基于AT89S52单片机和LTM8901实现智能环境温湿度控制系统的设计

引言

当今，智能化已成为自动化领域新的发展趋势，并推动智能功能迅速扩展到仪器、仪表、设备等行业。温湿度的测量和控制在工农业生产、气象观测、恒温恒湿的空调房、科学研究及日常生活中被广泛应用。本设计基于温湿度传感器LTM8901的智能环境温湿度控制系统，以AT89S52为控制器，通过仿真实验，可以实现对环境温室温度和湿度的检测与控制。

系统硬件设计

系统通过集成数字式温湿度传感器检测环境的温度值和湿度值，将环境的温度和湿度转换成数字量，并将结果传送给单片机，通过数码管显示。单片机利用键盘设置环境温度和湿度的最大值和最小值，并将检测的当前值和预设的最大值和最小值作比较，根据比较结果单片机做出相应的判断，以控制输出继电器的工作状态，执行相应的控制操作，从而可以实现对环境温湿度的检测和控制。系统框图如图1所示。

温湿度检测电路

系统采用长英科技的LTM8901作为环境温湿度传感器。LTM8901是一款专门为用户设计自身产品而提供的数字化温湿度探头，可单点使用，也可以与其他ITU设备多点联网使用。其湿度测量量程为1%～99%RH，分辨率为0.5%RH，测量精度为±3.0%RH（典型值）;温度测量范围为-25℃～+60℃，分辨率为0.0625℃，测量精度为±0.5℃;响应时间典型值为5秒;工作电压范围为4.5V～5.5V。LTM8901将测量结果直接输出为数字信号，通过“一线式总线”串行传送给单片机，同时可以传送校验码，具有较强的抗干扰纠错能力，其电路连接如图2所示。

键盘输入和数码显示电路

键盘输入电路的主要作用是供用户设置温湿度参考值，包括最大值和最小值。键盘输入电路由4×4个小键盘组成，共16各功能键，包括0~9数字键、温度设置键、湿度设置键、最大值键、最小值键、确认键和清除键。温度设置键有效后可以改变预设温度的最大值和最小值。温度设置键有效后可以改变预设湿度的最大值和最小值。最大值键用于说明输入的是最大限值，最小值键是说明输入的是最小限值，和确认键配合使用可以设定温湿度的预设限值。清除键用以清除当前的设置值。

数码显示电路由6个数码管组成，分成两组，一组用于显示温度值，一组用于显示湿度值。当用户设置温湿度参考值时，显示的是设置的最大值或是最小值;当系统处于监测控制时，显示的是当前检测到的温湿度值。

输出电路

系统采用继电器输出，通过改变温度控系统或湿度控系统的工作状态，实现对环境温湿度的控制。系统温度和湿度控制设备主要包括加热装置、通风装置、抽湿装置和加湿装置。ULN2803是8重达林顿反相驱动器，其输入端接单片机的输出端口，输出端接继电器的输入端。继电器采用国产的交流固态继电器（AC-SSR）H220D15，其内部采用光电隔离方式，可以有效避免电磁干扰。当单片机检测到温度值或湿度值超过预设的范围时，单片机的I/O口输出控制信号驱动继电器，启动电器工作，实现对温度控系统或湿度控系统的控制。

系统软件设计

系统软件设计采用模块化结构，各个功能子块独立，方便调试。系统主流程图如图3所示。从图中可以看出，整个软件在结构上分为主程序、键盘扫描程序、LTM8901控制程序、显示程序以及输出控制程序。主程序实现各个模块的初始化，然后进入中断等待。键盘扫描程序主要任务是判断被按下的是哪一个键，从而执行相应的功能子程序。LTM8901控制程序主要是检测环境的温湿度值，并将检测结果传送给单片机。显示程序是用来显示用户预设值或检测值。输出控制程序主要是将检测值和用户预设值相比较，根据比较结果将相应的输出端口置位或复位，从而控制继电器的工作状态。

LTM8901的控制程序主要包括以下几个步骤：发启动转换命令（250~350μs的负脉冲）;延时850~1000ms，用于LTM01转换;发上位机读取命令。当单片机发送读取命令00H时，读取湿度值，然后延时4.5~5 ms，发送读取命令01H，读取温度值。

结语

LTM8901是单片集成的数字式温湿度传感器，所有信号的处理都在内部完成，采用“一线式总线”进行通信，以数字形式完成数据的传输，节省了单片机的I/O口，而且省掉了A/D器件，降低了成本。该系统电路结构简单、检测准确、稳定性好，可以实现对环境温湿度的测量和控制。

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