基于单片机的温湿度检测及控制的设计，基于单片机和LabVIEW的温湿度监测系统设计

很多朋友对基于单片机的温湿度检测及控制的设计，基于单片机和LabVIEW的温湿度监测系统设计不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

摘要：利用单片机和虚拟仪器LabVIEW在PC机端设计了一套温湿度测控系统，用于温湿度数据监测。该系统的上位机为PC端监控界面，下位机为单片机。单片机采集温湿度数据，并通过串口将采集的数据发送到监控界面进行监控和管理。该监控系统开发成本低、功耗低、性能稳定、电路简单。0简介

随着科技的发展，温湿度测量已经应用到工作和生活的方方面面，温湿度监控系统的应用也越来越广泛。目前，基于虚拟仪器的监测与数据采集系统的设计主要依赖于价格昂贵的数据采集卡，系统开发和应用成本高[1]。LabVIEW是由美国国家仪器公司开发的图形化编程环境。本文设计了一种基于单片机和LabVIEW平台的实时温湿度监控系统。

单片机和温湿度传感器构成下位机系统，采集的数据通过串行通信发送到上位机PC端的LabVIEW平台，实现温湿度数据的实时采集、温湿度趋势图的绘制、阈值报警、历史数据存储和数据的精细化管理。监控系统快速有效，开发成本低，非常适合日常使用。

1系统设计思路

该系统以STC89C52为控制核心，温湿度传感器DHT11采集温湿度信号，LCD1602显示系统信息。系统配有报警电路，用户可自行设定报警阈值。当温度或湿度超过设定值时，报警器将启动。上位机采用LabVIEW编写程序，单片机通过串口与之通信，实现对系统温湿度数据的实时测量、监控、存储和统计分析。

LabVIEW图形化编程具有友好的人机交互界面，开发成本低，简单可靠。系统结构如图1所示。

2硬件电路设计2.1下位机硬件电路设计

下位机单片机控制系统的硬件电路包括：温湿度传感器DHT11电路、LCD1602显示电路、声光报警电路和键盘电路。本文只阐述温湿度传感器DHT11的电路设计。DHT11只需要占用单片机的一个I/O口就可以完成连接。如图2所示，DHT11的电源电压为3.5~5.5 V，1脚接VCC，2脚接单片机I/O口，3脚悬空，4脚接GND。上电后等待1 s，以克服不稳定状态，在此期间不要发送任何指令。

2.2上位机串行通信电路的设计上位机通过串行通信获取单片机采集的温湿度值。串行通信线路简单，只需要一对传输线就可以实现通信，速度慢但成本低。在串行通信中，需要进行逻辑电平转换，使其对信息的逻辑定义与TTL兼容。接口电路如图3所示。3系统软件设计3.1下位机单片机程序设计

下位机程序设计主要包括DHT11温湿度读取、LCD1602显示、键盘、声光报警和单片机串行通信设计。图4是下位机程序流程图。

下位机编程的复杂部分是关于DHT11如何读取温湿度数据。DHT11采用单总线数据格式，通信时间应小于3 ms，主机连续采样间隔建议大于100 ms，单总线读取一个字节数据的程序设计如图5所示。其温湿度数据包由5个字节(40位)组成：8位湿度整数数据8位湿度小数数据8位温度整数数据8位温度小数数据8位校验和[2]，从中可以读取采集到的温湿度数据。

3.2 LabVIEW上位机程序设计3.2.1 LabVIEW上位机设计模式

由于下位机连续采集温湿度数据，为了保证数据不丢失，上位机设计模式的代码框架采用生产者/消费者模式。使用消息队列处理器，用户界面UI、数据收集、数据保存和显示以及数据分析这四个队列并行运行，如图6所示。当用户界面有任何动作时，生产者会在事件结构中生成相应的事件消息并发送到队列中，消费者会不断地从队列中取出事件消息进行处理[3]并响应所有动作。

3.2.2 LabVIEW上位机串口发送程序

运行这个程序之前，需要配置串口，通过VISA串口写命令(比如55 AA 01)，等待不少于0.02s，如果时间太短，读取缓存会失败。串口缓存的字符数可以通过端口的串口属性节点字节来判断。如果MCU返回一个错误标志，它将被重新发送[3]。因为DHT11是单总线设备，单片机在执行时序的时候是不能中断的，会错过上位机的命令，所以需要发送几次才能保证连接成功，不管成功与否，最多发送五次。

执行部分的框图如图7所示。

3.2.3 LabVIEW上位机串口接收程序为保证单片机发送过来的数据不会丢失，上位机将串口缓冲中的数据一一读到队列中，再建立另外一个线程来取出队列中数据并进行分析，如图8所示。

3.2.4 数据文件存储和调用

上位机存储数据文件类型为TDMS（Technical Data Management Streaming）文件，它兼顾了存取方便、高速等优势。TDMS的逻辑结构分为三层：文件（File）、通道组（Channel Groups）和通道（Channels）[4]，程序员可以非常方便地使用这三个逻辑层次定义测试数据，数据检索是有序的、方便存取的，如图9所示。

4系统设计结果

系统测试结果如图10图13所示。本系统实现了基于单片机和LabVIEW的温湿度监测，下位机实时监测温湿度数据，上位机在LabVIEW前面板实现温湿度数据和波形实时显示，当温湿度数值超出或低于预设值时，可通过下位机蜂鸣器和上位机指示灯进行报警，历史数据能以TDMS文件形式保存，易于查询和打印。

5结语

本文设计了基于单片机和LabVIEW的温湿度监测系统，经测试，该系统可实现温湿度的实时监测、报警、历史数据存储和查询功能，且监测界面美观、操作便捷，系统成本低，功能易扩展，具有较好的使用和推广价值。

审核汤梓红

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