基于单片机的温湿度检测(完稿)

摘要在日常生活中，温度和湿度常伴随在我们身旁。温度和湿度的测量范围是非常广泛的，对温度和湿度的测量系统的研究，至今也还具有着深远的意义，本次课题主要是针对国内和国外对温湿度测量系统来进行研究与分析开展的情况等，主要是分析了现在温度湿度测量系统中会存在的一些问题，以及在我们的日常生活中的重要性。所以设计了一种简单方便的，基于单片机的温湿度测量系统，这次设计要求简单、适用、稳定等。还有一个特点就是能够自动的进行检测。这次设计主要分为两个局部，一局部为硬件电路局部，一局部为软件设计局部。通过软件和硬件结合的结合，来检测温湿度，采集到的信号给单片机，通过单片机来处理采集到的信号，通过液晶屏显示，如果温度和湿度过高或过低，那么会自动报警电路。温室度以单片机设计为核心，采用的传感器为DHT11,这种传感器有着智能化，使用方便、实时性强等特点。温湿度控制系统主要有以下几个电路，包括LCD显示、键盘电路、报警等几个局部组成。实现一种智能、快捷、方便的温湿度测量系统。整个系统由温湿度检测电路、LCD显示电路、键盘电路、报警电路和单片机等组成。该系统结构简单紧凑，功耗低，抗干扰能力强，总体来说性能较好，符合智能仪表小型化的趋势，为今后高性能温湿度测量仪的研制和商业化打下了良好的根底。数字化温湿度传感器，以及实现温湿度信息的在线检测已成为温湿度检测技术的一种开展趋势。关键词：单片机温湿度液晶AbstractThemeasurementoftemperatureandhumidityrangeisverywide,onthetemperatureandhumiditymeasurementsystemresearchisalsoofgreatsignificance,thistopicathomeandabroadoftemperatureandhumiditymeasurementsystemresearchanddevelopment,analyzesthemainproblemsexistinginthecurrenttemperatureandhumiditymeasurementsystem,designabasedonsingle-chipmicrocomputertemperatureandhumiditymeasurementsystemforsomespecialtemperatureandhumidityrequirementsoftheoccasiontoachievelong-term,stable,real-timeandautomaticmonitoring.Thisdesignmainlyconsistsoftwoparts,circuitofhardwareandsoftwaresystemthroughthetemperatureandhumiditydetectioncircuit,thecollectedsignaltothemicrocontroller,throughthesingle-chipmicrocomputertodealwithsignalscollectedanddisplayedthroughtheLCD,iftemperatureandhumidityistoohighortoolow,thealarmwillautomaticallyalarmcircuit.STC89C52microcontrollerasthecore,theuseofDHT11integratedtemperatureandhumiditysensorstoachieveasmart,fastandconvenienttemperatureandhumiditymeasurementsystem.Thewholesystemiscomposedoftemperatureandhumiditydetectioncircuit,LCDdisplaycircuit,keyboardcircuit,alarmcircuitandsinglechipmicrocomputer.Designofthesystemstructureissimpleandcompact,lowpowerconsumption,stronganti-interferenceability,overallperformanceisbetter,inlinewiththetrendofminiaturizationofintelligentinstrument,haslaidagoodfoundationforfuturedevelopmentandcommercializationofhighperformancetemperatureandhumiditymeasuringinstrument.indirectlyaffectthebasichumanlivingconditions,butalsointheeffectofbiologicalproducts,medicineandhealth,scientificresearch,nationaldefenseconstruction.Inviewoftheabovesituation,therealizationofaccurateandreliablemeasurementoftemperatureandhumidityisparticularlyimportant.Inrecentyears,theuseofintelligentdigitaltemperatureandhumiditysensorsandtherealizationoftemperatureandhumidityinformationonlinedetectionhasbecomeadevelopmenttrendoftemperatureandhumiditydetectiontechnology.Keywords:Cardreader,nocontact,ICcard,SCM,89C51.Keyword:singlechipTemperatureandhumidityliquidcrystal目录基于单片机的温湿度监控I系统设计I摘要IAbstractII目录IV前言61绪论71.1本文研究的意义71.2国内外开展现状81.2.1国内开展现状81.2.2国外开展现状82系统总体方案设计92.1设计要求92.2方案选择9传感器的选择9单片机的选择103系统软硬件设计113.1软件开发平台介绍113.2整体方案设计123.2.1系统概述12系统框图123.3DHT11传感器电路133.3.1DHT11简介13接口说明14DHT11模块电路图173.4液晶显示电路173.4.11602液晶简介17液晶引脚说明183.4.3指令介绍203.5蜂鸣器模块243.6按键输入模块253.7LED显示电路264程序流程图设计274.1总体程序流程图设计274.21602液晶程序设计294.2温湿度DHT11传感器程序设计29总结31参考文献32致谢34附件1原理图35附件2PCB图36附件3程序代码36前言温度与湿度和人类生产，生活有着很大的联系，其实也是工业生产中最常见的根本工艺参数，比方我们生活中常见的机械，电子，石油，化工等工业的各种检测都需要对温度和湿度进行一定的检测，以确保平安。然而随着人们生活水平的提高，人们也越来越重视他们的生活环境。而且空气中温度和湿度的变化，这个会直接影响人体的舒适性和情绪，因此有必要对温度和湿度进行检测和控制。现在科学技术的迅速开展和普及，就出现了越来越多的高性能设备，而这些设备也会涉及到温湿度的控制。因此各个行业各个领域对温度和湿度的要求也就越来越高。传统的温湿度检测模型是基于人的根底上，依靠的是人工轮换值班，都是手动查看或者是其他方式来测量和记录环境状态信息。在上述的这种情况下，效率非常的低，不利于人力资源的充分利用，而且也缺乏科学性，很多重大事故都是人为因素造成的，人为维护因为缺乏一个完整的管理体系。监测系统的出现可以解决这样的浪费人力资源，管理不仅是一个时间的问题，而且效率也很低。这是因为它的智能设计决策。因此，设计类似的工程也都具有普遍意义。1绪论1.1本文研究的意义常用的控制芯片性价比比拟高的是单片机，在智能仪表，工业检测和控制机电一体化等等方面取得了比拟好的成绩，其温度和湿度控制系统也有起到了很大的强度。这次毕业设计主要是利用单片机来实现温湿度的控制。设计起来比拟简单，学习起来也相对容易，而且性价比也是很高的。这个温湿度的设计能够对现有的情况进行全面的检测，能够即时、准确地响应温室内温度和适度的变化。比方温度保持在一定的范围内，冷却到一定的范围内。在这些预定的温度范围内保持着各种控制方法，如温度、湿度等保持一定的温湿度。毫无疑问，这个系统将被应用到温室中，为植被的生长提供更的环境。可以为大棚种植、园林设计，花卉栽培提供很好的把控，也可以把损失降到最低。所以必须监控安装一定环境温度和湿度的装置设备，系统才能及时准确地反映室内温度湿度变化情况，这样才能满足温度和湿度的控制要求。1.2国内外开展现状1.2.1国内开展现状我国对于温湿度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收兴旺国家温湿度测控技术的根底上，才掌握了温湿度室内微机控制技术，该技术仅限于对温湿度的单项环境因子的控制。我国温湿度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和开展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与兴旺国家相比，存在较大。差距。我国温湿度测量控制现状还远远没有到达工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。1.2.2国外开展现状国外对温度和湿度的控制技术的研究比我们国家要早，开始于上个世纪70年代。首先，在进行设计时需要结合模拟仪表来演示，然后采集现场信息，并对它进行指令，记录和控制。分布式控制系统出现在80年代末。现在正在研制并开发了计算机数据采集与控制系统，并且是多因素综合控制系统。现在世界的温湿度测控技术正在迅速开展，一些国家在实现自动化的根底上实现了全自动化、正朝无人控制的方向快速开展，登上更高的舞台。2系统总体方案设计2.1设计要求1〕可同时进行温度和湿度的测量。2〕采用1602液晶显示温湿度数据。3〕可通过按键设置温度和湿度的报警范围，并实现报警值的断电保存。4〕一旦超出报警范围，蜂鸣器鸣叫。5〕有相应的指示灯指示是哪个数据超出范围。2.2方案选择传感器的选择方案一：选择两种传感器，分别为温度传感器和湿度传感器。温度和湿度传感器主要采用DS18B20和HS1101。DS18B20是一种一线式的、数字温度传感器，它的接口方式为单线式。温度传感器主要测量温度范围在大概-55℃—125℃，它们的误差为0.5%左右。最高精度可达小数点后四位。HS1101是电容式的，HS1101是湿度传感器，大概可测的湿度范围在0%—100%RH，误差为2%RH左右。方案二：就只用DHT11作为温湿度检测模块。DHT11是一款传感器，而且它是以数字的形式作为输出的。里面含有一个电阻式的元件，还有一个NTC式温度检测元件，可测20—90%RH湿度，误差为±5%RH，0—50℃，误差范围±2℃。从上面两点分析，方案一可能测试出来的数据更加精准些，测试的范围也更加宽些。但由于这次的设计所测试的是环境要求不高，只需要一般的环境温度和湿度，所以在这次的设计中我们采取的是方案二，选取方案二的DHT11温湿度传感器已经能够满足设计的要求，并且，DHT11具有温度和湿度传感器的功能，且价格廉价，故本模块采用方案二。单片机的选择方案一：以数字信号处理器作为系统控制器。数字信号处理器是一种特殊的微处理器，它是一种利用数字信号处理大量信息的装置。对元器件不是很敏感，受外部因素也不大，比方受环境温度这些影响就比拟小，这样设计也就容易实现集成和分时复用，实现处理器的共享，DSP处理器方便调整系数来实现自适应，可适用于非常低的频率信号等等优势。但数字信号处理器的硬件电路比拟复杂，而且价格相当的贵，数字系统由有源器件的功率消耗比拟大，和无源设备相比没有那么可靠。方案二：可以采用单片机来作为系统的控制器。单片机具有很多的优势，比方它的可靠性很强、性价比也比拟高，用的电压要求也只有几V、具有功耗低等等优点。因为单片机的功能强大而且适用性也很强，因此也得到迅猛开展和大范围推广使用，它的算术运算功能很强大，而软件编程也比拟灵活，对于开发人员也可以自由发挥，也可以很好的实现需要的功能。单片机自身有定时器、计数器，可以用来定时和计数，并且其功耗低，体积小，计数成熟和本钱低等优点。基于以上分析，拟定方案二，用STC89C52单片机作为控制器。3系统软硬件设计3.1软件开发平台介绍为了开发的简便，本次设计选用了群众所熟悉的也比拟常用的开发软件——keil5.0。对于单片机相关的软件开发，通常情况下可以用的软件的有：keil或者是IAR等等，keil是一种比拟适合初学者的开发软件，它不仅使用简单，而且能够进行软件模拟仿真测试等，它具有很强大功能。下面简单的对keil软件进行介绍下。KeilC51的51系列兼容单片机C语言软件开发系统公司生产的keil软件。把keil与汇编相比，C语言具有在很多方面的优势，比方在功能，结构，还有可读性方面都具有很强的优势，维护也是具有明显的优势，使用起来也是相当的方便。Keil提供了包括宏汇编、C编译器、库管理和一个功能强大的仿真调试程序，完整的开展规划，通过一个集成开发环境。运行keil软件可以通过Win98或者是NT、或者是WIN2000、或者是WINXP等等操作系统都是可以的。而是非常强大的C语言的功能性非常强大的，如果你使用C语言来进行编程开发，然后Keil应该就是我们最为好的选择。即使我们不使用C语言，用汇编语言来编程，对于这么大的集成环境和软件仿真对于我们开发者来说也是一件可乐的事情。KeilC51软件提供的功能和功能丰富而强大的集成开发调试工具，主要是Windows界面。另外重要的一点，看看编译后的汇编代码，可以实现keil的优点。下面是关于该系统的功能和各局部使用KeilC51开发细节。下面介绍一下C51工具包的整体结构，μVision主要是针对C51forWindows，这个下面就可以完成编辑，编译，连接，调试和仿真等等，在这整个开发流程。开发人员可用IDE或着是其它编辑器编辑C或者是汇编源文件。然后分别由C51和C51的编译器编译生成目标文件〔.obj〕。然后由目标文件可由LIB-51创立生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件-.abs。3.2整体方案设计3.2.1系统概述这次设计主要采用STC89C52，设计的温湿度系统主要也是通过STC89C52单片机来实现主要的功能，再加上电阻电容晶振等器件，单片机的最小系统就是这样构成的。其它个模块会根据需要链接到单片机最小系统来展开。其中包括DHT11，而温湿度传感器采用的是这种DHT11，它的功能主要是采集温度和湿度的数据，然后通过串口发送给单片机进行控制。按键局部就使用大家常用的，轻触按键作为系统的输入设置模块。输出那么采用蜂鸣器LED的形式。电源就选择5v的电源即可。3.2.2系统框图下列图即为本次设计的系统图，核心是STC89C52单片机，起到整个系统的控制，传感器采集到的温湿度传到核心处理器，核心处理器就可以对数据进行处理，并用相应的模块来表示出来，如下就是整个的架构。1602液晶显示单片机最小系统DHT111602液晶显示单片机最小系统DHT11温湿度一体传感器蜂鸣器蜂鸣器按键设置输入按键设置输入LED指示灯LED指示灯图3-1系统框图3.3DHT11传感器电路3.3.1DHT11简介◆相对湿度和温度测量◆全部校准，数字输出◆卓越的长期稳定性◆无需额外部件◆超长的信号传输距离◆超低能耗◆引脚安装◆完全互换〔1〕DHT11产品概述DHT11数字温湿度传感器是一种温度和湿度传感器，已校准的数字信号输出。它采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，保证产品具有高可靠性和优良的长期稳定性。传感器包括一个电阻式湿度传感器和NTC测温元件，并与一个高性能的8位单片机一起使用。因此，该产品具有优良的品质，超快速响应，而且抗干扰能力强，性价比高等特点。每个DHT11传感器都是很标准的。都是高精度湿度检定校准。校准系数存储在OTP内存中，以程序储存的形式存在，它是一种传感器的检测信号的过程。DHT11是单丝系统串行接口，这样设计起来就变得简单快捷多了。它具有体积小巧，功耗相当低等特点。最重要的是信号传输距离可达20米，传输效率相对较高，使其成为各种应用中的很好选择的，甚至是最严格的应用。产品为4针单排引脚封装。连接方便，可根据用户要求提供特殊的包装形式。图3-2DHT11数字温湿度传感器〔2〕应用领域◆暖通空调◆测试及检测设备◆汽车◆数据记录器◆消费品◆自动控制◆气象站◆家电◆湿度调节器◆医疗◆除湿器接口说明〔1〕接口说明 为了方便，连接线长度应短于18米时，一般考虑用5K上拉电阻,但是大于18米时，这个就得根据具体情况使用适宜的上拉电阻。在这次的设计中，我们采用的是5k的电阻。图3-3DHT11典型连接图〔2〕引脚说明Pin1：(VDD)，电源引脚，供电电压为3-5.5V。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。〔3〕串行接口(单线双向)用于单片机和DHT11数据之间的通信和同步，采用单总线数据格式，通信时间4ms左右，数据被分成小局部和整数局部，在下面的说明具体的格式。分数局部为以后的扩展，现在读为零。操作过程如下：一个完整的数据传输是40bit，高位先出。通讯过程如下图：图3.4DHT11与单片机的通讯过程在总线空闲的时候，它的状态为高电频，主机拉低，然后等待DHT11响应，主机设置的时间必须超过18毫秒，以保证DHT11可以检测到启动信号。DHT11接收主机的启动信号，等待主机启动信号，然后就发送80us低水平的响应信号。主机发送启动信号后，延时等待的时间20-40us，就等待读取DHT11响应信号，响应信号发出后主机就开始发出信号，可以切换到输入模式。通信初始化要求如下列图所示图3-5通讯初始化总线为低电平，DHT11发送应答信号，然后再拉高80us，准备发送数据，开始50us为时隙开始，每一位数据都是这样的方式开始，对高水平集数据位的长度是0或1。下列图显示的格式。如果阅读的响应信号为高电平，DHT11没有反响，那么检查线路是否连接正常。当数据传输的最后一点后，DHT11拉低总线50us，然后总线电阻被拉到空闲的状态。数字0信号表示方法如图3-6所示。图3-6数字0信号的表示方法数字1信号表示方法如下列图所示。图3-7数字1信号表示方法DHT11模块电路图DHT11的模块电路图如下列图所示：图3-8DHT11的模块电路图3.4液晶显示电路3.4.11602液晶简介本次设计显示采用了工业性液晶模块1602，总共有两行。可以显示32个字符，这样就可以方便的显示常用符号，又或者是英文字母大小写，还有阿拉伯数字等等。通过程序的设定还可显示简单的汉字。该系统使用的是的液晶屏价位比拟合理，而且可以显示2行标准字符，每行可以显示16个字符，可以满足我们设计的需求。在通信系统的自动化、智能化仪器和办公设备中得到了广泛应用，当在设计汉子时，内部没有适宜于汉字库型来液晶显示，第一步是要获取汉字或图形子模块的数据。该模块的软件不能直接提取的子模块的数据5×8点阵，你可以手动提取的字体从汉字中。最后，获取到的的汉字模块数据存储在液晶存储器中。1602液晶主要有两种，一种为带背光的，为一种为不带光的。而这种基控制器根本上为HD44780，带背光的厚度比不带光的厚些，是否带背光在应用中差距也不大，两者尺寸差异如下列图所示：图3-9液晶尺寸说明1602LCD主要技术参数：◆显示容量:16×2个字符◆芯片工作电压:4.5—5.5V◆工作电流:2.0mA(5.0V)◆模块最正确工作电压:5.0V◆字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm液晶引脚说明1602的引脚如表3-2所示：表3-11602液晶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背光源负极第一脚：接地电源VSS。第二脚：5V正电源为VDD。第三脚：VL为液晶显示器比照度调整的端口，比照度的强弱由接电源的不同决定，比照度的调整可以通过一个10k的电位器。第四脚：RS是存放器选择，高水平的数据存放器，低选择指令存放器。第五脚：R/W的读和写信号线。第六脚：使能端E，当E端由1至0时，液晶模块中的命令开始被运行。第七至十四脚：D0-D7为8位双向数据线。第十五脚：背光源正极。第十六脚：背光源负极。3.4.3指令介绍〔1〕清屏指令图3-10清屏指令功能功能：1〕能够将液晶显示屏删除，就是讲DDRAM所有内容都添加进“空白〞的ASCII码20II；2〕能够使光标回到原始位置，就是把光标重新摆放回液晶显示屏的左上方；3〕把地址显示器即AC的数值归位零〔2〕光标归位指令指令如表3-4所示图3-11光标归位指令功能功能：1〕将光标重新摆放回显示器的左上方；2〕地址计数器即AC的数值被设为零；3〕DDRAM所有的内容将保持原内容不会变化；〔3〕进入模式设置指令指令如表3-5所示图3-12进入模式设置指令功能功能：当定入一位数据之后光标移动的方向将被设置，参数设定的情况如下：图3-13参数设定条件〔4〕显示开关设置指令指令如表3-6所示图3-14显示开关设置指令功能功能：能够控制显示器的开关与否，光标的显示或者关闭，光标是否需要闪烁，参数设定的情况如下：图3-15显示开关设置指令图〔5〕设定显示屏或光标移动方向指令图3-16设定显示屏或光标移动方向指令功能功能：将光标移动或者整个显示屏幕移动位置，参数设定的情况如下：图3-17参数设定图〔6〕功能设定指令下列图即功能设定指令图：图3-18功能设定指令功能图功能：数据总线的位数何所显示出来的行数字型将被设定，参数设定情况如下：图3-19功能设定指令功能图〔7〕设定CGRAM地址指令指令如下图：图3-20设定CGRAM地址指令功能图功能：下一次被存入数据的CGRAM地址将被设置，字符号为DB5DB4DB3即未来显示此字符的时候被采用的字符的地址〔000-111〕可同时定义八个字符，行号为DB2DB1DB0〔000-111〕八行。〔8〕设定DDRAM地址指令图3-21设定DDRAM地址指令功能功能：下一次要存入数据的DDRAM地址将被设置。〔9〕读取忙或AC地址指令下列图为相应的指令：图3-22设定DDRAM地址指令功能功能：下一次要存入数据的DDRAM地址将被设置。1〕HF〔忙碌信号〕读取，假设液晶显示器忙碌的时候那么BF=1，暂时不能接收被单片机送出的数据和指令，当BF=0的时候那么相反。2〕地址计数器〔AC〕内容被接收。〔10〕数据写入DDRAM或者CGRAM指令表3-12数据写入DDRAM或者CGRAM指令指令功能表功能：图3-23数据写入DDRAM或者CGRAM指令指令功能1〕DREAM被写入字符码，液晶显示屏随即显示出相应的字符；2〕OGRAM被存入由使用者设计的图案。〔11〕从CGRAM或者DDRAM读出数据的指令指令如下列图所示图3-24从CGRAM或者DDRAM读出数据的指令功能图功能：主要是DDRAM或OGRAM中的内容被读写。3.5蜂鸣器模块该电子蜂鸣器是一种一体化的结构，直流电压来进行供电，应用于电脑、电子玩具、复印机、报警器、汽车电子设备、、音响设备定时器及其它电子产品，主要的作用就是用于发出声音，以便起到提醒的作用。常用的蜂鸣器主要分为两种，一种为压电式蜂鸣器，另一种电磁式蜂鸣器。压电式蜂鸣器内部结构主要分为几个部件，分别是多谐振荡器，压电蜂鸣片，阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等等。电源接通后，压迫蜂鸣片发声，电磁式蜂鸣器由下面几种组成，分别是振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等等。在实验过程中，接通电源时，振荡器会产生频率的信号，通过电磁线圈会有电流的产生，从而使电磁线圈产生磁场。电磁线圈与振动膜片的相互作用、周期振动而产生的声音。本次设计采用电磁蜂鸣器。除此之外，它还具有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别。请注意，这里的“来源〞不是电源，而是来源的震荡。也就是说，有内部冲击源的就称为有源蜂鸣器，只要电源一链接蜂鸣器就会发出声音，有源蜂鸣器用直流器是无法起到作用的，本次设计也是采用有源的蜂鸣器。蜂鸣器设计的电路原理图如下所示：图3-25蜂鸣器原理图3.6按键输入模块键盘和单片机接触的是比拟频繁的。站在监控系统软件设计的位置上来观察，就不只是完成键盘扫描，读取键盘的当前状态那么简单了，许多问题都还需要解决，这就有可能导致操作键盘上的人容易造成错误的操作和控制失误。在单片机应用中，键盘中最常用的形式主要是独立的键盘和矩阵键盘。它们各有各自的特点，独立的键盘硬件电路相对简单，在程序设计上也不复杂，一般来说对硬件电路的要求也比拟低；独立键盘和矩阵键盘是非常不同的，矩阵键盘首先在硬件电路它要比独立键盘更复杂，而且在程序算法上比它更麻烦，但它在节省端口资源方面的优势是多的，所以它更适合于键盘电路。本次设计中由于采用的按键数量比拟少，只有3个按键，分别是“设置〞、“减〞、“加〞，故采用了独立键盘的方式。按键的连接图3所示：图3-26按键原理图3.7LED显示电路LED电路，它也是一种半导体二极管，主要是通过把电能转换为光能，驱使发光。发光二极管和普通二极管是由一个PN结组成。它具有一个单一的导电性。当发光二极管