基于单片机的温湿度监测报警系统毕业设计

1、山 东 工 商 学 院SHANDONG INSTITUTE OF BUSINESS AND TECHNOLOGY毕业论文(设计)GRADUATIONTHESIS（DESIGN） 论文（设计）题目 Title Of Thesis（Design） 基于单片机的温湿度监测报警系统 分院（系别）Department 专业Specialty 班级Class 论文（设计）作者Author of Thesis（Design） 论文完成日期Date 论文（设计）指导教师Advisor 指导教师职称The Title of Advisor IV基于单片机的温湿度监测报警系统Temperature and hum

2、idity monitoring alarm system based on MCU某某某Moumoumou201X年5月May 201X指导教师对毕业论文（设计）的评语Advisors Comments on Graduation Thesis (Design)评语： 指导教师（签章）Signature of Advisor 日期 Date 评阅人意见评阅人姓名：职称：选项标准： A很同意 B同意 C基本同意 D不同意分项评价评价项目ABCD选题质量1选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求2题目难易适度3题目工作量适当4有理论意义或实际价值能力水平5查阅文献资料能力强6综合运用知识能力强

3、7研究方案的设计能力强8研究方法和手段的运用能力强9外文应用能力强成果质量10文题相符11写作水平高12写作规范13篇幅适度14成果有理论或实际价值总体评价： 优 良 中 及格 不及格 评阅人评语 评阅人签字： 年 月 日答辩（评审）委员会意见Appraisal of Defence Commission答辩（评审）成绩Mark of Defence鉴定意见Appraisal & Comments 主任（签章） Signature of Dean 日期Date 山东工商学院201X届毕业论文基于单片机的温湿度监测报警系统摘 要 温湿度是现今工农业生产生活中必须要首先考虑的两个重要因素，

4、同时温湿度监测报警系统也早已经成为当今社会的热门研究领域之一。现在的社会生产生活迫切需要一种价格便宜、便于操作而且精度较高的温湿度监测报警系统。本设计就是利用STC89C52单片机对温湿度参量进行实时监测并实现对温湿度的超限报警功能的系统。本设计基于STC89C52单片机，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，为显示器提供信号，显示部分采用字符型LCD1602液晶显示器来显示所测温度和湿度数值，报警部分采用蜂鸣器和LED发光二极管，在温度

5、或湿度超限时发出声光报警。关键词 单片机 传感器 LCD 蜂鸣器 LEDTemperature and humidity monitoring alarm system based on MCUAbstract Temperature and humidity are the two factors which are now the first taken into account in Industry and Agriculture, Meanwhile, temperature and humidity Monitoring alarm system has already been

6、one of the popular modern studying fields. It is urgent to discover a monitoring alarming system that has such merits as low costs, easy to use and accurate. The design is a system, which uses STC89C52 Microcontroller to make real-time monitoring for temps and humidity, achieving the function of tem

7、ps and humidity over-limit alarming. The design uses the way of modularization and layering based on STC89C52 Microcontroller, taking advantage of the novel temp-humidity sensor, DHT11, mainly reaching the goal of the detection to them. Then collect the signal detected by the sensor, converting to d

8、igital signal. Furthermore, exploit the Microcontroller to analyze and tackle the data, providing signal to the monitor. In the aspect of graphic, we will use LCD1602 monitor to display the measured temps and humidity data. For alarming, it will make use of LED and Buzzer, taking light-and- sound al

9、arming when the temp or humidity exceeds.Key Words Microcontroller Sensor LCD Buzzer LED目 录引 言1第一章 绪 论31.1 单片机简介31.2 传感器简介31.3 LCD液晶显示器简介31.4 本设计的主要内容和目标3第二章 系统总体设计52.1 系统功能要求与技术指标52.1.1 功能要求52.1.2 技术指标52.2 系统设计思路52.3系统设计原则62.4 系统方案论证与选择62.4.1 单片机芯片选择62.4.2 传感器选择72.4.3 显示器选择82.4.4 报警器选择82.5 系统整体设计92

10、.5.1 系统整体框图92.5.2 系统工作原理102.5.3 系统工作过程112.5.4 系统流程图11第三章 系统硬件设计123.1 硬件系统概述123.2 主控模块设计123.2.1 STC89C52单片机概述123.2.2 STC89C52 单片机引脚及封装133.2.3主控模块电路原理图163.3温湿度采集模块设计173.3.1 DHT11温湿度传感器173.3.2 DHT11传感器模块电路设计183.4 显示模块设计193.4.1 LCD1602液晶显示屏193.4.2 1602液晶显示模块电路设计223.5 键盘模块设计223.6 报警模块设计233.6.1 蜂鸣器和发光二极管2

11、33.6.2 蜂鸣器和LED报警模块电路图243.7 电源模块设计243.8 系统整体原理图24第四章 系统软件设计264.1 软件系统概述264.2 软件任务分析274.3 主程序设计284.4 子程序设计294.4.1 DHT11温湿度采集程序设计294.4.2 LCD1602显示程序设计304.4.3 键盘模块程序设计31第五章 系统仿真与调试325.1 系统仿真图325.2 作品实物运行图335.3 keil C运行图33第六章 数据采集与误差分析346.1 数据采集与误差分析346.2 不足与改进37总 结38致谢语39参考文献40附 录41附录A：C程序设计41附录B：按键功能表5

12、0附录C：开题报告51引 言20世纪末，电子技术获得了飞速发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了

13、。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见之一的是传感器，智能温度传感器在20世纪90年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。温湿度监测报警系统是一种基于单片机的用数字电路技术实现温湿度监控的装置，在社会生产中拥有广泛的应用。例如：仓库系统、电力系统、档案资料库、烟草厂、食品加工厂、蔬菜大棚等等，温湿度的高低对其影响很大，如粮仓中的温湿度过高将会使粮食变质；档案资料库房中的温度忽高忽低，纸张纤维热胀冷缩，使强度降低，湿度过大会使霉菌和害虫滋长，以致造成资料变质。由于温湿度的控制不当导致的经济损失将无法估计。为避免受到温湿度的

14、影响，需要安装温湿监控系统减少因温度和湿度的变化带来的经济损失。温湿度是基本的环境参数，同人们的生活息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温湿度，在农业生产中也离不开温湿度的测量，因此，研究温度和湿度的测量方法和装置具有重要的价值和意义。STC89C52系列单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度监控系统的实例也很多。使用STC89C52单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且该单片机易于学习、掌握，性价比高。体积微小和成本极低的单片机芯片，可被广泛地嵌入到电子系统、办公自动化、舰船、个人信息终端及通信产品等方方面面，成为现代

15、电子系统中最重要的智能化工具。使用STC89C52系列单片机设计温湿度监测系统，可以及时、精确的反映环境的温度以及湿度的变化，能够及时提醒相关人员对周围环境的温度和湿度进行干预和调节。将此系统应用到温室当中无疑可以为植被有一个适宜的生长环境提供保障。该系统电路简单、工作稳定、集成度高、调试方便、测试精度高，使用起来也是十分简单。目前温湿度检测系统在国内各行业的发展水平仍然不高，虽然应用已经十分广泛，但从国内生产的温湿度检测器来讲发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前国内产品面临巨大挑战，各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提高

16、。例如纺织业，温湿度是影响纺织品质量的重要因素，但纺织企业对温湿度的监控手段仍很粗糙，十分落后，绝大多数仍然在使用干湿球温度计，采用人工观测，人工调节阀门、风机的方法，其监控效果可想而知。制药行业里也基本如此。在食品行业里，则基本上凭经验，很少有人使用温湿度传感器。所以，基于单片机的智能温湿度监测系统将有良好的发展前景和广泛的应用领域。第一章 绪 论1.1 单片机简介单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机，就是将微处理器（Central Processing Unit，CPU）、存储器ROM（Read Only Memory，只读存储器）和RAM（Ra

17、ndom Access Memory，随机存储器）、定时器/计数器、中断系统、输入/输出接口（I/O接口）、总线和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。由于单片机的重要应用领域为智能化的电子产品，一般需要嵌入仪器设备内，故而又被称为嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）。单片机具有可靠性高、便于扩展、控制功能强、低电压、低功耗和片内存储容量较小的主要特点。除此之外，单片机还具有集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等特点。1.2 传感器简介传感器（Transducer/Sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规

18、律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器被广泛应用于生活的各个领域，常见的有温度传感器、烟雾传感器、湿度传感器等。1.3 LCD液晶显示器简介LCD （ Liquid Crystal Display 的简称）液晶显示器。LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，

19、并已充分的普及。1.4 本设计的主要内容和目标本设计的主要任务内容是以STC公司生产的STC89C52单片机为系统的控制核心，以DHT11温湿度传感器作为环境温度和湿度数据采集装置，采集周围环境的实时温度和湿度的数值并上传给单片机分析处理，并将处理结果输出到以LCD1602液晶显示器的数据输出显示装置，完成对所处位置周围环境温度以及湿度的实时监测显示和超限报警功能。同时可显示温度和湿度的上下限设定值并可随时根据实际需要通过键盘输入模块调整设置新的温度和湿度的上下限数值。本设计的目标是设计出一款具有实用价值、操作简单、费用低廉的温度和湿度的实时监测和报警系统，用于工作车间、蔬菜大棚、物流仓储、花

20、卉培育室以及对温湿度要求比较高的生物化学实验室等场所，以此来达到对上述对温度和湿度有着特定要求的场所的实时监测功能，并在温度或者湿度超出限定范围时发出声光报警，以提醒有关人员注意调节相关场所的温度和湿度，以免发生不必要的损失。第二章 系统总体设计2.1 系统功能要求与技术指标2.1.1 功能要求1. 通过数字温湿度传感器DHT11实现对环境温湿度参数的实时采集，并即时传输给单片机；2. 单片机将来自温湿度传感器的信号进行分析和处理；3. 单片机将分析处理后的温湿度实时数据发送给LCD1602液晶显示屏，通过LCD1602液晶显示屏完成温湿度数据的实时对外显示；4. 设置温湿度上下限数值，当温度

21、或者湿度超限时由蜂鸣器和LED发光二极管发出声光报警。2.1.2 技术指标1. 供电电压： 3.35.5V DC2. 测量范围： 湿度20-95%RH， 温度0-50 3. 测量精度： 湿度±5%RH， 温度±2 4. 分 辨 率： 湿度1%RH， 温度1 5. 长期稳定性： <±1%RH/年2.2 系统设计思路电路总体上分为温湿度采集部分、中央处理器、显示模块以及报警模块4个主要部分。以STC89C52单片机最小系统作为核心控制电路，控制DHT11传感器采集的温湿度的转换，控制1602液晶屏的显示，以及蜂鸣器的报警。具体显示内容及方式由软件来完成。采集温湿

22、度方面由DHT11传感器来完成，它是一个数字温湿度传感器、内置模数转换，可以直接与单片机相连接。而1602液晶屏是插针式，也可以直接与单片机相连接。因此不需要手动焊接等复杂的过程。具体步骤是：按照原理图将传感器、1602液晶显示屏分别接入单片机。通过DHT11传感器采集当前的温湿度数值，再经单片机，将处理后的数据传送到液晶屏上显示出来。并且接入蜂鸣器。设置温、湿度的上下限值，实现超限报警。2.3系统设计原则要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。设计原则有以下几个。1. 可靠性高：可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系

23、统的可靠性通常从以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波等。2. 操作维护方便：在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专业知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，要尽可能减少人机交互接口，多采用操作内置或简化的方法。3. 性价比高：单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛应用，性价比是其中一个关键因素。因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功

24、能取代硬件功能等。2.4 系统方案论证与选择2.4.1 单片机芯片选择方案一：采用AT89C51单片机AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS型8位单片机，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(CPU)和Flash存储单元，功能强大。其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。再者，AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小

25、系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅需lOms。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。PO口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。方案二：采用STC89C52单片机STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的

26、8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，

27、直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序设计，综合考虑本系统需要满足的技术指标、单片机的各部分资源、硬件设计的性价比以及作为学生能够获得的资源，加之学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故STC为更合理的选择，即选择方案二。2.4.2 传感器选择方案一：采用热电阻温度传感器和HOS-201湿敏传感器热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，

28、复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时

29、才具有良好的线性，从而有效地利用其线性特性。方案二：采用DHT11温湿度传感器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。综上所述，我们选择方案二的DHT11作为本系统的温湿度传感器。2.4.3 显示器选择方案一：采用LED数码管显示用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字型，便构成了半

30、导体数码管。半导体数码管分共阳极数码管和共阴极数码管，此次设计采用共阴极数码管显示，即七个发光二极管的阴极连在一起接地。当共阴极数码管的某一阳极接高电平时，相应的二极管发光，根据字形使某几段二极管发光，所以共阴极数码管需要输出高电平有效的译码器来驱动。数码管亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定，从而得到了广泛的应用，但对于温湿度的显示不太方便，而且连线复杂。方案二：采用1602液晶屏液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。1602具有轻薄短小、低压微功耗、体积小、无辐射、平面直角显示及影像稳定不闪烁等优点，且

31、可视面积大、效果好、分辨率高、抗干扰能力强，适合用于显示字母、数字、符号等信息，而且不需要扩展过多外围电路，可由单片机直接进行控制输出显示。相对而言，液晶显示器显示质量高、体积小、功耗低等特点，而且其电路设计简单，操作更加方便。加之，由于本系统需要显示的内容多且要显示一些特殊字符如等于号、百分号、字母等，数码管无法显示，因此我们选择方案二LCD液晶屏显示。2.4.4 报警器选择方案一：采用语音芯片ISD1820美国ISD公司于2001年最新推出一种单片820秒单段语音录放电路ISD1820，它的基本结构与ISD1110、1420完全相同，采用CMOS技术，内含振荡器，话筒前置放大，自动增益控制

32、，防混淆滤波器，扬声器驱动及FLASH阵列。ISD1820的地址模式必须要精确计算录音时间与地址单元的换算，才能确定每段语音的起始地址，除非使用ISD公司生产的ISD1425高级语音编程拷贝机进行自动分段录音并将地址读出，否则使用起来还是很麻烦的。而操作模式虽然可以不用担心语音地址的问题，但在多段录放上的操作略显繁琐，完成一个功能要进行多个管脚的操作，使用起来不是很方便。而且ISD1820价格昂贵，货源稀缺，虽功能强大，但不是最佳选择。方案二：采用压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器是一种电声转换器件。将压电材料粘贴在金属片上，当压电材料和金属片两端施加上一个电压后，因为压电效应，蜂鸣片就会产生机械变形而

33、发出声响。压电材料有多种，用在蜂鸣片上的压电材料通常是高压极化后的压电陶瓷片。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、定时器等电子产品中作发声器件。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成，有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5-15V直流工作电压）多谐振荡器起振输出1.5-2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。因此该产品电路设计简单，操作更加方便，而且具有很高的性价比。综上所述，本设计选择方案二蜂鸣器作为本系统的报警模块。2.

34、5 系统整体设计2.5.1 系统整体框图由本系统的设计思路和相关的功能要求，同时也充分考虑到要尽可能的降低系统运行的成本，提高系统的稳定性，降低系统的复杂程度，最终确定的系统的整体框图便如下图2-1所示。STC89C52单片机 DHT11温湿度采集模块LCD液晶显示模块复位模块按键输入模块蜂鸣器报警模块晶振模块系统供电模块 图2-1 系统总体框图本系统是采用电路模块化设计的智能温湿度检测报警器，目前被广泛应用于工作车间、蔬菜大棚、物流仓储等领域。由上图可以很直观的看出本温湿度检测报警系统设计的组织结构，本系统主要由STC89C52单片机、DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶显示器、蜂鸣器

35、等器件组成。2.5.2 系统工作原理温湿度传感器DHT11将从所处周围环境中采集到的温度和湿度数据上传给控制核心STC89C52单片机，STC89C52单片机将得到的温度和湿度数据进行分析和处理，同时，将相应的数据传递给显示模块LCD1602液晶显示器显示。当检测到的温度或者湿度的数值高于设定的温湿度上限或者低于设定的温湿度下限时，由蜂鸣器和LED发光二极管发出声光报警。其中，温湿度的上下限数值可以通过按键在规定范围内自由设置。2.5.3 系统工作过程1. 电源供电，系统开始初始化运行，同时设定温度和湿度上限和下限报警值；2. DHT11温湿度传感器采集环境温湿度数据，并上传给STC89C52

36、单片机分析处理；3. STC89C52单片机将处理完的温度和湿度的数据输出到LCD液晶显示器显示；4. 当温度或湿度数值高于设定值上限，或者低于设定值下限，则单片机控制蜂鸣器和LED灯发出声光报警信号；否则系统重新回到步骤2继续循环运行。2.5.4 系统流程图由本系统的工作过程所决定的系统工作流程图如下图2-2所示。初始化DHT11开始设定温湿度上下限报警值DHT11采集数据判定当前温湿度高于设定的温湿度上限？是否低于设定的温湿度下限？否是 发出声光报警信号图2-2 系统工作流程图第三章 系统硬件设计3.1 硬件系统概述本设计主要由6大模块组成，即主控模块、温湿度采集模块、显示模块、键盘模块、

37、报警模块及电源模块。其中，主控模块是设计的核心，在本设计中是指STC89C52单片机，它控制着整个系统的运行，利用自身各个管脚分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现相关功能；LCD1602液晶显示模块接入单片机，完成对单片机处理后的数据进行显示；温湿度采集模块DHT11用于实时温湿度的检测，由于DHT11的数字一体性，集成了模数转换等模块，直接接单片机即可；键盘模块主要用于设置温度和湿度的上下限数值和系统的开关机；报警模块主要指将蜂鸣器接入单片机电路，通过单片机的控制，实现超限报警功能；电源模块为整个系统的正常运行提供能源保障。3.2 主控模块设计3.2.1 STC89C52单片机

38、概述STC89C52系列单片机是由宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。STC89C52单片机主要特性如下：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8051；2. 工作电压：3.3V5.5V；3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz；4. 用户应用程序空间为8K字节；5. 片上集成512字节RAM；6. 通用I/O口（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口，P0口是

39、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、T2；11. 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. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）；13. 通用全双工异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个U

40、ART；14. 封装：PDIP-40, PLCC-44。STC89C52单片机的工作模式：1. 掉电模式：典型功耗<0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后继续执行原程序；2. 空闲模式：典型功耗2mA；3. 正常工作模式：典型功耗4mA7mA。3.2.2 STC89C52 单片机引脚及封装STC89C52 单片机有多种封装形式，本设计中选用40DIP封装，其管脚定义如图3-1所示。图3-1 STC89C52单片机引脚图STC89C52引脚说明1. 主电源引脚（2根）VCC(40号引脚)：电源输入，接5V电源GND(20号引脚)：接地线2. 外接晶振引脚（2根） XTAL1(19号引脚)：

41、片内振荡电路的输入端 XTAL2(18号引脚)：片内振荡电路的输出端3. 控制引脚（4根）RST/VPP(9号引脚)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(30号引脚)：地址锁存允许信号PSEN(29号引脚)：外部存储器读选通信号EA/VPP(31号引脚)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。4. 可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（39 32号引脚）：（8位双向I/O口线，名称为P

42、0.0P0.7）P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口（1 8号引脚）：（8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7） P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上

43、拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流(I/L )。此外，p1.0和p1.2分别作定时器/计数器t2的外部计数输入（p1.0/t2）和触发输入（p1.1/t2ex），具体如下表所示。 在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：p1.0 t2（定时器/计数器t2的外部计数输入），时钟输出p1.1 t2ex（定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制）p1.5 mosi（在线系统编程用）p1.6 miso（在线系统编程用）p1.7 sck（在线系统编程用）P2口（21 28号引脚）：（8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7）P2口：P2口为一个内部上拉电阻

44、的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口（10 17号引脚）：（8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7）P3口：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

45、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。P3口也可作为STC89C52的一些特殊功能口，如下表所示。表3-1P3口的第二功能P3口第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（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。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持

46、RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每

47、个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XT

48、AL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.2.3主控模块电路原理图STC89C52单片机主控模块通过对DHT11传感器采集到信号的读取，将得到的数据信号进行分析和处理，再将处理后的信号发送给LCD1602液晶显示模块,完成信息的接收与发送。并且连接蜂鸣器，控制报警系统。主控模块原理图如下图3-2所示。图3-2STC89C52模块电路原理图3.3温湿度采集模块设计3.3.1 DHT11温湿度传感器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。每个DHT11传感器都在极为精确的

49、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。DHT11传感器实物图和引脚图如下3-3所示。图3-3 DHT11实物图和引脚图1. 引脚介绍Pin1：(VCC)，电源引脚，供电电压为35.5V；Pin2：（DATA），串行数据，单总线；Pin3：（NC），空脚，请悬浮；Pin4：（VDD），接地端，电源负极；2. 接口说

50、明由传感器资料知连接线长度短于20米时用5K上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。考虑本设计实际应用情况故使用5K上拉电阻。图3-4 DHT11典型应用电路3. 数据帧的描述DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分，具体格式在下面说明，当前小数部分用于以后扩展。现读出为零。操作流程如下：一次完整的数据传输为40bit，高位先出；数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据。数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8b

51、i温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。4. 电气特性：VDD=5V，T =25，除非特殊标注。表3-2 DHT11的电气特性参数条件Mintypmax单位供电DC355.5V供电电流测量0.5-2.5mA平均0.2-1mA待机100-150uA采样周期秒1-次注:采样周期间隔不得低于1秒钟。3.3.2 DHT11传感器模块电路设计DHT11传感器连接STC89C52系列单片机相对比较简单。单片机的P2.0口用来收发串行数据，即数据口21连接传感器的Pin2（单总线，串行数据）。由于测量范围小于20米，因此在传感器的Pin2口与电源之间连接一个5K电阻。而传感器的电源端口Pin

52、1和Pin4分别接单片机的VDD和GND端。传感器的第三脚悬浮放置。DHT11传感器原件的电路原理图如下3-5所示。图3-5 DHT11电路原理图3.4 显示模块设计3.4.1 LCD1602液晶显示屏1602液晶是一种工业字符型液晶，能同时显示16x02 即32个字符（16列2行）。日常生活中，液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通用器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。本设计使用LCD1602液晶显示器。它有以下几个优点。显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像数码显

53、示器那样需要不断刷新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。功耗低：液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。1. LCD1602主要技术参数（1）显示容量：16×2个字符（2）芯片工作电压：4.55.5V（3）工作电流：2.0mA(5.0V)（4）模块最佳工作电压：5.0V（5）字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm2. LCD1602引脚功能说明图3-6 LCD16021602LCD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3-3所示。表3-3引脚接口说明表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14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1号引脚：VSS为地电源；2号引脚：VDD接5V正电源