在國外大部分現代檔案庫房的濕度都是由電腦自動控制，做到了檔案及時保存。同時又降低了庫房人員的勞動強度，更加科學化智能化。而在國內大多數還是人工檢測數據維修等。不能做到對檔案進行實時監控處理。在我國大部分地區，一年中有很長一段時間是高溫高濕季節，特別適合霉菌生長繁殖，當霉菌迅速蔓延時，檔案保存是很困難。因為檔案是歷史的證明是國家和人民的財富。所以如何建立一個可以自動監測和控制的檔案室成了一個重大問題。但隨著科技經濟的發展，這一難題已經破解。我國規定保存紙張的溫度為14℃到24℃，相對濕度為45%到60%.通常75%是霉菌生長的臨界濕度，只要我們控制檔案室溫度濕度達到要求以內，就不會發生檔案被破壞的現象。使得我們國家的損失降到很低。

基于以上社會情況和材料查詢，進行了本次課題設計。本次課題設計主要設計了溫濕度檢測電路，報警電路以及調控電路。溫濕度檢測電路主要由DHT11進行檢測采集數據，把非電量轉化為電信號。然后傳送給單片機進行數據處理，將其數值送到液晶顯示器上顯示。報警主要由發光二極管完成，在這之前用戶需要預先設定一個溫濕度值，當所監測到的數值不在范圍之內，報警電路啟動。給與用戶提醒，同時報警電路的蜂鳴器或者發光二極管產生的信號傳遞給調控電路，使其作為調控電路的啟動信號。調控部分主要由小風扇完成，當濕度溫度過高時風扇進行吹風使其降低到所設定的范圍之內，當濕度過低時我們可以通過小噴霧進行加濕。這個設計的特點來說是用更加簡潔的硬件來模擬檔案室的溫濕度調控，而且更加精準。

在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。比例（P）控制
比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。參數調節辦法：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作﹔(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期﹔(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。下面的設計將圍繞此部分內容展開，是此部分內容的實現。

根據設計要求，采用的方案如下。硬件部分實現對溫濕度的檢測顯示以及報警的的功能。包括檢測模塊，由DHT11溫濕度傳感器組成檢測檔案室的溫濕度。顯示模塊，1602液晶顯示器，把檢測到的溫濕度經過單片機處理顯示到顯示屏上。報警模塊由四個LED發光二極管組成，當溫度高于或低于由一組黃紅燈顯示，濕度同樣。

軟件部分實現溫濕度調控功能，主要設計思想是利用PID調節設定合理的參數，通過調節電機的轉速進而改變風扇轉速來改變溫濕度大小從而達到要求。

3.1主控模塊

單片機最小系統

單片機芯片內還有一項主要內容就是并行I/O口。STC89C51共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。每個口都包含一個鎖存器、一個輸出驅動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節尋址和位尋址功能。在訪問片外擴展存儲器時，低8位地址和數據由P0口分時傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴展存儲器的系統中，這4個口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。

單片機的4個I/O口都是8位雙向口，這些口在結構和特性上是基本相同的，但又各具特點。

STC89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產生：一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。在單片機內部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振），就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩定頻率和快速起振，電容值在5-30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2-12MHz間選擇，典型值為12MHz和11.0592MHz。

當在STC89C51單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內部就執行復位操作（若該引腳持續保持高電平，單片機就處于循環復位狀態）。

復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現自動上電復位。時鐘頻率用6MHZ時C取22uF,R取1KΩ。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST端經過電阻與電源Vcc接通而實現的。

3.2檢測模塊

此模塊主要用于實現溫濕度檢測，然后與單片機相接，把檢測到的信號傳遞給單片機的作用。建議連線長度短于20米時用5K以上的上拉電阻，本課設使用的10K的上拉電阻。

傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。

DHT11引腳說明：VDD供電（              3-5.5V）

                 DATA串行數據

                 NC懸空   

                  GND接地或電源負極

根據傳感器的通信協議，首先由單片機通過I/O口主動產生要求的激發信號，然后將數據線的控制權交給傳感器，接著單片機通過while語句不間斷的檢查I/O口的高低電平，從而達到對時序的正確把握，解析出準確的傳輸數據。

DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數據格式,一次通訊時間4ms左右,數據分小數部分和整數部分,具體格式在下面說明,一次完整的數據傳輸為40bit,高位先出。數據格式:8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bi溫度整數數據+8bit溫度小數數據+8bit校驗和。

用戶MCU發送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉為高速模式，等待主機信號開始結束后，DHT11發出響應信號，送出40bit數據并觸發一次信號采集。具體過程如下：

單片機接收的信號是一連串的脈沖，不同的脈寬組合表示0或者1。一共 40Bit的有效數據，那么

DHT11將會發送80個高電平和低電平。

數據解析：首先要找到DHT11發送的起始信號，其實是一個83uS的低電平和87uS的高電平，進入到我們的程序里，就是兩個 80uS 以上的脈寬，處理的時候可以判斷只要有兩個連續大于80uS的脈寬，有就算一個正確的起始信號。如果連起始信號都沒匹配的，那么通信可能失敗了，所以就放棄后面的工作，再來一次吧。如果匹配到了起始信號，那么開始進行解碼。每兩個脈寬時間為一組，依次進行判斷，如果第一個時間大

于第二個時間，那么接收的是數據0，否則就是數據1，這樣連續判斷40組數據，就算處理完40Bit數據了。接收的數據一共是5個字節數據，最后一個字節是校驗碼，如果校驗碼也是對的，那么認為這組數據可靠。

3.2.1 電源電路

               

DHT11的供電電壓為 3－5.5V。傳感器上電后，要等待一秒以越過不穩定狀態在此期間無需發送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF 的電容，用以去耦濾波。

3.3顯示模塊

DHT11傳感器連接STC89C51系列單片機相對比較簡單。單片機的P2.0口用來發收串行數據，即數據口。連接傳感器的Pin2（單總線，串行數據）。由于測量范圍電路小于20米，建議加一個5K的上拉電阻，因此在傳感器的Pin2口與電源之間連接一個5K電阻。而傳感器的電源端口Pin1和Pin4分別接單片機的VDD和GND端。傳感器的第三腳懸浮放置。

   

其中8×10k歐姆的排阻作為P0 口的上拉電阻，分別接1602 的第7 到14引腳以及單片機的P0 口，電位器RLCD 是用來調節液晶背光對比度的，一端分別接1602 的第2、3 腳，另一端接地。1602 的

4、5、6 腳分別與單片機的P2.0、P2.1、P2.2 腳相連；15 腳接電源，1 腳和16 腳接地。

1602LCD主要參數：顯示16*2個字符，工作電壓4.5-5.5v

LCD1602液晶模塊內部的字符發生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符圖有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母。

引腳說明：

第1腳：VSS為地電源。

第2腳：VDD接5V正電源。

第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。

第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。

第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平

R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。

第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。

第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。

第15腳：背光源正極。

第16腳：背光源負極

讀時序圖：

寫時序圖：

3.4報警模塊

報警模塊的報警提示主要由兩組發光二極管組成，把檢測值與設定值進行比較，當溫濕度值超過臨界值時，發出報警信號，紅色發光二極管閃爍。當低于溫濕度臨界值時黃燈閃爍，在范圍之內不閃爍。

               

3.4.1 溫濕度設定范圍電路

用戶在使用之前需要設定溫濕度上下限，基于不同環境要求設定不同值。通過按鍵調整上下限值。該上下限值保存外外部EEPROM存儲器中，掉電不失。

在單片機測量控制系統中，大致分為數據處理，過程控制兩個基本類型。數據處理包括數據的采集，數字濾波，標度變換等。過程控制部分主要是讓單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出以達到控制的目的。

4.1.2傳感器模塊設計

                           

6.結論及進一步設想
本系統以單片機為核心部件的控制系統，利用軟件編程，最終基本上實現了各項要求。雖然系統還存在一些不足，比如溫濕度測量不夠精確，特別是濕度，波動較大。嘗試了各種改進方法。仍然不太理想。不過大體能反映出設計的目的和要求。與預期的結果相差不多。
經過近兩個月的奮斗，從確定題目，到后來查找資料，理論學習，實驗編程調試，這一切都使我的理論知識和動手能力有了很大的提高。了解了單片機的硬件結構和軟件編程方法，對單片機的工作方式有了很大的認知。同時，對一些外圍設備比如傳感器、液晶屏、鍵盤、蜂鳴器等有了一定的了解！學會了對一項工程如何設計：首先，要分析需要設計的系統要實現什么功能，需要什么器件；然后，針對設計購買相應的硬件，選用硬件時不僅要選用經濟的，更重要的是如何能更精確更方便的完成系統的要求；再次，對各個硬件的軟件實現要弄清楚，如何更好的實現各個硬件的協調，更好的通過主控制器件實現硬件的功能。最后，通過各種測試與調試，讓設計更好的完成系統要求。
但因為我們的水平有限，此設計中也存在一定的不足。就比如說對溫濕度下限的設定與控制，應用就更加廣泛。
溫濕度控制已經成為了21世紀熱門研究話題之一。無論是從生產還是生活，與我們人類都是息息相關的。而智能化的控制溫濕度已經發展成為一種必然。隨著世界經濟的發展，人們生活水平的提高以及社會的進步。我們不可能一直墨守陳規，不能在恪守以前利用人力資源來控制溫濕度的方法。不僅浪費大量的人力資源、財力資源，并且控制系統也更加單一化。而采用自動控制的辦法、既節省了人力資源，更體現了與時俱進的思想、世界在進步、而這種進步就該體現在各個方面。