基于Arduino的温湿度系统设计(3)

江西理工大学2014届本科生毕业设计（论文）

2.2 Arduino开发工具介绍

一、Arduino开发工具的作用

Arduino开发工具（是一个用来编写Arduino程序的软件，将程序编写好检测无误后，通过该软件下载到Arduino开发板中进行烧录。

二、获取和安装Arduino开发工具方式 1.下载Arduino 开发工具

下载地址 ：http://Arduino.cc/en/Main/Software 如图2-1所示，在页面上找到以下内容：

图2-1 Arduino IDE下载界面

我们既可以下载windows installer 版本，也可以下载windows（ZIP file）版版本，windows（ZIP file）版本的可以在直接解压后就使用。 2、Arduino开发工具功能介绍

安装成功后双击Arduino.exe即可打开Arduino，界面如下图2-2所示：

图2-2 Arduino IDE开发界面

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各按钮功能如下：

Verify（校验） ：在下载代码之前，对编好的代码进行检验。

Stop（停止）：可以停止进行的编译操作。 New(新建）：可新建一个程序文件。

Open（打开）：打开一个已经编写好后缀名为.pde的程序文件。 Save（保存）：保存当前的程序文件。

Upload（上传） ：在Arduino编程环境里编辑的程序，还不能让Arduino

运行出希望的结果，还需要将编写的代码下载到到Arduino控制板中。

Serial Monitor（串口监视窗）：可观测开发环境中所使用的串口收发的

数据变化情况。

2.3 Arduino语言

Arduino语言也就是基础的C语言，Arduino语言只不过把AVR单片机相关的一些参数设置都函数化，不需要我们去了解他的底层设计,是他的编写与设计更加简单方便[25]。

常量：

LOW | HIGH 表示数字接口的电平高低，LOW 代表低电平（0），HIGH 代表高电平（1）。

OUTPUT | INPUT 表示数字IO口的方向，OUTPUT 表示输出，INPUT 表示输入（高阻态）。

true | false true 表示真（1），false表示假（0）。 程序结构：

声明变量及接口名称：

void setup() 放在在程序运行起始位置，具有初始化变量，定义管脚模式，调用库函数等一系列功能。

void loop() 放在在setup()函数之后，即初始化之后，loop() 让程序循环地被执行。

数字 I/O ：

pinMode(pin, mode) 定义数字IO端口输入输出模式的函数，pin指向为0～13引脚， mode表示输出方向INPUT或OUTPUT。

digitalWrite(pin, value) 定义数字IO端口输出电平的函数，pin指向为0～13引脚，value表示为电平的高低HIGH或LOW。

int digitalRead(pin, value) 定义数字IO接口输入电平函数，pin指向为0～13引脚，value表示为电平的高HIGH或LOW。

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模拟 I/O :

int analogRead(pin) 定义模拟IO口读函数，pin指向为0～5引脚。 analogWrite(pin, value) - PWM 数字IO口PWM输出函数，Arduino数字IO口标注了PWM的IO口可使用该函数，pin指向3, 5, 6, 9, 10, 11引脚，value表示为0～255。

2.4 本章总结

通过本章介绍，我们初步了解了什么是Arduino，以及Arduino在现代社会的电子设计中的优势。了解了Arduino集成环境的使用及其功能的介绍，使我们对于Arduino控制板有了进一步了解，为我们接下来的设计提供了基础知识。下一章我们将进入系统的具体设计。

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第三章 系统整体设计

本章主要介绍的是关于Arduino温湿度控制系统的主要控制模块的设计与分析。本系统软件设计以功能需求为根本目标，利用简单易懂的C语言，采取模块化编程，对包括主控模块、数据处理模块、数据显示模块、报警模块等四个模块进行了详细的设计，结构清晰，通俗易懂。为实现预期目标的系统功能，将分析整个控制系统的硬件物理设计和软件设计等。

3.1 方案论证

本节通过对基于Arduino的温湿度控制系统的整体方案论证让我们对于设计还系统有一个整体的设计与方法，为后面的具体设计设下铺垫。

3.1.1 系统主要功能

该系统希望实现的目标功能是：

(1) 温湿度数据的实时检测和显示。温湿度传感器DHT11检测到的数值经过LCD1602液晶显示屏实时地进行显示，并且以固定周期检测刷新显示一次。

(2) 对历史环境数据进行记录，以便以后任何时间都可以分析处理数据，预测环境变化情况。

(3) 当温湿度超出设定阈值时能自动报警。蜂鸣器发出声音报警。

3.1.2 系统的工作原理简介

一般来说，本次系统设计主要涉及包括温度和湿度的测量、显示以及实现方便控制。硬件方面有四个模块，即Arduino主控模块、传感器模块、LCD1602液晶显示模块以及报警模。

主要使用DHT11数字温湿度传感器来进行数据采集工作。当前环境下的温度和湿度数据通过DHT11传感器来检测出，将所测环境数据传送到Arduino主控模块中进行数据分析和处理等工作，并分别存入不同数组中以便显示的时候取用。为了获取稳定的数据，本系统每间固定周期采集一次数据送Arduino控制板中。

温湿度检测值通过LCD1602液晶显示模块显示。上边一行英文字母及标题，下边一行显示湿度和温度值。

蜂鸣器报警模块实现了检测值超过阈值的时鸣响报警功能。本系统采用的是无源源蜂鸣器，因此只有湿度超出范围蜂鸣器时才进行报警提示。当温度数据出现异常状况时，系统会提醒工作人员需及时调整，及时启动升温器、降温设备以及喷雾器等设备来有效的调节室内环境温湿度。

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呼吸灯模块可以通过观察LED闪烁频率的快慢来估测环境中湿度的大小及变化，更能直观的反映出空气中湿度的大小，当LED灯闪烁频率较快时，说明此时环境湿度较大，可以连接到加湿器控制加湿器的功率等。

3.1.3 总体设计简介 1、总体设计框图

在保证实现其基本功能的基础上，根据系统功能的具体要求，原则之一要尽可能降低系统软硬件成本。设计的总体方案围绕上述思想，初步确定系统的方案如图3-1所示。

IO34561602液晶显示模块Arduino unoDHT11传感器模块IO2 IO8呼吸灯模块 IO7蜂鸣器报警模块

图3-1系统总体方案

从图中可以看出，系统由Arduino uno主控模块、DHT11数据采集模块、LCD1602液晶显示模块、报警模块，呼吸灯模块等组成。为了简化系统，提高控制精度，外围设备采用并行控制模式。该设计以Arduino uno为控制核心，实现温湿度采集及显示的基本功能。

2 、总体设计工作进程

只要弄清两个部分模块的工作原理，既可以很好的完成本次系统设计。一个是DHT11数据采集模块，另一个是LCD1602液晶显示模块。DHT11传感器比较陌生，以前没有接触过，液晶相对而言我们比较了解。因此只要先攻克了液晶显示模块，然后再掌握数据采集部分就可以掌握整个系统的工作原理。整个流程如下图3-2所示：

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