[10]。DHT11處在極端環境中會受到干擾，導致傳感器靈敏度降低，當處于一個極端環境時，傳感器就可以通過自己編譯的程序，重新將其調整至初始運行狀態，不在達到性能所需要求的區間內繼續運用此類傳感器，不但可能造成大約3%的溫漂，還可能縮短DHT11的壽命，但是，切換到規定的特殊性能條件下，會逐步回歸原來的校準狀態；溫度傳感器是一個影響空氣相對濕度的重要測量因素，所以在檢測過程中應當盡量讓DHT11傳感器運行時的溫度與其保持一致[9]。2.3.4封裝信息圖2-4DHT11的封裝信息2.4STC89C51RC單片機單片機介紹STC89C51RC單片機是國內領先的宏晶公司生產的一款新型的51內核單片機，它是一種新型的CMOS的8位控制器，采用4k字節的特點，可以對其進行多方位的反復擦寫。它是集高性能CMOS處理器、定時器、存儲器、I/O通訊口為一體的微型計算機。本次測試采用的STC單片機引腳配置40個數據接口，引腳分布如圖2-5所示。這些引腳中有四個具備了8位的并行雙向I/O引腳，這些I/O口分別對應的位置是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7以及P3.0～P3.7。16位可編程的定時/計數器有3個，全雙工串行通信口有2個，外部中斷口有2個，讀寫口線有2個，中斷源有6個，它同時包含了處理器以及存儲器，在程序讀寫上的步驟與路程明顯減少，使程序的編寫與燒錄變得更加簡單，進而降低了此次課程設計的研究與設計難度。圖2-5STC89C51RC單片機的管腳定義STC89C51RC單片機的主要特性：（1）與前代產品的指令集完全兼容；（2）工作電壓：5.5V～3.8V；（3）工作頻率范圍：0～40MHz；（4）有EEPROM功能；（5）看門狗定時器；（6）有3個16位的定時/計數器，其中還可以將定時器0當成2個8位的定時器來用[10]；（7）工作溫度范圍：-40～+85°C；（8）可編程通用異步串行口；（9）共6個中斷源；（10）32個雙向I/O口；（11）256×8bit內部數據存儲器；（12）超低功耗掉電模式下，工作電流＜0.1μA；（13）可利用軟件實現睡眠和喚醒功能；（14）采用了多級加密技術，無法解密；（15）具有超抗靜電和抗干擾能力。2.5LCD1602顯示液晶顯示屏本次課題選擇LCD1602液晶顯示器作為溫濕度檢測裝置的LCD顯示模塊。LCD1602可以顯示32個字符，分為兩行顯示，完全可以滿足本次設計的要求，并且顯示的字符的編譯方式為ASCII碼，編譯方式相對簡單。本次課題需要顯示的內容主要為溫度與濕度，這兩項指標兩行足以顯示完整，所以LCD1602顯示器成為了設計的首選，LCD1602顯示器的電路圖如圖2-6所示：圖2-6LCD1602顯示器電路圖其中，各個引腳的說明如下D0～D7用于數據傳輸，在單片機上對應引腳PA0～PA7進行傳輸數據，RS來對數據寄存器與指令寄存器進行控制，RW端進行讀寫操作，EN為使能端，這三個引腳對應單片機上的PA8～PA10。BLA對應背光源的正極、BLK對應背光源負極，兩引腳通過與可變電阻相連能夠調節顯示器的背光。

3系統電路設計3.1系統電路總結構設計首先在前兩章中明確了本次設計需要滿足的功能以及所使用的元器件，通過對這些元器件參數的分析與計算我們可以將他們連接起來得到一個完整的設計電路，如圖3-1所示。系統可以分為以下幾個模塊：傳感器溫濕度采集模塊、顯示模塊、蜂鳴器模塊、晶振模塊、按鍵模塊、復位模塊、電源指示燈模塊。圖3-1系統電路總結構3.2晶振模塊單片機晶振的工作目的主要是為了給整個系統帶來一個所需要的時鐘信號，它的全稱被簡單地叫做晶體振蕩器，他通過與晶振相結合的方式來產生系統中所需要的各種時鐘信號，對于一臺單片機而言，從閃存中進行讀取和執行指令時，都是按照晶振電路所能夠提供的各種時鐘信號進行工作的，所以單片機程序運行的快慢與晶振電路有著密不可分的聯系。常見的晶振脈沖頻率通常有：6MHz、11.0592MHz、12MHz，在本次的設計中我們采用12MHz的晶振。我們可以看到在電路中存在兩個電容器件，電容器件的加入能夠自動平衡各個時鐘頻率信號，對頻率振蕩器的頻率信號具有一定微調性，使系統能夠更加穩定的運行。晶振模塊電路如圖3-2所示。圖3-2晶振模塊電路3.3復位模塊由于單片機在正常運行時都需要保證CPU以及其他零部件都能夠處于一個固定的初始狀態，在這個初始狀態下單片機就會開始進行工作，所以單片機的按鍵復位模塊便已經成為非常重要的一個模塊，開機重置時，電解電容器被激活，因此RESET端子上的電平為5V高，并且當電容器為10uF時，電容器進入充電階段，電阻為10KΩ，可以得到電解電容的充電時間為0.1s，滿足復位條件，進入運行階段。在按鍵進行復位時，按鍵再次按下之前，電解電容一般是在啟動或者開機復位后的狀態，也就是電容充滿了電，RESET為0V，按鍵再次按下后，電解電容和按鍵共同組成一個回路，電解電容再次開始進行放電，RESET的電壓從升高0V變為5V，當電壓升高至1.5V時，RESET變為高電平，升高到5V，電解電容完全放電完成。復位模塊的電路如圖3-3所示。圖3-3復位模塊電路3.4按鍵模塊按鍵電路的實際工作原理為：按鍵一端為單片機的I/O口，另一端與地相接，在按鍵被按下時，單片機檢測到按鍵對應的I/O口為低電平時，則會判斷按鍵被按下，以此來滿足按鍵功能。從下往上按鍵功能分別為設置按鍵，“＋”按鍵，“-”按鍵。設置按鍵按下后可以設置溫濕度的上下限，“＋”按鍵按下后所設定的溫濕度最大值或最小值會加一，“-”按鍵按下后所設定的溫濕度最大值或最小值會減一。按鍵模塊的電路組成如圖3-4所示。圖3-4按鍵模塊電路3.5顯示模塊LCD1602字符型液晶顯示模塊的結構以及與單片機的連接方法已經在第二章中提及，通過對顯示模塊的編程，設計出了第一行顯示溫度的設置上限以及設置下線，第二行顯示濕度的設置上限以及設置下限。顯示模塊的電路組成如圖3-5所示。圖3-5顯示模塊電路3.6蜂鳴器模塊在我們的單片機自動控制系統中，為了能夠保證安全，對于系統中的重要測量參數都需要我們進行在緊急狀態下的自動報警檢測裝置，本次的設計中我們選用了自動報警蜂鳴器來對其進行檢測，采用把這些單片機經過傳感器采集得到的數據進行了大量的數據處理，尺度變換以及濾波后所檢測得到的數據與我們所需要設置的溫濕度上下限值數據進行比較后，如果沒有在所設定的空氣溫濕度范圍之內，蜂鳴器便開始發出報警，否則就不報警。本次系統設計我們主要采用了新型有源電壓蜂鳴器，由于這種新型單片式主機I/O口電路輸出的有源電壓有限，不夠電流足以直接使它帶動有源蜂鳴器正常運行工作，因此在其中分別添加了一個新的PNP三極管使它作為信號放大控制電路，驅動有源蜂鳴器正常運行工作，采用PNP三極管。蜂鳴器模塊的電路組成如圖3-6所示。圖3-6蜂鳴器模塊電路3.7傳感器溫濕度采集模塊DHT11是數字型溫濕度傳感器，優點是可以直接采集當前溫濕度信息的數字信號，同時DHT11為單線通信，相對于其他的電路組成相對比較簡單。傳感器溫濕度采集模塊的電路組成如圖3-7所示。圖3-7傳感器溫濕度采集模塊電路

4系統軟件設計在本次設計中，KEIL公司開發的uVision4被用作軟件開發工具。KEILuVision4，它還支持現有的兩種主要語言開發套件包括C語言和匯編語言，支持ARM7、ARM9、Cortex-M3/M1的開發工具。它具有方便的窗口管理系統允許開發人員進行監視。此外，該軟件還為開發人員提供了一個干凈，高效和穩定的開發環境可以完成完整的開發流程。4.1主程序的設計單片機在執行一段程序時首先是從主程序開始執行，主要是完成一些設備的初始化以及一些子程序的調用。根據設計思路，首先在單片機上電后，要對LCD1602以及晶振模塊進行初始化并且對DHT11傳感器進行上電操作，隨后執行溫濕度采集子程序，采集當前環境下的溫濕度信息，采集到了數字信號之后與設定的溫濕度上下限范圍進行比較，如超出設定范圍蜂鳴器進行報警處理，并且將實際數值顯示到顯示屏幕上；如果超出設定范圍蜂鳴器進行報警處理，并且將實際數值顯示到顯示屏幕上；如果未超出溫濕度設定范圍，隨后執行子程序將當前溫濕度顯示到屏幕上。完成這段工作后，單片機繼續進行判斷操作，并且重復進行來監測實時的溫濕度值。圖4-1溫濕度采集模塊流程圖4.2溫濕度采集模塊的程序設計首先要明確，DHT11傳感器不會主動傳遞數據，只有在接收到單片機傳輸來的信號才會進行溫濕度的采集工作，每次采集傳送完一組數據后，DHT11便再次進入了等待狀態，等待下一次單片機數據采集的指令。為了實現DHT11實時采集數據的功能，我們采用定時器來控制傳感器采集信息。本次程序中，我們設定定時器的時間為10ms，即每10ms單片機便會執行一次中斷服務程序。但如果在傳感器在讀取程序的過程中發生了中斷服務程序，等單片機處理服務程序結束后繼續讀取溫濕度數據時，此時傳輸的數據就會發生錯誤，甚至會有亂碼的出現。因此為了防止此種現象的發生，在每次DHT11進行數據傳輸時，都需要將定時器0關閉。待DHT11向單片機傳輸數據結束后再將定時器0重新打開，如此操作便能夠實現DHT11連續的獲取實時的溫濕度數據的功能，并且保證數據傳輸的準確性。圖4-2溫濕度采集模塊流程圖4.3顯示模塊的程序設計LCD1602要成功顯示，必須要進行延時以及刷新操作，以便防止數據的錯亂顯示。LCD液晶顯示屏是一種慢的顯示設備，因此在手動操作裝入程序之前，要進行一個忙標志的判斷操作，如顯示為低電平時，表示不忙，此時對于液晶顯示模塊的指令才是可行的。隨后再進行寫命令、寫數據的操作，在屏幕上初始化信息的顯示位置，才能夠完成對溫濕度的顯示。圖4-3顯示模塊流程圖4.4程序編寫及燒錄在Keil4中創建源程序，匯總本章內容進行程序的編寫，如圖所示。對編寫的程序進行修改糾正后進行編譯操作，得到0錯誤，0警告的結果。如圖4-4所示。圖4-4程序編譯結果接下來是將程序燒錄進入單片機，在Keil程序中選擇菜單欄中的OptionsforTarget選項，選擇Output中的CreateHEXFi項，即可導出.hex文件。下載STCISP的軟件，在單片機型號的下拉菜單中選擇“STC89C51RC”這個型號，選擇對應的串口號（串口號由不同的計算機決定，具體可以在設備管理器中查看單片機所接入的串口），打開程序文件，如圖4-5所示。點擊STCISP界面軟件的“下載/編程”的按鈕，發現“正在檢測目標單片機”的提示信息，此時需要把單片機重新斷電后再上電，很多人也把這個重新上電的過程稱為“冷啟動”。如果發現有“操作成功!”的提示信息，就說明下載成功了。圖4-5燒錄程序示意圖4.5系統的軟件仿真Proteus是由英國LabCenterElectronics發布的Electronicdesignautomation工具軟件。它不但完成了其他EDA工具可以實現的效用，并且創新性的加入了單片機以及外圍器件的仿真功能，為單片機的程序提供了便捷的軟硬件設計以及系統運行的虛擬仿真，它是一個三合一的設計平臺。結合了電路仿真軟件，PCB軟件設計和虛擬仿真軟件。基于Proteus的上述優點，本次設計使用Proteus進行系統的仿真。將第三章所顯示的各部分電路連接起來放進Proteus中進行模擬，便得到了仿真電路，如圖4-6所示。圖4-6系統仿真電路首先設置溫濕度的檢測范圍：溫度20°C-60°C、濕度30%-80%。隨后設置仿真時將DHT11的溫濕度值分別調整為30°C，50%，發現蜂鳴器沒有報警。系統處在正常狀態，如圖4-7所示。圖4-7系統正常狀態接下來，將環境濕度設為20%，溫度設為30°C，溫濕度范圍保持不變，發現蜂鳴器進行報警。如圖4-8所示。圖4-8濕度異常狀態然后，將環境濕度設為50%，溫度設為10°C，溫濕度范圍保持不變，發現蜂鳴器進行報警。如圖4-9所示。圖4-9溫度異常狀態最后，將環境濕度設為20%，溫度設為10°C，溫濕度范圍保持不變，發現蜂鳴器進行報警。如圖4-10所示。圖4-10溫度濕度均異常狀態由上面四組數據能夠看出，仿真結果與方案設計的預期是相同的。

5總結本次設計是一個基于51單片機的，以DHT11作為溫濕度傳感器的酒窖環境智能控制系統，由于DHT11能夠同時采集到溫度信號，在系統中增加了檢測實時溫度的功能。不僅能夠實時地檢測并顯示當前環境下的溫濕度信息，還能夠根據酒窖的需求自行調整所需要的溫濕度范圍，并且對超出溫濕度設定范圍的值進行蜂鳴器報警的操作。在本次課題中，主要用到了Proteus以及Keil兩個軟件。學習到了如何在Keil中如何創建新的工程文件，進行程序的編寫，如何利用Keil中的集成開發調試工具對程序進行修改，以及如何把這些程序生成能夠被單片機識別的.hex文件并且燒錄到單片機中。在利用Proteus進行程序仿真時，學會了如何創建工程，進行器件的查找以及連接。在編寫程序以及仿真的過程中用到了大量的C語言知識，通過此次設計也鞏固了自己的C語言知識，提高了自己的編程能力。在實際地焊接過程中，為了使背部走線錯落有致，筆者還進行了焊接器件的布局。在論文的撰寫過程中，必定會遇到自己不熟悉、不了解的知識，為了完成這次的設計，筆者也通過去圖書館參閱書籍，上網瀏覽相關知識查到了許多的相關材料，并且結合課設中的實際動手操作，去進一步加深對這些知識的理解，與此同時，個人的自學能力也得到了一定的提升。

參考文獻[1]呂穎利,張新軍.基于單片機溫度控制系統的研究[J].南方農機,2022,53(07):144-147.[2]張云帆,喬文楷,任義.基于51單片機溫室大棚智能控制系統設計[J].自動化應用,2021(12):161-164.DOI:10.19769/j.zdh