基于單片機的溫濕度檢測系統設計目錄TOC\o"1-3"\h\u6071緒論 2132831.1概述 2102871.2研究的主要內容和目的 29472功能要求與方案論證 338712.1功能要求 3321002.2傳感器的選擇 3428方案二：數字溫濕度傳感器 3177922.3單片機的選擇 33631方案一：STC12C5A60S2 49484方案二：STC89C52 4177662.4顯示輸出模塊的選擇 4200843系統硬件設計 5271753.1STC89C52簡介 5212213.2DHT11簡介 69803.3接口說明 749913.4系統電路 944243.5DHT11傳感器電路 953753.6液晶顯示電路 10185174軟件設計 1045624.1系統主程序設計 10281734.2溫濕度檢測子程序設計 11178454.3液晶顯示子程序設計 12303114.4按鍵控制子程序 1318605結束語 1419970參考文獻 1410033附錄：控制程序 15摘要由于溫度與濕度是\t"/item/%E6%B8%A9%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"有著密不可分的關系，從物理量本身還是在實際生活的人們中都有著密切的關系，溫濕度的測量應用范圍很廣，本課題針對國內外對溫濕度測量系統發展趨勢和國內外對溫濕度測量系統的研究，溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉換成容易被測量處理的電信號的設備或裝置，對一些有著特殊要求溫度，還有濕度的地方實現長期穩定、實時、自動的監測，設計一種基于單片機的溫濕度測量系統。本設計主要由硬件電路和軟件電路兩部分組成，此電路以STC89C52單片機為核心，選用DHT11數字信號輸出溫濕度傳感器,實現一種智能、簡單的溫濕度測量系統把收集好的信號傳到單片機，通過單片機來處理收集好的信號并通過LCD1602液晶屏顯示出來，如果溫濕度過高或過低，報警電路會自動報警并通過蜂鳴器發出聲響。關鍵詞單片機，DHT11，溫濕度傳感器1緒論科技的進步和相關技術的創新，溫濕度測量技術被應用到各行各業中，溫濕度量是一種能準確的測量溫濕度技術標準，具有方便、可靠性高、低功耗與低成本，它的目的在于運用到各行各業以及在人們的生活中去測量溫度和濕度，所以溫濕度一體傳感器就會產生。設計以STC89C52控制，采集信號輸出溫濕度傳感器，利用單片機讀取DHT11傳感器的溫濕度后輸出到LCD1602液晶屏。并且可以通過按鍵對溫濕度的報警范圍進行設置，超出范圍蜂鳴器鳴叫和對應的指示燈點亮。1.1概述測量是現代檢測技術在生活中的重要部分。如溫濕度，需控制溫濕度保證產品質量，在安全生產中起重要作用。為了保證快、準測量溫濕度技術受到各國的重視。信息產業發展飛速和工業化不斷進步，溫濕度不但表現在幾個方面中影響到生活，還表現在對食品、醫藥衛生、工地建設，農植產品等方面的影響。針對各種發生的情況，對溫濕度的精準測量顯的極其重要。1.2研究的主要內容和目的首先，我們必須了解溫濕度檢測對生活重要性，我們才能夠作出更好的判斷，追求更好的提供用戶需求的問題。其次，該系統通過按鍵設置最適宜的溫濕度，DHT11傳感器向控制系統輸送監控信號，如果超過設定值的話，蜂鳴器就會報警提醒，如有控制溫、濕度的設備或者儀器即可及時做出調整，讓溫濕度各回到正常范圍，系統正常運行。再次，在不同環境合適溫度進行對溫室溫度調節，低于時選用增溫，可以采用電發熱，然而電力發熱比較方便。如高于上限溫度則采用降溫措施，通常通過冰水和風扇降溫說著冰塊降溫，冰水降溫比較方便；為滿足在不同環境場合下對濕度的要求，有效辦法是自動噴霧裝置調整濕度。如潮濕，特別是回南天（我國南方地區的一種氣候），容易地滑，食物的腐爛，為了避免濕度和溫度過高或過低，為了滿足需求，例如：溫室，糧食儲存等，讓我們可以及時對溫、濕度進行調節，對于惡劣氣候和對某種作業對溫度和濕度的把控情況下能夠及時的顯示和反饋，并能夠采取相對應的措施和方法提醒用戶進行調整，以達到最適宜的溫濕度。2功能要求與方案論證2.1功能要求a、系統可檢測當前環境的溫濕度，并采用液晶屏顯示。b、通過按鍵設置溫度、濕度報警值的上下限。c、系統有斷電記憶功能，下次啟動時，回到初始值。d、溫度下限低于報警值時，LED綠燈亮，超出上限報警值時，蜂鳴器響，LED紅燈亮。e、濕度下限低于報警值時，LED亮綠燈,超出上限報警值時，蜂鳴器響，LED紅燈亮。2.2傳感器的選擇方案一：電阻溫濕度傳感器電阻溫濕度傳感器采用濕敏元件在絕緣物浸泡吸濕性物質，通過脫濕和吸濕過程中，水分解出H+離子傳送發生變化，使元件電阻值隨濕度改變。它表面的導電性會不同，會導致傳感器的阻值不同。然后再通過A/D轉換器，將阻值變化而產生的電壓變化進行采集。將電壓模擬量化為數字量給單片機進行處理。方案二：數字溫濕度傳感器數字溫濕度傳感器是數字信號輸出的傳感器，用于傳感和數字采集。由NTC測溫和電阻式感濕組成。并且集成了數據處理電路，可以直接輸出數字信號給單片機進行處理，常見的有DHT11、DHT12型號等。由于數字濕度傳感器采用串行通訊，所以只用一個數據口就可以與單片機相連，占用IO口相對較少，使系統集成變得簡易快捷。體積小使用該類應用中，在苛刻環境下的最佳選擇。綜上所述，方案一只有在濕潤的情況下才能檢測濕度，且測量效率不高，防止誤差大，所以選用方案二可以在苛刻應用場合和環境直接檢測空氣的濕度，測量速度快，高精度，低功耗，簡捷適合在這次畢業設計中使用。因此這次畢業設計的濕度測量方案上采用方案二度數字型溫濕度傳感器。2.3單片機的選擇方案一：STC12C5A60S2它是增強型51單片機，功能強，抗干擾能力很強，技術比價成熟各方面和硬件資源都比較多，外圍接口電路簡單，寄存器配置方便，程序編寫簡單，較強的應用性，價格便宜成本低。方案二：STC89C52STC89C52RC在可編程Flash空閑下，CPU暫停工作，允許RAM、定時器、串口等中斷下繼續工作。掉電保護時，RAM內容保存，振蕩器停止，單片機工作停止，直到下一個中斷信號或硬件復位為止。綜上所述，因為本設計中對單片機要求不高，方案二價格便宜，編程難度小，此單片機運用廣泛，因此畢業設計我選用了方案二STC89C52作為主要控制芯片去控制溫濕度傳感器工作。2.4顯示輸出模塊的選擇方案一：LED數碼管顯示LED\t"/item/LED%E6%95%B0%E7%A0%81%E7%AE%A1/_blank"數碼管是由8個發光管組成，含小數點。由字母分別來表示A,B,C,D,E,F,G,DP，作用為顯露數字，用來計數，例如：時鐘等場合。它有共陰和共陽，兩種極性。所以，數碼管經常稱為八段發光二極管數碼管。但是共陽和共陰的編程方法不同，所以選擇的時候要額外的對此產品要求熟悉。數碼管的顯示有靜態和動態，顯示內容簡單。方案二：LCD1602顯示LCD1602是字符型液晶顯示模塊，由字符型液晶顯示屏、控制電路、擴展電路等元件組成。根據其顯示的內容量分為2種，一種是一行顯示16個字符，一種是兩行16個字符等等，其中2行顯示16個字符的是本畢業設計所使用的。其具有特點是功耗很低，體積較小，所顯示的內容較豐富等，所以兩行顯示16個字符的LCD1602可以在功耗低的應用設備和儀器儀表中得到了廣泛的應用。綜上所述，因為方案一的LED數碼管顯示的數字還有文字都要占用一個數碼管的位置，但是方案二的LCD1602液晶顯示屏選擇兩行16個字符，因為可以節省單片機的IO口，其實兩種方案功耗低，但是為了能顯示更多的東西，還是選擇LCD液晶屏好，所以選用方案二為本畢業設計的顯示模塊。3系統硬件設計溫濕度檢測系統采用STC89C52為核心元器件，電阻和電容，還有晶振等器件配合，組成單片機最小系統。剩下的模塊都在單片機最小系統上進行。其中溫濕度傳感器輸采用DHT11溫濕度數字輸出傳感器，負責采集溫度和濕度的數據后轉化數字信號發給單片機，是整個系統的關鍵的器件。按鍵部分是使用在學習，生活中比較常見的輕觸按鍵作為檢測系統的輸入設置模塊。輸出模塊則是蜂鳴器+LED。電源為USB5V供電。系統框圖如下：LCD1602顯示模塊DHT11溫濕度數字輸出傳感器→單片機系統→LCD1602顯示模塊DHT11溫濕度數字輸出傳感器單片機系統↑↓按鈕設置模塊蜂鳴器按鈕設置模塊蜂鳴器圖1系統框圖3.1STC89C52簡介STC89C52是一款由\t"/item/STC89C52/_blank"STC公司生產低功耗，性能高CMOS8位微控制器，采用MCS-51內核，在基礎上做了改進。擁有8位CPU和可編程Flash。標準功能如下：18kbit閃存512bit隨機存取記憶體與數據存儲空間32位I/O口WDT內置4K字節可擦可編程只讀存儲器MAX810復位電路3個\t"/item/STC89C52/_blank"定時器/計數器，4個外部中斷一個7向量4級中斷結全雙工\t"/item/STC89C52/_blank"串行口。器件參數如下：圖2單片機引腳圖1.六時鐘，機器周期可以任意選擇，指令代碼兼容

2.工作電壓：6V～2.5V3.\t"/item/STC89C52/_blank"工作頻率范圍為0～38MHz4.通用I/O口，復位后P1為弱上拉并準雙向口，P0為漏極開路輸出，當作總線擴展時，不需用上拉電阻，當作I/O口時，要用上拉電阻。5.無須專用\t"/item/STC89C52/_blank"編程器與\t"/item/STC89C52/_blank"仿真器，可通過串口下載程序，10s內直接完成6.帶電可擦可編程ROM7.可用定時器軟件完成多個通用異步\t"/item/STC89C52/_blank"串行口8.工業級工作溫度范圍：-45～+80℃9.商業級工作溫度范圍：0～70℃10.塑料雙列直插式芯片封裝3.2DHT11簡介DHT11是已校準數字信號輸出的傳感器，穩定性好、可靠性高。該產品具有品質好、抗干擾好、性價比高。元件封裝:圖3DHT11元件封裝3.3接口說明連接線長度在20米內用5K上拉電阻，超過20米根據情況選合適的上拉電阻。圖4典型應用電路pin名稱注釋1VDD直流電3－5V2DATA數據3NC沒有用途4GND接地線DATA用微處理器與DHT11的同步與通訊,數據分兩類:小數和整數,具體在下面說明,通訊單總線數據一次時間為3ms,當前小數部分用于以后擴展,現讀出為0.操作流程如下:數據公式：8字節濕度整數與小數之和+8字節溫度整數與小數之和的總和，取末8位數。用戶發送信號后,轉換高速模式,等信號結束,DHT11發送響應信號,送出一次字節數據并采集。接收完一次信號使溫濕度采集,如果沒有信號,不會運行采集溫濕度.采集完后轉換低耗模式。過程如下圖5所示圖5高電平時總線為停止狀態,主機使總線拉低時等待響應,確保讓傳感器檢測到開始信號。接收開始信號后,等信號結束,然后發送反應信號。開始信號結束后可以切輸出高電平或輸入模式，總線由上拉電阻拉高，延時等待讀取傳感器響應信號。圖6總線低電平時,傳感器響應信號已發送后,再用上拉電阻拉高總線，數據發送時每字節以50us低電平傳送,.若是高電平的響應信號,不會運作,請檢查線路的正常連接.當傳送完后，傳感器拉低,然后總線由上拉電阻拉高進入非工作狀態。數字0信號表示如下圖7所示圖7數字1信號表示如下圖8所示 圖83.4系統電路系統如下圖9，系統分成四個部分:復位、P0口輸出、晶振電路、EA口拉高。用2個22pF的電容C2和C3組成晶振電路，也可以用30pF的電容代替，以及1個10MHz的晶振。晶振電路中兩個電容為負載，其作用是讓電能轉換為其他形式的能。若沒這兩個負載電容，振蕩部分會沒有回路導致停振。電路不能正常工作了，所以在此電路中兩個電容起到起振作用，使晶振起振，電容取值范圍為10-30pF。晶振提供工作信號脈沖給單片機，脈沖是單片機的工作速度，所以晶振的取值越高，單片機的工作速度越快。單片機復位電路用重啟，防止單片機系統在工作時，受到外界干擾導致程序亂碼的時候，按下復位按鈕自動重新執行內部程序。電路由一個10uF電容和一個10K電阻還有一個按鈕組成。系統供電時，RES腳會高電平，會持續一段時間，這段時間是由你選擇電容和電阻的值大小。所以選擇合適電容和電阻的取值就可以確保可靠的復位。注意的是,EA接高電平,ROM從內部開始執行；接低電平時，ROM直接從外部開始執行。因為本系統程序是存儲在單片機內部，所以EA要接高電平，保證單片機是從內部讀取程序。圖9系統電路圖3.5DHT11傳感器電路DHT11的1腳與2腳DATA接高電平，2腳串聯單片機的P3.3(INT1)腳，R3是上拉電阻，當單片機引腳輸出低電平時，外部電路供電給引腳。DHT11的4腳接GND。如下面的圖10。圖10DHT11連接圖3.6液晶顯示電路本液晶電路的連接圖如下圖11所示，2腳和15腳接入了VCC，1腳VSS和3腳VO串聯接地，然而VO腳要加一個下拉電阻，可調節液晶的對比度。第4腳是寄存器控制，接到了P1.0口。5腳是讀寫控制，接單片機P1.1口。6腳是使能端，接到了P1.2口。7～14腳是雙向數據端，分別接P0.0～P0.7口。背光電源是16和15腳，A為背光正極，K為背光負極，直接連接VCC和GND。圖11液晶電路的連接圖4軟件設計4.1系統主程序設計本系統流程如下圖12所示，最開始先進行液晶屏的初始化，包括液晶屏功能初始化和液晶屏顯示內容初始化，接著開始溫濕度的檢測，然后判斷與讀取到的溫濕度是否在報警范圍之內，如果超出范圍，則蜂鳴器鳴叫，并且對應的指示燈亮。檢測溫濕度數據完，就判斷是否按鍵被按下，是的話，則進入了報警范圍設置界面，否則進行一段時間的延時后，就進入下一個循環從新檢測溫濕度數據。圖12程序流程圖4.2溫濕度檢測子程序設計在溫濕度監控系統中，濕度檢測采用DHT11溫濕傳感器，DHT11芯片是通過單總線的方式與單片機進行通訊，在單片機獲取數據時，需要先將DHT11喚醒，使其從待機狀態進入工作狀態，啟動流程是總線拉低，然后再拉高，DHT11在得到此信號之后，將進入濕度檢測狀態。然后單片機向濕度傳感器進行通信，首先將其設置為輸入模式，使傳感器可以實現數據的讀取，然后單片機等待傳感器的響應信號，如果一段時間后沒有收響應信號，將重復向傳感器發出需要讀取濕度值的指令，直到其響應為止。當單片機得到響應信號之后，說明傳感器已經做好輸出濕度數據的準備，開始向單片機發送攜帶濕度數據的40位二進制數據。因此單片機此時檢測數據引腳的高低電平，獲取二進制數據，再將其進行數量處理，換算出溫濕度值。溫濕檢測子程序程序設計流程如下圖13所示：圖13濕度檢測子程序流程圖4.3液晶顯示子程序設計本設計采用的顯示屏型號為LCD1602顯示屏，其采用的是8位并口通信協議。首先是LCD1602的初始化，然后通過寫數據和寫命令設置顯示坐標，然后索引整個字庫，調用相應字符的字碼，將字符顯示到顯示屏。當第一個字符顯示完畢子后，將按同上所訴原理的顯示下一字符，直到全部字符顯示完成截止。液晶屏顯示程序流程如下圖14所示：圖14液晶顯示子程序流程圖4.4按鍵控制子程序在本設計中為了可以使溫濕度監控系統具有設置溫度上限的功能，增加按鍵電路，在設計中使用按鍵功能較少，所以選用了獨立按鍵，其硬件電路結構簡單，在程序控制方面也比較簡單。首先按鍵設置子程序放在定時器中斷中被實時掃描，當按鍵中的某一個按鍵被按下時，就會被檢測到。系統在“設置”按鍵沒有按下時，系統為正常測溫狀態及模式0，“Setup”鍵按下時，系統運行模式1和溫度上限設置，然后再次按下一次，系統進入溫度下限設置及模式2，再次按下“Setup”鍵恢復正常狀態。當“+”鍵按下時，連接“+”鍵的單片機IO口就會被拉低，這時單片機會判斷這時為什么模式，如果為模式1，則使溫度上限加一，若為模式2，則使溫度下限加一，若為模式0，則什么都不做，按鍵無效。同理，當“減”鍵按下時，系統會判斷這時為什么模式，如果為模式1，則使溫度上限減一，若為模式2，則使溫度下限減一，若為模式0，則什么都不做，按鍵無效。在按鍵設置結束之后，系統會將新設置完成的溫度上限值更新到系統中去，按鍵控制子程序流程如下圖15所示。圖15按鍵設置子程序流程圖5結束語大學生生活時光總是短暫，而帶有回憶的地方，在校園的學習生活，老師們的細心教導，使我在這大學生活感覺很充實，每天都可以學習到新的知識。雖然自己的論文跟其他的比起來還有不足之處，但是也獲得了經驗，也成長了許多，感謝這兩年內幫助過我的老師們，同學們，友誼是我在著大學生活內不可或缺的一部分，希望在將來的道路上，能越走越好。參考文獻[1]郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009.[2]張艷麗,楊仁弟.數字溫濕度傳感器及其應用[J].工礦自動化,2007.6第3期[3]謝維成.單片機原理與應用及C51程序設計[M].北京：清華大學出版社，2009.附錄：控制程序sbitkey1=P2^0; //接口定義sbitkey2=P2^1;sbitkey3=P2^2;sbitbuzzer=P1^4;sbitrelayF=P1^0;sbitrelayJ=P1^1;unsignedcharReadTempFlag=0;//定義讀時間標志inttemp1; //溫度讀取值floattemperature;//實際溫度unsignedlongtime_20ms=0; //定時計數unsignedchari;xdataunsignedchardis0[16];//數據暫存xdataunsignedchardis1[16];//數據暫存xdataunsignedchardis2[16];//數據暫存unsignedintsetR=5;//設置溫度unsignedintsetF1=5;//設置濕度unsignedintsetF2=5;bitstartFlag=0;//開始運行unsignedinttimeLater=0;//初始化時間unsignedcharstep=0;//運行步驟bitdisFlag=0;//顯示標志unsignedcharSetFlag=0;//設置標志voidInit_Timer0(void);//函數命令voidCheckKey(void);voiddealYunXing(void);voidmain(void){ Init_Timer0();//定時器0初始化 relayF=0; //繼電器和蜂鳴器上電動作下方便檢測硬件 relayJ=0; buzzer=0; DelayMs(200);//延時有助于穩定 relayF=1; relayJ=1; buzzer=1; LCD_Init();//初始化液晶 DelayMs(20);//延時有助于穩定 LCD_Clear();//清屏 while(1)//主循環 { CheckKey();//按鍵處理 dealYunXing(); //運行過程 if(ReadTempFlag==1) //讀取溫度標志 { ReadTempFlag=0; temp1=ReadTemperature(); //讀取溫度 temperature=(float)temp1*0.0625; //溫度值轉換 sprintf(dis0,"T:%4.1fC",temperature); LCD_Write_String(0,0,dis0);//顯示時間及溫度 } if(disFlag==1) { disFlag=0; sprintf(dis1,"J%02dA%02dB%02d",(int)setR,(int)setF1,(int)setF2); LCD_Write_String(0,1,dis1); //初始化顯示 if(SetFlag==0)//按鍵設置標志 { LCD_Write_Char(0,1,'');LCD_Write_Char(4,1,'');LCD_Write_Char(8,1,'');//更新顯示標志 } elseif(SetFlag==1)//按鍵設置標志 { LCD_Write_Char(0,1,'S');LCD_Write_Char(4,1,'');LCD_Write_Char(8,1,'');//更新顯示標志 } elseif(SetFlag==2)//按鍵設置標志 { LCD_Write_Char(0,1,'');LCD_Write_Char(4,1,'S');LCD_Write_Char(8,1,'');//更新顯示標志 } elseif(SetFlag==3)//按鍵設置標志 { LCD_Write_Char(0,1,'');LCD_Write_Char(4,1,'');LCD_Write_Char(8,1,'S');//更新顯示標志 } if(step==0) //查看運行步驟 { sprintf(dis2,"STP-%2.1f",(float)timeLater/10); //顯示 } elseif(step==1) //查看運行步驟 { sprintf(dis2,"JR-%2.1f",(float)timeLater/10); //顯示 } elseif(step==2) //查看運行步驟 { sprintf(dis2,"FS1-%2.1f",(float)timeLater/10); //顯示 } elseif(step==3) //查看運行步驟 { sprintf(dis2,"JR-%2.1f",(float)timeLater/10); //顯示 } elseif(step==4) //查看運行步驟 { sprintf(dis2,"FS2-%2.1f",(float)timeLater/10); //顯示 } elseif(step==5) //查看運行步驟 { sprintf(dis2,"JR-%2.1f",(float)timeLater/10); 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