基于单片机的温湿度测量仪设计

单片机课程设计报告题目：基于单片机的温湿度仪表设计班级：智能科学与技术1201班学生姓名：曹文波学号：120407130指导教师：朱建光成绩：沈阳工业大学单片机课程设计报告-1-摘要温度和湿度是两个最基本的环境参数，人们生活与温湿度息息相关。在日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域，经常需要对环境温度和湿度进行测量和控制。准确测量温湿度在生物制药食品加工、造纸等行业更是至关重要。因此，研究温湿度的测量方法和装置具有重要的意义。随着科技的不断发展，单片机技术已经普及到我们的工作、生活、科研等各个领域。已经成为一种比较成熟的技术。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便等优点，目前已经渗透到我们工作和生活的方方面面。本设计STC89C52为主要控制器件，以DHT11为数字温度传感器的新型数字温湿度计。本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。单片机课程设计报告-2-目录第一章目标及主要任务··················3第二章硬件设计·····················32.1系统设计方案·······················32.2STC89C52介绍······················42.3DHT11数字传感器介绍··················52.4电路设计························7第三章软件设计·····················113.1系统软件主程序流程···················113.2DHT11数据采集流程····················13第四章结论与调试····················13附录（程序清单）····················14参考文献························22单片机课程设计报告-3-第一章目标及主要任务在本次课程设计中，为实现对温湿度的检测与显示，主要利用以STC89C52为核心构架硬件电路，DHT11温湿度传感器采集环境温度及湿度信息(温度检测范围：0℃至+50℃。测量精度：2℃.；湿度检测范围：20%-90%RH检测精度：5%RH)，数码管直接显示温度和湿度(显示方式：温度：两位显示；湿度：两位显示)；同时利用C语言编程实现温湿度信息的显示功能。扩展功能：可设置温湿度报警值，温湿度超过设置的响应报警值，会发出报警信号。第二章硬件设计2.1系统设计方案本方案使用STC89C52作为控制核心，一直能温湿度传感器DHT11作为温湿度测量元件，显示电路采用4位数码管显示，采用单片机最小系统。系统硬件电路设计框图如下图2-1。图2-1系统硬件电路设计框图DHT11温湿度传感器数据采集STC89C52单片机时钟复位电路按键电路数码管显示电路单片机课程设计报告-4-2.2STC89C52介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案图2-2STC89C52引脚图标准功能：具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗电路，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52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。最高运作频率35MHz。器件参数：1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.[2]2.工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）单片机课程设计报告-5-3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T210.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒11.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART12.工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）13.PDIP封装2.3DHT11数字传感器介绍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。单片机课程设计报告-6-1.引脚说明DHT11有四个引脚，3号引脚一般悬空，如图2-3所示。DHT11的供电电压为3—5.5V。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米时根图2-3DHT11典型电路据实际情况使用合适的上拉电阻。2.技术参数供电电压：3.3~5.5VDC输出：单总线数字信号测量范围：湿度20-90%RH，温度0~50℃测量精度：湿度+-5%RH，温度+-2℃分辨率：湿度1%RH，温度1℃互换性：可完全互换，长期稳定性：±1%RH/年3.串行接口(单线双向)DATA引脚用于微处理器与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+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和单片机课程设计报告-7-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,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。1.通讯过程如图1所示图2-4通信过程如图2-5，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2-5主机唤醒从机响应过程总线为低电平,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单片机课程设计报告-8-没有响应,应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4所示图2-6数字0信号数字1信号表示方法.如图5所示图2-6数字1信号2.4电路设计1.单片机系统电路单片机课程设计报告-9-图2-7单片机系统2.数码管电路注：数码管前两位显示湿度，后两位显示温度图2-8数码管电路3.报警灯电路单片机课程设计报告-10-注：D27为湿度超（上限）报警信号灯D26为温度度超（上限）报警信号灯图2-9LED报警电路4.按键电路按键1为加按键2为减按键6为设置图2-10按键电路5.总体电路图图2-11总体电路图单片机课程设计报告-11-第三章系统软件设计系统程序主要包括主程序、DHT11控制模块程序、延时子程序、中断服务子程序，整体程序见附录。3.1系统软件主程序流程程序开始后，先对单片机进行初始化（开中断），通过延时一秒等待DHT11温湿度传感器启动。主程序分为三个不同的模式，通过中断次数进行选择。模式一：温湿度测量模式DHT11温湿度传感器启动后，对其进行数据初始化后，进行温湿度信息的采集、转化、处理，最后通过数码管读出，并判断温湿度是否超过报警值以产生报警信号。DHT11温湿度传感器经过一次数据采集和处理后，需返回次延时程序处理来重新初始化DHT11后采集温湿度数据。模式二：湿度报警值设定模式扫描按键1和按键2，若按键按下对湿度相应的加1减一，并通过数码管显示。模式二：温度报警值设定模式扫描按键1和按键2，若按键按下对温度相应的加1减一，并通过数码管显示。程序流程图如下：单片机课程设计报告-12-=0=1=2图3-1程序流程图开始单片机初始化延时1秒DHT11初始化While（1）m=?显示温湿度并报警读取温湿度值扫描按键湿度加1或减1湿度闪烁扫描按键湿度加1或减1湿度闪烁中断服务m=m+1m=3？中断返回Nm=m+1Y单片机课程设计报告-13-3.2DHT11数据采集流程DHT11温湿度传感器有严格的思绪要求，程序一定要遵循其与主机通信的步骤。其温湿度数据采集流程图如下：图3-2DHT数据采集流程图第四章调试与结论作品实现了课设的所有要求，并添加了扩展功能——温湿度报警。硬件上选择DHT11作为温湿度传感器，使电路简单，容易读数，简化了设计。软件上，在DHT11与主机通信上遇到困难，查了很多资料。键盘和数码管闪烁上也经过了多次调试才取得成功。主机发出开始信号主机设置为输入模式等待80us高电平结束接收数据DHT11是否响应拉低总线，延时50us释放总线YN跳出单片机课程设计报告-14-附录程序清单：#includereg51.h#includeintrins.h//typedefunsignedcharU8;/*definedforunsigned8-bitsintegervariable无符号8位整型变量*/typedefsignedcharS8;/*definedforsigned8-bitsintegervariable有符号8位整型变量*/typedefunsignedintU16;/*definedforunsigned16-bitsintegervariable无符号16位整型变量*/typedefsignedintS