; 温湿度传感器
中图分类号: TP273 文献标识码: A 文章编号: 1001- 4462( 2008) 03- 0039- 02
Design of SCM- based Temperature and Humidity Control
System for a Greenhouse
WANG Bao- qin, FAN Chang- sheng, GUO Yan- ling
( Mechanical & Electrical Engineering College, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang 150040, China)
Abstract: Based on SCMand SHT11 temperature and humidity sensor, the temperature and humidity control system used for
a greenhouse is designed. With a simple structure and reliable performance, the system allows automatic adjustment of the
temperature and humidity in a greenhouse.
Key words: greenhouse; SCM; temperature and humidity sensor
近年来, 我国的设施农业得到了较大发展, 温室大
棚种植技术已突破了传统的农作物种植受地域自然环
境等诸多因素的限制, 对农业生产有重大意义。但目前
我国温室大棚的温湿度测量和设备的操作大多还是由
人工来完成, 当温室较大时, 操作人员的劳动强度很
大。本温湿度控制系统是以单片机控制为核心, 以瑞士
生产的 SHT11 单片集成温湿度传感器作为温湿度检测
元件, 初步实现了温室大棚的自动化管理, 大大降低了
工人的劳动强度。
1 基本工作原理
温室温湿度控制系统上电工作后, 用户首先通过
键盘输入温度及湿度的初值, 单片机系统将用户设置
的初值保存在 X25045 芯片中。单片机进入主程序后,
开始以查询的方式检测温湿度传感器 SHT11 的温湿度
状态, 并将相应的数值通过液晶显示器显示输出。当温
室内的温度( 或湿度) 小于设置的初值时, 单片机将通
过控制输出接口使加温设备( 或加湿设备) 开始工作;
当温室内的温度( 或湿度) 大于( 或等于) 设置的初值
时, 单片机将通过控制输出接口使加温设备( 或加湿设
备) 停止工作。其总体结构框图如图 1 所示。
2 硬件设计
该系统硬件组成主要包括温湿度检测电路、液晶
显示接口电路、单片机与 X25045 接口电路、键盘及控
制输出接口电路。
2.1 温湿度检测电路
温湿度传感器选用的是瑞士生产的 SHT11 单片集
成传感器, 其是一种可以同时测量温度、湿度和露点的
传感器, 不需外围元件就可直接输出, 经过标定了的相
对温度、湿度及露点的数字信号可以有效地弥补传统
的温、湿度传感器的不足。SHT11 与单片机的硬件连接收稿日期: 2007- 12- 25
第 36 卷 第 3 期 林 业 机 械 与 木 工 设 备 Vo1 36 No.3
2008 年 3 月 FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENT Mar. 2008
SHT11 温湿度传感器
X25045 初值保存芯片
液晶显示器
键盘输入
控制输出
单
片
机
控
制
系
统
图 1 总体结构框图
如图 2 所示。
SHT11 的测量时序如下: 当一个 SCK 为高电平时,
DATA 出现低电平, 然后 SCK 变为低电平, 接着当 SCK
再为高电平时, DATA 也变为高电平则表示开始数据读
写( 启动序列) , 然后是 3B 的地址+5B 的命令, SCK 继
续发送一个周期的时钟表示 ACK, 这时传感器开始测
量, 约 210ms( 对应 14 位精度) 后, 传感器在 DATA 上送
出低电平表示测量结束, 这时送出测量数据和校验和。
为保证测量的可靠, 应核对校验和。用 CRC 数据的确认
位表示通讯结束。如果不使用 CRC- 8 校验, 控制器可
以在测量值 LSB 后, 通过保持确认位 ACK 高电平来中
止通讯。在测量和通讯结束后, SHT11 就会自动转入休
眠状态。
温湿度传感器 SHT11 送出的温度、湿度数据必须
经过数据转换才能表示实际的温度和湿度, 其公式如
下:
TC=d1+d2×SOT
RHLinear=C1+C2×SORH+C3×SO 2
RH
RHTrue=( TC- 25) ×( t1+t2×SORH) +RHLinear
式中: TC 为温度; RHTure 为经过温度补偿的相对湿度; d1、
d2 与温度分辨率有关; C1、C2、C3、t1、t2 与湿度分辨率有
关 ; SOT 表 示 从 SHT11 中 读 出 的 温 度 值 ; SORH 表 示 从
SHT11 中读出的湿度值。其对应关系如表 1、表 2 所示。
2.2 单片机与 X25045 接口电路
单片机与 X25045 接口电路如图 3 所示。本设计选
用 了 P1 口 的 P10 ～P12 及 74LS138 的 11 脚 , 由 于
X25045 的 RESET 为漏极开路的输出端, 所以应接上拉
电阻。写操作至少需要 24 个时钟周期, 片选必须拉低
并在操作期间保持低电平。单片机可以连续写入 16 个
字节的数据, 但这 16 个字节必须写入同一页, 一页的
地 址 开 始 于 地 址 [ X XXXX 0000] , 结 束 于 地 址[ X
XXXX 1111] , 如果待写入的字节地址已到达一页的最
后, 而时钟还继续存在, 计数器就将回绕到该页的第一
个地址并覆盖前面所写的内容。在本设计中, 一页存储
三组数据, 每组数据由五个字节组成, 分别包括日、月、
小时、分钟和秒。而一页的最后一个字节用于存放每次
读取该页的次数, 以便于新的数据可再从首地址写入,
达到循环存储数据的目的。
2.3 单片机控制与液晶显示接口电路
本设计选用的是 128×点阵的 OCMJ4×8C 中文液晶
图形显示模块。C 系列中文模块可以显示字母、数字符
号、中文字型及图形, 具有绘图及文字画面混合显示功
能。与传统的图形点阵液晶显示模块相比, 单片机硬件
接口电路以及软件编程都比较简单, 内置 2M 位中文字
型 ROM( CGROM) , 总共可提供 8192 个中文字型, 可大
量节省单片机设计的 ROM 空间以显示更多的汉字字
符, 更加发挥了液晶显示技术在单片机系统中的应用。
OCMJ4×8C 模块非常适用于显示汉字信息量较大的智
能仪器仪表系统及家用电器, 可采用 8 位并列接口传
输讯号及串行接口与串行传输资料两种资料传输方
式。接口电路如图 4 所示( J1 用于连接液晶显示器) 。
图 2 温湿度传感器与单片机接口电路
表 1 温度校正系数
14b( 5V)
d1
- 40
d2
0.01 12b
C1
- 4
C2
0.0405
C3
- 0.0000002
t1
0.01
t2
0.00008
表 2 湿度校正系数
图 3 单片机与 X25045 接口电路
图 4 单片机控制与液晶显示接口电路
林 业 机 械 与 木 工 设 备40 第 36 卷
C14_1
U14_1
10
2.4 单片机与键盘及控制输出接口电路
键盘分为八个独立按键, 一端与单片机的 P2 口及
50K 上拉电阻相连, 另一端接地, 当任一按键按下时,
P2 口读取低电平有效。系统上电后, 进入键盘扫描子程
序, 以查询的方式确定各按键, 完成温湿度初值的设
定, 系统进入主程序后按键功能无效。控制输出电路用
于控制加温设备及加湿设备, 控制端选用单片机 P1 中
的两个端口 P16、P17, 当 P16、P17 为高电平时, 继电器
工作于长开状态, 当 P16、P17 为低电平时, 继电器工作
于长闭状态。接口电路如图 5 所示。
3 软件设计
软件设计主要分为主程序、初值设定子程序、温湿
度读取子程序、液晶显示子程序和输出控制子程序。
初值设定子程序完成对温湿度初值的设定及数据保
存; 温湿度读取子程序完成对温湿度传感器数据的读
取及数据换算, 并通过液晶显示子程序显示温湿度
值; 输出控制子程序则根据温湿度的数值完成对输出
口的控制。
4 结 论
采用的 SHT11 温湿度传感器, 其内部与 14 位的 A/D
转换器以及串行接口电路实现无缝连接, 因此本系统
具有硬件结构简单、响应速度快、抗干扰能力强等特
点。本设计目前应用于水稻浸种催芽温室的温湿度控
制系统中, 电路工作稳定、可靠性高, 完全达到了设计
要求, 具有非常好的实用性。
参考文献:
[ 1] 李敏, 等.数字式温湿度传感器 SHT15 及其应用[ J] .新器件新技
术, 2003.
[ 2] 易运晖, 等.SHT1x/7x 温/湿度传感器应用 [ J] . 现代电子技术,
2003, 159( 16) : 105- 107.
[ 3] 严军.智能温度计[ J] .仪表技术与传感器, 1994,( 1) : 23- 26.
图 5 单片机与键盘及控制输出接口电路
21
变位修正法获得无侧隙谐波齿轮传动设计
李 敏
( 哈尔滨职业技术学院, 黑龙江 哈尔滨 150081)
摘 要: 通过分析谐波齿轮传动的工作原理和特点以及传动无侧隙的工程要求, 研究了谐波齿轮传动无侧隙
的柔、刚轮变位系数及通过对变位系数的修正来实现传动无侧隙要求。
关键词: 谐波齿轮传动; 啮合参数; 无侧隙; 变位修正
中图分类号: TH132.41 文献标识码: A 文章编号: 1001- 4462( 2008) 03- 0041- 03
1 谐波齿轮传动的组成、工作原理及特点
谐波齿轮传动由波发生器 H、柔轮 1 和刚轮 2 组
成, 如图 1 所示。在装配前, 柔轮的原始剖面呈圆形, 且
是一个容易变形的薄壁圆筒外齿轮; 刚轮则是一个刚
性的内齿轮, 它们的周节相同, 但柔轮的齿数 Z1 比刚轮
的齿数 Z2 少 1 个或几个齿; 波发生器 H 可由一个椭圆
盘, 也可由转臂和几个圆盘构成, 其原始特征曲线通常
有标准椭圆、双偏心圆、余弦闭合曲线、里隆勒曲线
( Resal) 、偏心盘作用下的闭合曲线和滚轮发生器作用
下的闭合曲线等。
波发生器的最大直径比柔轮内径略大, 波发生器
装入柔轮时使柔轮产生变形, 在其长轴两端的齿轮恰
好与刚轮齿完全啮合, 短轴处的齿侧完全脱开。而处于
波发生器长轴和短轴之间沿周长不同区域内的齿, 视
柔轮回转方向的不同, 则处于某些啮合、某些不啮合的收稿日期: 2007- 11- 27
第 36 卷 第 3 期 林 业 机 械 与 木 工 设 备 Vo1 36 No.3
2008 年 3 月 FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENT Mar. 2008
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