基于单片机的温湿度检测系统论文

-.z.本科毕业论文课题名称:基于单片机的温湿度检测系统目录摘要1关键词1引言512\h3第一章绪论41.1温湿度检测控制系统研究的背景及意义41.2现代温湿度检测系统的发展状况和存在的问题41.3系统设计的主要内容介绍4第二章系统的总体方案设计52.1系统核心单片机（89C51）62.1.189C51单片机产品概述62.1.2电源及时钟引脚72.1.3控制线引脚72.1.4并行I/O引脚82.2测温测试模块(DHT11)82.3系统的传输模块NRF24L01102.4系统显示模块LCD16013第三章软件设计（C语言程序设计）14总结和展望16HYPERLINK致17参考文献18摘要随着时代的进步和科学技术的发展，人们对自己的生活品质要求越来越高。冬天有暖气，夏天有空调制冷。也就是说，人们对自己的生活环境的温湿度要求变得高了。再就是人们对食物的要求也变高了，在食品的生产和存储中有了新的挑战。本系统设计采用了精密的电路设计以实现精密的检测电路，能够准确地，自动地对环境的温湿度进行检测，然后结合软件编程，把环境的温湿度参数转化为十进制数字，通过数码管显示出来。并且，由于经过了软件的编程设计，如果在加上相应的控制电路就会实现对环境的温湿度自动控制系统。也就是说，当环境的温湿度偏低时，通过控制电路的控制对环境的温湿度进行增加；当环境的温湿度过高时，系统会通过外力来对环境进行干扰，降低环境的温湿度；实现把环境的温湿度控制在一个相对稳定状态的目的。通过设计单片机的温湿度检测系统，更加地神话了解了单片机的功能和原理。以前只是学习了它的原理知识，但是对实际生活的应用确实了解得太少了。通过设计，学习了很多，对自己的能力也是一个很大的提高。关键词:单片机89C51温湿度检测、DHT11、无线传输、NRF24L01、LCDABSTRACTWiththedevelopmentandadvancesofscienceandtechnologythequalityoflifefortheirthepeoplehavebecomeincreasinglydemanding.Winterheating,insummerairconditioningandrefrigeration.Thatis,peoplelivesoftheirownenvironmentaloftemperatureandhumidityrequirementsbecomehigh.Thentherearepeopleonthethefoodrequirementshavebecominghigher,withanewchallengeinproductionoffoodandstorage.ThedesignofSystemisbasedontheon89C51designsmicrocontrollerthroughawirelesstransmissionoftemperatureandhumidityoftesting.Thesystemdesignuseswithsophisticatedcircuitdesigntoachievesophisticateddetectioncircuitrythataccuracyandautomaticallyonthetemperatureandhumidityfortesting,thencombinedsoftwareprogrammable,theenvironmentaltemperatureandhumidityparametersofconvertedtoadecimalnumber,throughadigitaldisplayout.And,becauseafterdesignsoftwareprogramming,ifcoupledwithappropriatecontrolcircuitwillrealizetheenvironmentaltemperatureandhumiditycontrolsystems.Otherwords,whentheenvironmentistemperatureandhumidityislow,bythecontrolofthecontrolcircuitforincreasingoftemperatureandhumidityoftheenvironment;whentheoftemperatureandhumidityenvironmentistoohigh,willbeinterferebye*ternalforcesenvironment,reduceofenvironmentaltemperatureandhumidity;achievethetemperaturehumidityoftheenvironmentarelativelysteadystatecontrolpurpose.Throughthedesignmicrocontrolleroftemperatureandhumiditydetectionsystemsmoretothemythofunderstandingofmicrocontrollerfunctionandprinciple.Itwasonlylearningtheprinciplesofknowledge,butreallifeapplicationsdounderstandtoolittle.Bydesign,learningalotownabilityisagreatimprovement.KEYWORDS:ringletchipmicrocomputer89C51temperatureandhumiditydetection,DHT11,transition,NRF24L01,LCD引言科学技术的迅猛发展带来了很大工、农业生产的迅速提高。人们的工作环境的要求越来越高。尤其是在制药，食品加工和培育等方面对温湿度的要求也是特别严格。这就对检测温湿度的技术提出了很高的要求。人们对自己生活的环境的温湿度等舒适程度的要求变得很高，基本上要达到对人类非常舒适的水平，这就对工业的生产提出了更高的要求。人们希望对自己的生活环境的温湿度时时地进行准确地了解。但是传统的温湿度测量方法不仅繁琐而且存在很大的误差，已经满足不了人们对这方面的需求。也有一些精确的温湿度检测方法，但是造价昂贵，也是满足不了大多数人的需求的。本设计本着节约成本，绿色生产，节能的要求下通过89C51单片机来实现的一种简易操作并且精度比较高的温湿度检测系统基于单片机的温湿度检测系统，这个系统的测量精度高，使用方法简便，容易实现，在生活中应用广泛，省去了很多的费用，具有良好的发展前景和应用空间第一章绪论1.1温湿度检测控制系统的背景和意义伴随着科学技术的发展，人们不再限于温饱的生活阶段，人们对生活质量看得越来越重，对自己的生活品质提出了更高的要求。绿化，食品保鲜，以及舒适的生活环境成了现在的主题。人们对自身的健康发展有利更高的要求。现今时代，人们都想每时每刻吃到最新鲜的蔬菜以及舒适的生活环境，对环境的温湿度就提出了要求，怎么样去检测和控制好环境的温湿度成了一个机遇和挑战。温湿度检测系统的设计让单片机的应用功能走到了人们的生活中去，人们更加切身得了解到了单片机的功能和原理。并且是一种自动化的方法，它的应用前景也是很广泛的。单片机的种类有很多，89C51单片机是最典型的最常用的控制芯片之一，应用也是很广泛的，特别是在很多的工、农业的生产和生活中。尤其是在自动检测控制和机电一体化方面取得的成绩非常优秀，89C51单片机在温湿度检测和控制领域的应用也是很广泛的，在单片机的基础上，温湿度检测盒控制系统可以实现全自动化，省时，省力，并且操作简单，上手容易，可以满足大部分人的生活需要。更加方便了人们对环境的温湿度加以控制，满足生人们的生活和工、农业生产的需求。1.2现代温湿度检测系统的发展状况和存在的问题水汽压、相对湿度、露点（或霜点）温度、干湿球温度表、发湿度表计、电阻式温度片薄膜湿敏电容等是传统的温湿度检测方法。虽然温湿度的检测水平已经得到很大提高，但是不管是使用成本和使用费用等方面都显得很不足，缺乏既实用又方便的温湿度检测方案，本设计是利用单片机来实现的，相对于其他系统，人们对单片机技术了解得也是最多的，对设计的推广和研发也是很有利的。1.3系统设计的主要内容介绍温湿度检测系统以89C51为核心，所有模块的运行和操作都依赖单片机，所以，单片机的选择对设计系统的实现和性能方面有着很重要的影响。当今时代的单片机技术发展已经很成熟和稳健，89C51单片机便是其中很典型的一个，本系统设计采用的是89C51单片机，这种单片机操作简单，功能齐全，并且功耗低，完全符合国家倡导的绿色生产。单片机由于采用的是CMOR工艺制造而成，Flarh存储器可以在系统中改编程序。使用方便，简单。本系统设计的传输系统选用NRF24L01，NRF24L01无线传输设备几乎可以连接到各种各样的单片机芯片并且实现无线传输功能。显示系统的设计便利用LCD160来实现，LCD液晶显示的图像清晰、细腻。并且，LCD使用方便，功耗低，原理简单易懂。并没有太多的条件限制。本设计中的温湿度检测模块选用集成温湿度传感器DHT11，它能够及时准确地将所测环境的温湿度参数传输给单片机，方便系统的整体运行。经过硬件的电路设计和软件编程，结合上性对应的元器件，系统的雏形以基本形成，系统的功能也基本实现。第二章系统的总体方案设计由于89C51单片机对数字信号非常敏感并且这种单片机的控制能力很强，所以，在系统设机方面选用了51单片机作为系统的组织核心。温湿度传感器会将测试到的温湿度参数迅速地转换成模拟信号，再通过A/D模拟数字转换功能转换成数字信号，然后传输给单片机做相应的数字处理。本检测系统功能全面，系统设计包括单片机（系统的核心控制模块）、温湿度检测模块、无线传输模块和显示模块。系统的总体框图如下：键盘控制显示电路系统晶振电平变换报警电路温湿度传感器单片机键盘控制显示电路系统晶振电平变换报警电路温湿度传感器单片机PC机PC机图2-1系统整体框图系统重点组成：系统主要有以下几部分组成，（1）最核心的部分为51单片机、（2）整个系统的无线传输模块；（3）温湿度检测和显示两个模块，我们也可以加上开关量控制，用以实现温度的上下限调节功能。2.1系统核心单片机（89C51）2.1.1、89C51单片机产品概述89C51系列单片机是采用CHMOR工艺生产的单片机中是最典型的。它的内部ROM为4KBFlash，并且4个并行串口和1个串行串口是其最显著的特点，内部RAM为128B，片内组成：2个定时/计数器，5个中断源。它的主要特点便是内部振荡器和时钟电路。89C51单片机的封装形式特殊：图2-2单片机引脚图、电源及时钟引脚（4个）电源接入引脚-Vcc；接地引脚是GND。晶体震荡器由ATAL1和ATAL2组成。2.1.3、控制线引脚：控制线引脚有四个分别是：RRT,ALE,EA,PRENRRT的功能是使单片机复位，还有一个功能便是当需要备用电源时，需要通过这个引脚连接到单片机上；外部存储器的选通信号输出一般选择PREN为输出引脚；内部的存储器则选择EA，并且EA还能用作片内EPROM的编程电压输入的引脚；ALE作为地址锁存允许限号的输出引脚并且能实现编程脉冲的输入，更体现了单片的特点、并行I/O引脚（32个，分成4个8位口）P0.0~P0.7引脚；P1.0~P1.7引脚与P2.0~P2.7引脚；P3.0~P3.7都是一般的I/O口引脚，但是各自又有自己单独的系统功能。比如P0.0~P0.7还可用作数据或低位地址总线的复引脚；P2.0~P2.7还可以当作高位地址的数据总线引脚。P0：当P0口用作通用I/O口时，此时其标志位受硬件的影响自动置成0，MU*开关状态为接到了锁存器的反向输出端接口处；这样输出数值就是0，便导致了在输出驱动器上的T1（上拉场效应管）处在了截止状态。输出驱动级应该外接上拉电阻。简单来说，在编程和程序校验时，P0口的功能是用来接收和输出指令字节，但必须在外部加上特定的上拉电阻才能够实现其具体的功能。2.2测温测试模块(DHT11)在整个系统中，选用怎样的温湿度检测装置是至关重要的，这直接关系到整个系统测试结果的准确性和稳定度。因此选用了DHT11数字式温湿度传感器。DHT11传感器灵敏度高，所以测量精度便提升很多；速度快，有与其内部结构的特殊性，它抗干扰能力非常强，在所有的温湿度检测方面应用广泛。由于它的优点多，本系统采用这种检测装置便大大提高了整个系统的效率准确性和稳定性。图2-3DHT11实物图DHT11温湿度检测装置体积小，功耗低并且易于操作，更加实用于这个系统的研发。DHT11共有4个引脚，分别对应电源接入脚，数据输入输出脚，接地引脚和一个空脚。注意：3V-5.5VDC是DHT11的正电源输入电压。DHT11内部结构比较简单：图2-4DHT11内部结构图DHT11的工作原理：DHT11直接与高性能的单片机连接，并且由于存在着独立的电阻式感湿元件和NTC测温元件，使得它的实用性让人们所肯定，工作效率高，能量基本上没有损耗，并且抗干扰能力非常强。DHT11的接口类型为单线制，这便使得DHT11的操作简单，便捷。微处理器和DHT11之间的通信过程：图2-5微处理器与DHT11通信过程图DHT11在系统中起到了很大的作用，大大减小了应用电路，使得电路简单易懂，整洁，并且缩小了整个模块的体积。它会迅速地采集到环境的温湿度信息，传递到特殊的传感器上，把信号迅速地进行处理直接传输给单片机。DHT11由于以上优点，在工农业等领域应用非常广泛。2.3系统的传输模块NRF24L01NRF24L01是一种新型的无线传输装置，单片机的接收和发射功能都由它负责。它工作的IRM频段是独立的，在2.4GHz~2.5GHz，并且NRF24L01是一种新型的融合了RhockBurr的增强技术的传输装置。它的工作原理也跟其他的传输装置不一样，软件编程就可以直接对NRF24L01的输出功率和通信频道进行控制。NRF24L01的工作模式大多数都处在低功率的环境下。NRF24L01的实物图具体如下：图2-6NRF24L01实物图图2-7NRF24L01内部封装引脚图主要的引脚功能介绍：NRF24L01的中断标志位是IRQ；CE：系统的使能的接收和发射；NRF24L01的电源输入端和功率输出端分别由VDD和VDD-PA负责；天线接口有两个，分别是ANT1和ANT2；VRR为接地端；*C1，*C2是NRF24L01的晶体震荡器引脚；参考电流的输入通过IPEF引脚来实现；微处理器可以控制NRF24L01，但是必须通过固定的引脚来实现，分别为CRN，RCK，MORI，MIRO：RPI引脚端。表2-1NRF24L01主要引脚功能表NRF24L01有四种工作模式，是通过配置寄存器来划分的，分别为发射模式、接收模式、空闲模式和掉电模式。表2-2NRF24L01工作模式状态表注意：待机模式1的功能主要是为了降低电流损耗，但是晶体震荡器在这个模式下仍然是工作的，NRF24L01的所有的配置字不会丢失，仍然保留下来。2.4系统显示模块LCD160液晶显示模块LCD160，也有功耗低的优点，并且液晶显示模块显示的内容丰富并且轻薄，是大多数单片机应用设计中应用最广泛的显示模块，LCD160可以显示两行，一共可以显示32个字符，+5V的电源供压，大大得显示出了LCD160的实用性和准确性，并且价格便宜，功能齐全，性价比高。液晶显示模块对应的内部显示地址：图2-8液晶显示模块地址图具体的数字显示都是通过写入对应的地址来实现显示功能的。LCD160的各个功能引脚接口的说明如下表：表2-3LCD160引脚功能表1、VL引脚的功能是用来调整液晶显示器对比度的；2.、寄存器的选择引脚RR；LCD160的读、写信号的操作都是通过R/W引脚来实现，当输入电平是低电平时，模块进行的是写操作；当输入电平是高电平时，模块进行读操作。第三章软件设计（C语言程序设计）现在，程序设计语言C语言已经成为一种比较成熟且功能强大的计算机程序设计语言。C语言是一个包含高层次语言和汇编语言的特点的编程语言。C语言具有强大的功能，可以作为特定的字节和地址直接汇编语言操作；运算符也是最丰富的，包含了34个运算符，可以满足大多数的软件和硬件开发的使用。对于硬件开发来讲，C语言是很实用的，它可以直接对硬件进行操作，操作简单，实用，省去了在硬件开发过程中不必要的工作。基本的程序框图如下：图3-1系统主程序流程图图3-2A/D转换子程序流程图图3-3显示程序流程图总结和展望经过几个月的学习和努力研究，系统的设计已经基本告一段落。在整个设计过程中让自己了解了89C51的单片机的基本上所有的功能，对以前学过的单片机知识有了更加深入的了解。湿度检测技术一直是一个问题,基于这样一个具有挑战性的问题的主题,也可以做一些简单的讨论。但在讨论的过程中,我还做一些工作,以前的研究方法使用,一些自己的想法加入,然后在此基础上,和写文章。尽管本文实用价值虽小,但我觉得我学到了很多:为了设计成功,我读了许多书和报纸,并积极通过网络搜索相关知识,理论,但是,由于设计材料和实验条件,在实验室模拟,也未能使实验可以通过。即使是这样，但是经过具体的理论分析过程,我学到了很多的专业知识；温湿度的检测电路的设计，强化了我对电路知识的理解；并且熟悉一些以前从来没有接触过的电子元器件,深化了一些相关的电子知识了解和熟悉了很多电子元器件的使用方法,巩固大学四年学到的知识，也学到了很多的专业知识。简而言之,毕业设计,总结我的大学四年的学习,对我来说是一个全面的测试,让我受益不浅,将对我的未来有很大的影响的研究中,工作,生活。随着科学技术的发展,电子产品制造技术、集成传感器技术、湿度检测技术将取得突破,当湿度测量更准确,更具有科学价值,将真正成为我们的日常生活中一个重要参数。由于个人能力有限,系统必须存在不完美的地方,值得改进和优化。等初步设计的设计思路系统连接到PC的硬件电路和软件写作,但我的能力有限,加上方面的问题不能解决的初步设计,因此只连接到PC的设计部分的电路设计,而忽略了设计的软件,也未能完成软件部分,因为在调试,编写的软件系统的一部分永远不能成真,所以软件程序只是一个附件。这些问题在未来会逐渐学习和工作,加强和完善。参考文献[1]李全利.单片机原理及应用技术.(第3版)；[2]张晔.单片机应用技术；[3]郑郁正.《单片机原理及应用》[M].：四川大学出版社.2008；[4]徐世许.可编程序控制器输出与LED数码管动态显示；[5]李竹.