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1、大连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学生姓名指导教师_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 总体设计及工作进程 2第 2 章 系统硬件设计 32.1 主控模块设计 322 DHT11 传感器模块设计 32.2.1 DHT11 传感器简介 32.2.2 DHT11 传感器模块电路设计 62.31602 液晶显示模块设计 72.3.1 1602 液晶显示屏简介 72.3.2 1602 液晶显示
2、模块 82.4 阈值设置模块 82.5 报警模块 9第 3 章 系统软件设计 103.1 1602 液晶显示模块程序设计 103.2 传感器模块程序设计 11第 4 章 系统分析与调试 124.1 程序下载软件说明 134.2 所遇问题及解决办法 134.2.1 硬件问题及解决方法 134.2.2 软件所遇问题及解决方法 14第 5 章 结论与展望 15附录 16附录 A 硬件原理图 16附录 B 最终实物图及简介 16附录 C 程序清单 17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
3、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 的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度湿度的检测及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内的温度以及适度的 变化。完 成诸如升温到特定的温度、降温到特定
4、的温度。在温度上下限范围内保持恒温等多种 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置对其进行监 控。本系统可以及时、精确的反映室 内的温度以及湿度的变化，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. 温湿度实时检测及显示。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.
5、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，本次设计主要涉及了温湿度的测量、显示以及实现简单 控制。硬件方面有五个 模块，即 AT89S52 单片机主控模块、传感器模块、 LCD1602 液晶显示模块、 报警模块以及 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
6、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 度还是湿度超出范围蜂鸣器都是以相同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、需及时调整，及时启用升温器、加湿器、降温风扇以及喷雾器来有效 的调整实验室内温湿度。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
7、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。DTH1传恳搭模坎P2.0LP2.4-P2 61602晶显示模块AT89S51单片机报警模块阈值设置模块|t_图 1 1 系统总体设计从图中可以看出，系统有微处理器模块、 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
8、控制核心，实现温湿度采集及显示的基本功能。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：分析题目乂 用 ProteusJ进行液晶的传感器实物加装阈值设置和并查找资料仿真实物调试调试报警模块元成图 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 为核心的最小系统。使用的 时候将 P1 口 作为与液晶的数据
9、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。2.2 DHT11 传感器模块设计2.2.1 DHT11 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
10、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 2-1 DHT11 传感器实物图 （ 1 ）引脚介绍 Pin1 ： （VDD） ，电源引脚，供电电压为
11、35.5V 。Pin2 ：（ DATA ），串行数据，单总线。 Pin3: （NC ），空脚， 请悬浮。Pin4 （ VDD ），接地端，电源负极。 （2 ）接口说明 ：MCUDAT ADHT1 1建议连接线长度短于 电阻。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数据传送正确时校验和数据等于“ j图2-2 DHT11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 40
12、bit， 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温度小数数据湿度整数数据+8bit湿度小数数据+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VDD=5V , T = 25 C,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测量0.52.5mA供电电流平均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MCU发送-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 4
13、0bit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QHT11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 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
14、 ,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bit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
15、 数字 1 数据线电平变化图2.2.2 DHT11 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） 。由于测量范围电路小于 20米，加一个 5K 的 上拉电阻，因此在传感器 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：vcc图 2-7 DHT11 电路原理图2.3 1602 液晶显示模块设计2.3.1 1602 液晶显示屏简介1602液晶 是一种
