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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 42 页1引言目前，国内外工业生产越来越向数字化和自动化靠拢，借助当今数字化系统的快速处理能力，实施对湿度的数字化监控，对降低生产安全因素，提高劳动效率，改善生产环境有很重要的积极作用。 随着数字化技术特别是单片机技术的发展，多功能自动化设备湿度采集系统，具有实验室或现场进行实时数据采集、信号预处理、即时显示、即时状态分析、自动传输等功能。其应用在对湿度要求比较严格的场合，如空调，抽湿机，加湿机，湿度记录仪，湿度控制器，湿度变送器，自动设备，工农业温室。在此基础上，国内外常用的数据采集器及不同采集器，将向高科技、高智能化方向发展。本次的
2、设计是基于单片机的湿度控制系统，其硬件系统由 2 个数字温湿度传感器DHT11、一个 AT89S52 单片机最小系统板、1 个实时时钟和 2 个风扇构成。其中，2 个数字温湿度传感器 DHT21 负责采集 2 个不同点的湿度，再将采集的湿度数据，通过数据线发送到单片机上。单片机将传来的湿度数据进行分析、处理，显示实时的时间、湿度和温度，并根据设置的预警湿度对环境的湿度进行自动控制。本次设计的过程如下：首先，掌握基于 AT89c52 单片机测温控制系统的基本原理和各部分性能；其次，根据掌握的相关原理和要求进行硬件电路 PCB 的制图及制作和调试工作；最后，编写程序，并将程序导入硬件并进行最后总体
3、调试。本设计的整个系统连调通过，系统能当前记录并显示一段时间内的各点的实时湿度、平均湿度，能够根据现场采集到的数据对现场自动进行除湿工作，成功实现对湿度的数字化监控。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 42 页21 设计要求1系统供电电压：DC 5V；风扇供电电压：12V。2. 制作一个基于单片机的温湿度控制系统，系统能通过温湿度传感器采集湿度数据，并将数据通过数据线发送到单片机上。单片机将传来的湿度数据进行分析、处理，显示实时的时间、湿度和温度，并根据设置的预警湿度对环境的湿度进行自动控制。3. 完成整个系统的原理图设计。4. 完成系统的硬件设计，并进行调试。5. 完成
4、系统的软件设计，并进行调试。6. 最后完成系统的硬软联合调试，能实现预期的系统功能。2 设计思想2.12.1 设计内容设计内容本设计完成一个基于单片机的温湿度控制系统。项目要涉及的基本技术内容包含：系统的硬件制作和调试，系统的软件和调试，系统最后的硬软联合调试。2.22.2 设计步骤设计步骤基于单片机的温湿度控制系统的设计步骤如下：掌握基于 AT89c52 单片机测温控制系统的基本原理和各部分性能；确定系统总体设计框图，合理划分模块，确定每个模块的组成以及各个模块之间的关系；运用 protel99SE 软件完成系统的原理图设计，PCB 设计；将画好的 PCB 制作电路板，并焊接上元件进行调试；
5、运用 Keil uVision4 软件完成系统各模块的软件设计，并进行调试；将调试好的代码烧入做好的电路板中，进行硬软调试。3 系统各模块的硬件设计本系统主要以 AT89S52 单片机为核心，组成一个集湿度的采集、处理、显示、自动控制为一体的闭环控制系统，其原理框图如图 3.1 所示。图中硬件组成主要由单片机最小系统、湿度采集、实时时钟、显示、按键及控制部分构成，硬件部分还另外包含模拟室温大棚环境的电路板。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 42 页3图 3.1 系统原理框图温湿度传感器负责采集温度和湿度数据，实时时钟给单片机提供时钟基准。单片机不断读取 2 个温湿度传感
6、器的数据并对之进行滤波处理，当发现湿度超过上限或下限值时立刻报警，若是超过上限值在报警的同时还会启动风扇进行除湿。每经过一个采样周期的时间，单片机将数据存储以供查询，计算 10 个采样周期内的湿度平均值。按键和显示部份构成系统的人机接口，使用者可以通过按键进行设定上下限值、设定系统时间、设定采样周期和查询历史湿度等操作。3.13.1 单片机最小系统单片机最小系统3.1.13.1.1 单片机单片机 AT89S52AT89S52本设计的单片机采用常用的AT89S52。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程 Flash 存储器。它使用Atmel公司高密度非易失性
7、存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash， 256字节RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时
8、器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52的各端口说明如下：P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 42 页4外部上拉电阻。P1口：P1 口是一个具有内部
9、上拉电阻的8位双向 I/O 口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX） 。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动 4个TTL 逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低
10、的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器 （例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向 I/O 口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对 P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL
11、） 。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
12、然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1” ，ALE操作将无效。 这一位置“1” ，ALE仅在执行 MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个 ALE使能标志位 （地址为8EH的SFR的第0位） 的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN: 外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到F
13、FFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。 在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 42 页5XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。VCC : 电源 ；GND: 地。3.1.23.1.2 单片机及其外围接口电路单片机及其外围接口电路本设计的单片机最小系统主要包括复位电路和晶振电路以及单片机本身，其电路如图 3.2 所示。图 3.2 单片机最小系统AT89S52 单片机是高电平复位，当复位引脚（REST）上持续 2 个机器周
14、期高电平时，单片机复位。C5 和 R8 组成单片机的上电复位电路。上电时，电源通过 R8 给 C5 充电，会在 R8 上形成高脉冲，使得单片机复位。按键 S3 用于单片机手动复位，当 S3 按下时，复位引脚接 VCC，使得单片机复位。CY1、C6 和 C7 组成晶体振荡电路，给单片机提供电钟。CY1 是 12MHz 晶振，C6 和 C7 对晶振的振荡频率进行微调，微调电容取27pF。由于 AT89S52 的 P0 口是开漏极输出，不能输出有效的高电平，须加排阻上拉方能使用。3.23.2 温湿度采集模块温湿度采集模块3.2.13.2.1 湿度传感器湿度传感器 DHT11DHT11DHT11 数字
15、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。因此它具有品质卓越、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。DHT11 集成单线制串行接口，超小的体积、极低的功耗，4 针桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 42 页6单排引脚封装
16、，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为本设计应用的最佳选择。1湿度传感器 DHT11 的应用DHT11 的典型应用电路如图 3.3 所示。图 3.3 DHT11 的典型应用电路本设计的传感器应用如图 3.4 所示，采用 2 个含有已校准数字信号输出的温湿度传感器 DHT11，测量范围为 20%90%RH（050） ，并根据其典型应用电路设计出的原理图如图所示。DATE1 和 DATE2 分别为点 1 和点 2 的数据线，单片机通过这两根线分别读取 2 个 DHT11 的数据。因为从单片机到传感器的线比较长，比较容易受干扰，须加 R10 和 R15 作为数据线上的上拉电阻，提高单片机的驱动能力和数据线的噪声容限。上拉电阻 R10 和 R15 的值依典型应用的设计取值 5K。图 3.4 传感器应用图3.33.3 显示模块显示模块系统采用 LCD1602 液晶显示器显示从温湿度传感器中采集到温湿度数据和实
