基于单片机的温湿度检测系统毕业设计说明书(26页).doc
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1、-基于单片机的温湿度检测系统毕业设计说明书-第 19 页目录摘要IAbstractII1 引言11.1 课题的研究背景及意义11.2 单片机的意义和本设计特点12 硬件设计32.1系统总设计结构图32.2 LCD1602液晶简介32.3 DHT11温湿度传感器简介42.4 按键、LED和蜂鸣器简介42.5主控芯片STC89C52单片机的简介52.6 系统电路设计72.6.1 晶振电路72.6.2 复位电路82.6.3 电源电路92.6.4 LCD1602显示电路92.6.5 温湿度检测电路102.6.6 按键电路102.6.7 报警电路102.6.8 加热加湿电路112.6.9 降温去湿电路1
2、22.7 总电路设计123 软件设计143.1 系统概述143.2 程序设计流程图144 仿真及程序调试164.1 程序调试用到的软件及工具164.2 KEIL C51简介164.3 调试过程164.4 Proteus介绍164.5 仿真电路设计175 结束语18参考文献19致谢20附录21附录1 完整电路图21附录2 完整PCB图21附录3 源程序22摘要本设计研究基于单片机的温湿度检测系统,旨在实现对机房内温湿度自动控制,解决人才资源浪费,管理不及时的问题。随着科学技术的快速发展,尤其是进入21世纪以来微处理器及传感器的发展,使得单片机的应用越来越广泛,因此也将单片机技术应用到机房温湿度检
3、测控制系统上。本文首先对背景及意义进行叙述切入主题,然后对整个系统的硬件设计和软件设计重点分析,其中在硬件设计中还分别对所选器件做了一个简单的叙述介绍,比如LED,LCD1602,STC89C52单片机,DHT11温湿度传感器及蜂鸣器按键等,最后再对这一设计进行总结。本设计中采用数字温湿度传感器DHT11对机房内温度及湿度的检测,通过按键来设定温湿度的上下限值,将检测值与设定值比较驱动对应的加热加湿和降温去湿装置。整个控制过程使用无源蜂鸣器作为超限报警,选择液晶LCD1602作为整个系统的显示器,实时显示检测的温湿度值。本系统硬件结构简单,操作灵活,以高级语言C语言开发,KEIL4程序开发软件
4、为开发工具设计而成。关键词: STC89C52单片机;DHT11温湿度传感器;蜂鸣器;LCD1602液晶;KEILAbstractThis design based on MCU temperature and humidity testing system, in order to achieve automatic control of room temperature and humidity, solve the waste of human resources, management is not timely issues. With the rapid development o
5、f science and technology, especially the development of microprocessor and sensor since twenty-first Century, making more and more extensive application of single-chip microcontroller, so will technology applied to room temperature and humidity measurement and control system. This paper first descri
6、bes the background and significance of the subject, then the whole system hardware design and software design are emphatically analyzed, which in the hardware design of the selected device are described, such as LED, LCD1602, STC89C52 microcontroller, DHT11 temperature and humidity sensor and the bu
7、zzer button, then the this design is summarized. This design uses digital temperature and humidity sensor DHT11 to detect the temperature and humidity inside the room, through the button to set upper and lower values of temperature and humidity, the detected value is compared with the set value of t
8、he drive and corresponding cooling heating and humidifying dehumidifying device. The whole control process using passive buzzer as the alarm, select the system LCD1602 as a liquid crystal display, real-time display of temperature and humidity detection value. The hardware of this system has the adva
9、ntages of simple structure, flexible operation, with the language C language development, KEIL4 application development software development tools and design.Key Words: STC89C52 microcontroller; DHT11 temperature and humidity sensor; buzzer; LCD1602 crystal; KEIL1 引言 1.1 课题的研究背景及意义早期的机房对温湿度的检测都是通过人工
10、来不断测量记录数据,如果需要一个准确的机房温湿度,那么就需要记录员不断采样记录。这时负责采样记录的人员就不能花时间做其他的工作,这对人才是一个极大的浪费。即使采样员在不断的采样记录,也会存在一个误差,而且此误差会比较大,并且就算记录比较精确,但是如果温湿度高于规定值或者低于规定值,系统不能自动进行加热和加湿等操作。还需要人工来进行加热加湿,因此这中状况急需改变。随着科技的发展,尤其是单片机技术及传感器技术的发展,人们开始将单片机和传感器技术应用到了机房的温湿度检测控制系统上,通过设计几个按键用于对系统温湿度上下限的设定,采用温湿度传感器DHT11进行温湿度检测,不断检测机房内的温湿度,通过外围
11、继电器电路驱动对应的加热加湿,降温去湿装置。我们仅仅只需要一块非常小的单片机芯片配合外围电路就能完成整个系统的控制工作。因此其设计体积是非常小的,成本也是非常低的。所以本文研究基于单片机设计温湿度检测系统将是非常有意义和价值的。 1.2 单片机的意义和本设计特点在现代生活的各个领域中,单片机几乎已经完全控制了整个行业,甚至已经潜移默化的改变了人们的生活方式和生活习惯,大到航空航天领域,小到马路上各式各样的花样灯控制等等。这无不体现单片机的智能以及重要性。可以预示单片机未来的发展趋势:1) 低功CMOS耗化;2) 微型单片化;3) 主流与多品种共存化;4) 大容量、高性能化:以往单片机内的ROM
12、为1KB4KB,RAM 为64128B;单片机又称单片微控制器,它把一个计算机系统集成到一个芯片里。简单的来讲,就是把我们电脑主板上是由CPU处理、程序存储器、数据存储器、输入输出电路IO、显示设备等模块集成到了一块微小的芯片之内。它体积小,价格便宜,功能丰富,调写程序便利。因为它兼容了传统的8051系列MCS-51指令单片机,移植性能强,相对高性能的单片机来讲,它使用起来是很便利的。4k的flash存储器,8bit的位宽处理,128的RAM。该设计使用它可以满足我们的所有需求。我们在这个设计中采用了51内核单片机STC89C52作为核心部件,主要起主控作用,引领整个系统的运行控制,当作控制器
13、的核心部位,本设计使用DHT11温湿度传感器对机房内的温湿度进行检测,通过设置4个按键用于对温湿度上下限值设定,当检测的温湿度值高于或低于设定上下限值时驱动对应的加热加湿降温去湿装置且蜂鸣器报警,此蜂鸣器采用无源蜂鸣器。整个系统使用液晶LCD1602进行显示,将检测的温湿度数据实时显示在上面,整个系统就可以实现自动控制,实现无人操作。整个设计界面美观,设计硬件体积小,成本低,适合家庭机房等小型场合使用。2 硬件设计 2.1系统总设计结构图本设计由主控芯片STC89C52单片机,晶振电路,复位电路,电源电路,温湿度检测电路,加热电路,降温电路,加湿电路,去湿电路,LCD1602显示电路,按键电路
14、及蜂鸣器报警电路组成。51单片机负责整个系统的控制运行。如图:图2-1 系统结构框图2.2 LCD1602液晶简介LCD1602为字符型,通常只能显示字符和数字,如果想显示汉字的话一般选择LCD12864,LCD1602能够显示2行字符,每一行显示16个字符,故得名为1602。其内部含有许多个RAM,我们使用到的是40个。通过控制1602的控制管脚RS,RW,E我们即可向LCD1602显示器中写入数据,具体的显示位子第一行起始地址是0x80,第二行显示的起始地址是0x40+0x8。其具体的图形如下:图2-2 LCD1602液晶显示器2.3 DHT11温湿度传感器简介DHT11数字温湿度传感器是
15、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
16、。连接方便,特殊封装形式可根据用户需求而提供。其具体实物图如下:图2-3 DHT11数字温湿度传感器2.4 按键、LED和蜂鸣器简介按键,它是常用控制器件的一种,通常被用来对需要控制的电路开或断即接通状态或者断开状态,内部的电流是很小的,应而可以达到手动控制的作用。在这里我们设计中使用的常用的按键,其按下后会有些许的波动,导致高低电平不稳,所以在后面的程序编写过程中需要专门用软件来消抖,一般其抖动的时间在10ms左右,如果不想再软件上做消抖处理也可以在硬件上做消抖,可以在按键那并接一个RC电路,那样就可以起到充放电延时的作用。这样一来单片机就可以对按键按下和按键断开有一个稳定的判断识别了。图2
17、-4 按键蜂鸣器可分为2种,一种是无源蜂鸣器,一种是有源蜂鸣器,此二者的区分在于,有源蜂鸣器直接给高或低电平就能驱动发声,但是无源蜂鸣器需要给他一定的脉冲触发信号才能使蜂鸣器发声,在此设计中我们使用的是无源蜂鸣器,即在控制他的时候我们必须输出一定频率的脉冲方能时此蜂鸣器发声报警。图2-5 无源蜂鸣器LED也叫做发光二极管,具有正负极,它是一种半导体固态的器件,其具有将电能转化为光能的功能,它的英文名全称是Light emitting diode。其内部有一个PN结组成,当给发光二极管正极加上约2V电压的时候就会发光,如果正负极接反的话不导通,电压过大会烧坏发光二极管。一般其导通电压是2V左右,
18、电流是10ma。2.5主控芯片STC89C52单片机的简介单片机又称单片微控制器,它把一个计算机系统集成到一个芯片里。简单的来讲,就是把我们电脑主板上是由CPU处理、程序存储器、数据存储器、输入输出电路IO、显示设备等模块集成到了一块微小的芯片之内。它体积小,价格便宜,功能丰富,调写程序便利。因为它兼容了传统的8051系列MCS-51指令单片机,移植性能强,相对高性能的单片机来讲,它使用起来是很便利的。它具有以下标准功能: 8k字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,内置2KB EEPROM,拥有3个16位的定时器和计数器,还有外部中断2个,和全双工串行口等等。
19、它的最高运作频率35MHz,6T/12T可选。其特性有:8K字节程序存储空间;512字节数据存储空间;内带2K字节EEPROM存储空间;可直接使用串口下载;芯片参数:1. 它是51单片机的加强版,拥有2种时钟模式,一种是6个时钟机器周期的,还有一种是12个时钟机器周期的,它完全兼容传统51单片机的指令系统。2. 工作电压:5.5V3.3V(5V单片机)/3.8V2.0V(3V 单片机)。3.工作频率范围:040MHz,相当于普通8051 的080MHz,实际工作 频率可达48MHz。4. 用户应用程序空间为8K字节。5. 片上集成256 字节RAM。6. 通用I/O 口(32 个),复位后为:
20、单片机拥有40个管脚,P0,P1,P2,P3各8个,还有复位1个,晶振2个,电源2个,EA一个,ALE一个。P0口内部无上拉电阻,是漏极开路的,所以在使用P0口的时候一定要外接上拉电阻。其他3个口都有内部的上拉电阻,所以可以不用外接。7. 单片机可以直接通过P30 P31 RXD和TXD串口管脚下载程序。8. 具有EEPROM 功能。9. 该单片机拥有3 个定时器和计数器其为16位的。即定时器T0、T1、T2。10.有2个外部中断,可以通过下降沿或者低电平触发中断。11. 可以使用定时器模拟出多个异步串行口。12. 工作温度范围:-40+85(工业级)/075(商业级)。13. PDIP封装,
21、引脚图如下:图2-6 STC89C52单片机管脚图2.6 系统电路设计 本设计中使用51内核芯片单片机是STC89C52,通过2个20P电容和1个12MHz的晶振组成的晶振电路,系统的时钟脉冲就是由它提供,还有通过1个电阻和1个电解电容和1个按键组成的复位电路,使用1个数字温湿度传感器DHT11对机房内温度及湿度的检测,通过4个按键来设定温湿度的上下限值,如果检测温度高于设定上限温度驱动降温电路,如果检测温度低于设定下限驱动加热电路,如果检测湿度高于设定湿度上限驱动去湿电路,如果检测湿度低于设定下限驱动加湿电路。整个控制过程使用1个蜂鸣器作为超限报警,选择液晶LCD1602作为整个系统的显示器
22、,实时显示检测的温湿度值。2.6.1 晶振电路电路中C2无极性电容和C3无极性电容是起振电容。当12MHz晶振在高频的情况工作时,会产生一定的寄生的电感。为了使电感达到平衡和产生谐振,那么可以加上2个10-33pf的无极性电容。具体的大小可以参考下晶振厂家提供的参数手册。单片机的内部有一振荡电路,我们需要在外部接上晶振电路单片机才能工作。晶振和电容与内部的电路组成振荡电路。只要单片机一上电,电容启振,晶振工作,这样单片机就有一个持续的时钟信号。51单片机内部有一个12分频器,因此时钟周期为 t = 1/12 1us。图2-7 晶振电路2.6.2 复位电路此系统使用的51单片机是高电平复位。对S
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