毕业论文-基于51单片机的温湿度检测控制系统

摘要本次设计是采用MSC51系列单片机中的AT89S51和DHT11构成的低成本的温湿度的检测控制系统。单片机AT89S51是一款低消耗、高性能的CMOS8位单片机，由于它强大的功能和低价位，因此在很多领域都是用它。DHT11温湿度传感器是一款含有已校准数字输出的温湿度复合传感器，传感器包括一个电阻式感湿原件和一个NTC测温元件，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。设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括单片机、温湿度传感器、显示模块、报警器以及控制设备等5部分。其中由DHT11温湿度传感器及1602字符型液晶模块构成系统显示模块；测温湿度控制电路由温湿度传感器和预设温度值比较报警电路组成；用户根据需要预先输入预设值，当实际测量的温湿度不符合预设的温湿度标准时，发出报警信号（蜂鸣器蜂鸣），启动相应控制。软件部分包括了主程序、显示子程序、测温湿度子程序。关键词AT89S51；DHT11；温湿度传感器ABSTRACTMICROCONTROLLERAT89S51ISALOWCONSUMPTION,HIGHPERFORMANCECMOS8BITMICROCONTROLLERBECAUSEOFITSPOWERFULFEATURESANDLOWPRICE,SOITISUSEDINMANYAREASDHT11TEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORISATEMPERATUREANDHUMIDITYCOMBINEDSENSORCONTAINSACALIBRATEDDIGITALOUTPUT,THESENSORCONSISTSOFARESISTORINTHEORIGINALSENSEOFWETANDANTCTEMPERATUREMEASUREMENTDEVICESTHEPRODUCTHASMANYADVANTAGE,SUCHASEXCELLENTQUALITY,FASTRESPONSE,STRONGANTIJAMMINGCAPABILITYTHISDESIGNISFROMEDBYTHEAT89S51INMSC51SERIESANDDHT11CONSTITUTEWHICHISALOWCOSTTEMPERATUREANDHUMIDITYMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMTHEDESIGNINCLUDESTHEDESIGNOFHARDWARECIRCUITDESIGNANDSYSTEMSOFTWARETHEHARDWAREHASFIVEMODULESTHEYAREAMICROCONTROLLER,TEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORS,DISPLAYMODULE,ALARMANDCONTROLEQUIPMENTTHE1602CHARACTERLCDMODULECONSTITUTETHESYSTEMDISPLAYMODULETHETEMPERATUREANDHUMIDITYCONTROLCIRCUITBYTHETEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORSANDPRESETTEMPERATUREALARMCIRCUITACCORDINGTOTHENEEDOFPREENTERTHEDEFAULTVALUE,WHENTHEACTUALMEASUREMENTOFTHETEMPERATUREHUMIDITYDOESNOTCONFORMTHEPRESETTEMPERATUREANDHUMIDITYSTANDARDS,SENDTHEALARMSIGNALBUZZERWILLBEEP,ANDSTARTTHECORRESPONDINGCONTROLTHESOFTWAREPARTINCLUDESTHEMAINPROGRAM,THEDISPLAYROUTINES,TEMPERATUREANDHUMIDITYSUBROUTINEKEYWORDSTEMPERATUREANDHUMIDITYMEASUREMENT；TEMPERATUREANDHUMIDITYCONTROL；AT89S51；DHT11目录前言111本文研究的背景及意义112研究现状113本文研究的主要内容1第2章设计任务分析及方案论证421设计过程及其工艺要求设计422设计总体方案及其论证423器件选定524AT89S51单片机1125中断系统1526复位电路1627时钟电路1728显示部分1829本章小结26第3章硬件设计2731主控制电路和测温时控制电路2732主要模块的电路2833硬件实施控制3334设备运行3535控制设备3636本章小结38第4章软件设计3941系统流程图3942按键流程图4143PROTUES运行结果4244本章小结43结论44参考文献45附录47前言11本文研究的背景及意义粮库已经被广泛的运用，是存储粮食的一个重要方式。是粮食仓库的简称，是粮食仓储企业习惯称谓，属于全民所有制企业，是我国粮食企业的一个重要组成部分，由粮食部门统一管理，担负着国家粮食储备、地方粮食储备、粮食流通的主渠道作用，其主要任务是完成粮食的接受、保管和调运输送等粮食流通诸环节。在不同季节内，尤其是不利于存储食物的季节内进行的一种保护措施。因此研究温湿度的控制非常有必要，它可以进一步优化储存控制方式，提升水平。12研究现状我国地大物博，各地的自然环境条件不同，所以在不利于存储粮食的自然环境中，具有可调节温湿度的可控粮库更能够创造适宜存储的条件，中国各地经济水平和发达水平有比较大的差异，所以研制出又具有实用价值并且采用最低的成本达到最好的效果是非常有必要的，既节约了人力亲自检查，又节约制造成本，不会对贫困地区造成经济负担，又避免了能源和经济浪费1。本系统所要完成的任务是人性化的设计。界限温度值及湿度值能够由用户根据不同被储存的粮食的存储需求输入并通过显示器显示，能够实时、准确的显示采样温度值与湿度值。通过采集温度及湿度值，准确的判断标准值与当前值之间的差异，看是否符合标准值，及时的启动报警装置（包括警报灯的提示功能以及蜂鸣等）进行报警，并采取相应控制温湿度的方案。13本文研究的主要内容一、首先我们必须了解温湿度控制对储存粮食的重要性，其次我们才能够对此作出更好的判断，以求更好的解决用户所需要的问题。二、温湿度的监测和控制是我们研究的主要内容。数字化温湿度检测的方法为一旦环境中的温湿度发生变化时，湿度传温度感器和湿度传感器随着温湿度的变化而变化，然后将变化的电阻通过转换电路和转换信号检测为与之对应变化的电压，然后把模拟电压信号由A/D转换器转换为数字信号并送入到单片机中，对采集到的信号单片机进行滤波处理并通过查表得到实际测量的湿度值，之后通过单片机的各外部接口电路显示该温湿度值。三、该系统通过按钮设定最适宜的温度和湿度，传感器向中央控制系统输送监控信号，超过预设值的话，蜂鸣器就会报警提醒，控制温、湿度的设备即可作出调整，回到正常范围内，系统正常运行。四、根据各种不同粮食的适宜温度进行温室温度调节，若低于下限温度则采取升温措施，通常采取电热增温和火力增温等，电热增温比较方便。若高于上限温度则采取降温措施，通常通过水管降温和风扇降温，风扇降温比较方便；为满足粮库不同种类粮食对湿度的要求，可以在地上、台阶、盆壁洒水，还可以在空中悬挂湿布，以增加水分的蒸发，最好的办法是设置自动喷雾装置，自动调节湿度。如果湿度过大，容易导致植被过于潮湿，发生腐烂，可采用烘干技术，加快水分流失，保持被存储粮食的干燥。为满足对于不同粮食的储存方式和需求，我们可以随时对温、湿度进行调节，对于不利情况能够及时的作出显示，并能够采取相应的措施提醒用户进行调整，以达到最适宜的温湿度。第2章设计任务分析及方案论证本章详细介绍了本次设计的主要任务，以及对于所要实现的内容加以分析，同时详细的介绍了主要元器件的选择，以及各自的特性。21设计过程及其工艺要求设计一个以单片机为核心的温湿度控制系统，需要实现的功能为能够准确的显示当前的温度以及湿度。温度检测的范围060，测温精度2；湿度检测范围20100RH，测湿精度5RH。能够自主调节当前需要温度以及湿度的预设温湿度值，在系统上面有调节按钮，可随时根据需要增加或者减少预设值。一旦发现超过了预设值，蜂鸣器蜂鸣报警，控制设备立即启动，立即调控温湿度。报警方式为三极管驱动的蜂鸣音报警。系统的显示方式均为四位显示，采用LCD显示。22设计总体方案及其论证221设计总体方案及其论证本设计要实现的功能是实时显示当前环境的温湿度，并且允许用户设定温湿度标准值，当环境温湿度超过或低于标准值时，系统会以蜂鸣器鸣响的方式进行报警提示，并且控制设备自启动，待达到标准值时，蜂鸣器停止鸣响，控制设备停止运行，系统正常工作，工作指示灯亮。（1）温度监控对温室温度进行测量和控制并反映在显示器上。（2）湿度监控对温室湿度进行测量和控制反映在显示器上。（3）显示LCD就地显示此时此刻温湿度值，摆放在生产现场用于显示当前的温湿度。依据功能设定，本系统主要分为以下三个模块（1）温湿度采集模块（2）数据处理模块（3）用户交互模块其中温湿度采集模块使用的是DHT11数字温湿度传感器，它使用单总线方式，接口简单，而且无需另外校准。分辨率为8BIT，完全能够满足日常环境温湿度的检测要求。数据处理模块使用的是AT89S51单片机，其完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。用户交互模块主要由按键、1602点阵液晶、蜂鸣器和控制器构成。其中按键用于用户设定温湿度准确值，1602用于数据显示，蜂鸣器用于提示用户，控制器用于调节控制不符合要求的温、湿度。按照系统的设计功能所要求的，温湿度监控系统原理图如下图221所示图221温湿度监控系统原理图单片机作为主控制器，主要负责处理由温湿度传感器送来数据，并把处理好的数据送向显示器模块，数据温湿度传感器主要用来采集周围的环境参数，并把所采集到得数据送向单片机，按键电路主要是用来完成单片机的复位操作和温湿度初始值的设定。蜂鸣器电路就是用三极管来实现的，用来判断周围的温度或者湿度是否超出设定数值，控制设备等候指令，当蜂鸣器响起，温、湿度不在标准范围内，控制设备自行启动，直到温、湿度正常，显示电路主要用来显示当前的温湿度10。23器件选定将单片机用作测控系统时，总要有被测信号输入通道，由计算机拾取必要的温湿度传感器单片机LCD温、湿度显示蜂鸣器键盘控制装置（制冷、加热、加湿、除湿）输入信息。对于测量系统而言，其核心任务是怎么样获得准确的被测信号；而对测控系统来说，不可缺少的环节是对条件的监测和对被控对象状态的测试，传感器是实现测量与控制的第一环节，是测控系统的关键部分，一切准确的测量和控制都将在传感器对于原始信号的准确可靠的转换和捕捉，工业生产过程的自动化测量和控制，基本主要依赖各种传感器来控制和检测生产过程中的各种量，使系统和设备在最佳状态正常运行，从而保证生产的高质量和高效率6。231测量部分温湿度传感器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，它应用专用的温湿度传感和数字模块采集技术，具有很高的稳定性和可靠性，DHT11传感器内含一个NTC测温和一个电阻式感湿元件，并与一个8位的高性能单片机相连接，在精确的湿度校验室中DHT11传感器进行过校准，以程序的形式校准系数储存在0TP内存中，检测信号的时候，在处理过程中传感器内部要调用这些校准系数，采用单线制的串行接口13，使系统集成可以有较低的功耗，而且更加简单快速，信号传输距离超过20米，作为一个数字温湿度传感器DHT11具有响应快速、抗干扰强、性价比高等优点，它的性能指标如下湿度测量范围为2090RH；湿度测量精度为5RH；温度测量范围为050，温度测量精度为2，工作电压3055V，相应时间INCLUDE“KEY_CONTRLH“INCLUDE“LCD1602H“DEFINELCM_DATAP1DEFINEBUSY0X80/用于检测LCM状态字中的BUSY标识EXTERNINTTEMP_VALUE,HUMI_VALUEEXTERNINTFLAGEXTERNINTTEMPSBITREDP26SBITBLUEP27SBITLCM_RWP24/定义引脚SBITLCM_RSP25SBITLCM_EP23SBITBEEPP06/BEEP0时候发声EXTERNINTTEMPH,TEMPL,DISP_MODE,HUIH,HUILEXTERNCHARTEL,TEH,HH,HL/写数据VOIDALARMBEEP0DELAY5MSDELAY5MSBEEP1DELAY5MSDELAY5MSVOIDWRITEDATALCMUNSIGNEDCHARWDLCMREADSTATUSLCM/检测忙LCM_DATAWDLCMLCM_RS1LCM_RW0LCM_E0/若晶振速度太高可以在这后加小的延时LCM_E0/延时LCM_E1/写指令VOIDWRITECOMMANDLCMUNSIGNEDCHARWCLCM,BUYSC/BUYSC为0时忽略忙检测IFBUYSCREADSTATUSLCM/根据需要检测忙LCM_DATAWCLCMLCM_RS0LCM_RW0LCM_E0LCM_E0LCM_E1/读数据UNSIGNEDCHARREADDATALCMVOIDLCM_RS1LCM_RW1LCM_E0LCM_E0LCM_E1RETURNLCM_DATA/读状态UNSIGNEDCHARREADSTATUSLCMVOIDLCM_DATA0XFFLCM_RS0LCM_RW1LCM_E0LCM_E0LCM_E1WHILELCM_DATA/检测忙信号RETURNLCM_DATAVOIDLCMINITVOID/LCM初始化LCM_DATA0WRITECOMMANDLCM0X38,0/三次显示模式设置，不检测忙信号DELAY5MSWRITECOMMANDLCM0X38,0DELAY5MSWRITECOMMANDLCM0X38,0DELAY5MSWRITECOMMANDLCM0X38,1/显示模式设置,开始要求每次检测忙信号WRITECOMMANDLCM0X08,1/关闭显示WRITECOMMANDLCM0X01,1/显示清屏WRITECOMMANDLCM0X06,1/显示光标移动设置WRITECOMMANDLCM0X0C,1/显示开及光标设置/按指定位置显示一个字符VOIDDISPLAYONECHARUNSIGNEDCHARX,UNSIGNEDCHARY,UNSIGNEDCHARDDATAYX/限制X不能大于15，Y不能大于1IFYX|0X40/当要显示第二行时地址码0X40X|0X80/算出指令码WRITECOMMANDLCMX,0/这里不检测忙信号，发送地址码WRITEDATALCMDDATA/按指定位置显示一串字符VOIDDISPLAYLISTCHARUNSIGNEDCHARX,UNSIGNEDCHARY,UNSIGNEDCHARCODEDDATAUNSIGNEDCHARLISTLENGTHLISTLENGTH0YX/限制X不能大于15，Y不能大于1WHILEDDATALISTLENGTH0X20/若到达字串尾则退出IFXTEMPH|HUMI_VALUE/10100HUIHBEEP0BLUE0/温度高于或等于上限值，报警ELSEBEEP1RED1BLUE1/IFHUMI_VALUE/10100HUIHBEEP0/温度高于或等于上限值，报警/ELSEBEEP1LED1IFDISP_MODEDISPLAYFUN1/显示正常ELSEDISPLAYFUN2/设置界面INCLUDE“DHT11H“INCLUDE/请根据自己的DHT11接的IO口来改动位定义SBITDHT11P30/防止在与硬件通信时发生死循环的计数范围DEFINENUMBER20DEFINESIZE5STATICUNSIGNEDCHARSTATUS/存放五字节数据的数组STATICUNSIGNEDCHARVALUE_ARRAYSIZE/可在其他的文件引用温湿度值,实际是温度的整数的10倍如DHT11读回的温度是26,则TEMP_VALUE260,湿度同理/INTTEMP_VALUE,HUMI_VALUESTATICUNSIGNEDCHARREADVALUEVOIDVOIDDELAY_1MSUNSIGNEDINTMSUNSIGNEDINTX,YFORXMSX0XFORY124Y0YSTATICVOIDDHT11_DELAY_10USVOIDUNSIGNEDCHARIIIIIII/读一个字节的数据/STATICUNSIGNEDCHARDHT11_READVALUEVOIDUNSIGNEDCHARCOUNT,VALUE0,ISTATUSOK/设定标志为正常状态FORI8I0I/高位在先VALUENUMBERSTATUSERROR/设定错误标志RETURN0/函数执行过程发生错误就退出函数/2628US的高电平表示该位是0,为70US高电平表该位1DHT11_DELAY_10USDHT11_DELAY_10USDHT11_DELAY_10US/延时30US后检测数据线是否还是高电平IFDHT110/进入这里表示该位是1VALUE/等待剩余约40US的高电平结束WHILEDHT110/设定错误标志RETURN0RETURNVALUE/读温度和湿度函数，读一次的数据,共五字节，读出成功函数返回OK,错误返回ERRORUNSIGNEDCHARDHT11_READTEMPANDHUMIVOIDUNSIGNEDCHARI0,CHECK_VALUE0,COUNT0EA0DHT110/拉低数据线大于18MS发送开始信号DELAY_1MS20/需大于18毫秒DHT111/释放数据线,用于检测低电平的应答信号/延时2040US,等待一段时间后检测应答信号,应