基于单片机的温湿度检测与控制系统研究

们设定的范围内，正常显示。

a=e;b=f;c=g;d=h;//把检测对应连接显示接口，显示温度、湿度值。

else

报警}

3系统软件设计

3.1数据采集

温度数据的采集经过DS18B20独特的功能，直接将采集的数据自动转化为数字量传入单片机，湿度数据是由传感器测得现场湿度信号经变送器转换成0~5V的直流信号，送到A/D模数转换器转换成数字量后，再送入单片机进行数据处理，处理后的数据进入PID算法比较做出控制量的选择。

3.2数字滤波

当采样过程完成后，要对采样所得的数据进行数字滤波。数字滤波程序用于滤去来自控制现场对采样值的干扰，数字滤波的算法很多，这里采用中值滤波。中值滤波原理很简单，就是对采样过程中的n个 (一般是3个)采样值进行比较，取中间值放入指定的存储单元。

3.3单片机抗干扰电路的设计

在抗干扰方面的许多技术，如设计软件陷阱、加硬件看门狗电路等。若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。“看门狗”技术大大提高了系统可靠性，本系统“看门狗”让系统运行更加稳定可靠。

3.4系统的PID控制算法^[6]

控制算法是控制系统的核心部分，是控制系统能否稳定和调节品质是否优良的关键。本系统是一个闭环控制的单片机直接控制系统(DDC)，它的工作原理是按照一定的采样周期T去对被控量（温度、湿度）进行采样，并经过控制算法算出控制量，以此控制量作为输出控制执行器，实现对被控对象的控制，采用单片机作为控制器核心所构成的自动控制系统，软件算法流程图如图3。闭环温度、湿度控制程序，由求偏差E和偏差变化率Ec,数据量化算法、增量PID控制算法等程序模块组成。单片机首先读取数字化的实际转速，并与设定的转速相比较，得出差值，单片机再根据差值，调用PID程序，计算并输出模拟电压控制变频调速器，调节被控对象电机转速的大小，同时，寻找最优条件，改变PID参数。

PID的计算公式为：

U（K）=U（K-1）+K_P[E（K）-E（K-1）]+K_I×E（K）+K_D[E（K）-2 E（K-1）+ E（K-2）]

= U（K-1）+P_P+P_I+P_D （2）

K_I=T/T_K （3）

K_D=T_d/T （4）

式中：K_P为比例系数；T为采样周期；T_K为积分时间；T_d为微分时间。

根据公式进行编程，相应的程序流程如图4

图3软件算法流程图

图4PID算法子程序流程图

4 结束语

该闭环控制系统实现了AT89C51单片机为核心，通过PID算法达到对温度、湿度的检测及其控制，运行可靠，操作简单，精度高，响应速度快，可以满足温、湿度的控制。同时，通过LED数码管直观的显示通过控制系统后的温、湿度值，当出现异常现象时，通过报警装置发出警告，及时得到处理，从而满足现场需要，具有广泛的应用前景。

本文创新点：采用单片机AT89C51性价比高，温度DS18B20转化温度简洁，整个闭环控制系统通过PID设置的参数，根据单片机自动修正启动温、湿度控制装置，调整满足现场需要，同时可通过数码显示，清楚的观测到温、湿度值，超过限定值进行报警处理。此套装置实施方便、可靠。

参考文献：

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