数字温度计设计

河南大学物理与电子学院单片机课程设计论文河南大学物理与电子学院2015级单片机课程设计论文数字温度计设计13目 录0 前言11 系统组成元器件1 1.1 元件清单.1 .2温湿度传感器 DHT11 . .11.3 液晶显示屏 LCD160211.4 单片机STC89C5222 系统原理图32.1电路原理图42.2 PROTUES 仿真图 42.3 实物照片53 程序33.1 程序流程图63.2 程序代码74 制作过程述.94.1 布置元件位置并焊接 104.1 编程与仿真115 其他方案讨论55.1 硬件方面与18B20125.2 芯片选择与c51136 总结136.1 遇到错误与解决方案136.2 参考书146.3 心得14参考文献15温湿度传感器（河南大学物理与电子学院，河南 开封，475004）0 前言温湿度是生活生产中的重要的参数。例如中国文字博物馆就需要温湿度传感器。本设计为基于单片机的温湿度检测与控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器DHT11主要实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据的分析和处理，为显示提供信号，实现对温湿度的控制。显示部分采用LCD1602液晶显示所测温湿度值。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。温湿度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。目前，在低温条件下(通常指100以下)，温湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化控制方向发展。对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。本文设计的是基于单片机STC89C52的温湿度检测和控制系统，主要以广泛应用的DHT11作为温度和湿度的检测，该仪器具有测量精度较高、硬件电路简单、并能很好的进行显示，可测试不同环境温湿度的特点。另外和控制电路相连，可以进行加湿电路和除湿电路的控制，使温度和湿度参数在预先设定的范围内，不需要人的直接参与。单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选择，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。本设计中，最终选用的集成温度传感器DHT11，采集到的温湿度信号送至单片机，实现温湿度的显示与控制。系统主要由以上元器件组成，通过硬件电路和软件程序的设计，实现系统的基本功能。1 系统构成元件及功能1.1 元器件清单： 单片机89C52；DHT11温湿度传感器； LCD1602显示屏 滑动变阻器 470欧姆电阻 1K电阻 PC板 USB接口 温湿度传感器1) 实现思路：单片机 1602文本显示1.2 温湿度传感器 DHT11 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。（1）如图为DHT11的形状：（2）各引脚的连接图：1.3 液晶显示屏 LCD16021602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。1） 显示模块2） 1.4 单片机 STC89C52 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案。1.4.1主要特性如下：1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统80512.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）3.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成8.具有EEPROM功能9.具有看门狗功能10.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART（2） STC89C52RC单片机的工作模式 掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续原程序 空闲模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma7mA掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备VCC：电源 Vss：地 如图芯片引脚图1.4.2 4个端口的说明P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。第2章 系统原理图2.1电路原理图2.1.2 系统的仿真图：2.1.1制作过程图片：3） 程序3.1 程序流程图DHT11检测传数据给单片机 延时 初始化开始1602显示数据DHT11处理数据并传给单片机 结束 3.2 程序代码3.1.2)主函数：#include #include #include lcd_1602.h#include time_delay.h#include dht11.hvoid LCD_write_str(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char *s);LCD_value(unsigned char x,unsigned char y,float f);void Delay_ms(unsigned int n);void Init_Lcd();void getDHT11(void);void LCD_write_char(uchar cd,uchar ab);extern float F16T,F16RH; /全局变量声明void main () Init_Lcd(); LCD_write_str(0,1,abc); /液晶预显示测试 LCD_value(0,0,34.345); Delay_ms(2000); Init_Lcd(); while(1) getDHT11(); LCD_write_str(0,0,T=); LCD_value(3,0,F16T); LCD_write_str(8,0,C); /字符 应用转义格式 LCD_write_str(0,1,RH=); LCD_value(4,1,F16RH); LCD_write_str(9,1,%); Delay_ms(500); 3.1.4）dhtll函数#ifndef _dht11_#define _dht11_#include #include Time_Delay.h /the main only needs to call getDHT11(),then the temperature and huminity was geted in F16T,F16RH as floatsbit bit11=P20;unsigned char U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;float F16T,F16RH; /用于最终读取的温湿度数据/ read 8 bits onice char COM(void) char i,U8temp,U8comdata; for(i=0;i8;i+) while(!bit11);/表示 读取的高电位延时大于20多us 则读取的是1 否则读取的是0Delay_us(35);/通过U8FLAG 可判断bit11 显示数据的脉长U8temp=0; if(bit11)U8temp=1; while(bit11); U8comdata=1; U8comdata|=U8temp; /0 /rof return U8comdata;/-/-温湿度读取子程序 -/-/-以下变量均为全局变量-/-温度高8位= U8T_data_H-/-温度低8位= U8T_data_L-/-湿度高8位= U8RH_data_H-/-湿度低8位= U8RH_data_L-/-校验 8位 = U8checkdata-/-调用相关子程序如下-/- Delay();, Delay_10us();,COM(); /- void getDHT11(void) /主机拉低18ms GO1: bit11=0; Delay_ms(20); bit11=1; /总线由上拉电阻拉高 主机延时20us Delay_us(60); /主机设为输入 判断从机响应信号 / bit11=1; /判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行 if(!bit11) /T ! while(!bit11);/wait DHT goto high while(bit11); /数据接收状态 U8RH_data_H=COM(); U8RH_data_L=COM(); U8T_data_H=COM(); U8T_data_L=COM(); U8checkdata=COM(); bit11=1; /数据校验 if(U8T_data_H+U8T_data_L+U8RH_data_H+U8RH_data_L)!=U8checkdata) /if check wrong,read again goto GO1; /fi F16T=U8T_data_H+(float)U8T_data_L/256;/change integer to float F16RH=U8RH_data_H+(float)U8RH_data_L/256;#endif第4 章：制作过程详述4.1）在实验开始前 需要仔细研究电路图，这样可以把元器件布置的比较有条理，为后来布线打下基础，这样焊好PC板之后不仅好看，而且方便以后查错。焊接时需要注意二极管的正负，液晶屏的排针焊接，以及单片机底座的焊接等等都需要注意。总之细节很重要。42）编程过程采用kill c 实现编程，因为刚好上学期学过kill 对它有一定的了解。在进行程序调试前，需要注意把多个子程序编辑在不同文件夹，并且一定要在main函数中声明和调用子函数，当然编程时需要注意英文和中文分号的区别。4.3）仿真时采用sprint out进行仿真，虽然proteus可以实现硬件仿真，但sprint out 可以以模块的方式画出电路图，并且实现PCB 图，简单易学。这样可以从正面可以看到硬件位置及构造，反面可以了解布线方式。4.4）制作后发现显示屏上的数字不稳定，一直在移动，后来发现是因为有两根线虚焊了。第5 章 其他方案的设计与讨论 5.1）温湿度的选择上： 刚开始的时候，我们想过用18B20. 但是经过查资料和讨论发现18B20 的误差比较大，准确度不高，而DHT11在这些上略有优势。 5.2）芯片的选择上：我们选用的是STC89C52这类51芯片。首先单片机的成本比较低，其次c52 比我们大二时用的c51功能相对多些，可添加额外功能。 5.3) 仿真软件：对比protel和proteus 两种仿真软件。都是EAD软件，protel主要用于画原理图和PCB；poteus主要用于仿真。所以，最后我们选择了sprint out制作了PCB图。第6章 总结6.1 遇到错误与解决方案 6.1.1）硬件方面：当我们制作完成的时候，烧完程序进行供电时发现lcd上的示数一直在向左移动，在检错时想只可能是俩个原因：1 程序里包含示数向左移动的语句2焊接时出现了问题