论文-温湿度采集控制

1、揭阳职业技术学院毕 业 论 文（设计） 题 目： 基于单片机温湿度采集控制学生姓名 指导教师 系（部） 机电工程系 专 业 电气控制自动化班级 学号 提交日期 2011年11月20日 答辩日期 200 年 月 日2011年月日 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

2、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

3、越性。本设计中的DHT11数字温湿度传感器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。总体设计2.1 设

4、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2-1所示：测量部分 测量部分控制系统控制系统显示部分显示部分图2-1 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 测 量 精 度 ： 1湿度检测范围 ：2090%RH 检 测 精 度 ：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

5、湿度数值硬件设计3.1 电路工作原理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3-1所示：图3-1 电路原理图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脚传送到单片机进行数据分析和处理，最后将信号传输至

6、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。3.2 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。3.2.1 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。STC89C52实物如图3-2所示：图3-2 单片机STC89C52实物图 STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，有40个

7、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。 STC89C52单片机主要引脚功能介绍，其引脚图如图3-3所示：XTAL1XTAL1XTAL2RSTP14P15P30P31P33P34P35P37P00P01P02P03P04P05P06P07VCCP20P21P22P2

8、3P24P25P26P27P10P11P12P13P17P32P36EA/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(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(

9、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3-3 stc89c52外部引脚图1. 主电源引脚Vcc（40脚）：接5V电源正端Vss（20脚）：接-5V电源地端一般Vcc和Vss间应接高频去耦电容和低频滤波电容。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

10、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/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：

11、 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

12、成16位地址总线，用于对外部存储器的接口电路进行寻址。3.2.2 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。复位电路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。

13、本设计中复位电路如图3-4所示：图3-4 复位电路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3-5所示：图3-5 晶振实物图XTAL1和XTAL2是外接时钟电路的接入端，C1、C2为负载电容，Y1为12MHz的晶振。本设计的时钟电路如图3-6所示：图3-6 晶振电路3.3 显示电路 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

14、。LCD1602液晶显示器显示容量为16x2个字符，工作电压4.55.5v,工作电流2.0mA.LCD1602液晶显示器实物图如图3-7所示：图3-7 LCD1602液晶显示器实物图引脚功能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3-1所示:表3-1 LCD1602引脚说明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背光源负极本设计的 LC

15、D1602液晶显示器连接线路图如图3-8所示：图3-8 显示电路连接图3.4 传感器本设计中所使用的传感器DHT11实物图如图3-9所示：图3-9 DHT11传感器实物图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： 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 DHT11传感器电路引脚接线DHT11传感器引脚连接图如图3-10所示。图3-10 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

16、不稳定状态，在此期间无需发送任何指令。3.5控制部分3.5.1温湿度上下限控制设置如图2-10所示。 （a）湿度下限设置界面 (b)湿度上限设置界面 (c)温度度下限设置界面 (d)温度度上限设置界面图2-10 温湿度上下限设置3.5.2本系统控制设备采用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备作为控制器，加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备分别控制湿度与温度,使得蔬菜大棚的温湿度得到控制。设计中，温湿度均可以设置上下限，按下k1键，出现温度上限的设置页面，按k2键为设置上限温度加，按k3键为设置上限温度减，按下k4键确认刷新，即成功设置温度上限。继续按下k1键，出现温度下限设置页面，按k2键

17、为设置下限温度加，按k3键为设置下限温度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置温度下限。继续按下k1键，出现湿度上限的设置页面，按k2键为设置上限湿度加，按k3键为设置上限湿度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置湿度上限。继续按下k1键，出现湿度下限设置页面，按k2键为设置下限湿度加，按k3键为设置下限湿度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置温度下限。单片机P11，P13分别为温度超过或低于上下限控制脚， P12，P14分别为湿度超过或低于上下限控制脚。控制脚通过控制加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备，调节温度及湿度。当蔬菜大棚实际温度超过设定温度上限时，系统将调用控制模块对降温设备控制，将

18、蔬菜大棚的温度降低；当蔬菜大棚实际温度低于设定温度下限时，系统将调用控制模块对升温设备控制，将蔬菜大棚的温度升高；当蔬菜大棚实际湿度超过设定湿度上限时，系统将调用控制模块对除湿设备控制，将蔬菜大棚的湿度降低；当蔬菜大棚实际湿度低于设定湿度下限时，系统将调用控制模块对加湿设备控制，将蔬菜大棚的湿度提高。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

19、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。4.1主程序模块主程序模块框图主程序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4-1所示。开始开始LCD1602与DHT11初始化LCD1602与DHT11初始化温湿度采集子程序温湿度采集子程序温湿度处理子程序温湿度处理子程序读取成功读取成功显示温湿度显示温湿度结束结束图4-1主程序模

20、块框图4.3 DHT11初始化模块该流程主要对传感器的初始化进行设计，流程图如图4-2所示：DHT11初始化DHT11初始化 DQ置1DQ置1D0清零，发复位脉冲D0清零，发复位脉冲延时600us延时600usDQ置1DQ置1等待50us等待50us读入DQ的状态读入DQ的状态等待200us等待200usDQ置1DQ置1初始化结束初始化结束图4-2 DHT11初始化流程4.4 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4-3所示：开始开始功能设置命令

21、功能设置命令调用写入指令到LCD子程调用写入指令到LCD子程序设定工作方式设定工作方式调用写入指令到LCD子程调用写入指令到LCD子程清屏清屏设置显示状态设置显示状态调调用写入指令到LCD子程设置输入方式设置输入方式调调用写入指令到LCD子程子程序回 子程序回图4-3 LCD初始模块4.5部分电路程序void main() init_lcd();/初始化液晶1602 disp_start();/显示字符 RH();/读取DHT11温湿度数值 convdat();/转换DHT11温湿度数值 disp_t_h();/显示温度 和 湿度 while(1) key_scan();/扫描按键 count

22、+;/计数器加 if(count=100)/到100,转换温湿度数据 count=0; RH(); convdat(); disp_t_h();/显示温度 和 湿度 bijiao();/比较数据控制 继电器动作（led灯亮灭模拟）电路硬件的焊接与调试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5-1为电路硬件图：图5-1 电路硬件图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AT

23、M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5-2所示为单片机程序烧录硬件。图5-2 程序下载器硬件显示调试下载程序完成后，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正确显示温湿度。如图5-3所示：图a 常温测试图图b高温测试图图5-3 a、b为实物检测小 结设计中，主要以STC89C52单片机为核心，对温度和湿度的智

24、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。显示部分采用字符型LCD1602液晶显示器。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。参考文献1 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：

25、2-52 沙占友，葛家怡，马洪涛集成化智能传感器原理与应用M北京：电子工业出版社,2004：74-813 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,2007：114-126 8 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 谢回首自己走过的大学生活，心中倍感复杂，但是当我写完