测控技术与仪器毕业设计：基于单片机的药品仓库温湿度报警系统设计.docx

1、本科毕业设计（20 届）基于单片机的药品仓库温湿度报警系统设计所在学院 专业班级 测控技术与仪器 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 -摘 要药品的质量关系到人的健康及生命安全，因此药品的保存至关重要，而药品仓库的温湿度影响药品的保质与药效，所以我们需要对药品仓库里的温度与湿度实时检测与控制。本论文提出一种药品仓库的温湿度报警设计方案，该方案包括单片机最小系统、温湿度传感器检测模块 DHT11、按键模块、报警模块、液晶显示模块、降温控制模块、加湿控制模块和电源部分。以 STC89C52 单片机最小系统作为核心控制电路，温湿度传感器检测环境的温度和湿度经过单片机计算处理后在

2、 LCD1602 液晶上把温度和湿度显示出来。当实际温度大于设置温度的上限值时启动降温继电器控制降温，一直降温到下限值时停止降温。当实际湿度小于设置湿度的下限值时启动加湿继电器对室内加湿，一直加湿到设置的上限值时停止加湿。关键词：药品仓库、单片机 STC89C52、温湿度控制- 2 -AbstractThe quality of medicines relates to human health and life safety, so the preservation of medicines is vital. The temperature and humidity of the drug

3、 store affect the quality and efficacy of the drugs, so we need to check and control the temperature and humidity in the medicine warehouse.This paper puts forward a kind of the temperature and humidity alarm design scheme of the medicine warehouse, which includes single chip microcomputer minimum s

4、ystem module, temperature and humidity sensor DHT11, cool button module, alarm module, liquid crystal display module, control module, humidification control module and power supply part. The minimum STC89C52 single chip system as the core control circuit, temperature and humidity testing environment

5、 temperature and humidity after a single-chip processing temperature and humidity on the LCD1602 LCD display. When the actual temperature is greater than the upper limit of temperature setting start cooling relay control cooling, cooling to the lower limit value to stop cooling. When the actual humi

6、dity less than the lower limit of set humidity start humidifying relay on indoor humidifying, humidification until the upper limit of set stops humidifying.Keywords: Medicine warehouse; microcontroller STC89C52; temperature and humidity control 目 录1 绪 论 .11.1 课题研究的背景 11.2 课题研究的意义 11.3 国内外研究现状 21.4 课

7、题主要研究内容 22 系统总体方案设计 .32.1 功能要求 32.2 设计思路 32.2.1 传感器选择方案 .32.2.2 显示器选择方案 .42.2.3 单片机主芯片选择方案 .42.3 总体设计框图 53 系统硬件设计 .63.1 概述 63.2 主控模块设计 63.2.1 STC89C52 芯片的简介 .63.2.2 STC89C52 单片机最小系统 .83.2.3 主控模块电路原理图 .93.3 DHT11 传感器模块设计 93.3.1 DHT11 传感器简介 .93.3.2 DHT11 传感器模块电路设计 .133.4 1602 液晶显示模块设计 143.4.11602 液晶显示

8、屏简介 .143.5 降温加湿模块的设计 173.6 电源部分的设计 173.7 按键模块的设计 184 系统软件设计 .194.1LCD1602 液晶器显示 214.2DHT11 温湿度采集 225 系统测试与结果 .25结论 .30参考文献 .31致 谢 .32附录 A 温湿度检测元器件清单 .33附录 B 硬件原理图 .34附录 C 程序清单 .3411 绪 论1.1 课题研究的背景温湿度控制已成为当今社会研究的热门项目。是工农业生产过程中必须考虑的因素。作为最常见的被控参数。温度和湿度已经不再是相互独立的物理量，而应在系统中综合考虑。广泛应用于实验室、大棚、花圃、粮仓乃至药品仓库等各个

9、领域。温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，随着工业自动化的快速发展，温度湿度的检测与控制不仅在工业领域起着重要作用，与此同时医药行业也需要对温湿度的严格的监测与把控。因此药品仓库对药品保存的环境要求是十分严格的。温湿度对药品的存贮影响很大，超出合适的温湿度范围，药品不仅会变质影响药性，而且也可能会发生毒变，危害生命。由此而见，对药品仓库环境的温湿度控制、做出及时有效合理的措施显得十分重要。而传统的温湿度控制则利用湿度表、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、降温、去湿等操作。这种人工测试方法费时费力，效率低。切随机性较大

10、。误差大。所以需要采用一套先进的单片机温湿度报警系统，成为必要的选择。利用单片机对温、湿度控制，具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求。1.2 课题研究的意义在药品存储过程中，药品环境中的温湿度对药品的影响尤为的大，以西药而言：温度稍高一些就会使疫苗血清、酶制品、生物制剂等药品中的蛋白性变性从而降低他们的药性；而问的也会使得某些糖衣片、胶丸发生变形粘连。西药受潮很容易出现变色、结块、变形、破裂等现象。西药受潮后会导致药性降低以及微生物滋生等。以中药而言：中药对温度也有一定的适应范围，温度过高或过低均会导致中药质量发生变化。温度高于 35时，含脂肪多的植

11、物就容易泛油。中药如果贮存不当，包装不好，吸收了空气中的水分，含水量即会增高，药品就容易发霉变质受潮，中药材会腐烂。2013 年 6 月 1 日，国家药监局召开新闻发布会，最终确定了最新的 GSP（Good Supply Practice）规范。GSP 是为了防止有质量事故的发生以及提前避免有可能会产生质量事故的因素，从医药商品的流通等各个环节开始进行严格的控制，从而制定的一套管理规范。其中对药品仓库温湿度的一系列指标在最新的规范进行了严格的规定。2温湿度的控制是药品仓库管理的核心。温湿度指标确保药品的存贮与质量，从而保障了药品的安全性。在过去的各类药品仓库浪费大量人力进行环境温湿度的监控，该

12、系统采用高精度温湿度传感器，能够准确测量环境温湿度并实时监控，在环境温湿度超出范围时，自动做出相应的措施控制温湿度，节省了一定的人力。1.3 国内外研究现状纵观国内外，以前的温湿度系统特点是造价比较高，组成结构繁琐，功能较少，现在正向成本相对低廉，模块集成度高转变。现在的温湿度监测系统包含的元件以及使用的技术，包括数字电路仪器以及模拟电路仪器等等。根据数据采集而得到的温湿度监测系统在实际生活中起着越来越重要的作用，但是目前大部分采用采集-总线-微机的系统构成方式，成本高，损耗大。随着单片机的普及，利用单片机进行监测的系统取得巨大的成就，目前，此类监测系统在国内仍处于技术应用领先地位。1.4 课

13、题主要研究内容本论文基于单片机和数字温湿度传感器，对药房或药品仓库的室内温度和湿度进行测量，当室内温度和湿度超出设定上下限值时，系统会报警并且采取相对应的应对措施对温湿度调节。根据上述研究内容本论文分为五大部分，结构安排如下：第一部分为绪论。主要内容为本课题的研究目的和意义，以及研究的背景和国内外研究现状；第二部分是系统的总体方案设计。主要内容讲述系统的设计思路以及系统的组成和功能，还介绍比较各方案优缺点选择的最优方案。第三部分为系统硬件的设计。主要从系统的各种硬件器件的性能和结构等方面进行深入的说明，主要的器件有 STC89C52、数字温湿度传感器 DHT11、LCD 液晶显示器等。第四部分

14、为系统软件的设计。主要介绍了主程序执行流程与相关代码，还有各个模块功能的流程与代码，包括 DHT11 温湿度传感器采集模块、LCD 液晶器显示模块等。第五部分是系统的测试与结果。主要演示系统各模块的操作以及系统主要功能，还有测试中测出的一些数据，通过比较数据以及对系统的分析得出结论。32 系统总体方案设计2.1 功能要求通过数字温湿度传感器 DHT11 采集温湿度数据，即时传输给单片机；单片机将收到的信号进行分析和处理，将采集到时温湿度实时数据送给 1602 液晶显示屏；通过 1602LCD 液晶屏完成温湿度的数据显示；设定温度湿度上下限数值，当实际温度大于设置温度的上限值时启动降温继电器控制

15、降温，一直降温到下限值时停止降温。当实际湿度小于设置湿度的下限值时启动加湿继电器对室内加湿，一直加湿到设置的上限值时停止加湿。2.2 设计思路电路总体上分为温湿度测量控制系统由单片机最小系统、温湿度传感器检测模块 DHT11、按键模块、液晶显示模块和电源部分。以 STC89C52 单片机最小系统作为核心控制电路，温湿度传感器检测环境的温度和湿度经过单片机计算处理后在LCD1602 液晶上把温度和湿度显示出来。当实际温度大于设置温度的上限值时启动降温继电器控制降温。当实际湿度小于设置湿度的下限值时启动加湿继电器对室内加湿。温度和湿度的控制设置参数可以通过按键进行设置。长按可以实现连加和连减功能。

16、2.2.1 传感器选择方案方案一：选用 DS18B20 温度传感器作为温度检测模块和 HS1101 是电容式湿度传感器检测湿度。DS18B20 是一线式数字温度传感器。具有独特的单线式接口方式。测量范围在55125，1085，误差范围在-+0.5。最高精度可达0.0625。HS1101 是电容式湿度传感器。可测量相对湿度范围在 0%100%RH。误差为-+2%RH。方案二： 选用 DHT11 作为设计的温湿度检测模块。DHT11 是一款集成型的数字温湿度一体传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC

17、 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。测量范围 20%90%RH，050。测温精度为-+2，测湿精度为-+5%RH。完全符合本次毕业设计的要求。经上述分析，方案一虽然精度更精确。却稍显复杂。方案二即便不能实现方案一的高精度测量。却也能满足设计要求。且简便易行。可靠稳定。具有超高的性价4比。故选择方案二。2.2.2 显示器选择方案方案一：采用八位共阴极 LED 数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接 MAX7219 串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动 8 个 LED 数码管。方案二：采用点阵式数码管

18、显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，故不采用。方案三：采用点阵字符型 LCD1602 液晶显示，可以显示阿拉伯数字与字母等字符，随着半导体技术的发展，LCD1602 液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。比较这三种方案，数码管显示驱动简单，但显示信息量少，功耗大；利用液晶显示可以工作在低电压、低功耗下，显示界面友好、内容丰富，综合考虑，选用LCD1602 来实现显示功能。2.2.3 单片机主芯片选择方案方案一：采用 FGPA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FGPA 可实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，

19、它将所有的器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可应用 EDA 软件仿真、在线调试，易于进行功能扩展，响应速度快。但由于本设计对控制器的响应速度要求不高，FGPA 的高速处理优势得不到充分体现，并且由于芯片集成度很高，成本偏高，同时由于引脚较多，电路板的布线比较复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二：采用 MSP430F449 芯片作为硬件核心。此芯片采用 Flash ROM，内部具有 4KB ROM 存储空间，能于 1.8V-3.6V 的超低压工作，适合手持设备。但是编程环境复杂，编程风格与 MS-51 相差很大。用 MSP430 编程较之 MS-51 繁琐，故不采用MS

20、P430F449。方案三：采用 STC89C52 单片机作为整个系统的核心，用其在温湿度测量控制系统，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现温湿度的检测和控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。STC89C52 单片机具有功能强大的位操作指令，I/O 口均可按位寻址，程序空间多达 8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是 STC89C525单片机价格非常低廉。故在本设计中选用 STC89C52 单片机做为单机控制芯片。2.3 总体设计框图本系统以 STC

21、89C52 为核心，完成温湿度数据的采集、存储、显示、处理、报警、调节功能。选用的主要器材有 STC89C52 单片机、DHT11 数字温湿度传感器、5 个按键、LCD 液晶显示器、电源、继电器、蜂鸣器等。数据采集模块采用 DHT11 数字温湿度传感器，通过在当前温度下检测到的温湿度传递到单片机完成数据的分析，为了使采集的数据稳定可靠，每间隔五秒采集一次数据到单片机。数据显示模块采用LCD 液晶显示器，屏幕分为上下两行，上行用于显示报警信息，下行用于显示温湿度数据，很好的构成人机交互界面。温湿度检测控制的总体设计框图如图 2-1 所示：图 2.1 温湿度测量控制系统总设计框图STC89C52主控模块P0.7电源部分按键模块降温控制温湿度DHT11LCD 液晶显示模块加湿控制报警模块