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1、毕业设计_基于单片机的环境温湿度检测系统摘 要环境温湿度检测系统是日常生活工业生产和农业管理中广泛使用的一种设备该设备具备以下主要功能实时检测出环境中的温度和湿度参数值并显示出来根据设定的报警限予以报警指示可以和上层控制器通信随着单片机的大规模应用单片机在检测系统中也越来越多的被使用本设计以 AT89S52 这款低功耗高性能在系统编程的 8 位单片机为系统控制处理核心由单总线数字温湿度传感器 DHT11 数码管显示屏 LED 与蜂鸣器通信串口和按键控制输入等五个部分组成从而实现环境问世的监测系统的主要功能后期的探索设计换用红外遥控控制和 LCM 为显示屏外加时钟和存储芯片增加照度检测电路极大地
2、提升了系统的性能使系统不仅可以检测并显示环境温度湿度和照度变量而且可以按照时间顺序存储适量的数据此外系统有降压整流和稳压滤波电路可用交流市电 220V 各种安全直流电 524V 太阳能电池等为系统供电并且可以存储少量电能 900mAhAbstractEnvironment temperature and humidity detection system is a kind of equipment which is widely used in daily life industrial production and agricultural menagementThe equipment
3、has following main functiondetecting the temperature and humidityparameters in the environment real-time and display themgiving alarm indication according to the set limits and being able to contact with upper controllerWith the SCM used large-scalelythe SCM is more and more used in detection system
4、This designuses the 8-bit SCM named AT89S52which has a lot of advantages such as low-power dissipationhigh-performance and ISPand made up of five partssingle-wire digital temperature and humidity sensordigitron displayLED andbuzzer serial comunications and keys inputthus perform the function of envi
5、ronment temperature and humidity detection systemThe exploration design in later stageincluding infrared remote control and LCM displayclock and memory chipsand illumination detection circuitimmensely promotes the property of the systemmakes it not only detecte and display the temeraturehumidity and
6、 illuminationbut also store some data in order of timeIn additionwith step-down rectifier and stabilivolt filter circuitthe system can use utility power AC220Vdifferent safety DC524Vsolar battery to supply powerand store some electric energy about 900mAhso that it has a wide power supply voltage and
7、 meets different application placesThe design gives the circuit design schematics and PCB diagram with Protel and completes the hardware part of the production and uses C51 language system to accomplish the control program of SCMand simulates every part successfullyThrough the synthetical debuggingt
8、he design achieves the required designsKey wordsAT89S52 SCMDHT11 sensorserial communicationtemperatureand humidity detectionPCB design目 录 第一章 前 言 111 设计的目的意义调查 112 设计的市场现状分析 213 设计的内容要求说明 314 设计的实施方案构想 4第二章 硬件的设计 521 单片机的选用 522 传感器的选用 7com 初期设计 7com 最佳方案 8com 电路设计 923 数码管驱动电路设计 10com 数码管的选用 10com 驱动
9、电路的设计 1024 报警电路设计 12com 蜂鸣器驱动电路 13com LED 驱动电路 1325 控制输入电路设计 1426 串口通信电路设计 1627 稳定电源电路设计 1728 系统三大部分的 PCB 设计 18com 系统主体部分 PCB 设计 19com 串口通讯 PCB 设计 20com 源部分 PCB 设计 21第三章 程序的设计 2331 程序功能描述单片机内部资源分配和程序流程图 23com 程序功能描述 23com 单片机内部资源分配两个定时器的分工 23com 程序的流程图 2432 编程语言和工具的选择以及程序文件的分配 25com 编程语言的选择 25com 编程
10、工具的选择 26com 程序文件的分配 2633 传感器通信程序设计 27com 握手确认 27com 数据传送 28com 相关问题解决方案 3134 数码管扫描程序设计 3235 报警及设置程序设计 33com 报警驱动 33com 报警值调整 3436 按键扫描程序设计 3437 串口发送数据程序设计 36com 波特率设置 36com 数据发送格式 37com 发送方式 3738 Keil 综合编译和结果分析程序下载 38com 综合编译情况和结果分析 38com 生成 HEX 文件下载至单片机中 40第四章 系统后期探索优化设计简介 4141 换用红外控制和 LCM 显示的探索 41
11、com 红外控制 41com LCM 显示 4442 增加实时时钟和存储芯片来记录数据的探索 4843 增加照度检测电路的探索 50结束语 54参考文献 56附录 57附 1 单片机驱动程序 57附 2 硬件制作元器件安装图 布线图 78第一章 前 言本章主要叙述了温湿度检测系统设计的一些基本情况包括目的意义市场现状设计要求和实施方案等几个部分 11 设计的目的意义调查现代社会随着国家的经济不断发展人们的生活水平逐渐提高在衣食住行基本满足之后追求一种健康长寿的生活方式已经成为时代的潮流家庭居室工作场所是人们每天较长时间生活的两个环境而环境中的温度和湿度变化则和人们的生理心理等身体健康状况息息相
12、关相关研究结果摘录如下据生理学家研究室内温度过高时会影响人的体温调节功能由于散热不良而引起体温升高血管舒张脉搏加快心率加速冬季如果室内温度经常保持在 25 度以上人就会神疲力乏头晕脑胀思维迟钝记忆力差同时由于室内外温差悬殊人体难以适应容易患伤风感冒如果室内温度过低则使人体代谢功能下降脉搏呼吸减慢皮下血管收缩皮肤过度紧张呼吸道粘膜的抵抗力减弱容易诱发呼吸道疾病因此科学家们把人对冷耐受的下限温度和冷耐热的上限温度分别定为 11 度和 32 度图 2-3 单片机晶振电路22 传感器的选用 com 初期设计本设计的初期构想是用一个温度传感器和一个湿度传感器来检测环境中的温度和湿度参数其中温度传感器选用
13、单总线数字温度传感器 DS18B20 湿度传感器选用数字式湿度传感器 SHT11 则检测部分功能框图如下图 2-4 传感器初期设计方案比较 DS18B20 和 SHT11 这两个传感器的通信都比较复杂具体过程为主机发起通信传感器确认通信主机给传感器写命令字传感器给主机发送检测数据且SHT11 还要求外部输入串行时钟信号这种通信的复杂不仅体现在硬件电路的设计上而且体现在程序的设计上并且串行通信对时序要求比较严格这样对单片机来说将是一个巨大的挑战何况单片机还要进行其他的后续控制处理除此之外这两大传感器的价格都不菲 DS18B20 在 8 元左右而 SHT11 则在 50元左右这对支付能力也是一个巨
14、大的考验因此这种方案不可取必须寻求其他的传感器解决方案从而简化硬件电路和程序设计让单片机有更多的内外部资源来处理后续操作com 最佳方案后期采用单总线数字温湿度传感器 DHT11 这款传感器由广州奥松电子科技有限公司研发与单片机的通信十分简洁方便无需外接时钟信号通信如下图 2-5 单总线数字温湿度传感器 DHT11 与单片机通信除此之外它还有很多突出的优点1 温湿度传感器的一体化结构能同时对相对湿度和温度进行测量并以数字信号输出从而减少用户对信号的预处理负担2 独特的单总线数据传输线协议使得读取传感器更加便捷而且还有全部校准数据字节编码方式为 8 位二进制数340 位二进制数据输出高位先出格式
15、为湿度整数部分 8 位小数部分 8 位温度整数部分 8 位小数部分 8 位最后 8 位为校验字节为前 32 位数据的和4 宽工作电压几乎与 AT89S52 的电压相同为 355V 而且功耗较低通信最大电流为 25mA其简要的性能参数如下表所示表 2-1 温湿度传感器 DHT11 性能参数从表中可以看出它的测量范围较小但对实验或民用已经足够了如果要工业使用的话可选用该公司的同类工业级产品 AM323 测量范围为-5501250 度测量范围为 001000RH 并且可以和 DHT11 完全互换com 电路设计按照说明书的要求 DHT11 与单片机的连接距离小于 20 米时需要在 VCC和 DATA
16、 引脚之间接一个 5K 左右的电阻因此电路设计如下图 2-6 温湿度传感器 DHT11 与单片机连接电路至此传感器的硬件电路设计完成另一部分的工作就是编程问题在下一章节介绍23 数码管驱动电路设计com 数码管的选用由于温湿度传感器 DHT11 测温范围为 050测湿范围为 2090RH 温度和湿度都是两位数据因此可以用两个两位一体的数码管来显示温湿度数据共阴极或共阳极都可以本设计中选用两个型号为 FJS5202FH 型共阳极红色两位一体的数码管com 驱动电路的设计数码管驱动软件设计有两种方案一种是静态驱动即四位数码管的段选信号和位选信号分别接入控制器的端口需要 844 36 个端口另一种是动态驱动段选信号线公用而位选信号分开控制需要 84 12 个端口考虑到单片机可用的IO 引脚只有 32 个为不扩展引脚而外加芯片因此采用动态驱动方式较合理数码管驱动电路一般也有两种设计方案一种是使用八 D 锁存芯片 74HC373 或74LS373 锁存驱动另一种是用三极管放大驱动市场上
