基于STC89C52单片机的车内温湿度智能监控系统

罗 潜，廖文浩，柳 畅

（1.广东梅州职业技术学院，广东 梅州 514011；2.广州番禺职业技术学院，广州 511487）

随着人们生活水平的不断提高，汽车越来越多地走进了普通百姓家庭，在给人们的生活、工作以及学习带来极大便利的同时，人们也越来越注重汽车的舒适性。其中，车内温湿度就是汽车舒适性的重要指标之一[1,2]。车内温湿度过高或过低都会直接影响到车内人员的舒适程度，甚至会导致交通事故。为了给驾驶员和乘车人员营造一个舒适的温湿度环境，设计了一款基于STC89C52单片机的车内温湿度智能监控系统。该系统主要由STC89C52单片机最小系统、DHT11温湿度传感器模块、LCD1602显示模块、继电器驱动模块，以及按键模块等软硬件组成，能够对车内温湿度进行实时监控，使车内保持舒适的温湿度环境[3-5]。

1 系统总体设计

本系统以STC89C52单片机最小系统为核心，并搭配DHT11温湿度传感器模块、LCD1602显示模块、蜂鸣器报警模块、继电器驱动模块，以及按键模块等外围功能模块。系统整体结构如图1所示。DHT11温湿度模块实时采集车内的温湿度，并把采集到的温湿度数据发送给STC89C52单片机。STC89C52单片机会对传送回来的温湿度数据进行处理，把采集到的温湿度数据发送给LCD1602显示模块进行显示。如果温湿度值超过或低于温湿度上下限值，蜂鸣器报警模块会发出“嘀嘀嘀”的报警声，同时继电器驱动模块会驱动车载空调设备工作，及时调控车内温湿度，并可通过按键模块来设置温湿度上下限值。

图1 系统整体结构图Fig.1 The system structure diagram

2 系统硬件设计

系统硬件设计采用Altium Design进行系统电路设计，在电路设计过程中要选择符合常规用法的经典电路，并且要注意硬件抗干扰的设计。系统电路原理如图2所示。

图2 系统电路原理图Fig.2 The system circuit Schematic diagram

2.1 STC89C52单片机最小系统

本系统采用STC89C52单片机最小系统作为微控制系统，主要由STC89C52单片机、时钟电路、复位电路以及电源组成[6]。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能的CMOS 8-bit MCU，具有如下功能特点：8kB Flash，512B RAM，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，WDT，4个8位I/O口，3个16位T/C，4个外部中断，1个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口；另外，STC89C52可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种SOFTWARE可选择节电模式；空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、T/C、串口，中断继续工作；掉电保护模式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，MCU停止工作，直至下一个中断出现或硬件复位；最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

时钟电路本质上是一个振荡器，通过产生特定的时钟信号来驱动单片机工作，采用11.0592 MHz高速外部晶振Y1和电容C6、C7组成的并联谐振回路，分别连接到STC89C52单片机的X1（Pin18）、X2（Pin19）引脚。

复位电路的作用是使整个系统恢复至初始状态，采用阻容式复位电路来实现系统上电复位，在系统接通电源那一瞬间，电容C8进行充电；当电容C8两端电压未达到STC89C52单片机RESET（Pin9）引脚高电平的门限电压值时，RESET引脚输出为低电平，系统处于复位状态；当电容C8两端的电压达到STC89C52单片机RESET引脚高电平的门限电压值时，RESET引脚输出为高电平，系统进入正常工作状态。

2.2 DHT11温湿度传感器模块

本系统采用DHT11温湿度传感器模块作为数据采集端。DHT11温湿度传感器内部包括1个NTC测温元件和1个电阻式感湿元件，并与1个高性能的8-bit MCU相连接，是一款含有已校准DS输出的温湿度复合传感器。Dout用于STC89C52单片机与DHT11之间的通讯和同步，采用单线制串行接口，使模块集成变得简易快捷[7,8]。

2.3 LCD1602显示模块

本系统采用LCD1602显示模块作为数据显示端。LCD1602显示模块是一种字符型液晶显示模块，能够显示字母、数字以及符号，主要由字符型液晶显示屏（LCD）、控制驱动主电路（HD44780）、电阻、电容等组成。为了减少对单片机I/O的需求，利用HD44780所具有的4-bit数据总线的功能，采用间接控制方式（四线并口通信方式），分别用DB4~DB7引脚与STC89C52单片机P0.4~P0.7（Pin32~Pin35）引脚相连接，先传数据或命令的高4位，再传低4位。

2.4 蜂鸣器报警模块

本系统采用蜂鸣器模块作为报警端。该电路是利用三极管工作开关状态原理，三极管Q1的基集串联1个限流电阻R1与STC89C52单片机P1.0（Pin1）引脚相连接，当三极管Q1的基集端为低电平时，三极管Q1开关导通，蜂鸣器发出“嘀嘀嘀”报警声；否则，蜂鸣器不鸣声报警。

2.5 按键模块

本系统采用3个独立按键并联上拉电阻组成按键模块。按键KEY1（参数切换功能）、KEY2（增加功能）、KEY3（减小功能）分别与STC89C52单片机P3.1~P3.3（Pin11~Pin13）引脚相连接。按键输入信号是低电平有效，按键无输入信号作用时，就由上拉电阻拉至高电平置位。

2.6 继电器驱动模块

本系统采用继电器驱动模块作为负载驱动端。继电器驱动是STC89C52单片机与车载空调设备的接口，三极管Q2与三极管Q1在电路中一样起着开关作用，其基集端串联一个限流电阻R7与STC89C52单片机P1.1（Pin2）引脚相连接。当三极管Q2的基集端为低电平时，三极管Q2开关导通，继电器线圈得电，使其常开触点与公共端短接、常闭触点与公共端断开，从而驱动车载空调设备工作；否则，继电器不工作。

2.7 电源模块

本系统所需电压为5V，采用单独供电，选用普通的蓄电池即可满足系统供电需求，通过电源开关P4（Switch）控制电源与系统之间的供电。

3 系统软件设计

系统软件设计采用C语言进行编程，以软件程序模块化设计来配合硬件模块，最终实现系统功能。软件程序主要由主程序和子程序组成，其主程序工作流程如图3所示。

图3 系统主程序工作流程图Fig.3 The system main program work flow chart

当系统上电工作后，整个系统先进行初始化操作，包括STC89C52单片机最小系统初始化、DHT11温湿度模块初始化、LCD1602显示模块初始化、继电器驱动模块初始化以及按键模块初始化等，保证各模块准备就绪；DHT11温湿度模块实时采集车内的温湿度，并把采集到的温湿度值以特定的数据帧格式发送给STC89C52单片机；STC89C52单片机会对传送回来的温湿度数据进行处理，若温湿度值超过或低于温湿度上下限值，蜂鸣器报警模块会发出“嘀嘀嘀”的报警声，同时继电器驱动模块会驱动车载空调设备工作，及时调控车内温湿度；LCD1602显示模块显示温湿度值，第一行显示采集到的实时温湿度值，第二行显示预设的温湿度上下限值；按键模块可用来设置温湿度上下限值。系统各子程序工作流程如图4所示。

图4 系统各子程序工作流程图Fig.4 The system sub-program work flow chart

4 结语

本课题充分利用传感器技术、集成电子技术以及嵌入式技术，设计了一款基于STC89C52单片机的车内温湿度智能监控系统，通过对系统软硬件的调试，实现了对车内温湿度的实时采集、传输、显示，以及异常报警，能够及时调控车内温湿度，使车内人员保持良好的舒适度，在一定程度上可降低交通事故的发生率。此外，该系统可应用于其他领域的温湿度监控，具有很强的移植性和广泛的应用性。