温湿度采集系统设计.pdf

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1、,.目录 第 1 章 设计意义及要求.3 1.1 设计意义.3 1.2 设计要求.3 第 2 章 硬件设计.4 2.1 AT89S52 芯片介绍.4 2.2 液晶显示器 LCD1602.5 2.2.1 液晶显示原理.5 2.2.2 液晶显示器分类.5 2.2.3 显示原理.5 2.2.4 LCD1602 的基本参数及引脚功能.6 2.3 温湿度模块 DHT11 介绍.8 2.3.1 DHT11 概述.8 2.3.2 DHT11 传感特性说明.9 2.3.3 DHT11 封装信息.11 2.3.4 串行接口(单线双向).11 第 3 章 设计实现.14 3.1 设计框图及流程.14 3.2 设计

2、结果及分析.14 第 4 章 设计总结.16 参考文献.17 附录.18 ,.-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-第 1 章 设计意义及要求 1.1 设计意义 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。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

3、 18 至 25，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。如何高效、稳定地对数据（包括温度、湿度光线、压力等项目）进行实时采集对于现代的企业、工厂、研究所等对

4、数据精度要求较高的单位具有非常重要的意义。1.2 设计要求 本系统设计采用温度和湿度作为采集对象，是以单片机为核心的温度、湿度采集、数字显示系统，用液晶显示出当前温度、湿度的信息。以此了解 AT89S52 芯片为核心外接温度传感器和湿度传感器模块在液晶显示屏上显示当前的温度和湿度的过程。-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-第 2 章 硬件设计 2.1 AT89S52 芯片介绍 AT89S52 功能特性描述: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。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 8

5、0C51 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

6、时器/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 的主要特性是:与 MCS-51 单片机产品兼容；8K 字节在系统可编程 Flash 存储器；1000 次擦写周期；全静态操作：0Hz33Hz；三级加密程序存储器；32 个可编程 I/O 口线；三个 16 位定时器/计数器；八个中断源；全双工 UART 串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；看门狗定时器；双数据指针；掉电标识符。图 2-1 AT89S52 功能引脚图 功能引脚说明：VCC:电源 GND:接地 RST:复位输入 P0 口：

7、是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口，也被作为低 8 位地址/数据复用。P1 口：是一个有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字图-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-节。P2 口：是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用。ALE/PROG：地址锁存控制信号。PSEN:外部程序存储器选通信号。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。XTAL1:振荡器反相放

8、大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。2.2 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，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。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：（1）显示质量高（2）数字式接口（3）体积小、重量轻

9、（4）功耗低 2.2.1 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。2.2.2 液晶显示器分类 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。2.

10、2.3 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 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-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

11、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。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，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

12、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。图 2-2 液晶显示原理图 2.2.4 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，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图 2-1 所示：-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-图 2-3 LCD1602 尺寸图 LCD1602 的主要技术参数：(1)显示容量:162 个字符(2)芯片工作电压:4.55.5V(3)工作电流:2.0mA(5.0V)(4)模块最佳工作电压:5.0V(5)字符尺寸:2.

13、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，各引脚接口说明如表 1 所示:表 1 引脚接口说明 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 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-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 第 1 脚：

14、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 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

15、模块执行命令。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。2.3 温湿度模块 DHT11 介绍 2.3.1 DHT11 概述 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

16、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。它具备以下特点：（1）相对湿度和温度测量（2）全部校准，数字输出（3）卓越的长期稳定性（4）无需额外部件（5）超长的信号传输距离（6）超低能耗（7）4 引脚安装（8）完全互换 应用领域有：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、气象站、家电、湿度调节器、医疗、除湿器等。温湿度传感器模块DHT11实物图为图2-4：-WORD

17、 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-图2-4 DHT11模块实物图 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。图2-5为DHT11接口说明：图2-5 DHT11接口说明图 表2为DHT11测量信息：表2 DHT11测量信息 型号 测量范围 测湿精度 测温精度 分辨力 封装 DHT11 2090RH 050 5RH 2 1 4 针单排直插 测量分辨率分别为 8bit（温度）、8bit（湿度）。2.3.2 DHT11 传感特性说明 DHT11 传感特性以

18、表 3 所示：表 3 DHT11 传感特性说明-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-参数 条件 Min Typ Max 单位 湿度 分辨率 1 1 1%RH 8 Bit 重复性 1%RH 精度 25 4%RH 050 5%RH 互换性 可完全互换 量程范围 0 30 90%RH 25 20 90%RH 50 20 80%RH 响应时间 1/e(63%)25，1m/s 空气 6 10 15 S 迟滞 1%RH 长期稳定性 典型值 1%RH/yr 温度 分辨率 1 1 1 8 8 8 Bit 重复性 1 精度 1 2 量程范围 0 50 响应时间 1/e(63%)6 30 S-W

19、ORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-2.3.3 DHT11 封装信息 DHT11 封装信息以图 2-6 所示：图 2-6 DHT11 封装信息图 下表为DHT11引脚说明：表4 DHT11引脚说明 Pin 名称 注释 1 VDD 供电 35.5VDC 2 DATA 串行数据，单总线 3 NC 空脚，请悬空 4 GND 接地，电源负极 2.3.4 串行接口(单线双向)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

20、40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和 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+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。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,DHT

21、11不会主动进行温湿度采集；采集数据后转换到低速模式。通讯过程如图2-7所示：图2-7 DHT11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。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50

22、us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信号表示方法如图2-8所示：-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-图2-8 数字0信号表示图 数字1信号表示方法如图2-9所示：图2-9 数字1信号表示图 -WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-第 3 章 设计实现 3.1 设计框图及流程 系统总体结构设计框图如 3-1 所示。主要包含了电源模块、温度传感器模块、湿度传感

23、器模块、单片机最小系统和液晶显示模块。图 3-1 系统总体设计 图 3-2 为 LCD 初始化显示流程图：图 3-2 LCD 初始化流程图 3.2 设计结果及分析 通过程序的编译、烧写，最后在 1602 液晶显示屏上显示出了实时的温度和湿度，如图 3-3所示：LCD 初始化 延时 调用 DHT11 模块 调用 LCD 模块 电源模块 LCD 显示电路 AT89S52单片机 温度传感器 湿度传感器-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-图 3-3 温湿度显示结果图 从整个实现过程来看，首先是温湿度模块通过对环境的温湿度感应，将相应数据通过 DATA 端口传输到单片机；其次，加入电

24、源后，由 52 芯片将接受的数据进行处理；最后，通过下载程序使1602 上显示出实时的温湿度。另外，只要将单片机通电后，随时改变温湿度模块周围的温度和湿度情况，在 1602 液晶显示屏上便会出现相应的改变；例如，向温湿度模块呵一口气，液晶显示屏上的数据便会向上有着一定的波动。这便是整个设计过程的相应情况。-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-第 4 章 设计总结 课程设计是培养学生综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可

25、以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多。在接近一个月的日子里，可以说是苦多于甜，虽然如此，却学到很多很多的的东西，同时还巩固了以前所学过的知识，并学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正让自己有所了解，有所体会，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。当然，在设计的过程中遇到了很多问题，但是通过这些问题，我又能发现自己的不足之处。虽然问题重重，但在老师和同学的帮助下，问题都

26、得以解决，所以，非常感谢帮助过我的老师和同学。总之，通过这次课程设计，我知道了很多，了解了很多，学到了很多。-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-参考文献 1肖婧.单片机系统设计与仿真-基于 Proteus.北京航空航天大学出版社，2010：104-107 2薛小玲，刘志群等.单片机接口模块应用与开发实例详解.北京航空航天大学出版社，2010：343-363 3张萌，和湘等.单片机应用系统开发综合实力.清华大学出版社.2007:120-129 4何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天出版社,1990:89-97 5史军勇,冀炯灶.基于 AT89C51 的温湿度控制仪.哈尔滨

27、工业大学出版社,2004:27-52 -WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-附录 源程序：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int char read_data();void clock(void);void init_lcd(void);void wr_lcd(uchar dat_cmd,uchar content);void lcd_play(uchar x,uchar y,uchar k,uchar*ch);sbit wr=P36;sbit rd=P37;sbit rs=P2

28、0;sbit rw=P21;sbit en=P27;sbit DHT=P35;uchar shiZ,shiX,wenZ,wenX,check;uchar tr_shiZ,tr_shiX,tr_wenZ,tr_wenX;uchar flag;uchar a=wendu:;uchar b=shidu:;void delay(uint z)-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=800;y0;y-);void delay1(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=8;y0;y-);void wr

29、_cmd(uchar cmd)wr=0;rd=0;rs=0;rw=0;P0=cmd;delay(5);en=1;delay(5);en=0;void wr_dat(uchar dat)wr=0;rd=0;rs=1;rw=0;P0=dat;delay(5);en=1;delay(5);en=0;void lcd_init()-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-wr_cmd(0 x38);wr_cmd(0 x0c);wr_cmd(0 x06);wr_cmd(0 x01);char read_data()uchar i,num,temp;num=0;for(i=0;i8;i+)f

30、lag=2;while(!DHT)&flag+);/等待 50 毫秒低电平 delay1(4);/延时判断 0 还是 1 if(DHT=1)temp=1;flag=2;while(DHT&flag+);else temp=0;num=1;num|=temp;return(num);void read_init()DHT=0;/主机使 DHT11 低电平并延时至少 18ms delay(20);DHT=1;/主机置 DHT11 高电平 2040us,并等待从机相应 delay1(4);DHT=1;if(!DHT)/从机发出响应信号 flag=2;while(!DHT)&flag+);/等待从机发

31、高电平结束-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-flag=2;while(DHT&flag+);/开始采集数据 tr_shiZ=read_data();/采集湿度 tr_shiX=read_data();/采集湿度 tr_wenZ=read_data();/采集温度 tr_wenX=read_data();/采集温度 check =read_data();/采集校验位 DHT=0;delay(1);/采集完数据后 void writed(uchar add,uchar date)/在固定位置写数字 uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;wr_

32、cmd(add-1);wr_dat(0+shi);/0 和 0 x30 都是转换数据格式的 wr_cmd(add);wr_dat(0 x30+ge);void display()uchar i;wr_cmd(0 x80);/第 1 行地址 for(i=0;i6;i+)wr_dat(ai);wr_cmd(0 xc0);/第 2 行地址 for(i=0;i6;i+)wr_dat(bi);void main()-WORD 格式-可编辑-专业资料-完整版学习资料分享-uchar temp;lcd_init();while(1)read_init();display();temp=tr_shiZ+tr_shiX+tr_wenZ+tr_wenX;if(check=temp)shiZ=tr_shiZ;wenZ=tr_wenZ;writed(0 x87,wenZ);wr_cmd(0 x88);wr_dat(0 xdf);wr_dat(0 x43);writed(0 xc7,shiZ);P1=tr_shiZ;