室内温湿度检测器的设计与实现

1、青岛农业大学毕业论文（设计）题目：室内温湿度检测器的设计与实现姓名:学院：理学与信息科学学院专业：电子信息工程班级:学号：指导教师：2012年6月15日室内温湿度检测器设计与实现电子信息工程指导教师摘要:温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工农业生产中最常见最基本的工艺参数。随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的关系，所以对温度、湿度的检测就非常有必要了。本设计中的温湿度检测器与传统的温湿度计相比，具有读数方便，测量范围广，测量相对准确等优点，其输出温度采用数字显示， 该设计配用全数字型温湿度传感器DHTU，温

2、度测量范围0 C-50 C,湿度测量范围20%RH 95%RH,可以满足一般需要。若要求更宽测量范围，只需更换 温湿度传感器型号， 硬件电路及软件程序全兼容。温湿度测量响应时间快、长期稳定性好。采用先进的专用微处理器芯片STC89C52 , 可靠性高，抗干扰能力强。配用EEPROM芯片AT24C04,使存储的温度上限和湿度上限断电后不丢失。可以通过 四个按键方便地实现温湿度上限的调整。当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。关键词:STC89C52单片机；温湿度检测器；LCD显示Design and Implementation on Indoor Detector ofHumitureS

3、tudent majoring in Electronic information engineeringTutorAbstract : Temperature and humidity is not only having close relationship with human production and life, but also playing the most common and basic role, as process parameters , in industrial and agricultural production With the improvement

4、of people s living standards, people increasinglypay attention to their own living environment. While changes in air temperature and humidity made a direct impact on human feelings of comfort and emotion, the detection of temperature and humidity becomes seriously necessary. The design of temperatur

5、e and humidity detector in compared with the traditional, its to be convenient in reading, the temperature measuring range, and its date to be accurate, and so on. The design shows outputs in a digital display. The design with all-digital temperature and humidity sensor DHT11, temperature measuring

6、range is between zero degrees Celsius and five degrees Celsius, humidity measuring range is 20%RH to 95%RH, can meet the general needs. If it required expanding the scope of measurement, simply by changing the models of temperature and humidity sensor, to make its hardware electrie and the software

7、procedure entirely compatible The measurement of humiture with fast response time and long-term stability, used advanced special-purpose microprocessor chip STC89C52.What s more,it has the character of highly reliability and strongly anti-jamming ability. With EEPROM chip AT24C04, it to make the upp

8、er and lower storage temperature and humidity in the upper and lower permanent preservation be saved in the case of power outages In addition, through four pressed keys to realize the humiture bound adjustment conveniently, the alarm lightens the corresponding newspaper warning light when the temper

9、ature or the humidity over the ultra limitKey words STC89C52 Single-chip machine ； Temperature and humidity detectot ； LCD display目录1绪论511选题的背景及意义51.2温湿度检测的发展状况以及存在的问题 513本文的主要内容和结构安排 62主要硬件的对比选择82. 1单片机的选择82.2温湿度传感器的选择 82. 3输出显示设备的选择 93温湿度检测器的硬件设计103. 1单片机电路103. 2温湿度检测电路 123. 3显示电路 143. 4温度上限存储电路15

10、3.5报警电路163. 6供电及程序下载电路164软件编程174. 1软件流程图174.2主程序的相关内容184.2.1程序的相关定义184. 2. 2mai n()函数195下载与调试225. 1USB转串口驱动安装225. 2下载程序与运行22总结24致谢253参考文献261绪论1.1选题的背景及意义随着科学技术的快速发展，人类社会已取得了巨大进步！在居家生活、工农业 生产、环保、气 象、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中的湿度和温度进行测量及控制。传统的方法是用温 度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿 度要求的场所进行换气、降温

11、和去湿等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温 度及湿度误差大，随机性相对较大。随着生产的发展急需一个含有微型计算机或微处理器的测量仪器, 由于它拥有对数据存储，运算逻辑判断及自动化的功能，有着智能作用等优点，一个低成本和具有较 高精度的温度湿度检测器将在许多领域代替人工操作，自动不间断检测环境温度和湿度。目前市场上 普遍存在的温湿度检测仪器大都是单点测量，而且温湿度信息传递不及时，精度达不到要求，不利于 控制者根据温度、湿度变化及时做出决定。为此，本设计开发了一种能够同时测量多点，并实时性高、 精度高，通过显示器显示温湿度信息，并能进行温湿度超限报警的测控产品。本文设计的是基于单

12、片机的室内温湿度检测与报警系统，运用温湿度传感器进行温度和湿度的 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，可测试一定范围室内环境温 湿度的特点。省去了人工检测的繁琐、耗时的过程，随时通过检测器的显示器进行读数，既方便，又 快捷。1. 2温湿度检测的发展状况以及存在的问题测量温度的方法主要分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象接触，两者之间进行充分的热交换，最后达 到热平衡，这时 感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。非接 触式测温法是一种比较新式的测 量方法，它的特点是感温元件不与被测对彖相接触，而是通过辐射进

13、行热交换，故可以较远距离对 被测对象进行测温，具有较高的测温上限。1湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。一个看似简单的量值，深究起来，涉及相当复 杂的物理及化学理论分析和计算。现代湿度测量方法最主要的有两种：干湿球测量法，电子式湿度传 感器测量法。早在18世纪人类就发明了干湿球湿度计，干湿球湿度计的准确度取决于干球、湿球两支温度 计本身的精度。湿度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风 速都满足一定要求时，才能达 到规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只有5%-7% RHo测量过程比较繁琐和复杂，而且读数的过程会产生人为的误差。电子式湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业，经

14、过几十年的发 展，国内外在 湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元 件向集成化、智能化、多参数 检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系统创 造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的 水平。电子式湿度传感器生产厂在产品出厂前采用标准湿度发生器来逐支标定，电子式湿度传感器 的准确度可以达到2%- 3% RH,精确度较高。(1)近年来，随着智能检测系统的飞速发展，基于单片机的温湿度检测系统将多传 感器系统结合在 一起。如何把多传感器集中于一个检测控制系统，综合利用来自多传感器的信息，获得对被测对象的 可靠了解和解释，以利于系统做出正确的响应、决策和控制，是智能检测控制系统中

15、需要解决的首要 问题。在温湿度要求严格的场合，利用多传感技术可以提高系统的可靠性和精度，亦可以提高系统的 时间空间的覆盖范围。1. 3本文的主要内容和结构安排本文将介绍以单片机为核心的温湿度检测器来对多点温湿度进行实时巡检。温湿度检测器包含 的主要部分为控制电路，显示电路，温度和湿度采集电路，键盘电路，报警电路。要求各检测单元能 独立完成各自功能，同时能根据控制电路的指令对温湿度进行不间断釆集，并将釆集来的信息通过显 示器清晰的呈现给用户，如果采集的信息超出了预设范围，闪烁灯将给出报警示意用户，以便使用者 根据需要及 时作出决定。本文结构安排如下：第1章绪论，介绍了温湿度对人们生活、生产、工作

16、的影响，传统的温湿度测 量方法的诸多 缺点，本文设计的温湿度检测器的目的和意义，以及温湿度检测的发 展状况以及存在的问题。第2章主要硬件的对比选择，介绍了单片机、温湿度传感器、输出显示设备的不同型号 硬件之间优缺点的对比，通过性能，价格等方面选择本次设计所需硬件。第3章温湿度检测器的硬件设计，介绍了各部分电路的原理及设计电路等第4章软件编程，介绍了软件编程的主流程图以及相关的程序设计信息。、 第5章下载与调试，介绍了 USB转串口驱动的安装，程序的烧录，以及设备的调试92主要硬件的对比选择温湿度检测器各主要部件的选择不仅要考虑性能稳定性，还要考虑价格，实现条件及使用要求 等。2. 1单片机的选

17、择在单片机的选择上硬件的初步有两个选择芯片，(1) 采用AT89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM,内部具有4KB ROM存储空间，能于 3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容。(2) 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。第一种芯片AT89C51运用于

18、电路设计中时由于不具备在线编程技术，当在对电路进行调试 时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片 的多次拔插会对芯片造成一 定的损坏。所以本次设计中不采用这种芯片。本次设计中采用STC89C52作为主控芯片。2. 2温湿度传感器的选择(1) HTF3223是基于独特工艺设计的电容元件，专利的固态聚合物结构电容HS11O1做的频 率输出湿度模块，测量的数据较为精确。(2) DHT11数字温湿度传感器是一款含有己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N

19、TC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。由于DHT11相对于HTF3223具有更小的体积、极低的功耗，价格更便宜等优点， 所以本次设计中采用DHT11作为温湿度采集模块。2. 3输出显示设备的选择(1) LED数码管是现在电子设计中使用相当普遍的一种显示设备，每个数码 管由7个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管

20、的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共 阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上 也有一定的差别。数码管显示的数据内容比较直 观，通常显示从0到F中的任意一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多位，在显示位数比较 少的电路中，程 序编写，外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对多的时候，数码管操作起来十分烦 琐，显示的速度受到限制。并且当硬件电路设计好之 后，系统显示能力基本也被确定，系统显示能 力的扩展受到了限制。(2) LCD液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，用户可以根据自己的需 求，显示自己所需要的、甚至是自己动手设计的图案。当需要显示的数据比

21、较复杂的时候，它的优 点就突现出来了，并且当硬件设计完成时，可以通过 软件的修改来不断扩展系统显示能力。外围驱 动电路设计比较简单，显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改，可扩展性很强。字符型液晶 显示屏已经成为了单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一。虽然LCD显示器价格相对较高，但是本设计需要显示温度值和湿度值，还可显示设置温湿 度数值报警数值，显示数字较多，因此采用LCD作为显示模块的主要部件。3温湿度检测器的硬件设计本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性的性能，以STC89C52基本系统为核心的一套检测系统，包括单片机电路、温湿度检测电路、显示电路、温湿度上限存储电路、报警电

22、路、供电及程序下载电路。系统总体方框图如图3-1 o图3-1系统总体方框图3. 1单片机电路本设计选用宏晶公司高性能单片机STC89C52,其管脚如图3-2所示T2/P1.0140vccT2EX/P1.1239P0. 0 ADOPL233$P0. 1 A. DLPL3137F0, 2 A： D2FL4536PO. 3 AD3P1,535P0. 4 AD4P1.634F0. 5 AD5P1.783S-PG. G AD6RST932PO. 7 AD7RXD/P3.01031EATXD/P3.11130ALE-PROGINT0/P3.-1229PSENIXT1/P3.31：2fiP2. 7 A15T

23、0/F3,41427F2. 6 AL41T1/P3, 5?R/P3. 6RD/P3. 7XIAL2XTAL1 vss 图3-2 STC89C52单片机管脚图1526P2.5 A131625P2. 4 A121724P2.3 All1823P2,2A1922P2.I A92021P2.0止8SCT89C52的主要特性：（1）与MCS-51单片机产品兼容；8K字节在系统可编程Flash存储器；1000次擦写周期； 全静态操作：0Hz33Hz; （5）三级加密程序存储器；32个可 编程I/O 口线；三个16位定 时器/计数器；（8）八个中断源；（9）全双工UART串行通道；（10）低功耗空闲和掉电模

24、式；（11）掉电 后中断可唤醒；（12）看门狗定时器；（13）双数据指针；（14）掉电标识符。（6）STC89C52管脚的作用：P0 口： 8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端 口写“ 1”时，弓I脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低8位地 址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0 口也用来接收指令字 节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对 P1端口写“ T时，内部上拉电阻把

25、端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部 拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL ） o在Flash编程和校验时，P1 口接收低8位 地址字节。P2 口：具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动四个TTL逻辑电平。对P2端口写“ T时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部 拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） o在方位外部程序存储器或用16位地址读取 外部数据存储器时，P2 口送出高八位地 址。在Flash编程和校验时，P2 口也接收高8位地址字 节和一些控制信号。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉

26、电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱 动四个TTL 逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入 使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输岀电流（IIL） o P3 口亦作为STC89C52特 殊功能（第二功能）使用RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机1复位。状态下，复位高电平有效。P3 口也可作为STC89C52的一些特殊功能口，如下所示:P3. 0 RXD （串行输入口）P3. 1 TXD （串行输出口）P3. 2 /INTO （外部中断0）P3. 3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （

27、记时器0外部输入）P3. 5 T1 （记时器1外部输入）P3. 6 /WR （外部数据存储器写选通）P3. 7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。DISRTO默认3.2温湿度检测电路1底视ft!引脚说明： Vcc正电源 Dour输出NC空脚GND地图3-3 DHT11温湿度传感器外型及管脚DHT11温湿度传感器外型及管脚如图3-3所示。其中电源引脚的供电电压为3. 5-5. 5Vo传感器上电后，要等待Is以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚(VDD, GND )之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波3-4所示，其连接电路简单，

28、只需要占用控制器一个DHT11典型应用电路如图I/O 口即可完成上下位的连接MCUVDPI 5KDATAVDPiPin2PinDHT114PinGHD图3-4 DHT11典型应用电路DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输岀双向传输。其数据包由5Byte (40Bit)组成。一次通讯时间最大3ms,数据分小数部分和整数部分。一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式如表3-1表3-1 DHT11数据格式湿度温度校验整数小数整数小数8Bit8Bit8Bit8BitSBitDHT11数字湿温度传感器的引脚的相关说明如表3-2：Pin名称注释1VDD供电 3

29、-5. 5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极3-3, LCD3.3显示电路显示部分采用LCD1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数如表液晶显示器显示数字信息，清晰且明确，显示内容较丰富。表3-3液晶屏技术指标显示容量16*2个字符芯片工作电压4. 5-5. 5V工作电流2. OmA(5. 0V)模块最佳工作电压5. 0V字符尺寸2. 95*4. 35(WXH)mm接口信号说明如表3-4所示。表3-4液晶屏接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地1D2Data I/O2VDD电源止极2D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号3D4Da

30、ta I/O4RS数据/命令选择端(H/L )4D5Data I/O5R/W读/写选择端(H/L )5D6Data I/O6E使能信号6D7Data I/O7D0Data I/O7BLA背光源正极8DIData I/O8BLK背光源负极与单片机接口电路如图3-5所示GND图3-5 LCD显示器与单片机接口电路34温度上限存储电路温湿度阈值存储在EEPROM芯片AT24C02中，并可以通过K1 K4按键调节 并保存, 其中K2为温度上限增加，K3为温度上限减小，K4为湿度上限增加，K5为湿度上限减小。 AT24C02芯片其电路如图3-6所示。EEP良心冇槪盟中歸Ok远SCIU2 24C01AVe

31、cWFSCL3DAJOND图 3-6 EEPROM存储电路135报警电路L4、L5为两只报警灯，其中L4为超温报警，L5为超湿报警，当温湿度超过温 湿度检 测器的温湿度设定的上限值时，单片机将依次点亮相关报警灯。报警电路如图3-7o 10+5VL4jianwei 24)2 SCL 1_2402 SDA 、24510 R7 jDATS1 11 4A 4a 1A pppppppp1图3-7报警电路36供电及程序下载电路本设计采用USB接口供电，电源电压5V。同时,USB接口通过内含PL23033-8所示芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图SB电源及下载接口4软件编程4. 1软件流程图

32、本设计软件主程序流程图如图4-1所示图4-1主程序流程图14. 2主程序的相关内容4. 2. 1程序的相关定义下面是实现室内温湿度检测基本功能相关程序的一些基本定义，包括程序的头 文件以及程序的管教定义和常量、变量定义等。Ml (1)头文件和一些宏定义include include 1602. h井include dht h include 2402h(2)管脚定义sbit Led_qushi=P/z6;/ 去湿灯sbit Led_j ia ngwe n=PU5; 降温灯sbit Key_THl 二 P3A2;sbit Key_TH2 二卩 3 人 3;sbit Key_HHl = P3A4;

33、sbit Key_HH2 = P3A5;(3)常量、变量定义定义标识volatile bit FlagStartRH = 0; /开始温湿度转换标志volatile bit FlagKeyPress = 0; / 有键按下 /定义温湿度传感器用外部变量extern U8 U8FLAG, k;extern U8 U8count, UStemp;extern U8 U8T_data_H, U8T_data丄，U8RH_data_H, U8RH_data_L, UScheckdata;extern U8 U8T_data_H_temp, U8T_data_L_temp, U8RH_data_H_te

34、mp,U8RH_dat a_L_t emp;extern U8 U8checkdata_temp;extern U8 UScomdata;extern U8 count, count_r;U16 temp;S16 temperature, humidity;S16 idata TH, HH; /温度上限和湿度上限char * pSave;U8 keyvalue, keyTHl, keyTH2, keyHHl, keyHH2;U16 RHCounter;4. 2. 2 main ()函数mai n()函数包含了定时器的初始化，并且在初始化的过程中，对温湿度检测器 进行锁 定，不允许其他功能的实现

35、；LCD的一个欢迎使用控制系统的界面，一定的延时后进行清 屏；从AT24C04中载入温度上限和湿度上限设定值；温湿度转换及温湿度的读取；报警系 统的实现；通过键盘设定温湿度的上限。(1)定时器的初始化过程void main()U16 i, j, testnum;EA = 0;TimerO_Init () ; /定时器0初始化Data_Init ();EA = 1;(2)显示器的初始化过程L1602_init();L1602_string(l, 1,Welcome to T&H “)；L1602_string(2, 1, Control System! ”);/延时for (i二0;i1000;

36、i+)for (j=0;j1000;j+);清屏L1602_string(l, 1,“)；L1602_string(2, 1, )；L1602_string(l, 1, Tem:C TH:)；L1602_string(2, 1, Hum:% HH:)；3)载入温度上限和湿度上限设定值Load_Setting();L1602_char(l, 15, TH/10+48);L1602_char(l, 16, TH%10+48);L1602_char(2, 15, HH/10+48):L1602_char(2, 16, HH%10+48):4) 温湿度的读取过程wh订e/温湿度转换标志检查 if (F

37、lagStartRH = 1)TRO = 0;testnum 二 RH(); FlagStartRH = 0; TRO = 1;/读出温湿度，只取整数部分humidity = U8RH_data_H;temperature = U8T_data_H; /显示温湿度L1602_int(1, 5, temperature);L1602_int(2, 5, humidity);5) 报警系统的实现过程if (temperature TH) Led_jiangwen = 0;else Led_jiangwen 二 1:/降温if (humidity HH) Led_qushi = 0;else Led

38、_qushi = 1;/去湿6) 键入温湿度上限值/键盘查询，在弹起时响应if (Key_THl)&(keyTHl=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue = 1;else if (Key_TH2)&(keyTH2=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue 二2; else if (Key_HHl)&(keyHHl=O) FlagKeyPress = 1; keyvalue =3; else if (Key_HH2)&(keyHH2=0) FlagKeyPress = 1; keyvalue=4; if (FlagKeyPress = 1)KeyProce

39、ss(keyvalue); FlagKeyPress = 0:if (!Key_THl) keyTHl = 0;else keyTHl 二 1;if (!Key_TH2) keyTH2 = 0;else keyTH2 二 1;if (!Key_HHl) keyHHl = 0;else keyHHl = 1;if (!Key_HH2) keyHH2 = 0;else keyHH2 二 1;)125下载与调试本章主要叙述了 USB串口驱动的安装，运用STC单片机下载软件进行程序烧录，最后 对设备进行运行。5. 1 USB转串口驱动安装打开 USB 通用驱动 PL2303_Prolific_Driv

40、erlnstaller_vl30. exe 安装文件,按提 示安装USB转串口驱动程序。安装完成后，插入USB下载线后，在开始-控制面 板-打印机和其他硬件-设备管理器,在“端口”分支下有(Prolific USB-to- Serial Comm Port (COM3), 3 表示串 口号。图5-1成功安装USB转串口驱动示意图5. 2下载程序与运行打开STC单片机下载软件STCSP_V481.exe,正确选择MCU类型还有COM 口，选择COM3 口，最高波特率和最低波特率都选2400bps或者1200bps,并打开相关的hex数据文 件，点击“ Download/下载”按纽进行下载。下载完成后程序自动运行，或重上电后程序正常运行，温湿度检测器正常显示 当前室内 的温湿度，如图5-2所示2图5-2温湿度检测器正常运行图DHT11温湿度传感器设计