基于單片機的溫濕度計的設計

1、傳 感 器 大 作 業(yè)溫濕度傳感器 摘 要溫度和濕度是兩個最基本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與溫濕度息息相關。在日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領域，經(jīng)常需要對環(huán)境溫度和濕度進行測量和控制。準確測量溫濕度在生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關重要。因此，研究溫濕度的測量方法和裝置具有重要的意義。隨著科技的不斷發(fā)展，單片機技術已經(jīng)普及到我們的工作、生活、科研等各個領域。已經(jīng)成為一種比較成熟的技術。由于+ 單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便等優(yōu)點，目前已經(jīng)滲透到我們工作和生活的方方面面。本論文介紹了一種以AT89C51為主要控制器件，以DHT11為數(shù)字溫度傳感器的新型

2、數(shù)字溫濕度計。本設計主要包括硬件電路的設計和系統(tǒng)軟件的設計。關鍵詞：溫濕度傳感器； LCD1602； STC； DHT1 1；20一 緒論1.1 背景概述進入21世紀后，各行各業(yè)特別是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都急切需要應用電子技術、自動控制技術進行改造和提升很多企業(yè)對溫濕度的測控手段很粗糙，十分落后，絕大多數(shù)仍在使用濕球濕度計，采用人工觀測人工調節(jié)閥門、風機的方法，很少有人使用溫濕度傳感器。隨著科技的發(fā)展進步，工業(yè)及電器行業(yè)對溫濕度的要求的提高，溫濕度傳感器的應用范圍也越來越加廣泛。1.2設計的內(nèi)容在本次傳感器大作業(yè)設計中，為實現(xiàn)對溫濕度的檢測與顯示，主要利用以STC為核心構架硬件電路，DHT11溫濕度傳感器

3、采集環(huán)境溫度及濕度信息，(溫度檢測范圍： -30至+55。測量精度： 2.；濕度檢測范圍： 20%-90%RH。檢測精度：5%RH)。LCD1602顯示器直接顯示溫度和濕度(顯示方式： 溫度：四位顯示；濕度：四位顯示)；同時利用C語言編程實現(xiàn)溫濕度信息的顯示功能。二 系統(tǒng)設計方案及硬件設計2.1 系統(tǒng)設計方案本方案使用STC作為控制核心，一直能溫濕度傳感器DHT11作為溫濕度測量元件，顯示電路采用LCD1602模塊顯示，采用單片機最小系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路設計框圖如下圖2-1。STC單片機LCD1602液晶顯示DHT11溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集時鐘復位電路圖2-1 系統(tǒng)硬件電路設計框圖2.2 系統(tǒng)硬件

4、介紹2.2.1 STC部分介紹STC的制作工藝為CMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝，引腳說明如下：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時

5、，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口

6、管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行輸入口）；P3.1 TXD（串行輸出口）；P3.2 /INT0（外部中斷0）；P3.3 /INT1（外部中斷1）；P3.4 T0（記時器0外部輸入）；P3.5 T1（記時器1外部輸入）；P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）；P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）；P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信

7、號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 圖2-2 單片機STC引腳圖STC的工作模式：模式0：選擇定時器的高8位和低5位組成一個13位定時器/計數(shù)器。TL低5位溢出時向TH進位，TH溢出時向中斷標志位TF進位，并申請中斷。定時時間t=(213-初值)×振蕩周期×12；計數(shù)長度位213=8192個外部脈沖。模式1：與模式0的唯一差別是寄存器TH和TL以全部16位參與操作。定時時間t=(216-初值)×振蕩周期×12；計數(shù)長度位216=65536個外部脈沖。模式2：把TL0和TL1配置成一個自動重裝載的8位定時器

8、/計數(shù)器。TL用作8位計數(shù)器，TH用以保存初值。TL計數(shù)溢出時不僅使TF0置1，而且還自動將TH中的內(nèi)容重新裝載到TL中。定時時間t=(28-初值)×振蕩周期×12；計數(shù)長度位28=256個外部脈沖。模式3：對T0和T1不大相同。若設T0位模式3，TL0和TH0被分為兩個相互獨立的8位計數(shù)器。TL0為8位計數(shù)器，功能與模式0和模式1相同，可定時可計數(shù)。TH0僅用作簡單的內(nèi)部定時功能，它占用了定時器T1的控制位TR1和中斷標志位TF1，啟動和關閉僅受TR1控制。定時器T1無工作模式3，但T0在工作模式3時T1仍可設置為02。2.2.2 DHT11數(shù)字傳感器介紹DHT11數(shù)字溫

9、濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排

10、引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。DHT11有四個引腳，3號引腳一般懸空，如圖2-3所示。DHT11的供電電壓為35.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。圖2-3 DHT11引腳圖2.2.3 LCD1602介紹1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別。LCD1602引腳功能說明LCD1602采用標準的1

11、4腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，引腳功能如下表2-1所示。編號符號引腳說明編號符號引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極表2-1 LCD1602引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時

12、會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。LCD1602指令說明及時序：1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如下表2-2所示。1602

13、液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表2-2 LCD1602控制命

14、令表指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制。D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示

15、F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。2.3 系統(tǒng)部分硬件電路設計介紹2.3.1 主控制電路的設計MCS-51系列單片機是采用高性能的靜態(tài)STC設計由先進CMOS 工藝制造并帶有非易失性Flash 程序存儲器全部支持12時鐘和6時鐘操作P89C51X2和P89C52X2/54X2/58X2分別包含128字節(jié)和256字節(jié)RAM 32條I/O口線3個16位定時/計

16、數(shù)器6輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結構1個串行I/O口可用于多機通信I/O擴展或全雙工UART以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 圖2-4 主控制電路圖2.3.2 溫濕度檢電路的設計DHT11的供電電壓為35.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。2.3.3 LCD1602液晶顯示電路的設計顯示模塊選用1602字符型液晶模塊，是目前工控系統(tǒng)中使用最為廣泛的液晶屏之一，1602字符型液晶模塊是點陣型液晶，驅動方便，經(jīng)編碼后顯示內(nèi)容多樣化。系統(tǒng)的輸入模塊采用中斷掃描的4×4矩陣鍵盤，相比定時掃描方式，提高了MCU的使用效率。同時1602液晶顯示模塊可以和單片機STC89

17、C52直接接口。電路圖如圖2-7所示。圖2-7 LCD1602電路圖三. 系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)程序主要包括主程序、LCD模塊控制程序、DHT11控制模塊程序、延時子程序，整體程序見附錄2。3.1 系統(tǒng)軟件主程序流程程序開始后，先對液晶模塊顯示進行初始化，通過延時一秒等待DHT11溫濕度傳感器啟動。DHT11溫濕度傳感器啟動后，對其進行數(shù)據(jù)初始化后，進行溫濕度信息的采集、轉化、處理，最后通過液晶顯示器讀出。DHT11溫濕度傳感器經(jīng)過一次數(shù)據(jù)采集和處理后需返回次延時程序處理來重新初始化后采集溫濕度數(shù)據(jù)。具體流程圖如圖3-1所示：3.2 DHT11數(shù)據(jù)采集流程圖3-2DHT11數(shù)據(jù)采集流程圖主程序里主

18、要的一部分是數(shù)據(jù)采集和顯示的循環(huán)部分，其中DHT11溫濕度傳感器有嚴格的時序要求，程序一定要遵守按照其與主機通信的步驟。其溫濕度數(shù)據(jù)采集流程圖如下圖3-2所示：LCD初始化機顯示部分，在程序中應先對顯示器進行初始化，然后循環(huán)調用DHT11模塊采集的數(shù)據(jù)對溫度和濕度進行實時顯示。其LCD初始化機顯示流程圖如下圖3-3圖3-3 LCD初始化顯示流程圖DHT11源程序#include "INCLUDES.H"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dht_dat=P10; /用哪個I/O口自選，注意不要用P

19、3口uchar dht_t1=0,dht_t2=0; /依次為溫度整數(shù)部分和溫度小數(shù)部分uchar dht_d1=0,dht_d2=0; /依次為濕度整數(shù)部分和濕度小數(shù)部分uchar dht_chk=0; /和校驗，可選擇是否使用，具體參照數(shù)據(jù)手冊uchar dht_num=0; /用于while循環(huán)中計數(shù)，超時則跳出循環(huán)void dht_delay_10us() ; /自己調，一定要盡量精確到10us，很重要void dht_delay_10ms(uchar t);uchar dht_readat();void dht_getdat();void dht_init();void dht_de

20、lay_10us()uchar i=0;for(i=0;i<1;i+);void dht_delay_10ms(uchar t) /大概10ms就行，粗略延時uchar i=0,j=0,k=0;for(i=0;i<t;i+)for(j=0;j<40;j+)for(k=0;k<75;k+);uchar dht_readat() /接收一個8位數(shù)據(jù)，先高位后低位uchar i=0,dat=0;for(i=0;i<8;i+)dht_num=2;while(dht_dat=0)&&(dht_num+);dht_delay_10us();dht_delay_

21、10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dat=dat<<1;if(dht_dat=1)dht_num=2;dat=dat|0x01;while(dht_dat=1)&&(dht_num+);return dat;void dht_getdat() /給DHT11一個開始信號，然后讀取一次數(shù)據(jù)，共五個8位字節(jié)uchar i=0;dht_dat=0;dht_delay_10ms(4);dht_dat=1; /單片機給起始脈沖信號dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us()

22、;dht_delay_10us();dht_dat=1; /稍作延時，等待DHT11返回響應（響應為低電平）if(dht_dat=0) /有響應才接收數(shù)據(jù)，否則不作處理dht_num=2;while(dht_dat=0)&&(dht_num+);dht_num=2;while(dht_dat=1)&&(dht_num+);dht_d1=dht_readat();dht_d2=dht_readat();dht_t1=dht_readat();dht_t2=dht_readat();dht_chk=dht_readat();/一次讀出五個數(shù)據(jù)dht_dat=1; /

23、釋放總線dht_delay_10ms(10); /稍作延時void dht_init() /DHT11的初始化函數(shù)，別忘了寫程序時先加上之dht_delay_10ms(100); /DHT11上電前準備時間，大概1sdht_dat=1; /總線準備void DisplayHumidity()dht_getdat();DisplayString(2,3,"%RH");DisplayTime(1,3,dht_d1);LCD1602源程序#include "INCLUDES.H"#define uchar unsigned char#define uint u

24、nsigned intsbit dht_dat=P10; /用哪個I/O口自選，注意不要用P3口uchar dht_t1=0,dht_t2=0; /依次為溫度整數(shù)部分和溫度小數(shù)部分uchar dht_d1=0,dht_d2=0; /依次為濕度整數(shù)部分和濕度小數(shù)部分uchar dht_chk=0; /和校驗，可選擇是否使用，具體參照數(shù)據(jù)手冊uchar dht_num=0; /用于while循環(huán)中計數(shù)，超時則跳出循環(huán)void dht_delay_10us() ; /自己調，一定要盡量精確到10us，很重要void dht_delay_10ms(uchar t);uchar dht_readat()

25、;void dht_getdat();void dht_init();void dht_delay_10us()uchar i=0;for(i=0;i<1;i+);void dht_delay_10ms(uchar t) /大概10ms就行，粗略延時uchar i=0,j=0,k=0;for(i=0;i<t;i+)for(j=0;j<40;j+)for(k=0;k<75;k+);uchar dht_readat() /接收一個8位數(shù)據(jù)，先高位后低位uchar i=0,dat=0;for(i=0;i<8;i+)dht_num=2;while(dht_dat=0)&a

26、mp;&(dht_num+);dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dat=dat<<1;if(dht_dat=1)dht_num=2;dat=dat|0x01;while(dht_dat=1)&&(dht_num+);return dat;void dht_getdat() /給DHT11一個開始信號，然后讀取一次數(shù)據(jù)，共五個8位字節(jié)uchar i=0;dht_dat=0;dht_delay_10ms(4);dht_dat=1; /單片機給起始脈沖信號dht_

27、delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_dat=1; /稍作延時，等待DHT11返回響應（響應為低電平）if(dht_dat=0) /有響應才接收數(shù)據(jù)，否則不作處理dht_num=2;while(dht_dat=0)&&(dht_num+);dht_num=2;while(dht_dat=1)&&(dht_num+);dht_d1=dht_readat();dht_d2=dht_readat();dht_t1=dht_readat();dht_t2=dht_reada

28、t();dht_chk=dht_readat();/一次讀出五個數(shù)據(jù)dht_dat=1; /釋放總線dht_delay_10ms(10); /稍作延時void dht_init() /DHT11的初始化函數(shù)，別忘了寫程序時先加上之dht_delay_10ms(100); /DHT11上電前準備時間，大概1sdht_dat=1; /總線準備void DisplayHumidity()dht_getdat();DisplayString(2,3,"%RH");DisplayTime(1,3,dht_d1);主程序#include"INCLUDES.h" #d

29、efine uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dht_dat=P10; /用哪個I/O口自選，注意不要用P3口uchar dht_t1=0,dht_t2=0; /依次為溫度整數(shù)部分和溫度小數(shù)部分uchar dht_d1=0,dht_d2=0; /依次為濕度整數(shù)部分和濕度小數(shù)部分uchar dht_chk=0; /和校驗，可選擇是否使用，具體參照數(shù)據(jù)手冊uchar dht_num=0; /用于while循環(huán)中計數(shù)，超時則跳出循環(huán)void dht_delay_10us() ; /自己調，一定要盡量精確到10us，很重要void dht

30、_delay_10ms(uchar t);uchar dht_readat();void dht_getdat();void dht_init();void dht_delay_10us()uchar i=0;for(i=0;i<1;i+);void dht_delay_10ms(uchar t) /大概10ms就行，粗略延時uchar i=0,j=0,k=0;for(i=0;i<t;i+)for(j=0;j<40;j+)for(k=0;k<75;k+);uchar dht_readat() /接收一個8位數(shù)據(jù)，先高位后低位uchar i=0,dat=0;for(i=0

31、;i<8;i+)dht_num=2;while(dht_dat=0)&&(dht_num+);dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dat=dat<<1;if(dht_dat=1)dht_num=2;dat=dat|0x01;while(dht_dat=1)&&(dht_num+);return dat;void dht_getdat() /給DHT11一個開始信號，然后讀取一次數(shù)據(jù)，共五個8位字節(jié)uchar i=0;dht_dat=0;dht_d

32、elay_10ms(4);dht_dat=1; /單片機給起始脈沖信號dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_delay_10us();dht_dat=1; /稍作延時，等待DHT11返回響應（響應為低電平）if(dht_dat=0) /有響應才接收數(shù)據(jù)，否則不作處理dht_num=2;while(dht_dat=0)&&(dht_num+);dht_num=2;while(dht_dat=1)&&(dht_num+);dht_d1=dht_readat();dht_d2=dht_readat();dht_t1=dht_readat();dht_t2=dht_readat();dht_chk=dht_readat();/一次讀出五個數(shù)據(jù)dht_dat=1; /釋放總線dht_delay_10ms(10); /稍作延時void dht_init() /DHT11的初