课程设计温湿度传感器(共24页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要：温湿度使我们生产生活中很重要的参数，本设计为基于51单片机的温湿度检测与控制系统，采用模块化、层次化设计。如今采纳新技术，使用新式智能的温湿度传感器DHT11来实现对温度、湿度的监测，运用DHT11来完成湿度信号的收集并将其转换为数字式信号，接着使用单片机AT89C52分析、处置数据，提供信号给显示电路，从而完成对温湿度的检测与监控。采纳LCD1602液晶显示所测得的温湿度值。优点是系统的电路简单、集成度高、运行稳定、调试方便、检测精度很高，有一定的实用价值。关键词：单片机；DHT11温湿度传感器；LCD1602显示目录专心-专注-专业第一章 引言1.1 课题的

2、研究背景温度与湿度与人们的生活息息相关。尤其是在工农业生产、气象、国防、科研等部门，必须经常、精确的对环境温度进行监测和控制。此外，在制药，造纸准及温湿度测量，食品加工和其他行业是必要的。比较传统的温度计使用水银制作显示，构造简单、价格低廉，缺憾是精确度不高，不宜读数。传统的干湿球温度计的显示方法，不仅复杂，测量精度不高。而选用单片机对温湿度实施监控和测量，不单单具有节制便利，单一灵活的特点，而且可以大大提高温度控制的灵活性的优点。用LED数码管显示温度和湿度值，看起来更直观。测量温度和湿度最重要的就是传感器。温度和湿度的测量过去是分离的。传感器的成长历经了三个阶段：传统的分立式温度传感器、模

3、拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。目前，从模拟到数字温度传感器的模型的方向，从集成化向智能化，网络化的发展。温度传感器也经历过这样的阶段走向数字化、智能化。1.2 课题的研究内容及目标温度和湿度探测器是以AT89C52单片机为核心控制芯片，该芯片具有良好的抗干扰能力，快速响应。使用此单片机构成的温湿度检测仪能够定时、无误的监测周围的温度和相对湿度。 使用高灵敏度收集湿敏电阻阻值变化，然后经由单片机从而得到相应湿度，这就是本检测仪的硬件部份的设计；DHT11数字温度传感器对温度的实时采集和直接控制监测。并用LCD显示屏作为显示设备的硬件设计方案。软件部分选用模块化的方式分成几个个体，一个个进

4、行程序设计，最后连接各部分一起协调工作，从而实现实时监测周围温湿度的目的。1.3 本文的结构组织本文的组织结构安排如下：第一章引言，扼要阐明本课题的研究背景、研究目的、研究意义，以及要实现的目标。第二章设计的要求及目的，阐述要实现的功能，以及主要的参数。第三章系统设计方案及论证，通过分析论证，选出最合适的设计方案，介绍总体方案。第四章主要讲述整个体系硬件的设计及实现，包括单片机的选择、温湿度传感器的选择以及显示电路的设计。第五章是软件设计，基于前面的硬件系统，设计程序。第二章 设计要求及目的2.1 设计目的温度、湿度是工业和农业生产的主要环境参数。是否能够及时、准确地测量很重要。如果单片机来对

5、温度进行控制，利用高精度的温度，湿度控制，强湿功能，体积小，价格低，简单灵活，很好的满足工艺要求。2.2 设计要求1、实现温度和湿度的测量；2、按电源键进行测量；3、湿度的测量范围： 0100%RH；温度的测量范围：-40+85；4、湿度测量精度：2.0%RH；温度测量精度：0.2；5、在LCD显示屏上显示数据和结果；第三章 系统方案设计及论证3.1总体方案设计根据课题要求实现，该系统由采集系统和显示系统组成，以AT89C52单片机为核心，设计如图3-1：信号采集最小系统AT89C51液晶显示图3-1系统图3.2方案比较与论证3.2.1温湿度检测方案一：使用AM2301数字温湿度传感器。该型温

6、湿度传感器，采用3.3-6V直流电源供电，它的各部分参数：湿度测量的范围为2090%RH；温度测量的范围为0+50；湿度测量精度为5.0%RH；温度测量精度为2.0。虽然它的价格比较便宜，但测温的范围和测湿的范围太小，温度的精度和湿度的精度太低，不符合设计的要求。方案二：使用AM2302电容式数字温湿度传感器。它的各部分参数如下：由于传感器参数：湿度0% 100%相对湿度的测量范围；温度测量范围为40 + 80；湿度的测量精度为3.0%RH温度的测量精度：0.5。价格也比较适合，基本可以满足设计要求。方案三：使用数字温湿度传感器DHT11。湿度测量范围： 0100%RH；温度测量范围：40 +

7、 85；湿度测量精度：2%相对湿度0.2温度测量精度。该传感器价格很便宜。温度和湿度都达到或超过了标题的精度要求，属于低功率传感器。经过比较，从系统技术参数要求和低功耗方面考虑，选用方案三。3.2.2处理器选择方案一：采用AT89C51单片机作为处理器，虽能达到要求，但其内存过小，处理精度过低，不是最好的选择；方案二：采用AT89C52单片机，既经济又有较大的内存，能很好的达到设计要求，是本次设计的主选；方案三：采用TI公司的各种单片机，虽然能很好的达到设计的要求，但其成本过高，且程序较复杂，不适宜与本次设计。通过对比，方案二的AT89C52的功能完全能够符合题目的各个部分和发挥部分的设计，故

8、选用方案二。3.2.3 显示部分方案一：采用LED数码管，其操作简单，显示直观。不仅程序的设计简易，而且对周围的环境要求很低，方便维护。但是数码管只可以显示阿拉伯数字，不能显示汉字。而且硬件设计也相当繁复。不适用于本设计。方案二：使用LCD液晶，它具有体积小、低功耗、显示丰富等优点。电路连接简单，价格也便宜。总的来说，LCD液晶显示更多的内容，所以本设计选用LCD液晶显示程序。第四章 系统的硬件设计与实现4.1 单片机介绍4.1.1 单片机主要性能AT89C52是由ATMEL公司生产的51单片机的一个型号。它具有高性能CMOS8位、低电压的优点，使用了该公司的高密度、非易失性存储技术生产，完美

9、兼容MCS-51指令系统，包括8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52功能强大、试用范围非常广。主要功能特性：l 引脚完全兼容MCS-51产品l 具有8K字节的可重擦写Flash闪存l 1000次擦写周期l 2个读写中断口线l 全静态操作：0Hz-24MHzl 三级加密程序存储器l 256*8字节内部RAMl 32可编程双向I/O线l 3个16位定时器/计数器l 2个外部中断源，共6个中断源l 可编程串行UART通道l 低功耗的空间和掉电模式l 软件设置睡眠和唤醒功能4.1.2 单片机各引脚功能介绍AT89C52由40 脚双列直插包装的8 位通用微处理器组成，使用常用的C51内核，它

10、主要用于会聚调整功能的控制。功能主要有对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。P0 口：P0 口是8 位的漏极开路型双向的I/O 口，即为地址/数据总线复用口。如果被当作输出口，每位可以吸收电流的形式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，起作用变为高阻抗输入。当需要访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，期间可以激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口负责接受指令字节，但是在程序校验的时候，需要输出指令字节，校验时需要外接上拉电阻。

11、P1 口：P1 是一个带在内部上拉电阻的8 位的双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸取或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，经过里面 的上拉电阻把端口拉至高电平，就可作输入口使用。作输入口用时，因为里面存在上拉电阻，某引脚被外部的信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还有作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）的功能，Flash 编程和程序校验的时候，P1 接收低8 位地址。P2 口：P2 是一个带有上拉电阻的8 位双向的I/O 口，P2 的输出缓冲级能够驱动（吸收或输出电流）4

12、 个TTL 逻辑门电路。将端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻来港的高水平，此时，可作为输入，作为输入使用时，因为内部上拉电阻，如果某个引脚被外部信号拉低的时候就会输出一个电流(IIL)。当访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器时，P2 口送出高8 位的地址数据。当访问8 位地址的外部数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容。编程或检查，P2也获得了很高的地址和控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低

13、的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，此外，它的第二功能P3 口还接收一些可以用于Flash 闪速存储器编程与程序校验的控制信号才是最重要的。4.1.3 单片机特殊功能寄存器介绍数据存储器：AT89C52 有256 个字节内部RAM，80H-FFH 高128 个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重复的，虽然物理上分开，但是高128字节的RAM 与特殊功能寄存器的地址相同。当一条指令访问7FH 以上地址单元的时候，指令中使用不同的寻址方式，即为究竟是访问高128 字节RAM 还是访问特殊功能寄存器是由寻址方式决定的。直接寻址方式对应的是访问特殊功能寄存

14、器。定时器0和定时器1：AT89C52的定时器0和定时器1 的工作方式与AT89C51 相同。2定时器：定时器2是一个16位定时器/计数器。不仅仅可以当定时器用，而且可用作外部事件计数器，特殊功能的寄存器T2CON的C/T2 位负责选择它的工作方式。定时器2一共有三种工作方式：捕获方式，向上或向下计数方式以及波特率发生器方式，T2CON 的控制位来决定其工作方式。4.2 DHT11数字温湿度传感器介绍4.2.1 DHT11产品概述DHT11数字温湿度传感器是一种复合传感器，它包含已校准数字信号输出。通过特殊的数字模块采集技术和温湿度传感技术，以确保产品拥有相当高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感

15、器由一个电阻式感湿元件与一个NTC测温元件组成，跟一个高性能的8位单片机相连接。因此，产品品质优良，响应速度快，抗干扰能力强，性价比很高。而且它的每次校准都在及其标准的温湿度实验室中进行。将所测的校准系数用程序存储在OTP内存中，当需要处理检测到的信号时，传感器会自动调用这些标准系数。单线串行接口，很容易和快速的系统集成。它的优点是体积小、低功耗、最高20米以上的远距离信号传递，使它能够在最为严格的场合使用。4.2.2 串行接口微处理器与 DHT11之间的联系与同步通过DATA来实现,它选用单总线的数据格式,一次通话时间大约在4ms左右,数据包括小数部分和整数部分,具体格式会在下文中详细介绍,

16、 如果有扩张的小数部分，我们读作零。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: bit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+8bit校验和数据传递精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”其结果末8位。当用户MCU传送一次开始的信号后,DHT11就会自动从低功耗模式变换成高速模式,然后等待主机开始信号结束后,DHT11就会传送响应信号,送出40bit的数据, 触发信号的采集，用户可以选择读数据。在从模式下,当DHT11接收到开始信号就会自动触发一次温湿度收集,当接收

17、到主机发送开始信号的时候,他就不会主动进行温湿度的收集.完成收集数据后会自动转换到低速模式。1.通讯过程如图4-1所示：图 4-1 通讯过程图总线空闲时候的状态为高电平,主机会把总线降低然后等着DHT11响应,主机把总线拉低要大于18毫秒,以确保DHT11可以检测到起始的信号。当DHT11收到主机的开始的信号后,就会等待主机的开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换至输入模式,或者是输出高电平, 总线由上拉电阻拉高。总线如果为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号

18、后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都会以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式如图4-2所示.收到高电平响应信号,则DHT11不会响应,检查一下电路连接是否正常.当最后一bit数据传送结束后，DHT11拉低总线50us,然后总线由上拉电阻拉高转为空闲状态。图 4-20数字信号表示，如图4-3所示： 图 4-31数字信号表示。如图4-4所示：图4-44.3 1602LCD液晶显示器简介4.3.1 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，

19、两者尺寸差别如下图4-5所示：图4-5 LCD尺寸图4.3.1.1 1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm4.3.1.2. 引脚功能说明1602LCD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4-6所示: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8D

20、1数据16BLK背光源负极表4-64.3.2 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表4-7所示：序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数1

21、1读出的数据内容表4-7与HD44780相兼容的芯片时序表4-8如下：读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无表4-8读写操作时序如图4-9和图4-10所示：图4-9. 读操作时序图4-10. 写操作时序4.3.3 1602LCD的一般初始化（复位）过程写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置第五章 软件

22、设计5.1主程序和中断程序图5-1显示主程序流程，实现了温湿度数据的显示与接收，并通过LCD液晶显示屏显示所测的的温湿度。开始初始化LCD显示驱动DHT11读取温湿度数据处理温湿度显示结束图5-1 主程序流程图5.2子程序子程序主要是一个DHT11和LCD1602的程序。程序的流程图如图5-2所示。目的是实现DHT11和LCD1602的初始化及其数据处理。开始初始化DHT11等待测量写启动测量写测量命令测量结束选位读数据及其结束 读测量数据YY图5-2子程序流程图 YYY总 结通过不懈的努力，终于完成了我的课程设计。在我开始做课程设计之前，我一直片面的觉得课程设计只是对大学这几年来所学的专业知

23、识的简单的总结，但是在实践的过程中我发现我错了，因为毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的以一种提高。通过课程设计使我明白了我学到的知识只是知识宝库中的冰山一角，还有许多要学习的地方。原来我总是感觉到已经把所有的东西都学到手了，什么都明白了，有些眼高手低。通过我在课程设计的实践过程，我懂得了活到老学到老这句名言的真正意义，学习是一个循序渐进的过程，不可能一蹴而就，不管是在以后的工作中、或者生活中都不能停止学习，不断的用知识武装自己，让自己全面发展，更能适应这个科技文化高速发展的世界。课程设计的过程，让我养成了独立思考的习惯，培养了我实在实际操作中动手的能力，我领悟到了在实

24、践过程中摸索的困难与最终成功时的喜悦，这些对于我的信心或者是工作能力来说都是极大的鼓励与肯定，相信这些会对未来的工作和生活中有非常重要的影响。虽然我的课程设计是有些缺陷的，但我觉得在此过程中我收获了很多，最大的收获就是在课程设计的设计过程中所学到的财富，他会是我终身受益。在课程设计实践的过程中，我还深深体会到交流和相互讨论的重要性。向老师请教，就能够时刻确保在大的方向上我是朝对的方向走；与同学讨论，可以集思广益、可以迸发灵感，收获新方法。思想和信息的传递，确保了我的课程设计得以顺利完成。另外，我还总结出一个结论：知识要想实现其价值，必须由实践来完成！参考文献1 谢光忠、蒋亚东等. 温湿度智能数

25、据采集控制系统的研制:传感器技术 20004.2 丁元杰.单片微机原理及应用.北京:机械工业出版社.1993.3 喻评，郭文川.单片机原理与接口技术.北京：化学工业出版社，2006.4 李刚.51系列单片机系统设计与应用技巧.北京：北京航空航天大学出版社.2004.5 余永权.MCS-51系列单片机应用技术.北京：北京航空航天出版社.2002.6 刘勇.数字电路.北京电:子工业出版社.2004.7 王法能.单片机原理及应用（简明修订版）. 北京:科学出版社.2001. 8 赵伟军.PROTEL 99 SE 教程.北京:人民邮电出版社.2004.9 黄 强.模拟电子技术北京:科学出版社.2003

26、.10 徐正惠,胡海影.单片机原理与应用实训教程.北京：京科学出版社.2004. 11 陈晓文.电子电路课程设计.北京:北京电子工业出版社. 2004.附录一 电路图附录二 程序代码#include #include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned inttypedef union uint i; float f; value;int tem,humi,x,y,z,m;enum TEMP,HUMI;sbit DATA = P27;sbit SCK = P26;#define

27、noACK 0#define ACK 1#define STATUS_REG_W 0x06 #define STATUS_REG_R 0x07 #define MEASURE_TEMP 0x03 #define MEASURE_HUMI 0x05 #define RESET 0x1e uchar jgh10=000%c;/-char s_write_byte(uchar value)/- uchar i,error=0; for (i=0x80;i0;i/=2) if (i & value) DATA=1; else DATA=0; SCK=1; _nop_();_nop_();_nop_()

28、; SCK=0;DATA=1; SCK=1; error=DATA; SCK=0; return error; /-char s_read_byte(uchar ack)/- uchar i,val=0;DATA=1; for (i=0x80;i0;i/=2) SCK=1; if (DATA) val=(val | i); SCK=0; DATA=!ack; SCK=1; _nop_();_nop_();_nop_(); SCK=0; DATA=1; return val;/-void s_transstart(void) DATA=1; SCK=0; _nop_(); SCK=1; _nop

29、_(); DATA=0; _nop_(); SCK=0; _nop_();_nop_();_nop_(); SCK=1; _nop_(); DATA=1; _nop_(); SCK=0; /-void s_connectionreset(void)/- uchar i; DATA=1; SCK=0; for(i=0;i9;i+) SCK=1; SCK=0;s_transstart(); /-char s_measure(uchar *p_value, uchar *p_checksum, uchar mode)/- unsigned error=0;uint i;s_transstart();

30、 switch(mode) case TEMP : error+=s_write_byte(MEASURE_TEMP); break; case HUMI : error+=s_write_byte(MEASURE_HUMI); break; default : break; for (i=0;i100)rh_true=100; if(rh_true0.1)rh_true=0.1; *p_temperature=t_C; *p_humidity=rh_true; /-float calc_dewpoint(float h,float t)/- float logEx,dew_point; lo

31、gEx=0.66077+7.5*t/(237.3+t)+(log10(h)-2); dew_point = (logEx - 0.66077)*237.3/(0.66077+7.5-logEx);return dew_point;/* 主函数*/void main()value humi_val,temp_val;float dew_point;unsigned char error,checksum;LCD_Initial();GotoXY(0,0);Print(TEMP: %C);GotoXY(0,1);Print(HUMI: RH);s_connectionreset();while(1

32、) error=0; error+=s_measure(unsigned char*) &humi_val.i,&checksum,HUMI); error+=s_measure(unsigned char*) &temp_val.i,&checksum,TEMP); if(error!=0) s_connectionreset(); else humi_val.f=(float)humi_val.i; temp_val.f=(float)temp_val.i; calc_sth11(&humi_val.f,&temp_val.f); dew_point=calc_dewpoint(humi_

33、val.f,temp_val.f); tem=temp_val.f*10; humi=humi_val.f*10; GotoXY(5,0);/液晶字符显示位置 x=tem/1000; x+=0x30; jgh0=x; y=tem%1000/100; y+=0x30; jgh1=y; z=tem%1000%100/10; z+=0x30; jgh2=z; m=tem%10; m+=0x30; jgh3=0x2E; jgh4=m; Print(jgh);GotoXY(5,1);/液晶字符显示位置 x=humi/1000; x+=0x30; jgh0=x; y=humi%1000/100; y+=0x30; jgh1=y; z=humi%1000%100/10; z+=0x30; jgh2=z; m=humi%10; m+=0x30; jgh3=0x2E; jgh4=m; Print(jgh);