馆宾温湿度控制系统设计-单片机原理及接口技术课程设计-本科毕业设计

辽宁工业大学课程设计说明书（论文）辽宁工业大学单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：宾馆温湿度控制装置设计院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：2013.07.03-2013.07.12本科生课程设计（论文）PAGEXIPAGEPAGEIII本科生课程设计（论文）PAGEPAGEI 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化学号100302121学生姓名侯丹丹专业班级自动化104班课程设计（论文）题目宾馆温湿度控制装置设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能以宾馆房间的温、湿度控制为对象，设计一个宾馆温、湿度检测与控制装置。该控制装置功能如下：调节房间内送风系统的挡风板的开度可以改变房间的温度。控制房间内加湿器的电源可以调节房间的湿度；通过按键可以设置标准的温、湿度值。设计任务及要求 1、分析系统功能，确定系统硬件组成；2、设计系统的硬件电路图；3、编写相应的软件，完成控制系统的控制要求；4、上机调试、完善程序；5、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数温度检测范围是0℃┈+100；检测精度为±1℃；湿度30％～100％，检测精度为±3℅。进度计划1、布置任务，查阅收集资料。（1天）2、分析系统的控制功能，确定总体设计方案（1天）。3、系统硬件设计（3天）4、按系统的控制要求，设计软件流程图及软件。（2天）5、上机调试、修改程序（1天）6、撰写、打印设计说明书（1天）7、答辩（1天）指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算摘要随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。无论是家居，宾馆，粮仓，等，对环境温湿度的检测与控制都十分重要，本设计为基于单片机的宾馆温湿度检测控制系统，采用模块化，层次化设计用新型的智能温湿度传感器DHT11具有读数方便，测量范围广，测量准确，其输出温湿度采用数字显示，主要实现对温度和湿度的检测，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89C51进行数据的分析和处理，控制部分通过控制加湿电源和挡风板开度来控制屋内温度和湿度，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：DHT11；单片机89C51；温度；湿度目录第1章绪论 1第2章课程设计的方案 22.1概述 22.2系统组成总体结构 2第3章硬件设计 33.1单片机最小系统设计 33.1.1单片机的选择 33.1.2时钟电路 63.1.3复位电路 63.1.4单片机最小系统 73.2传感器的设计 73.2.1传感器的特性 73.2.2DHT11数字温湿度传感器 83.3独立式按键电路 103.4温湿度控制装置 103.4.1开关控制装置 103.4.2D/A转换器DAC0832 113.5电路原理图 13第4章软件设计 144.1设计软件流程图 144.2温湿度判断控制 154.3温湿度控制系统部分子程序 15第5章课程设计总结 18参考文献 19PAGEPAGE19绪论随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。温度与湿度与人们的生活息息相关，在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对环境温度和湿度进行测量及控制准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的，传统的温度计是用水银柱来显示的，虽然结构简单，价格便宜，但是它的精确度不高，不易读数。传统湿度计采用干湿球显示法，不仅复杂而且精确度不高，而采用单片机对温湿度进行测量控制，不仅具有控制方便，简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温湿度的控制指标，用LCD数码管来显示温湿度的数值，看起来更加直观。由于应用的场合不同监测对象的不同，其系统设计也是千差万别。在实际生活中，室温环境检测系统中温度和湿度是两个重要的显示和分析指标，必须定期抽样检查室温环境温度和湿度，以便采取相应的措施。89C51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，用其作为温湿度检测控制系统的实例也很多。使用89C51单片机能够实现温湿度全程的自动检测与控制，而且89C51单片机易于学习、掌握，性价比高。使用89C51型单片机设计温湿度检测控制系统，可以及时、精确的反映室内的温度以及湿度的变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式，在湿度控制方面也是如此。将此系统应用到宾馆当中无疑为人们的生活提供了更加适宜的环境。要保持房间内的温度以及湿度适宜，根据每个人的不同需求，可以对室内温湿度进行设置，通过自动控制系统对房间内的温度及湿度进行检测，然后通过控制系统使其保持在设定值的温湿度，温湿度的检测需要传感器，编写相应的软件程序通过控制系统进行控制，调节房间内送风系统挡风板的宽度来调节房间的温度，单片机的应用还有温室大棚，仓库，等等。总之无论在日常生活中还是在工业农业方面，都少不了对周围环境的温湿度测量，因此，研究温湿度的测量和控制具有非常重要的意义。

课程设计的方案概述系统功能介绍:以宾馆房间的温、湿度控制为对象，设计一个宾馆温、湿度检测与控制装置。调节房间内送风系统的挡风板的开度可以改变房间的温度。控制房间内加湿器的电源可以调节房间的湿度；通过按键可以设置标准的温、湿度值。系统组成总体结构以单片机为控制核心，采用温湿度测量，控制技术等技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能温湿度测量控制系统。可分为温湿度测量电路，键盘电路，温湿度控制电路5151单片机数字温湿度传感器温湿度控制电路按键电路时钟电路复位电路图2.1系统的组成系统的原理：本系统以单片机Atmel89C51为核心，数据采集、传输都要通过单片机，数据采集通过单总线的智能数字温湿度传感器DHT11完成。·宾馆温湿度控制装置是以89C51单片机作为中央控制装置，控制加湿电源来控制湿度，调节挡风板来控制温度·89C51作为中央控制装置，负责中心运算和控制，协调系统各个模块的工作。硬件设计单片机最小系统设计单片机的选择MCS-51系列单片机主要包括基本型产品8031/8051/8751(对应的低功耗型80C31/80C51/87C51和增强型产品8032/8052/8752。虽然他们是8位的单片机，但是具有品种全、兼容性强性能价格比高等特点且软硬件应用设计资料丰富齐全，已为我国广大工程技术人员所熟悉和掌握。在20世纪80年代和90年代，MCS-51系列单片机是在我国应用最为广泛的单片机机型之一。中央微处理器AT89C51：AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C51具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89C51设计和配置了振荡频率，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。AT89S51单片机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要，同时也考虑到设计成本与整个系统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的AT89C51单片机作为整个系统的控制器。图3.189C51引脚图AT89C51提供以下标准功能：4k

字节Flash

闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。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P0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/地址的低八位。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外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的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：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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能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（计时器0外部输入）P3.5T1（计时器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低位字节。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。时钟电路AT89C51单片机各功能部件的运行都以时钟信号为准，有条不紊、一拍一拍地工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。AT89C51单片机内部有一个用于构成震荡的高增益反相放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体和微调电容，构成一个稳定的自己振荡器。外部时钟方式时外部时钟电源直接接到XTAL1端，XTAL2端悬空。图3.2时钟电路复位电路复位是单片机的初始化操作，只需给AT89C51的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟震荡周期）的高电平就可使AT89C51复位。复位电路通常采用上自动复位和按钮复位两种方式。上电复位是通过外部复位电路给电容C充电加至RST引脚一个短的高电平信号，次信号随着VCC对电容C的充电过程而逐渐回落，即RST引脚上的高电平持续时间取决于电容C的充电时间。因此为保证系统能可靠地复位，EST引脚上的高电平必须维持足够长的时间。按键手动复位有电平和脉冲两种形式。图3.3复位电路图单片机最小系统最小系统由单片机、时钟电路和复位电路组成，如下图3.4所示。图3.4单片机最小系统传感器的设计传感器的特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。传感器的动态特性：所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。3.2.2DHT11数字温湿度传感器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。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。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。如图3.5所示。图3.5DHT11封装图1、接口说明建议连接线长度短于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。DHT11和单片机之间用单总线传输，DHT11的数据口与单片机的P1.7相连。89C5189C51DHT11VDDVDDGND5KDATA1pin2pin4pin图3.6DHT11温湿度传感器接线图2、电源引脚DHT11的供电电压为 3－5.5V。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。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。3、串行接口(单线双向)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+8bit校验和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+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。独立式按键电路图3.7独立式按键电路设置温度按键K0、按键加K1、按键减K2、湿度按键K3分别的单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3相连。温湿度控制装置开关控制装置开关量输出接口，主要控制加湿器的电源来控制房间湿度。 图3.8开关量输出接口电路D/A转换器DAC0832DAC0832它由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路组成。图3.9DAC0832逻辑结构及引脚图DAC0832引脚功能如下：DI0-DI7：8位数据输入端；ILE：数据允许锁存信号；CS:输入寄存器选择信号；WR1:输入寄存器写选通信号，低电平有效；XFER：数据传送信号；WR2:写信号2，低电平有效；VREF：基准电源输入端；RFB:反馈信号输入端；IOUT1:电流输出端1，其值随DAC的内容线性变化；IOUT2:电流输出端2,；VCC:电源输入端；AGND:模拟地；DGND:数字地。DAC0832与89C51的接口电路如图3.10所示。图3.10DAC0832与89C51的接口电路电路原理图图3.11电路原理图软件设计设计软件流程图本系统软件系统设计包过：系统初始化模块，温湿度检测模块，温湿度判断控制模块。系统软件总体流程图如图4.1所示开始开始初始化初始化温湿度检测温湿度检测单片机处理单片机处理范围判断范围判断温湿度控制温湿度控制图4.1系统流程图温湿度判断控制温湿度判断控制模块也是系统的核心模块之一，所谓判断控制模块，就是对当前温室内的实际温湿度与给定的温湿度范围进行比较，先进行判断，然后再进行控制，控制模块是决定系统将要进行什么工作的。如温度高于上限时需要降温，低于下限时需要升温，如湿度高于上限时需要降湿，低于下限时需要増湿，同时还要启动警报等等。温湿度判断控制部分的程序整体思路如图4.2图4.2温湿度判断控制程序整体思路温湿度控制系统部分子程序主程序ORG0100H;MAIN:MOVR1,#10;T0100马上定时溢出计数寄存器R1赋初值10MOVSP,#60H;堆栈指针赋初值60HMOVTMOD,#01H;T0定时、方式1、软启动MOVTL0,#0B0H;T0赋初值MOVTH0,#3CH;MOVIE,#82H;开放T0中断SETBTR0;启动T0SJMP$;定时/计数器0中断服务程序ORG0200H;T0INT:DJNZR1,NEXT;T0溢出10次，即1s进一次采样处理LCALLADCON;调用温度采样及模数转换子程序LCALLCALCU;调用温度计算子程序LCALLDRVCON;调用驱动控制子程序MOVR1,#10;R1重赋值10NEXT:MOVTL0,#0B0H;T0重装初值MOVTH0,#3CH;RETI;独立式按键程序Start:MOVP1,#0FFHMOVA,P1CPLAJZStartJBACC.0FUN0JBACC.1FUN1JBACC.2FUN2JBACC.3FUN3温度采样及模数转换子程序ORG0300H;ADCON:MOVDPTR,#7FFFFH;MOVA,#dataHERE:JNBP3.3,HERE;MOVXA,@DPTR;MOV20H,A;十进制转换子程序ORG0600H;MET