此文檔收集于網絡，如有侵權，請聯系網站刪除 本課設采用8051系列單片機以及DHT11溫濕度傳感器相結合的方式來測量周圍環境溫度，其特點具有采集溫度、濕度的時間快，所采集到的溫濕度數值精度相對傳統溫濕度計要高，且易于讀數，抗干擾能力強等特點。DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。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。8051單片機是常用于控制的芯片，使用8051單片機能夠實現溫濕度全程的自動控制，而且8051單片機易于學習掌握。 使用8051型單片機設計溫濕度控制系統，可以即時快速精確的反應溫室內的溫度的變化。完成諸如升溫到特定的溫度時進行報警，引起注意。關鍵詞： 8051 DHT11目 錄前言第一章 系統總體設計.1.1系統實現的主要功能.1.2系統工作原理.1.3總體構成.1.3.1總體設計框圖.第二章 系統的硬件設計.2.1主控模塊設計.2.1.1 主控模塊原理圖. 2.2 DHT11傳感器模塊設計.2.2.1DHT11傳感器簡介.2.3LCD1602顯示模塊設計.2.3.1LCD1602簡介.2.3.2數碼管模塊.第三章 系統的軟件設計.3.1總體程序框架流程圖.3.2Altium 第四章 系統總電路原理圖. 第五章調試過程和注意問題. 4.1程序下載軟件說明.4.2設計中遇到的問題及解決.結 論.謝 辭.參考文獻.附錄 前 言本次課程設計主要針對軟件的開發以及軟件與硬件相結合的形式來提高自我的動手操作能力以及對程序理解與操作能力。主要為了讓自己在大學的課程學習中學會學以致用，不能光有一嘴理論而不賦予實踐驗證當中去，這樣學到的知識也只不過是空洞無力的。只有通過將所學的知識應用于實際的操作中，讓知識與實踐相結合的形式，才能讓我們將學到的東西舉一反三，真正體現知識的重要性。也為今后畢業后在工作中能夠具有較強的動手操作能力奠定基礎。另外，在現代生活中，溫度與濕度與人們的生活息息相關。溫度與濕度在各個領域部門經常需要對其進行測量及控制。準確測量溫濕度在一些領域中至關重要的，而傳統的溫度計是用水銀的熱脹冷縮性來度量溫度的值，所以精確度不高，濕度計則采用干濕球顯示法，不僅復雜而且測量精度不高。故在此我們使用單片機對溫濕度進行測量，這樣不僅控制方便，簡單靈活，而且可以大幅度提高溫度控制的技術指標，在測量中我們直接使用數碼管進行對溫濕度的數值進行顯示，從而更容易讀數。在本次設計中，我們采用DHT11數字溫濕度傳感器與單片機開發板相結合，從而設計出一個能夠直接在LCD1602上直接顯示出小范圍環境中溫度與濕度的數值，從而完成本次設計的要求。第一章 系統總體設計1.1 系統實現的主要功能 本系統所要實現的功能是：溫濕度的實時檢測和顯示。通過LCD1602實時地顯示傳感器DHT11檢測到的溫濕度的值。1.2 系統的工作原理本次設計主要涉及了溫濕度的測量、顯示。所以再硬件方面涉及了單片機主控模塊、傳感器模塊、LCD1602顯示模塊，共三大模塊。 傳感器模塊使用DHT11數字溫濕度傳感器。通過DHT11檢測當前環境下的溫濕度，講所測得的數據提交給單片機進行處理和分析。 LCD1602實現濕度與濕度的檢測數值顯示。1.3.總體構成1.3.1 總體設計框圖 系統總體設計框圖如圖1.1所示。DHT11傳感器模塊P12AT89C51單片機P17LCD1602顯示模塊圖1.1： 系統總體設計框圖第二章 系統的硬件設計2.1 主控模塊設計 本次課程設計使用的主模塊為AT89C51為核心的芯片。使用時將P20口作為與DHT11數據端的傳輸口。 2.1.1主控模塊引腳圖 主控模塊引腳圖如圖所示。2.2 DHT11傳感器模塊接口設計2.2.1 DHT11傳感器簡介DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。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。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品為 3 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據用戶需求而提供。DHT11實物圖如圖2.2所示。圖2.2：DHT11 實物圖（1）引腳介紹: Pin1：（VDD），電源引腳，供電電壓為35.5V。 Pin2：（DATA），串行數據，單總線。 Pin3：（NC），空腳，懸浮。 Pin4：（VDD），接地端，電源負極。（2）接口說明：建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據實際情況使用合適的上拉電阻。DHT11接口如圖2.3所示。圖2.3：單片機與傳感器接口（3）數據幀的描述：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,具體格式在下面說明.操作流程如下: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+8bit溫度整數數據數據傳送正確時校驗和數據等于“8bit濕度整數數據 +8bi溫度整數數據” （4）電氣特性：VDD=5V，T = 25，除非特殊標注。DHT11的電氣特性參數條件Mintypmax單位供電DC355.5V供電電流測量0.52.5mA平均0.21mA待機100150uA采樣周期秒1次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。 （5）時序描述：用戶MCU發送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發送響應信號,送出40bit的數據,并觸發一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數據.從模式下,DHT11接收到開始信號觸發一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數據后轉換到低速模式。通訊過程如圖2.4所示：圖2.4：通訊過程圖總線空閑狀態為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發送80us低電平響應信號.主機發送開始信號結束后,延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應信號,主機發送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。通訊初始化如圖2.5所示。圖2.5通訊初始化要求圖 總線為低電平,說明DHT11發送響應信號,DHT11發送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發送數據,每一bit數據都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數據位是0還是1.格式見下面圖示。如果讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最后一bit數據傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態。數字0信號表示方法如圖2.6所示：圖2.6：數字0信號電平變化圖數字1信號表示方法如圖2.7所示 圖2.7：數字1數據線電平變化圖LCD16021）LCD1602簡介：工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）注：為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。市面上字符液晶大多數是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。2）管腳功能1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：GND為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（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1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，以51為例的簡單原理圖低電平(0)時進行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負跳變時執行指令。第714腳：D0D7為8位雙向數據端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。特性3.3V或5V工作電壓，對比度可調內含復位電路提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能有80字節顯示數據存儲器DDRAM內建有192個5X7點陣的字型的字符發生器CGROM8個可由用戶自定義的5X7的字符發生器CGRAM特征應用微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統中。操作控制注：關于E=H脈沖開始時初始化E為0，然后置E為1。字符集1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：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“A”。在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如A。因為CGROM儲存的字符代碼與我們PC中的字符代碼是基本一致的，因此我們在向DDRAM寫C51字符代碼程序時甚至可以直接用P1=A這樣的方法。PC在編譯時就把A先轉換為41H代碼了。CGROM中字符碼與字符字模關系對照表字符代碼0x000x0F為用戶自定義的字符圖形RAM(對于5X8點陣的字符，可以存放8組，5X10點陣的字符，存放4組)，就是CGRAM了。0x200x7F為標準的ASCII碼，0xA00xFF為日文字符和希臘文字符，其余字符碼(0x100x1F及0x800x9F)沒有定義。以下是1602的16進制ASCII碼表地址：讀的時候，先讀左邊那列，再讀上面那行，如：感嘆號！的ASCII為0x21，字母B的ASCII為0x42（前面加0x表示十六進制）。第三章 系統的軟件設計3.1 總體程序框圖流程圖軟件設計流程框圖如圖3.1所示 開始初始化 延時溫濕度檢測并傳送數據回單片機數碼管顯示定時檢測YN圖3.1：軟件設計流程框圖3.2 Altium Designer電路設計軟件簡介Protel是目前EDA行業中使用最方便，操作最快捷，人性化界而最好的輔助工具。在中國用得最多的EDA工具，電子專業的大學生在大學基木上都學過Protel 99Se，所以學習資源也最廣，公司在招聘新人的時候用Protel新人會很快上手。Altium聲稱中國有73%的工程師和80%的電子工程相關專業在校學生正在使用其所提供的解決方案，而目前正版率只有3%左右。產品歷史:1985年誕生doc版Protel。1991年Protel for Widows。1997年Protel 98這個32位產品是第一個包含5個核心模塊的EDA工具。1999年Protel 99構成從電路設計到真實版分析的完整體系。2000年Protel 99se性能進一步提高，可以對設計過程有更大控制力。2002年Protel DXP集成了更多工具，使用方便，功能更強大。2003年Protel 2004對Protel DXP進一步完善。2006年Altium Designer 6.0成功推出，集成了更多工具，使用方便，功能更強大，特別在PCB設計這一塊性能大大提高。2008年Altium Designer Summer 8.0將ECAD和MCAD兩種文件格式結合在一起，Altium在其最新版的一體化設計解決方案中為電子工程師帶來了全面驗證機械設計(如外殼與電子組件)與電氣特性關系的能力。還加入了對OrCAD和PowerPCD的支持能力。2008年Altium Designer Winter 09推出，此冬季9月發布的Altium Designer引入新的設計技術和理念，以幫助電子產品設計創新，利用技術進步，并提出一個產品的任務設計更快地獲得走向市場的方便。增強功能的電路板設計空間，讓您可以更快地設計，全三維PCB設計環境，避免出現錯誤和不準確的模型設計。在本系統的電路原理圖設計中使用Altium Designer 6.9進行設計，Altium Designer宣布發布Altium Designer 6.9，它是完全一體化電子產品開發系統的下一個版本。Altium Designer是業界首例將設計流程、集成化PCB設計、可編程器件(如FPGA)設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發功能整合在一起的產品。Altium Designer 6.9極大地增強了對高密板設計的支持，可用于高速數字信號設計，提供大量新功能和改進，改善了對復雜多層板卡的管理和異航，可將器件放置在PCB板的正反兩面，處理高密度封裝技術，如高密度引腳數量的球型網格陣列(BGAS)。以前這些高級的PCB設計技術被限定在“高級”的PCB設計產品，這些產品對大多數工程師來說價格昂貴。然而，Altium的理念是讓電子設計變得更容易，Altium Designer 6.9讓每一位工程師都能使用最新的設計功能。Altium Designer 6.9對差分信號提供系統范圍內的支持，可對高速內連的差分信號對進行充分定義、管理和交互式布線。支持包括對在FPGA項目內部定義的LVDS信號的物理設計進行自動映射。LVDS是差分信號最通用的標準，廣泛應用于可編程器件。Altium Designer可允分利用當今FPGA器件上的擴展I/O管腳。Altium Designer 6.9中的Board Insight系統把設計師的鼠標變成了交互式的數據挖掘工具。Board Insight集成了“警示”顯示功能，可毫不費力地瀏覽和編輯設計中疊放的對象。工程師可以專注于其目前的編輯任務，也可以完全進入目標區域內的任何其他對象，這增加了在密集、多層設計環境中的編輯速度。Altium Designer 6.9引入了強大的“逃逸布線”引擎，嘗試將每個定義的焊盤通過布線剛好引到BGA邊界，這令對密集BGA類型封裝的布線變的非常簡單。顯著的節省了設計時間，設計師無需手動就可以完成在一大堆焊盤間將線連接這些器件的內部管腳。Altium Designer 6.9極大減少了帶有大量管腳的器件封裝在高密度板卡上設計的時問，簡化了復雜板卡的設計導航功能，設計師可以有效處理高速差分信號，尤其對大規模可編程器件上的大量LVDS資源。Altium Designer 6.9充分利用可得到的板卡空間和現代封裝技術，以更有效的設計流程和更低的制造成本縮短上市時間。3.3 單片機控制電路在整個系統中，單片機控制電路是整個系統的核心，負責對采集到的信號進行處理和加工，并按照之前設定好的指令進行執行、運算，并將結果傳送給相應的執行電路。3.4 執行電路執行電路在系統中充當執行任務，對單片機發出的指令進行響應，完成相應的操作。單片機通過傳送的信號進行運算、處理之后將輸出信號送給執行電路，繼電器執行電路將對外部設備進行控制。3.5 串口通信電路串口通信電路采用經典的MAX232串口通信，由于電腦串口RS232電平是-10V+10V，而一般的單片機應用系統的信號電壓是TTL電平0V+5V，MAX232就是用來進行電平轉換的，進行對單片機與電腦的通信，系統中采用MAX232串口通信電路。3.5.1 串口通信電路原理圖系統采用的經典串口通信電路如下圖所示：圖4.1 串行口通信電路3.5.2 串口通信電路在系統中的優勢系統中采用串口通信電路可與電腦進行通信，可以對單片機內的程序進行修改，并對相關的指令和相關的數據進行調整。并且可以針對性地將單片機與電腦進行通信，編寫上位機軟件程序，在上位機(電腦)上對系統狀態進行實時監測，并可以讓功能更強大的PC機進行龐大的指令處理。在本系統中，加入串口通信電路模塊，可以使電路的完整性大大增強，并對系統的升級有極大的優勢，可以是系統在雙機通信、與上位機通信等方面擁有相對優勢，使得設計更加完善。整體程序/*標題：LCD1602效果：本程序在液晶LCD1602上顯示兩行字符*/#include reg51.h/*IO引腳定義*/sbit LCD_RS=P10;/定義引腳sbit LCD_RW=P11;sbit LCD_E=P12;sbit io =P20;/dht11data端接單片機的P20口/ /*宏定義*/#define LCD_Data P0#define Busy 0x80 /用于檢測LCD狀態字中的Busy標識typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;#define uint unsigned int #define uchar unsigned char typedef bit BOOL;/此聲明一個布爾型變量即真或假/ /*DHT11*/uchar data_byte; uchar RH,RL,TH,TL;/*數據定義*/unsigned char uctech = RH: :00 % ; unsigned char net = TE: :00 ;/*函數聲明*/void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD); /寫數據void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysC);/寫命令unsigned char ReadDataLCD(void); /讀數據unsigned char ReadStatusLCD(void);/讀狀態void LCDInit(void);/初始化void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData);/相應坐標顯示字節內容void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char *DData);/相應坐標開始顯示一串內容void Delay5Ms(void);/延時void Delay400Ms(void);/延時void delay(uchar ms); /延時模塊void receive();/接收數據/ /*主函數開始*/void main(void)Delay400Ms(); /啟動等待，等LCD講入工作狀態LCDInit(); /初始化Delay5Ms(); /延時片刻(可不要)DisplayListChar(0, 0, uctech);DisplayListChar(0, 5, net);while(1) receive();/接收數據/ uctech3=RH/10+0X30;uctech4=RH%10+0X30;net3 =(TH/10+0X30)-1;net4 =TH%10+0X30;net10 =0xdf;net11 =0x43; DisplayListChar(0, 0, uctech);DisplayListChar(0, 5, net);Delay5Ms(); /*短延時*/void Delay5Ms(void) unsigned int TempCyc = 5552; while(TempCyc-);/*長延時*/void Delay400Ms(void) unsigned char TempCycA = 5; unsigned int TempCycB; while(TempCycA-) TempCycB=7269; while(TempCycB-); /*延時函數* void delay(uchar ms) /延時模塊/ uchar i; while(ms-) for(i=0;i100;i+); void delay1(void)/一個for循環大概需要8個多機器周期一個機器周期為1us晶振為12MHz也就是說本函數延時8us多此延時函數必須德稍微精確一點 uchar i; for(i=0;i1;i+); /* /*dht11*/*dht11測試某塊*/void start()/開始信號 io=1; delay1(); io=0; delay(25);/ 主機把總線拉低必須大于18ms保證DHT11能檢測到起始信號 io=1; /發送開始信號結束后拉高電平延時20-40us delay1();/以下三個延時函數差不多為24us符合要求 delay1(); delay1(); uchar receive_byte()/接收一個字節/ uchar i,temp; for(i=0;i8;i+)/接收8bit的數據 while(!io);/等待50us的低電平開始信號結束 delay1();/開始信號結束之后延時26us-28us以下三個延時函數 delay1(); delay1(); temp=0;/時間為26us-28us表示接收的為數據0 if(io=1) temp=1; /如果26us-28us之后還為高電平則表示接收的數據為1 while(io);/等待數據信號高電平0為26us-28us1為70us data_byte=1;/接收的數據為高位在前右移 data_byte|=temp; return data_byte; void receive()/接收數據/ uchar T_H,T_L,R_H,R_L,check,num_check,i; start();/開始信號/ io=1; /主機設為輸入判斷從機DHT11響應信號 if(!io)/判斷從機是否有低電平響應信號/ while(!io);/判斷從機發出 80us 的低電平響應信號是否結束/ while(io);/判斷從機發出 80us 的高電平是否結束如結束則主機進入數據接收狀態 R_H=receive_byte();/濕度高位 R_L=receive_byte();/濕度低位 T_H=receive_byte();/溫度高位 T_L=receive_byte();/溫度低位 check=receive_byte();/校驗位 io=0; /當最后一bit數據接完畢后從機拉低電平50us/ for(i=0;i=0x20) /若到達字串尾則退出 if (X = 0xF) /X坐標應小于0xF DisplayOneChar(X, Y, DDataListLength); /顯示單個字符 ListLength+; X+; 此文檔僅供學習與交流第四章 系統總電路原理圖 通過專心的研究和學習，對單片機控制電路的實現有一定的構想，通過Altium Designer 電路軟件的設計，對電路硬件設計有很大的幫助，在理論上硬件設計達 到當初的設計要求，基本上實現了系統的設計要求。在整個系統中，單片機控制電路是整個系統的核心，負責對電路采集到的信號進行處理和加工，并按照之前設定好的指令進行執行、運算，并將結果傳送給執行電路。執行電路在系統中充當執行任務，對單片機發出的指令進行響應，完成相應的操作。單片機通過將光電檢測電路傳送的信號進行運算、處理之后將輸出信號送給執行電路，執行電路將對外部設備進行控制。51 單片機系統總原理圖第五章 調試過程和注意問題5.1 程序下載軟件說明 本課程設計是基于Keil uVision4 環境下開發，該軟件支持C語言的編程及調試，運用方便。當在該軟件下把程序準確無誤編寫好之后，通過軟件中的編譯功能獲得后綴名為.hex文件后，再使用程序燒寫軟件STC_ISP_V483 將數據燒寫到系統中。再燒寫先應需先將開發板與電腦用連接線連接好，并檢查好開發板所對應的COM口，以免燒寫失敗。Keil uVision4 軟件程序編寫窗口:軟件程序編寫窗口圖入圖4.1所示圖4.1：軟件程序編寫窗口圖STC_ISP_V483 軟件程序燒