单片机设计（论文）-基于单片机的温湿度检测及显示

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1、单片机课设11 设计的意义最近几年来，随着科技的飞速发展，单片机领域正在不断的走向社会各个角落，还带动传统控制检测日新月异更新。在实时运作和自动控制的单片机应用到系统中，单片机如今是作为一个核心部件来使用，仅掌握单片机方面知识是不够的，还应根据其具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。 “单片机原理及应用课程设计”是电子类专业的学科基础科，它是继“汇编语言程序设计” ， “接口技术”等课程之后开出的实践环节课程。与此同时，现代社会越来越多的场所会涉及到温度与湿度并将其显示。由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，例如：冬天温度为 18 至 2

2、5，湿度为 30%至 80%；夏天温度为 23 至 28，湿度为 30%至 60%。在此范围内感到舒适的人占 95%以上。在装有空调的室内，室温为 19 至 24，湿度为 40%至 50%时，人会感到最舒适。如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响，最适宜的室温度应是工作效率高。18，湿度应是40%至 60%，此时，人的精神状态好，思维最敏捷。所以，本课程设计就是通过单片机驱动 LCD1602，液晶显示温湿度，通过此设计，可以发现本设计有一定的扩展性，而且可以作为其他有关设计的基础。单片机课设22 设计原理2.1 设计目标2.1.1 基本功能检测温度、湿度显示温度、湿度过限报警2.1.2 主要技术

3、参数 温度检测范围： -30至+55测量精度： 2湿度检测范围： 20%-90%RH检测精度： 5%RH显示方式： 温度：四位显示 湿度：四位显示报警方式： 三极管驱动的蜂鸣器报警2.2 设计原理温湿度监测系统要满足以下条件：温湿度监测系统能完成数据采集和处理、显示、串行通信、输出控制信号等多种功能。由数据采集、数据调理、单片机、数据显示等4个大的部分组成。该测控系统具有实时采集（检测粮库内的温湿度）、实时显示（对监测到的进行显示） 、实时警报（根据监测的结果，超出预设定的值的进行蜂鸣警告）的功能。传感器是实现测量首要环节，是监测系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和

4、转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。一般温湿度控制系统中的温湿度测量均采用热敏电阻与湿敏电容，这种传统的模拟式温湿度传感器一般都需要设计信号调理电路并经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性等方面也存在单片机课设3一定问题。这种传感器只适合那些测量点数较少，对精度要求不高的场合。因此设计出一款精度高、稳定性好、成本低的温湿度检测控制系统将具有一定的市场。2.2.1 温湿度传感器的选择DHT11 数字温湿度传感

5、器是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

6、品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。2.2.2 信号采集通道的选择 在本设计系统中，温度输入信号为 4 路的模拟信号，这就需要多通道结构采用多路分时的模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：对ADC、 S/H 要求高。处理速度慢。硬件简单，成本低。软件比较复杂。如图 1所示：信号调理电路信号调理电路信号调理电路多路切换器采样/保持器A/D转换器接口 CPU图 1 多路分时的模拟量输入通道单片机课设42.2.3 系统的总体框图系统的总体设计框图如图 2 所示：本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。（一） 信号采集 由 DHT11 温湿度传感器和

7、多路模式选择开关组成；（二） 信号分析 由 A/D 转换器和单片机 80C51 组成；（三） 信号处理 由串行口 LCD 显示器和报警系统等组成。DHT11温湿度检测多 路模 式选 择开 关单片机串行口与LCD报警电路ADC0832图 2 系统总体框图单片机课设53 主要芯片简介3.1 DHT11 数字传感器3.1.1 主要特性DHT11 数字温湿度传感器是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

8、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。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。3.1.2 应用领域该 DHT11 可以用于暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、湿度调节器及医疗等应用领域。3.1.3 引脚图 DHT11 有四个引

9、脚，3 号引脚一般悬空，如图 3 所示。DHT11 的供电电压为 35.5V。 传 感器上电后 ， 要等待 1s 以越过 不稳定 状态在 此期间 无需发送任何指令。 电 源引 脚 （ VDD， GND） 之间可增加一个 100nF 的 电 容 ， 用 以 去 耦 滤 波 。建议连接线长度短于 20 米时用 5K 上拉电阻,大于 20 米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。单片机课设63.1.4 封装信息封装图如图 4 所示：3.2 液晶显示器 LCD1602在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，

10、显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED 数码管、液晶显示器。发光管和LED 数码管比较常用，软硬件都比较简单，在前面章节已经介绍过，在此不作介绍，本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。 图 3 DHT11 引脚图图 4 DHT11 封装图单片机课设7在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：（一）显示质量高（二）数字式接口（三）体积小、重量轻（四）功耗低3.2.1 液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直

11、接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。3.2.2 液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。3.2.3 液晶显示器各种图形的显示原理首先是液晶的线段的显示。点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8

12、位，即每行由16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的 16 字节的内容决定，当（000H ）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H） =FFH，（001H ）=00H，（ 002H）=00H，.（00EH）=00H ，（00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本原理。

13、其次是液晶字符的显示。用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，单片机课设8为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。3.2.4 LCD1602 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

14、，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图 5所示：LCD1602 的主要技术参数：1、显示容量:162 个字符2、芯片工作电压:4.55.5V3、工作电流:2.0mA(5.0V)4、模块最佳工作电压:5.0V5、字符尺寸:2.954.35 (WH)mm引脚功能说明LCD1602 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如图 6 所示:图 5 LCD1602 尺寸图单片机课设9编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地 9 D2 数据2 VDD 电源正极 10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据4

15、RS 数据/命令选择 12 D5 数据5 R/W 读/写选择 13 D6 数据6 E 使能信号 14 D7 数据7 D0 数据 15 BLA 背光源正极8 D1 数据 16 BLK 背光源负极图 6：引脚接口说明表第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当

16、RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。图 6 引脚接口说明单片机课设10第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。3.2.5 LCD1602 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，如图 7 所示：序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L