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摘 要

温湿度作为一组广为人知的物理量却在诸多领域具有举足轻重的地位。因为它们不但会对结晶、挤压成型、蒸馏、空气流动等物理过程产生影响，还会对燃烧、煅烧、发酵等化学反应过程产生影响。在生产安全、产品质量、产品产量等多个方面，温湿度监测都起到了非常重要的作用，一旦温湿度失控就会导致一系列的问题。所以温湿度监测广泛应用于农业生产、食品行业、动物养殖、药品存储、工控行业等多个领域。

系统使用Arduino Uno开发板作为主控板，在配套的Arduino IDE开发环境下设计软件程序。并使用该软件配合设计开发的硬件电路实现温度与湿度监测功能。整个系统由单片机、传感器模块、显示模块三个模块组成。其中单片机使用Arduino Uno开发板，显示模块使用常见的LCD1602液晶显示器，传感器模块则使用性价比极高的数字式温湿度传感器DHT11。工作中通过Arduino Uno发出指令到DHT11，DHT11应答后测得温湿度数据并传输给Arduino Uno，最后Arduino Uno控制LCD1602液晶显示器显示读取到的温度和湿度数值。经硬件平台测试，系统在10~35℃的温度测量范围内误差±1℃，在50%RH~90%RH的湿度测试范围内误差±10%RH。

关键词：Arduino；DHT11；温湿度监测

Abstract

As a group of well-known physical quantities, temperature and humidity have an important position in many fields. Because they will not only affect the physical processes such as crystallization, extrusion molding, distillation, air flow, but also affect the chemical reaction processes such as combustion, calcination, fermentation. In many aspects such as production safety, product quality, and product output, temperature and humidity detection play a very important role. Once the temperature and humidity are out of control, it will cause a series of problems. Therefore, temperature and humidity detection are widely used in agricultural production, food industry, animal breeding, pharmaceutical storage, industrial control industry and other fields.

The system uses the Arduino Uno development board as the main control board and designs the software program in the supporting Arduino IDE development environment. And use this software to cooperate with the designed and developed hardware circuit to realize the temperature and humidity monitoring function. The whole system consists of three modules: single chip microcomputer, sensor module and display module. Among them, the single chip microcomputer uses the Arduino Uno development board, the display module uses the common LCD1602 liquid crystal display, and the sensor module uses the digital temperature and humidity sensor DHT11 with extremely high cost performance. During work, the Arduino Uno sends commands to the DHT11. After the DHT11 responds, the measured temperature and humidity data is transmitted to the Arduino Uno. Finally, the Arduino Uno controls the LCD1602 LCD display to display the read temperature and humidity values. After the hardware platform test, the system has an error of ± 1 ℃ in the temperature measurement range of 10 ~ 35 ℃, and an error of ± 10% RH in the humidity test range of 50% RH ~ 90% RH.

Key Words: Arduino；DHT11；Temperature and humidity detection

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题主要研究内容 3

第2章 方案论证与比较 4

2.1 基本方案 4

2.2 方案比较论证 4

第3章 硬件选择 5

3.1 单片机 5

3.2 温湿度传感器 6

3.3 LCD1602液晶显示器 7

第4章 方案实现 9

4.1 硬件连接图 9

4.2 软件编写 10

4.2.1 Arduino Uno基础编程 10

4.2.2 Uno驱动DHT11温湿度传感器 11

4.2.3 Uno驱动LCD1602液晶显示器 15

4.2.4 系统软件代码编写 17

第5章 软硬件联合调试 20

5.1 硬件平台烧入软件 20

5.2 多次数据采集调试 20

5.3 数据分析 21

第6章 结论 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

随着技术的发展，各个行业都在逐渐进入自动化时代，机器生产代替了多数的人工。然而想要机器长久地正常工作，就需要对机器及其环境进行监测，并在出现问题时及时地进行修正。在诸多环境因素中温湿度又是两个十分重要的物理量，因为它们对诸多物理和化学过程都会产生影响^[1]。对一些产业来说，温湿度失控会影响产品的生产、运输和保存；对大多数机器设备来说，温湿度失控会影响机器的使用寿命甚者损坏机器。温湿度的基本属性决定了许多行业都需要重点对其进行关注，比如：

（1）农业生产中，植物的生长非常依赖环境温湿度。温湿度控制出现差错时，轻则植物停止生长，重则植物直接死亡。通过温湿度监测控制农用温室内温度和湿度适宜，可使农业生产更高效^[2]。

（2）食品行业中，对于食品储存来说温湿度也是一组需要重点关注的环境因素。温湿度脱离正常范围会导致食物的快速变质，触发进一步的食品安全问题。使用温湿度监测系统对储存环境进行监控可以有效地保证食品安全。

（3）动物养殖中，由于不同的温湿度下，每种动物会表现出不同的生长势态。高品质的动物养殖需要适宜的环境来保障，所以环境温湿度监测尤为重要。

（4）药品储存中，药品保存必须严格控制环境温湿度。就最新的GMP认证来说，一般药品的储存温度要控制在0~30℃之间。

（5）工控行业中，温湿度监测多出现在暖通空调、机房监控等场景下。建筑中的环境控制大多数情况下都是温度控制，但当下对于湿度控制的关注也在日益增多。

研究温湿度监测的目的在于搞清楚温湿度在生产生活中的作用以及影响。同时通过使用简单的模块搭建基础的温湿度监测电路，探索温湿度监测的具体方案。另一方面在研究的过程中学习使用Arduino开源电子原型平台，为更复杂的电路研究开发打下基础。

通过基于Arduino开源平台的温湿度环境监测仪的设计，了解国内外温湿度环境监测的研究现状。同时探索基于Arduino开源平台设计温湿度环境监测仪的可行性和实用价值。

1.2 国内外研究现状

热电偶、热电阻、电容式湿度传感器由于制作简便、精度高、价格低廉等优点被广泛应用于室内热环境的测量^[3]。目前国内的温度测量系统设计中，DS1820新型单总线数字温度传感器的使用频率较高。它只需要一根I/O口线就能进行数据读出或写入，且测量温度的精度可达到12位，最低可精确到小数点后4位。这种温度传感器采用3脚（或8脚）封装。用这种智能化数字式传感器的优胜显而易见^[4]。

在湿度测量系统设计中，目前常见的有干湿球测湿法和电子式湿度传感器测湿法两种。二者对比，干湿球测湿法可以在高温环境下测试，而电子式湿度传感器由于多用半导体工艺，环境温度对其影响较大^[5]。而且干湿球测湿法不会有老化、精度下降的问题。因为它使用间接测试法：通过分别测得干球、湿球的温度，由此两个温度值计算出环境湿度。但是在洁净及常温的应用场景下，电子式湿度传感器的优势较大。因为在这种条件下，电子式湿度传感器的精度更高、响应更快。而且它不像干湿球测湿法需要定期维护。所以电子式湿度传感器测湿法更适合于在洁净及常温的场合使用^[6]。

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