温湿度采集设计

1、目 录摘 要IABSTRACTII绪 论11 总体设计11.1 设计内容12 硬件设计22.1 电路工作原理22.2 电路控制系统32.2.1 STC89C52单片机简介32.2.2 单片机最小系统52.3 显示电路72.4 传感器93 程序设计103.1主程序模块103.2 DHT11初始化模块113.3 LCD1602初始模块124 电路硬件的焊接与调试134.1电路的焊接134.2程序烧录134.3显示调试与误差分析14参考文献17致 谢18附录一19摘 要 单片机在各行业得到了广泛的应用，单片机具有体积小，价格便宜和技术成熟等优点，是各种电子产品的重要组成部分，在国民经济的各个领域发挥

2、着重要作用。随着科技的进步，国内外对温湿度检测的研究越来越成熟，从复杂的模拟量检测技术到现在的数字智能化检测技术，对于温湿度的检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。本设计为基于单片机的温湿度检测系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器DHT11实现对温度、湿度的检测。将温湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据分析和处理，为显示提供信号，显示部分采用字符型LCD1602液晶显示器。本系统电路简单、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。关键词：温湿度；DHT11；单片机；STC89C52；检测ABSTRACT

3、Single chip microcomputer has been widely used in all industry area, SCM has the advantages of small volume, low price and mature technology. It is an important part of all kinds of electronic products and plays an important role on all areas of national economy. With the progress of science and tec

4、hnology, it has become more and more mature to the research of temperature and humidity detection at home and abroad . From complex analog detection technology to now digital and intelligent detection technology, the detection system for temperature and humidity is developed in the direction of more

5、 intelligent, miniaturized and low power . The design is a temperature and humidity detection system which is based on SCM, it uses a modular and hierarchical design, Novel intelligent temperature and humidity sensor DHT11 to achieve the detection of temperature and humidity .The temperature and hum

6、idity signals are collected and converted by the sensor and changed into digital signals, then use the SCM STC89C52 to analysis and process the datas . In order to display signal which has been provided, the part of display adopts the liquid crystal display of LCD1602 in character . The system has t

7、he advantages of simple circuit, high integration, stability, convenient adjustment, high detection precision .Key words: The temperature and humidity; DHT11; SCM; STC89C52; detection I绪 论 温度和湿度的检测是许多行业的重要工作之一，不论是货品仓库、生产车间，都需要有规定的温度和湿度，然而温度和湿度却是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测系统就显得非常重要。在生产中，温湿度的高低对产品

8、的质量影响很大。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间内温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。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，随机性大。目前，利用新型单总线式数字温湿度传感器对温度和湿度的测试发展迅速，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，向着数字化，智能化的方向发展。随着科技的进步，国内外对温湿度检测的研究越来越成熟，从复杂的模拟量检测技术到现在的数字智能化检测技术，对于温湿度的检测系统向着智能化、小型化、低

9、功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度检测系统，其体积小、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都有优越性。本设计中的DHT11数字温湿度传感器2是一款含有校准系数信号输出的复合传感器，采用单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。产品为4针单排引脚封装，连接方便，体积小、功耗低，信号传输距离可达20米以上。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和卓越的长期稳定性。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优、响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个DHT11传

10、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存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。1 总体设计1.1 设计内容用新型的智能集成温湿度传感器DHT11实现温度、湿度的检测，将温度和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进行数据分析和处理，为显示电路提供信号。如图1-1所示：测量部分控制系统显示部分图1-1 设计模块图要求如下：1. 通过DHT11传感器对周边温湿度信息的采集并转换成数字信号，将信息提供给单片机进行处理和分析，传感器的检测范围与精度：温度检测范围 ： 050 温度 分 辨 率： 1湿度检测范围

11、：2090%RH 湿度 分 辨 率：1%RH2. 通过编程用单片机来实现温湿度的显示3. 通过LCD1602液晶显示器来显示温湿度数值2 硬件设计2.1 电路工作原理1.工作原理本设计是由硬件和软件相结合，应用软件控制硬件的自动智能化工作。设计中用新型的智能温湿度传感器DHT11实现对温度、湿度的检测，将温湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据分析和处理，为显示提供信号，然后将信号传输给LCD1602液晶显示器。2. 工作过程给电路通以+5v电压，电路进入初始化工作，大约1s后，传感器DHT11开始采集检测环境信息，然后将获得的信息通过p1.0脚传送到

12、单片机进行数据分析和处理，最后将信号传输至LCD1602液晶显示器，显示器经内部处理后显示出精确的温度和湿度值。本设计的设计电路采用模块化、层次化设计，设计的电路原理图如图2-1所示：图2-1 电路原理图2.2 电路控制系统本电路的控制系统为单片机最小系统（STC89C52、时钟电路、复位电路）。以单片机芯片STC89C52作为CPU，时钟电路由一个频率为12MHz的晶振和两个33pF的电容组成，复位电路由一个22uF的电容和一个10k的电阻组成。2.2.1 STC89C52单片机简介 1. 本系统控制电路的核心器件采用的是美国ATMEL生产的STC89C52单片机属于MCS-51系列。STC

13、89C52实物如图2-2所示：图2-2 单片机STC89C52实物图 STC89C529是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。2.STC89C52单片机主要引脚功能介绍，其引脚图如图2-3所示：XTAL1XTAL2

14、RSTP14P15P30P31P33P34P35P37P00P01P02P03P04P05P06P07VCCP20P21P22P23P24P25P26P27P10P11P12P13P17P32P36EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.0(T2)1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.5(MOSI)6P1.6(MISO)7P1.7(SCK)8(AD0)P0.039(AD1)P0.138(AD2)P0.237(AD3)P0.336

15、(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40U1STC89C52P16RXDTXDALEPSENVCCMOSIMISOSCK图2-3 STC89C52外部引脚图1. 主电源引脚VCC（40脚）：接5V电源正端GND（20脚）：接-5V电源地端一般VCC和GND间应接高频去耦电容和低频滤波

16、电容。2. 外接晶体或外部振荡器引脚XTAL1（19脚）：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器OSC。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。XTAL2（18脚）：接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输出端和内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器的输出端。3. 控制信号线RST/VPD（9脚）：复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端VPP（31脚）：访问外部存储器允许/编程电压输入。EA为高电平时，访问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。对片内EPROM编程时，此脚接21V编程电压。4. 多功能I/

17、O口引脚STC89C52单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O口线都可以独立地用作输入或输出口，其中： P0口（3239脚）双向口（三态），可作为输入/输出口，可驱动8个LSTTL门电路。实际应用中常作为分时使用的地址/数据总线口，对外部程序或数据存储器寻址时低8位地址与数据总线分时使用P0口：先送低8位地址信号到P0口，由地址锁存信号ALE的下降沿将地址信号锁存到地址锁存器后，再作为数据总线的口线对数据进行输入或输出。 P1口（18脚）准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。用作输入线时，口锁存器必须由单片机先写入“1”，每一位都可编程为输入或输出线。 P2

18、口（2128）准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。可作为输入/输出口，实际应用中一般作为地址总线的高8位，与P0口一起组成16位地址总线，用于对外部存储器的接口电路进行寻址。4）P3口（1017脚）：准双向口（三态）。P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表1所示。表1 P3口的复用功能表引脚号复用

19、功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）2.2.2 单片机最小系统所谓单片机的最小系统是指使单片机能运行程序、正常工作的最简单电路系统，是保证单片正常启动、开始工作的必须电路，缺一不可。单片机最小系统一般由单片机、程序存储器、时钟电路和复位电路组成。对于STC89C52单片机，由于片内有4K的程序存储器，所以其最小系统除了单片机本身外，只需外接时钟电路与复位电路即可。1.复位电

20、路RST引脚是单片机复位端，高电频有效。在引脚端输入至少连续两个单片机周期的高电频，单片机复位。使用时，在引脚与VSS引脚之间接一个10K的下拉电阻，与VCC引脚之间接一个约22F的电解电容，即可保证上电复位。如图2-4所示：图2-4 复位电路2.晶振电路在单片机电路中晶振的作用非常大，结合单片机内部的电路，产生单片机所必需的时钟频率，单片机一切指令的执行都是建立在晶振的基础上。晶振是利用一种特殊的晶体，在电能和机械能之间相互转化产生共振，提供稳定精确的单频震荡，为系统提供基本的时钟信号。晶振元器件实物图如图2-5所示：图2-5 晶振实物图XTAL1和XTAL2是外接时钟电路的接入端，C1、C

21、2为负载电容，Y1为12MHz的晶振。本设计的时钟电路如图2-6所示：图2-6 晶振电路2.3 显示电路1.LCD1602液晶显示器简介本设计显示部分采用字符型LCD1602液晶显示器显示所测温湿度值。液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。各种型号的液晶通常是按照显示字符的行数或液晶点阵的行、列数来命名。这类液晶通常称为字符型液晶，只能显示ASCII码字符。用户可以通过程序控制这些点中任何一个点显示或不显示，从而构成各种图形画面。液晶体积小，功耗低，显示操作简单。但其有致命的弱点，即使用温度范围很窄

22、。通用型液晶工作温度为0到+55摄氏度，存储温度为-20到+60摄氏度。实物图如图2-7所示：图2-7 LCD1602液晶显示器实物图2 主要技术参数如表2所示表2显示容量16X2个字符芯片工作电压4.55.5V工作电流2.0mA模块最佳工作电压5.0V字符尺寸2.95X4.35（WXH）mm3.引脚功能LCD1602液晶显示器采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3所示:表3编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号1

23、4D7数据7DO数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极本设计的 LCD1602液晶显示器连接线路图如图2-8所示：图2-8 显示电路连接图2.4 传感器DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准熟悉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和卓越的长期稳定性。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。本设计中所使用的传感器DHT11实物图如图2-9所示：图2-9 DHT11传感器实物图1. DHT11传感器技术参数供电电压： 3.35.5V DC 输 出：单总线数字信号 测量范围：

24、湿度2090%RH， 温度050 测量精度： 湿度±5%RH， 温度±2 分 辨 率： 湿度1%RH， 温度1 互 换 性： 可完全互换 ， 长期稳定性： <±1%RH/年 2. DHT11传感器电路引脚接线DHT11传感器引脚连接图如图2-10所示。图2-10 连接线路注：DHT11传感器的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态，在此期间无需发送任何指令。3 程序设计 整个系统的功能是由硬件电路配合软件程序来实现的，当硬件定型的时候软件也就定下了，软件由主程序和子程序组成。主程序，它是整个软件的核心，专门用来协调各个执行模块和操

25、作者的联系；子程序，它是用来完成各种实质性的工作的，如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件就是一个小的执行模块，这里将每一个模块一一列出来，并为每个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好以后，就可以规划监控软件了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的主程序结构，然后根据实时性的条件，合理安排监控软件和执行软件之间的调度关系。3.1主程序模块1. 主程序模块框图主程序3主要完成硬件初始化，子程序调用等功能。在主程序中，对温湿度传感器、LCD1602液晶显示器的初始化，同时调用传感器数据，进行显示。其框图如图3-1所示。开始LCD1602与DHT11初始化温湿度采集子程序温湿度处

26、理子程序读取成功显示温湿度结束图3-1主程序模块框图3.2 DHT11初始化模块DHT11初始化流程主要对传感器的初始化进行设计，流程图如图3-2所示：DHT11初始化DQ置1D0清零，发复位脉冲延时600usDQ置1等待50us读入DQ的状态等待200usDQ置1初始化结束图3-2 DHT11初始化流程3.3 LCD1602初始模块LCD上电时，都必须按照一定的时序对LCD进行初始化操作，主要任务是设置LCD的工作方式，显示状态，清屏，输入方式，光标位置等。LCD1602液晶显示器初始化框图如图3-3所示：开始功能设置命令调用写入指令到LCD子程序设定工作方式调用写入指令到LCD子程清屏设置

27、显示状态调用写入指令到LCD子程设置输入方式调用写入指令到LCD子程子程序回 图3-3 LCD初始模块4 电路硬件的焊接与调试4.1电路的焊接硬件焊接严格按照电路图。焊接时要注意短路、虚焊、缺焊的情况都不要出现，而且尽量减少跳线的出现。在每一次焊接完成后都要认真检查有没有出现错误，避免在总体的焊接完毕后，出现不知所以的问题。 下图4-1为电路硬件图：图4-1 电路硬件图4.2程序烧录程序的下载使用的是progisp下载器，该下载器支持所有AVR芯片的编程，主要用于下载AVR程序和ATM程序。下载器装载单片机后与计算机连接，整理在Keil软件里编译好的程序，准备完毕后就可以下载程序。打开下载软件

28、Progisp，点击菜单选择“调入Flash(F)”,选择需要下载的“HEX文件”，打开文件，点击软件“自动”按键，软件就可以自动把程序烧录到单片机内。提示下载成功，烧录完毕。如图4-2所示为单片机程序烧录硬件。图4-2 程序下载器硬件4.3显示调试与误差分析1.下载程序完成后，再次检查无误后进行调试。加电后，在一切正常的情况下，系统初始化后， LCD显示温湿度。如图4-3所示：图4-3 常温测试图2.通过电子温湿度计测得标准温湿度如图4-4所示 图4-43. 误差分析由标准的电子温湿度测量计的数据可以看出实际的温度为29.4，湿度为78%，而由本设计所测量的温度为29，湿度为76%。两者误差

29、不大，属于正常现象，任何设计都可能存在误差。DHT11温湿度传感器的敏感元件是热敏电阻、湿敏电阻，温度、湿度测量都有一个精度值,湿度±5%RH， 温度±2，本设计调试结果在允许的误差范围内 。造成本设计误差的原因可能是由于选用的DHT11温湿度传感器精度不高，同时本设计采用的是8位单片机，处理温湿度数字信号也可能存在误差。为了减少误差，我们可以选用高精度的温湿度传感器和更高位数的单片机。结 论本设计中，主要以STC89C52单片机为核心，对温度和湿度的智能化检测进行了简单的设计与阐述。对MCS-51单片机系统的温湿度检测原理与结构进行了论述。本次设计电路采用模块化、层次化设

30、计，以硬件为主，软件程序为辅。用新型的智能集成温湿度传感器DHT11实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据分析和处理，为显示电路提供信号。省掉了很多温度湿度采集方面的调试，实时温度湿度采集，使温湿度信息更迅速，更直观的显示出来。显示部分采用字符型LCD1602液晶显示器。系统在硬件自动测试，键盘操作，实时显示方面工作正常。整个系统硬件简单、可靠，系统成本低。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高。实验证明该设计系统实现了对环境温湿度精确检测，达到了相应的效果，具有一定的实用价值。由于时间关系，本设计虽然基本

31、完成了预期的目标，但是设计成果并不是很完美，还存在很多问题：未对温湿度数值统计处理、存储及没有采用多次采集结果取平均值的方法，来提高温湿度值的准确度。但是由于认识上的片面和不足，各方面的条件影响也很多，本设计还有待进一步的完善和优化，这些在以后的学习中要注重积累。 参考文献1付洁伟，何风红，李静.基于DHT11传感器的温度数据采集系统的设计J.机械工程与自动化.2007(06)2 沙占友智能化集成温度传感器原理与应用M北京：机械工业出版社,2002： 2-53 周航慈单片机应用程序设计技术M北京：北京航空航天大学出版社,2000：189-2144 白静数字电路与逻辑设计M西安：西安电子科技大学

32、出版社,2009：37-565 何希才常用传感器应用电路的设计与实践M北京：科学出版社,2007：165-1706 何希才传感器及其应用M北京：国防工业出版社,2001：74-787 徐爱钧智能化测量控制仪表原理与设计M北京：北京航空航天大学出版社,2007：114-1268 刘仲娥，张维新，宋文洋敏感元器件与应用M青岛：青岛海洋大学出版社,1993：46-1259 唐颖单片机原理与应用及C51程序设计M北京：北京大学出版社,2008：14-18致 谢 首先我要诚挚的感谢我的论文指导老师XX老师，能在忙碌的教学生活中审查、批阅我的论文。同时我也要感谢在这曾经教育过我的老师，在你们一丝不苟，细致

33、严谨的作风中，我也渐渐受到你们的熏陶，你们精心的指导和严谨的思路给了我许多启发。感谢大学生活中陪伴我的同学、朋友，在他们的陪同下，我收到了很多宝贵的建议和意见。从论文选题到搜集资料，写稿到初稿，再到反复修改，其中不免有些复杂，但是在自己不断的探索努力及老师指导下，最终完成，心中不免有些成就感。也让我对本专业的知识有了进一步的了解，查阅书籍，翻看文献，从朦朦胧胧到豁然开朗，我感觉我在成长。这次设计使我在今后的专业工作中打下了一定的基础。 附录一 #include <reg52.h>#define uint unsigned int #define uchar unsigned cha

34、rtypedef bit BOOL ; sbit io = P10 ;sbit rs = P25; sbit rw = P26 ;sbit ep = P27 ;uchar data_byte;uchar RH,RL,TH,TL;/*延时模块/void delay(uchar ms) / 延时子程序 uchar i ; while(ms-) for(i = 0 ; i<250;i+) ; void delay1()/延时10usuchar i;i-;i-;i-;i-;i-;i-;void longdelay(uchar s) /长延时 while(s-) delay(60) ; /*LCD

35、模块/BOOL lcd_bz()/测试LCD忙碌状态 BOOL result ; rs = 0 ; rw = 1 ; ep = 1 ; result = (BOOL)(P0 & 0x80) ; ep = 0 ; return result ; void write_cmd(uchar cmd)/ 写指令 while(lcd_bz() ;rs = 0 ;rw = 0 ;ep = 0 ;P0 = cmd ;ep = 1 ;ep = 0 ; void write_addr(uchar addr)/写地址 write_cmd(addr|0x80) ;void write_byte(uchar

36、dat)/写字节 while(lcd_bz() ; rs = 1 ; rw = 0 ; ep = 0 ; P0 = dat ; ep = 1 ; ep = 0 ; void lcd_init()/ 初始化 write_cmd(0x38) ; delay(1); write_cmd(0x08) ; delay(1); write_cmd(0x01) ; delay(1); write_cmd(0x06) ; delay(1); write_cmd(0x0c) ; delay(1);void display(uchar addr, uchar q)/在某一地址上显示一字节 delay(10) ; write_addr(addr) ; write_byte(q) ; longdelay(