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1、 . . . 海事大学自动化课程设计基于单片机的温湿度检测控制系统 2009届自动化学号2220093699学生指导教师 / 目录第1章总体设计概述11.1课题的背景和意义11.2系统实现的主要功能11.3系统的工作原理简介11.4 总体设计简介21.4.1总体设计框图21.4.2 总体设计与工作进程2第2章系统硬件设计32.1主控模块设计32.2DHT11传感器模块设计32.2.1DHT11传感器简介32.2.2DHT11传感器模块电路设计62.31602液晶显示模块设计62.3.11602液晶显示屏简介62.3.21602液晶显示模块72.4 阈值设置模块82.5报警模块8第3章系统软件设
2、计93.11602液晶显示模块程序设计93.2传感器模块程序设计10第4章系统分析与调试124.1 程序下载软件说明124.2 所遇问题与解决办法124.2.1硬件问题与解决方法124.2.2软件所遇问题与解决方法13第5章结论与展望14附录15附录A硬件原理图15附录B最终实物图与简介15附录C程序清单16第1章总体设计概述1.1课题的背景和意义温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注。而空气中温湿度的变化与人体的舒适度
3、和情绪都有直接的影响，所以对温度湿度的检测与控制就非常有必要了。8051单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度控制系统的实力也很多。使用8051单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且8051单片机易于学习掌握，性价比高。使用8051型单片机设计温湿度控制系统，可以即时精确的反应温室的温度以与适度的变化。完成诸如升温到特定的温度、降温到特定的温度。在温度上下限围保持恒温等多种控制方式，在湿度控制方面也是如此。将此系统应用到温室当中无疑为植被生长提供了更加适宜的环境。对于大棚种植和花圃、花卉栽培，必须在某些特定环境安装温湿度装
4、置对其进行监控。本系统可以与时、精确的反映室的温度以与湿度的变化，能够满足温湿度的控制要求。1.2系统实现的主要功能本系统所要实现的功能是：1.温湿度实时检测与显示。通过LCD1602实时地显示传感器DHT11检测到的温湿度值，并且固定时间（5s）检测更新显示一次。2.报警阈值的手动设置。通过三个按键实现温湿度阈值的设置，使得系统更加人性化、智能化，具有更高的实用价值。3.当温湿度超出阈值时能自动报警。通过蜂鸣器发出声音实现报警，以提醒用户做出相应的改进措施。1.3系统的工作原理简介总体来说，本次设计主要涉与了温湿度的测量、显示以与实现简单控制。硬件方面有五个模块，即AT89S52单片机主控模
5、块、传感器模块、LCD1602液晶显示模块、报警模块以与阈值设置模块。其中主控模块已经给出，我们只需适当增加驱动电路即可。传感器模块使用的是DHT11数字温湿度传感器。通过DHT11检测出当前环境下的温湿度，将所测数据交给AT单片机进行分析和处理，并分别存入不同数组以便显示时候用。其中，为了显示稳定，本系统每间隔5s采集一次数据送入单片机。1602液晶显示模块就是实现温湿度检测值和阈值的显示。其分两行显示，上边一行显示湿度，下边显示温度值，两行的末尾两位是阈值显示位，正常工作的时候可以通过按键将其隐藏，需要调节阈值时，再显示出来方便调整，相对构建了比较友好的人机交互。蜂鸣器报警模块实现了检测值
6、超过阈值的时候鸣响报警。本系统采用的是有源蜂鸣器，因此无论温度还是湿度超出围蜂鸣器都是以一样频率的声音进行报警提示。提醒工作人员此时温度湿度数据出现异常、需与时调整，与时启用升温器、加湿器、降温风扇以与喷雾器来有效的调整实验室温湿度。阈值设置模块通过三个按键来实现阈值设置功能的。使得在不同环境下设置阈值提供了极大的方便，不需要每次都在程序里改动然后再烧录，省去了复杂的过程。1.4 总体设计简介1.4.1总体设计框图按照系统功能的具体要求，在保证实现其功能的然础上，尽可能降低系统成本。总体设计方案围绕上述思想，初步确定系统的方案如图1-1所示。图11系统总体设计从图中可以看出，系统有微处理器模块
7、、DHT11传感器模块、阈值设置模块、1602字符液晶显示模块、报警模块组成。在方案设计中，外围模块采用并行控制，以简化系统，提高控制精度。该设计以AT89S52单片机为控制核心，实现温湿度采集与显示的基本功能。1.4.2 总体设计工作进程本次设计相对而言有两个部分弄明白了就能够设计好了。一个是液晶显示部分，一个是DHT11传感器部分。传感器比较陌生，以前没有接触太多，液晶相对而言比较容易点。因此这次先攻克了液晶显示部分，然后再拿下传感器部分。整个流程如下图所示：图1-2 整体设计流程图第2章 系统硬件设计2.1主控模块设计 本次课程设计使用的主控模块是由老师给出的一个AT89S52为核心的最
8、小系统。使用的时候将P1口作为与液晶的数据传输口，P2.0作为与传感器DHT11通信的数据口，P2.1P2.3作为阈值模块中三个按键的接口，P2.4P2.6作为分别于液晶的RS、R/W和E端相连接，以控制液晶显示，P2.7接蜂鸣器控制端，以控制报警模块工作。2.2DHT11传感器模块设计2.2.1DHT11传感器简介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。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗
9、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存中，传感器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。 DHT11传感器实物图如下2-1所示：图2-1DHT11传感器实物图（1）引脚介绍：Pin1：(VDD)，电源引脚，供电电压为35.5V。Pin2：（DATA），串行数据，单总线。Pin3:（NC），空脚，请悬
10、浮。Pin4（VDD），接地端，电源负极。（2）接口说明：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。图2-2DHT11典型应用电路（3）数据帧的描述：DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据
11、+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。（4）电气特性：VDD=5V，T = 25，除非特殊标注表2-1 DHT11的电气特性参数条件Mintypmax单位供电DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次注:采样周期间隔不得低于1秒钟。（5）时序描述：用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT1
12、1不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。通讯过程如下图2-3所示：图2-3通讯过程图总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。图2-4通讯初始化要求图总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bi
13、t数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数字0信号表示方法如下图2-5所示：图2-5数字0信号电平变化图数字1信号表示方法如下图2-6所示图2-6数字1数据线电平变化图2.2.2DHT11传感器模块电路设计DHT11传感器连接单片机相对比较简单。单片机的P2.0口用来发收串行数据，即数据口。连接传感器的Pin2（单总线，串行数据）。由于测量围电路小于20米，加一个5K的上拉电阻，因此在传
14、感器的Pin2口与电源之间连接一个5K电阻。而传感器的电源端口Pin1和Pin4分别接单片机的VDD和GND端。传感器的第三脚悬浮放置。DHT11传感器原件的电路原理图如下2-7所示：图2-7 DHT11电路原理图2.31602液晶显示模块设计2.3.11602液晶显示屏简介1602液晶是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个字符。（16列2行）。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、电子表与很多家用电子产品中都可以看到，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、L
15、ED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。图2-8 液晶屏正面2.3.21602液晶显示模块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。其中Vo脚，即第三引脚加了一个10K的滑动变阻器，该变阻器的目的是调节液晶的显示对比度，通过调节滑阻改变Vo的电压值，从而使液晶显示在最清晰的状态。图2-91602显示模块原理图2.4 阈值设置模块从左图可以看到。从上到下依次设为K1、K2和K3三个按键，其连接单片机引脚分别是P2.1P2.3三个引脚。根据该模块使得阈值设置分为三个模块，分别是
