1、編號XXXX學院畢業設計（論文）題目： 基于51單片機的環境監控系統 的設計 物聯網 學院 自動化 專業學 號： 學生姓名： 指導教師： （職稱： 教授 ） （職稱： ） 2016 年 5 月 26 日XXXX學院本科畢業設計（論文）誠 信 承 諾 書本人鄭重聲明：所呈交的畢業設計（論文） 基于51單片機的環境監控系統的設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業設計（論文）中特別加以標注引用、表示致謝的內容外，本畢業設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發表或撰寫的成果作品。 班 級： 自動化 學 號： 作者姓名： 2016 年 5 月 26 日XXXX學院 物 聯

2、網 學院 自 動 化 專業畢 業 設 計論 文 任 務 書一、題目及專題：1、題目 基于51單片機的環境監控系統的設計 2、專題 二、課題來源及選題依據 課題來源：自擬題目 選題依據：傳統環境參數的監測需要相關專業的儀器設備，測量設備體積較大，實時性差，精度低，還需花費較大的人力，已不再適應現代經濟的快速發展的要求；通過人工不間斷測量、記錄大量數據的方式來實現環境監測的方式不僅需要耗費大量的人力物力，監控信息也會隨著季節的更替變得不準確。 本系統采用單片機作為核心控制模塊，其重要意義在于：它完全不同于傳統控制系統的設計方法和設計思路。傳統的控制系統必須依靠大量的模擬電路或者數字電路技術來實現某

3、些硬件的功能，現在可以通過單片機使用軟件的方法來實現。這種由軟件來替代硬件的控制技術被為微控制技術，是傳統控制技術的一次重大突破。 研究基于單片機的環境溫濕度監控系統能夠準確、及時的知道環境溫濕度的變化；與傳統環境溫濕度監控的方式相比，本系統不僅可以節省大量人力物力，且準確度高，集成度高，使用更方便。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求：1、要求該系統的硬件電路簡單，測得的數據準確度高、使用簡單； 2、要求該系統需要數據保護和存儲功能，保證斷電后數據不丟失； 3、要求該系統可以人為設定報警限值，且可以自由調節； 4、要求該系統需實時性好，能夠實時檢測、實時顯示、實時報警； 5、要求畫出該系統

4、的電路原理圖，編寫系統程序，使用Protues仿真軟件，對編寫的程序仿真。 四、接受任務學生： 自 動 化 122 班 姓名 五、開始及完成日期：自2015年11月9日 至2016年5月26日六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名教研室主任 學科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2015年11月9日III摘 要摘 要環境和每個人的生活息息相關，環境溫濕度是影響人們生活的兩個重要因素。目前環境監控系統大多用于大型生產行業及環境保護方面，對中小型生產及普通生活環境溫濕度的監測重視度相對不足。隨著近幾年科技產品的爆發，單片機（Microcontrollers）以其低成本、高

5、性能、小而集成度高的特點得到了快速發展，基于單片機的低成本的環境溫濕度監控系統得到了廣泛關注。本次畢業設計的系統注重性能好、成本低、系統操作簡單、適用性廣等特點，設計了基于51單片機的環境監控系統。該系統采用AT89S52單片機（C51內核）做為系統的微控制器，借助溫濕度傳感器、液晶顯示器、蜂鳴器及獨立按鍵等幾個外圍模塊，實現對環境溫濕度的實時監控。其中，溫濕度傳感器的精度為2/5%RH，液晶顯示器能夠同時顯示環境的溫度和濕度，獨立鍵盤用來自定義限值，蜂鳴器用來超限報警，最終使系統系統擁有對環境溫濕度的實時監測、智能報警的功能。AT89S52單片機是一種8位CPU和寄存器的微控制器，8K的Fl

6、ash存儲器，使用方便，編程簡單；DHT11溫濕度傳感器能夠同時采集環境的溫度和濕度，并自動進行模數轉換及數據傳輸，具有精度高、實時性好的特點；LCD1602是一種16*2的液晶顯示器，即共2行，每行可以顯示16個字符，因此能夠同時顯示溫度和濕度，是一種價格便宜、使用方便的顯示設備；通過四個獨立按鍵，能夠自定義溫濕度的報警上下限值；蜂鳴器作為系統的發聲報警裝置；單片機通過對各個模塊的程序調用，實現對環境溫濕度的監控。本文主要介紹了所設計系統的電路原理、軟件編寫方法和系統仿真，對各個器件做了詳細的原理分析和規格說明，對各個模塊的程序編寫方法做了詳細的流程圖，最終，設計出了一套功能完善環境的系統。

7、由于本系統應用于小型生產活動與日常生活中，因此本系統在設計時以可靠性高、實時性好、價格便宜、操作簡單為原則設計。本設計根據單片機系統的設計方法和編程原理，編寫了完整的系統程序。該系統運行過程如下：單片機上電后首先執行各模塊初始化程序，之后由用戶通過四個獨立按鍵對溫度、濕度上下限值設定，單片機判斷限值合法后將限值存入自身內部Flash存儲器，隨后執行溫度采集程序、液晶顯示程序、比較限值程序、是否報警程序。通過使用Proteus仿真工具仿真完成，確定程序完整，可以良好的運行，具有操作方便、成本低廉、線路簡單、可靠性高、實時性好的優點，有良好的應用價值。關鍵詞：AT89S52單片機；溫濕度傳感器；L

8、CD1602顯示器；蜂鳴器VIIAbstractABSTRACTEnvironmental factors are closely related to our life, among which ambient temperature and humidity are two vital factors. Recent years, with the explosion of technological products, Microcontrollers is developed rapidly for its characteristics of low costs, high-perf

9、ormance, small but high integration; ambient temperature and humidity monitoring alarm system that based on Microcontrollers is one of the hot research areas. Using Temperature and humidity sensor, LCD monitor, buzzer and independent keyboard and some other modules this paper designed environmental

10、monitoring system that based on Microcontrollers. When it is necessary to monitor ambient temperature and humidity in some small and medium industry or our normal life, it is often being ignored, because so far, environmental monitoring system is mostly used by large industry or in environmental pro

11、tection. The system designed here can be widely used because of its high-performance, low-cost, simple operation, wide applicability. The system using AT89S52 Microcontrollers with C51 kernel, the collection of ambient temperature and humidity date is sensor DHT11 with an accuracy of 2/5%RH, the dat

12、e is showed on a 16*2 LCD monitor. Furthermore, the date can be limited through independent keyboard, thus realizing auto-alarm when over-limit. It makes real-time monitoring of ambient temperature and humidity and smart alarm function come true.It uses AT89S52 that with 8-bit CPU and registers, fla

13、sh Member with 8k which makes it easy to use and easy to program and good enough to meet the need of high-performance, low-cost, simple operation, wide applicability. Temperature and humidity sensor DHT11 can collect ambient temperature and humidity at the same time and can realize analog-digital co

14、nversion and data transmission by itself. it has the characteristics of high precision and real-time monitoring, it has 2 lines, 16 characters on each line so it can show the data of both temperature and humidity on one screen. It is an inexpensive and easy to use display device. Four independent ke

15、yboard can set temperature and humidity alarm to the limits. The buzzer can alarm by itself when the data is over-limited. By controlling different modules, Microcontrollers realized monitoring ambient temperature and humidity. The design process is firstly to define Microcontrollers foot, then defi

16、ne function keyboard respectively. And software programing the module of the drive. This system is designed for small industry and for daily use, so it is reliable, good real-time performance, inexpensive and easy to operation.This paper based on the design method of Microcontrollers, control theory

17、 of Microcon-trollers and usage of peripheral module besides Microcontrollers writing driver of each component, this system is simulated by Proteus. Eventually, download the system process to Microcontrollers. It is proved that this system has well-functioned and has application value of simple oper

18、ation, low cost, simple circuit, reliable and perfect real-time monitor.Keywords：AT89S52 Microcontroller; DHT11 sensor; LCD1602; buzzer目 錄目 錄摘 要IIIABSTRACTIV目 錄V第1章 緒論11.1 本課題的研究內容和意義11.1.1 內容簡介11.1.2 研究意義11.2 國內外的發展概況21.2.1 國內發展狀況21.2.2 國外發展狀況21.3 本課題應達到的要求2第2章 系統總體方案設計52.1 系統功能設計和技術指標52.1.1 功能設計52

19、.1.2 技術指標52.2 系統設計思路與設計原則52.2.1 設計思路52.2.2 設計原則52.3 系統整體設計62.3.1 系統整體設計框圖62.3.2 系統硬件選擇62.3.3 系統工作過程72.4 本章小結7第3章 硬件系統設計93.1 概述93.2 單片機主控模塊概述93.2.1 AT89S52單片機簡介93.2.2 單片機主控系統103.3 DHT11溫濕度采集模塊設計113.3.1 DHT11溫濕度傳感器簡介113.3.2 DHT11溫濕度傳感器的使用123.4 LCD1602液晶顯示模塊設計133.4.1 LCD1602液晶器顯示模塊簡介133.4.2LCD1602液晶顯示模

20、塊的使用143.5 報警模塊設計173.5.1 蜂鳴器簡介173.5.2 蜂鳴器的使用173.6 按鍵系統設計183.6.1 按鍵開關簡介183.6.2 按鍵的設計183.7 硬件系統整體電路原理圖193.8 本章小結20第4章 軟件系統設計214.1 軟件系統概述及流程圖214.1.1 軟件系統概述214.1.2 軟件整體流程圖214.2 模塊化程序設計224.2.1 DHT11溫濕度采集模塊程序設計224.2.2 LCD1602液晶顯示模塊程序設計224.2.3 按鍵及報警模塊程序設計234.3 程序編寫與仿真調試244.3.1 程序編寫244.3.2 仿真與調試274.4 本章小結28總

21、結與展望29致 謝31參考文獻33第1章 緒論第1章 緒論1.1 本課題的研究內容和意義1.1.1 內容簡介溫濕度是環境中的兩個重要因素，也是影響人們生活方式和身體健康的直接因素；環境溫濕度在農業，工業生產方面也有著很重要的影響；人們迫切希望能方便的知道自己生活的環境狀況，但大多數人只有依靠天氣預報才能了解到本地區的環境狀況；因此，現代社會迫切需要一套可靠性高、使用簡單、價格便宜的環境溫濕度監控系統，本課題基于這種狀況，設計了具有實時檢測、靈敏度高、超限報警功能的環境監控系統。單片機（Microcontrollers）是一種誕生于20世紀70年代的集成電路芯片，經歷了SCM、MCU、SOC三大

22、發展階段，采用了超大規模的集成電路技術將多種I/O口和具有數據處理能力的CPU（中央處理器）、ROM（只讀存儲器）、RAM（隨機存儲器）、中斷系統、計數器、定時器等多種功能集成到了一塊硅片上，構成了一個小而完善的微型計算機系統1。其在智能儀器儀表，自動檢測控制系統，機電一體化，家居生活，工業控制等領域得到了廣泛的應用。本課題主要內容是設計以單片機為微控制器的環境監控系統。該系統以單片機為核心控制模塊，依靠四個獨立按鍵調整溫濕度上下限值，溫濕度傳感器模塊采集、轉換、傳送環境溫濕度數據，通過液晶顯示模塊顯示，蜂鳴器報警，實現對環境溫濕度的監控；具體包括：設計單片機與各模塊的電路連接原理圖、仿真圖；

23、編寫通過四個獨立按鍵來設定溫濕度上下限值程序、溫濕度傳感器的驅動程序、液晶顯示程序，將采集到的溫濕度實際值與設定限值比較程序，蜂鳴器報警程序。該系統無需人工干預，即可實現對環境的監控，具有操作簡單、價格低廉、實用性強、安全可靠、智能化程度高等優點，可廣泛應用于生活以及工業生產領域。1.1.2 研究意義傳統環境參數的監測需要相關專業的儀器設備，測量設備體積較大，實時性差，精度低，還需花費較大的人力，已不再適應現代經濟的快速發展的要求2；通過人工不間斷測量、記錄大量數據的方式來實現環境監測的方式不僅需要耗費大量的人力物力，監控信息也會隨著季節的更替變得不準確。本系統采用單片機作為核心控制模塊，其重

24、要意義在于：它完全不同于傳統控制系統的設計方法和設計思路。傳統的控制系統必須依靠大量的模擬電路或者數字電路技術來實現某些硬件的功能，現在可以通過單片機使用軟件的方法來實現。這種由軟件來替代硬件的控制技術被為微控制技術，是傳統控制技術的一次重大突破3。研究基于單片機的環境溫濕度監控系統能夠準確、及時的知道環境溫濕度的變化；與傳統環境溫濕度監控的方式相比，本系統不僅可以節省大量人力物力，且準確度高，集成度高，使用更方便。1.2 國內外的發展概況1.2.1 國內發展狀況環境溫濕度是評估環境狀況的兩大重要因素，國家建設了中國環境監測總站用于環境的監控，在各行業部門也已建立起初具規模的環境監測體系；較大

25、規模的環境監控系統在我國已經非常成熟；但規模較大，應用并不廣泛，小規模、智能化的環境監控系統有待開發。環境監測是我國環境保護中的一項基礎工作。經歷了幾十年的發展，我國現有的環境監測技術已經非常的成熟；和其他發達國家的監測技術逐漸接近；但還需要相關的人員對監測過程進行不斷的監督查看，占用了技術人員的大量時間和精力4。現階段，國內對于溫濕度檢測使用的檢測器件種類繁多、應用范圍也比較廣泛，但隨著單片機和集成電路技術的不斷提高，出現了低成本、高性能、高可靠性的單片機數據采集系統5。由于目前我國對基于單機片的環境溫濕度監控系統的設計研究較少，因此該系統應用還不廣泛，數據分析方面也未完成自動化，在未來的環

26、境監控過程中，大型儀器會逐漸向自動化、高智能化、實時在線監控等全自動化方向發展。這種高級技術能大大減少技術人員的監測時間，有效緩解目前技術人員缺少的問題。1.2.2 國外發展狀況國外很多國家都非常重視對環境的監測。目前，一些發達國家在環境監測技術方面一般具有兩個特點：一是儀器儀表比我國先進，二是監控技術的自動化水平較高6。例如在大氣、噪聲、地表水及污染源等方面的監測技術上，全自動化在線監控的技術非常高，基本上做到了儀器自動進行采樣、分析、數據處理及傳輸；并且能夠用大型顯示板自動顯示某一地區的環境質量狀況；同時，在區域環境質量監測技術上還有一些如遙感系統，地理信息系統和衛星定位系統7。例如：美國

27、omega公司設計的小型溫濕度采集系統，該系統集成到一塊如U盤大小的設備上，采用USB接口，設計成U盤的樣式，可直接接入到電腦或工控機，運行專門的軟件即可查看溫濕度曲線，歷史溫濕度數據，歷史溫濕度曲線；還可以設置溫濕度上下限；同時，還能夠接入短信報警系統，可以實現短信報警或者鈴聲報警，可隨時查看現場環境參數。廣泛應用于醫療制藥、藥品存儲及運輸、食品加工、農業研究、檔案管理、生化試驗等環境參數監測控制系統。雖然國外的環境溫濕度監控系統較為成熟，但大多較為專用，某一行業的溫濕度監控系統專門用于此行業；由于大多數的設備都用于生產行業，故制作要求很高，生產成本較高，價格較為昂貴，并不適用于普通生活中。

28、1.3 本課題應達到的要求由于單片機是一種集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統的集成電路微控制器，因此該系統較傳統控制系統最大的區別就是集成度高，擺脫了過去主要依靠大量復雜的線路來控制的束縛8；因此要求該系統在自動化、智能化方面要比傳統的監控技術有較大的進步。而且，隨著高科技產品的爆發，人們對科技產品的性能也提出了更高的要求，為了讓該設計具有實用價值，能夠被更多的人認可，對本系統提出如下幾點具體要求：1.該系統的硬件電路簡單，測量的數據結果精度高、可靠性高；2.該系統需要數據保護和存儲功能，保證斷電后數據不丟失；3.該系統可以人為設定報警限值，且可以自由調節，以適應不同場合的需求

29、；4.該系統需實時性好，能夠實時檢測、實時顯示、及時報警；5.該系統能夠同時顯示溫度和濕度，及時提供最新溫濕度信息。41第2章 系統總體方案設計第2章 系統總體方案設計2.1 系統功能設計和技術指標2.1.1 功能設計1.溫濕度監控：設計該系統具有溫濕度監控功能，能夠采集周圍的環境，并進行溫濕度的循環檢測，數據處理，顯示；實現環境溫濕度的智能檢測。2.智能報警：設計該系統具有智能報警的功能；當采集到環境的溫濕度不在預設的限值范圍內時，系統將自動使用蜂鳴器報警。3.可自定義限值，限值可調：該系統要求適用性廣，因此設計該系統具有自定義限值，限值可調的功能，以滿足各行各業，在不同環境下的使用。2.1

30、.2 技術指標1.測量范圍：濕度20.90%RH，溫度0502.測量精度：濕度5%RH，溫度23.分辨率：濕度1%RH，溫度14.電源電壓：3.35.5V(DC)2.2 系統設計思路與設計原則2.2.1 設計思路本系統總體結構：以Atmel公司生產的AT89S52單片機為核心，控制外圍DHT11溫濕度傳感器模塊、LCD1602液晶顯示模塊、蜂鳴器模塊、開關模塊等幾部分，組成一個完整的系統，來實現本課題的功能需求。該系統的設計思路采用結構化、分模塊設計的方法，其中，AT89S52單片機是一種使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造的CMOS8位微處理器；DHT11是一個數字式溫濕度傳感器，

31、內置模數轉換模塊，可將模擬量轉換為數字量傳送給單片機系統；LCD1602是一種工業字符型液晶顯示器，可以同時顯示32（16*2）個字符，具體顯示內容由單片機控制；蜂鳴器由單片機系統直接控制，啟動則發聲報警，不啟動則不工作。由單片機AT89S52作為核心控制系統，控制DHT11傳感器采集溫濕度、模數轉換以及數據傳送，控制LCD1602液晶顯示器顯示及蜂鳴器的啟動。通過對按鍵的功能設定，為四個按鍵賦予不同的功能，實現限值調整及設定的功能，當電路接通后，單片機工作，執行各模塊的驅動程序，控制各模塊的工作，實現系統設定的功能。2.2.2 設計原則1.實時性好：隨著科技發展迅速，智能化產品的進步越來越快

32、，較傳統環境監控，本系統必須以有較準確的實時性為原則。在本系統設計過程中，為提高實時性主要從兩方面努力：軟件和硬件。軟件方面：高效準確的軟件設計能夠提高系統的運行效率；硬件方面：良好的硬件性能，簡潔的電路設計也能夠提高系統的實時性。因此，本系統需以實時性好為原則進行設計。2.可靠性高：可靠性是決定一個系統設計成功與否的最重要因素。只有可靠性高的產品才會得到使用者的認可。本系統在設計過程中，需將可靠性作為重要設計準則；且應以提高可靠性為目標。本設計主要采取以下方法提高可靠性：使用高可靠性的元器件，系統線路設計合理，布局簡單，電源電壓穩定性好。3.操作簡單，維護方便：操作簡單，維護方便是系統能否被

33、廣泛使用的重要因素，系統應從操作者的角度考慮，設計簡單方便操作的系統，使使用者能夠快速學會系統的使用，為系統的推廣和應用打下良好的基礎。4.性價比高：隨著單片機的廣泛應用，微控制器及元器件的價格也越來越低廉，本系統應在不影響性能的前提下盡量降低系統的成本，避免性能過剩；提高性價比的一般方法如：簡化不必要的外圍電路，盡量使用軟件控制的方法替代硬件；選擇價格便宜，滿足性能的其他型號替代品。2.3 系統整體設計2.3.1 系統整體設計框圖根據本系統的設計思路、設計原則、相關功能要求，同時，考慮到要盡量降低系統的硬件成本，提高系統的適用性及降低整個系統的復雜性，最終確定整體設計框圖如圖2.1所示。按鍵

34、輸入模塊液晶顯示模塊P1.0 P0.0AT89S52單片機P3.0 P2.0蜂鳴器報警模塊晶振及復位系統DHT11溫濕度傳感器 圖2.1 環境溫濕度監控系統總體設計方案圖2.3.2 系統硬件選擇本系統在硬件方面主要有以下模塊組成：單片機控制器模塊、溫濕度采集模塊、溫濕度顯示模塊、報警模塊、按鍵模塊。1.單片機微控制器模塊：在單片機系統中，微控制器直接控制整個系統的運行，因此，微控制器在整個單片機系統中有著至關重要的作用。AT89S52單片機是一種低能耗、高性能的COMS8位微控制器，采用C51內核，與工業80C51 單片機產品指令和引腳完全兼容；本系統選擇AT89S52單片機作為本系統的微控制

35、9。2.溫濕度采集模塊：本系統設計基于51單片機的環境監控系統，環境的溫濕度是本系統中的監控量，因此溫濕度采集傳感器必須具有精度高、響應快、穩定性好、抗干擾能力強的特點。DHT11傳感器由于將溫濕度傳感器、信號調理、標定參數、模數轉換器、I2C總線接口全部集成到了傳感器內部，因此，在各方面都有良好的性能。本系統采用DHT11傳感器作為溫濕度采集模塊。3.溫濕度顯示模塊：顯示模塊是傳遞信息的渠道，LCD1602液晶顯示器的內部存儲器中存儲了160個點陣字符圖形，主要包含：阿拉伯數字、26個英文字母的大小寫、常用符號等；由于本系統需要顯示的內容為溫濕度數字化信息，LCD1602液晶顯示內置的160

36、個字符足夠清晰表達出溫濕度數字信息，考慮系統成本，故本系統采用LCD1602作為溫濕度顯示模塊。4.報警模塊和按鍵開關：本系統具有監控功能，能夠在超限時報警，綜合報警設施，以聲報警的方式最能夠清晰快速的傳達信息，最為簡單明了，也比較節約成本，故本系統采用蜂鳴器作為報警模塊。單片機常用按鍵開關一般有獨立式按鍵開關和矩陣鍵盤兩種按鍵開關，矩陣鍵盤按鍵較多，采用4*4連接結構，相比于獨立按鍵，能節省很多單片機I/O口，因此適用于需要很多按鍵開關的地方；而獨立按鍵則是一個按鍵對應一個單片機I/O口，較浪費單片機的I/O口，但由于本系統需求的按鍵開關不多，且考慮到電路簡單以及按鍵成本問題，因此本系統選用

37、獨立按鍵作為調節限值的開關。 2.3.3 系統工作過程1.電源上電后，系統執行初始化程序，通過按鍵進行設定溫濕度上下限報警值；2.DHT11溫濕度采集模塊工作，采集環境溫濕度，進行模數轉換，將數字信息通過串口通信的方式傳送給AT89S52控制器；3.微控制器數據分析處理完畢，將處理結果發送到液晶顯示模塊顯示同時進行和設定的上下限值比較；4.比較結果后，微控制器確定是否啟動蜂鳴器報警。2.4 本章小結本章規劃了整個系統的功能設計和技術指標，確定了系統的設計思路和設計原則。在本章中，主要介紹了系統的總體設計方法與設計思路，畫出了整體設計框圖，闡述了整個系統的運行過程以及各個模塊的硬件選擇。通過對以

38、上整體設計方案的分析，初步確定了該系統的整體架構以及該系統的設計思路和設計方法。在該系統設計過程中，將以此框圖藍本，按照本章給出的設計方法和設計路線，在設計過程中以設計原則為要求，通過對各模塊軟硬件的結合，一步步設計該系統，最終將各部分整合為一個整體，得到本次畢業設計所需的系統，讓該系統擁有環境監控功能，實現功能設計中規劃的系統功能，完成本次畢業設計。第3章 硬件系統設計第3章 硬件系統設計3.1 概述本系統在硬件方面主要有以下模塊組成：單片機主控模塊、溫濕度采集模塊、溫濕度顯示模塊、報警模塊、按鍵模塊。其中，單片機控制系統通過引腳電路控制著整個系統的運行；DHT11是一款含有已校準數字信號輸

39、出的溫濕度復合傳感器，負責環境溫濕度的實時監測，可直接與單片機引腳連接使用；LCD1602液晶顯示器可通過與單片機引腳直接相連使用，其內置了160個點陣字符，負責將單片機處理的溫濕度結果顯示；蜂鳴器作為報警模塊，由單片機將處理結果與上下限值比較決定是否啟動；如數據結果在限值內則不啟動，此時蜂鳴器不工作，超出限值，單片機啟動蜂鳴器，蜂鳴器工作；各個模塊通過引腳電路與主控模塊相連，單片機主控模塊是整個系統的核心，通過控制單片機引腳的通斷完成對整個系統的控制，實現本系統需求功能；3.2 單片機主控模塊概述3.2.1 AT89S52單片機簡介AT89S52是使用Atmel公司發明的高密度、非易失性存儲

40、器技術制造的一種低功耗、高性能的8位微控制器，具有如下標準功能：1.兼容MCS.51指令系統；2.8位的寄存器，8k字節Flash，256字節RAM；3.1000次擦寫周期；4.全靜態工作模式：0Hz 33MHz，全雙工串行UART通道；5.40/44引腳（本系統選用40引腳，PDIP封裝方式），32個可編程雙向I/O口；6.三個16位定時器/計數器；7.六個中斷源：一個串行中斷、兩個外部中斷INT0和INT1、定時器0、定時器1、定時器2中斷。AT89S52實物圖如圖3.1所示。圖3.1 AT89S52實物圖3.2.2 單片機主控系統單片機最小系統主要包括電源、晶振電路、復位電路三大部分。1

41、.電源系統：單片機使用直流電壓供電，電源一般分為5V電壓和3.3V電壓兩個標準，AT89S52單片機需要5V直流電壓供電。2.復位系統：復位系統作用是：在單片機系統運行過程中出現故障時恢復系統。由一個開關和一個電阻串聯組成，一般將開關和一個電容并聯保證上電自動復位。引腳9（RST）是單片機的復位端，當出現2個機器周期以上的高電平時，單片機執行復位程序，程序從頭開始運行。3.晶振系統：晶振又叫晶體振蕩器，晶振的作用是為單片機系統提供基準時鐘信號，單片機內部所有工作都是以這個時鐘信號為步調來進行工作的。我們選擇的AT89S52單片機接了一個11.0592M的晶振（即每秒鐘振蕩11059200 次）

42、，其中，兩個20pF的電容的作用是幫助晶振起振，維持振蕩信號穩定。單片機最小系統的電路原理圖如下圖3.2所示。圖3.2 單片機最小系統電路原理圖及各引腳名稱3.3 DHT11溫濕度采集模塊設計3.3.1 DHT11溫濕度傳感器簡介DHT11是廣州奧松（aosong）公司生產的一款溫濕度復合傳感器，在DHT11內部含有已校準數字信號輸出器，該器件采用了專門的溫濕度采集和溫濕度傳感技術，且能夠自動數模轉換，可靠性高，穩定性好10；實物圖封裝及電路原理圖如圖3.3所示。圖3.3 DHT11實物與封裝信息圖DHT11溫濕度傳感器內含有一個NTC測溫元件和一個電阻式感濕元件，因此，測量精度較高；由于其響

43、應快、性價比高、抗干擾能力強、功耗低、穩定性好等優點。在暖通溫度自動控制、機房溫濕度監控、除濕器等領域有著廣泛的應用11。DHT11采用單總線進行通信，只需要一個I/O口，就能將傳感器內部的濕度和溫度數據（40Bit的數據）一次性傳送給單片機，這種通信方式簡易快捷；且該產品采用4針單排引腳的封裝方式，連接方便，典型應用電路如圖3.4所示。圖3.4 典型應用電路3.3.2 DHT11溫濕度傳感器的使用1.DHT11溫濕度傳感器引腳說明Vcc 正電源 3 5V電壓；Dout 數據通信I/O口；NC 空腳；GND 接地。DHT11溫濕度傳感器采用單總線通信方式，所以產品是4個單排引腳封裝的結構，連接

44、極為簡單，第一個Vcc引腳接電源正極3 5V電壓，第二個引腳Dout直接與單片機I/O相連接即可實現與單片機的數據傳送，第三個引腳為空腳，使用時直接懸空；第四個引腳為接地引腳，也是電源負極引腳；在使用過程中，為提高穩定性，可在Vcc和Dout之間接一只4.7K的上拉電阻。2.DHT11溫濕度傳感器數據傳輸時序圖DHT11溫濕度傳感器采用單總線通信的方式，即一個I/O完成數據的輸入與輸出雙向傳送，數據格式為未編碼的二進制數據。時序圖如圖3.5所示。 數據傳輸結束 主機發出 DHT 數據“0” 上拉電阻將VCC 開始信號 響應 總線置于高電平GND單總線 拉高并 拉高 數據“1” 從機拉低 延時等

45、待 延時準備傳輸 總線50微秒圖3.5 DHT11通訊時序圖3.DHT11的通信方式首先，總線狀態為高電平：在單片機讀取DHT11傳送的測量數據前，單片機先把單總線里的電平拉低至少18ms，表明單片機發出了開始信號。主機將單總線拉低至少18ms后重新拉高2040s，這個狀態表示“開始信號”結束；之后，DHT11往單總線上發送80s的低電平信號用于檢測單總線上的“開始信號”和“開始信號結束信號”。單片機機發送完“開始信號”后，再將單總線拉高并延時等待2040s后，開始從單總線上讀取DHT11發出的響應信號。讀取結果：如果單片機接收到響應信號為高電平，說明DHT11并沒有對單片機做出響應，通信未開

46、始；如果單片機接收到響應信號為低電平，說明DHT11已應答，開始通信。DHT11將響應信號發送單片機后，就將單總線拉高80s，之后，開始傳輸數據。在一次通信的最后一位數據傳輸完成后，由DHT11將單總線拉低50s，隨后再由上拉電阻將單總線拉高，這時，單總線變為空閑狀態12。通信方式和如下圖3.6所示。主機拉高2040s DHT11拉高 80s開始傳輸數據VCC GND單總線 主機至少 DHT11響應拉低18ms 80s圖3.6 主機復位信號和DHT11響應信號單總線每次以“50s的低電平時隙”為單位傳送一位二進制數據，通過判斷高電平時隙的時長來區分數據位，若時隙時長為2628s的高電平，就表示

47、數據位為“0”；若時隙時長為70s的高電平，就表示數據位為“1”，電位表示如圖3.7和圖3.8。 2628s 表示0VCC 70s表示1 GND單總線 一位開始 一位開始 50s 50s圖3.7 數字“0”表示方法 圖3.8 數字“1”表示方法4.DHT11溫濕度傳感器的單總線數據傳輸內容DHT11使用單總線的通信方式與微處理器通信，即單個數據引腳端口實現數據的輸入輸出雙向傳輸，每一次通訊輸入輸出40Bit數據包，40Bit數據（8Bit=1Byte）包含：8Bit濕度的整數位；8Bit濕度的小數位；8Bit溫度的整數位；8Bit溫度的小數位；8Bit校驗和。由于傳感器傳輸的是二進制數據。40

48、Bit二進制數據應該分開處理。由最高位起，每八位二進制數據為一部分。例如：如果傳感器傳送的40Bit數據如下：Byte4 Byte3 Byte2 Byte1 Byte0 00101101 00000000 00011100 00000000 01001001 整數 小數 整數 小數 校驗和濕度 溫度 校驗和根據以上的數據，計算濕度和溫度的方法：Humi (濕度)= Byte4 . Byte3=45.0 (RH)；Temp (溫度)= Byte2 . Byte1=28.0 ( )；Check(校驗)= Byte4 + Byte3 + Byte2 + Byte1=73(=Humi+Temp)(校驗

49、正確)；注意：DHT11一次通訊時間最大為3ms，主機連續采樣間隔不應小于100ms。3.4 LCD1602液晶顯示模塊設計3.4.1 LCD1602液晶器顯示模塊簡介目前常用的字符型液晶顯示模塊主要有16*1（即共1行，每行16個字符型）、16*2、20*2和40*2等不同類型的液晶顯示模塊。由于本系統顯示內容主要有溫度和濕度兩個變量，且考慮到系統成本，綜合比較后，課題選用16*2型液晶顯示模塊作為本系統的顯示器，實物圖如圖3.9所示。圖3.9 LCD1602液晶顯示器實物圖3.4.2 LCD1602液晶顯示模塊的使用1.LCD1602液晶顯示器也叫1602字符型液晶顯示器，點陣式的LCD；

50、其內部存儲器中存儲了160字符，包括常用符號、英文字母的大小寫、阿拉伯數字和日文假名等，每個字符都有一個固定的代碼，輸入字符代碼，就可在1602上顯示其對應字符13。由于LCD1602具有體積小、功耗低、重量輕、數字式接口等優點，使得LCD1602廣泛應用于各行各業的信息顯示。LCD1602液晶顯示器內部存儲的160個字符如圖3.10所示。圖3.10 LCD1602標準字符庫及字符代碼對照表2.根據廠家提供的數據手冊，查找到LCD1602液晶顯示器的規格封裝信息如下圖3.11所示。圖3.11 LCD1602封裝信息圖3.LCD1602液晶顯示器共有16個電路引腳，包括每個引腳的功能都可以通過廠

51、家給出的數據手冊查詢得到，LCD1602液晶顯示器與單片機的電路連接原理圖如下圖3.12所示。圖3.12 LCD1602與MCU的引腳連接圖4).根據LCD1602的數據手冊，查詢到LCD1602液晶顯示器的16個電路引腳的符號、功能在表3.1中說明。表 3-1 LCD1602引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數據編號符號引腳說明編號符號引腳說明3VL/V0液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極續表3-15.LCD1602顯示內容與顯示方法說明1602在寫入內部顯示地址時要求最高位恒定為高電平“1”，例如，若要在第二行第一個地址位置顯示字符，則實際寫入的地址應該是：10000000B(80H) + 0100000