手持便携式温湿度检测仪设计

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 47 页手持便携式温湿度检测仪设计摘要：此毕业设计采用 MSC-51 系列单片机中的 AT89S52 和 DHT11，是一个低成本、高性能、便携的温湿度检测仪。单片机 AT89S52 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，具有品质卓越、湿精度高、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两个方面。硬件电路主要由单片机 AT89S52，温湿度传感器 DHT11，字符型液晶模块LCD1602，发光二极管蜂鸣和 2*4 按钮组 5 部分组成。其中由温湿度传感器DHT11 获取外界温湿度值传回单片机分析并传入 LCD1602 显示，依靠 2*4 按钮组可转换测温湿度模式并可在自定义模式里根据用户需要实时输入温湿度报警值，当实际测量数值不符合用户设定值时，发出警报信号(蜂鸣器间歇性鸣叫，红色发光二极管常亮)，方便用户做出相应处理。软件设计包括了显示子程序，控制子程序，报警子程序，测温子程序以及主程序。关键词：AT89S52，DHT11，LCD1602中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 2 页 共 47 页The design of hand-held portable temperature and humidity detectorAbstract：The graduation design uses single-chip microcomputer AT89S52 and DHT11, two types of MSC-51 series. It is a low-cost, high-performance, portable detector of temperature and humidity. Single-chip microcomputer AT89S52 is a low-cost, high-performance CMOS8 microcontroller. Because of its powerful function and low price, it is used in many fields. DHT11 temperature and humidity sensor is a compound temperature and humidity sensor which has calibration of digital output. It has a lot of advantages such as excellent quality, high precision, super fast response, strong anti-jamming capability, high cost performance. The design mainly includes the design of the hardware circuit and system software.Hardware circuit is mainly composed of single chip microcomputer AT89 s52, temperature and humidity sensor DHT11, LCD1602 character type LCD module, light-emitting diodes, buzzer and 2 * 4 button group. In the hardware circuit, temperature and humidity sensor DHT11 gets temperature and humidity value from outside to single chip microcomputer to analysis and then deliver into LCD1602 to display. The 2 * 4 button group can transform the mode of temperature and humidity and can input the real alarm value of temperature and humidity in custom mode according to the user needs. When the actual measurement value is not in conformity with the value the user set, it will send out alarm signal (buzzer sounds intermittently and red led is always shining), which is convenient for the user to make corresponding processing.Software design includes a display subroutine, control subroutine, alarm subroutine, temperature measurement procedure and the main program.Key words: AT89S52,DHT11,LCD1602中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 3 页 共 47 页目 录1 引言 11.1 本文研究的背景及意义 11.2 所研究的主要内容 12 设计任务分析及方案论证 22.1 设计过程及其工艺要求设计 22.2 设计总体方案及其论证 22.2.1 温湿度监控 22.2.2 显示 22.2.3 系统控制 22.3 传感器选定 32.3.1 温湿度传感器 32.3.2 串行接口（单线双向） 52.3.3 性能说明 62.3.4 引脚说明 72.3.5 应用信息 72.4 单片机 AT89S52 72.4.1 单片机 AT89S52 介绍 72.4.2 单片机最小系统 72.4.3 主要性能特点及优越性 82.5 中断系统 92.5.1 中断 92.5.2 产生中断 92.5.3 中断系统有以下 4 个特殊功能寄存器 92.6 复位电路 92.7 时钟电路 102.8 LCD1602 显示 11中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 4 页 共 47 页2.8.1 LCD1602 112.8.2 LCD1602 主要参数 122.8.3 引脚功能说明 122.8.4 LCD1602 的 RAM 地址映射 132.8.5 指令说明 132.8.6 显示设置 183 硬件设计 203.1 主控制电路 223.2 主要电路模块 22 3.2.1 传感器电路 22 3.2.2 复位电路 23 3.2.3 晶振电路 23 3.2.4 报警电路 24 3.2.5 显示电路 25 3.2.6 按键电路 27 3.3 硬件实时控制 27 3.3.1 模式转换 27 3.3.2 用户自定义模式设置 28 4 软件设计 304.1 系统流程图 30 4.2 模式切换控制流程图 31 5 总结 32 附录子程序与管脚说明 33参考文献40致谢 42中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 5 页 共 47 页1 引言11 本文研究的背景及意义温湿度与人类的生产生活有着密切的联系，已在农业研究、食品、医药、化工、气象、环保、电子、实验室等多项领域得到了广泛的使用。随着工业控制自动化进程的加快，它的使用越来越普遍，并且在不断的延伸。特别对于工业来说，温湿度已经成为一个不可或缺的指标，依据温湿度重要性所记录的变化数值随时反应存储、生产、运输等过程的温度变化，并通过专业分析软件分析这些数据做出一些必要的判断。在人们的生活中，随着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、湿度的检测就非常有必要了。温度和湿度已不再是相互独立的量，而应在系统集成中综合考虑。对其进行适时准确的测量具有重要意义。12 所研究的主要内容由于是手持便携式温湿度检测仪，所以手持与便携就显得很重要，于是利用单片机对温、湿度控制,具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低,简单灵活等优点,很好的满足了工艺要求 1。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设计适宜的温度与湿度 2。设定适宜的温度与湿度，向处理器单片机输送监控信号，如果超出预定值范围，将会报警，即蜂鸣器警报，从而进行监管。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 6 页 共 47 页2 设计任务分析及方案论证本章介绍了本次设计的主要任务，并对主要实现功能予以分析，并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自选一款单片机和传感器，设计一个检测系统实现对环境温湿度参数的实时采集；手持设备体积小，电池供电；温湿度的实时显示功能；可以设置温湿度的限值，并且超限值报警功能，现场监测设备应具有较高稳定性并具有存储、通信功能。温湿度的技术指标:测温范围:-20-100；测温精度: 0.5；测湿范围:0-100%RH；测湿精度: 2.5%RH。 22 设计总体方案及其论证本设计要实现的功能是：LCD 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。 （还有扩充，如果做成功了往上写）2.2.1 温湿度监控通过传感器 DHT11 对温度和湿度进行测量并显示在 LCD1602 显示器上。2.2.2 显示通过 LCD1602 连接在单片机上，进行显示，方便用户读取，知道温湿度数据。2.2.3 系统控制本系统控制主要分为三个部分，传感器温湿度采集、液晶屏数据显示以及单片机的警报检测控制。其中传感器温湿度采集部分使用的是 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。液晶屏数据显示部分是 LCD1602 点阵液晶显示，工业字符型液晶。它是一种中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 7 页 共 47 页专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块，可满足日常需要。单片机的警报检测控制部分使用的是 AT89S52 单片机，其完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。系统结构图如下图 2.2.1 所示：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部分，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。图 2.1 系统结构图2.3 传感器的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DHT11 数字传感器检测信息AT89S52信息处理与记录按钮开关进行控制，模式转换LCD1602 液晶显示器显示数据蜂鸣器进行警报与必要的状态提示便携 5V 电源提供电力支持外接 PC 终端对数据进行统计分析总结中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 8 页 共 47 页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。2.3.1 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和卓越的长期稳定性 3。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存在 OTP 内存中，传感器内部在检测型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，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为 4 针单排引脚封装，连接方便。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：2095RH，湿度测量误差：5RH；温度测量范围：050 ， 温度测量误差：2。工作电压 3055 V，响应时间4) /上线锁定num=1;while(!pup); /等待按键释放if(!pdown) /如果设定减小delay(10); /延时去抖动num-; /设定减小if(num1) /下线锁定num=4; while(!pdown); /等待按键释放 /*函数功能：DHT11 读取程序*/void RH(void)uchar i,temp;DHT=0; /主机拉低 18msDelay_t(180); DHT=1; /总线由上拉电阻拉高 主机延时 20us Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 43 页 共 47 页DHT=1; /主机设为输入 判断从机响应信号 if(!DHT) /判断从机是否有低电平响应信号 FLAG=2;/判断从机是否发出 80us 的低电平响应信号是否结束 while(!DHT)FLAG=2;/判断从机是否发出 80us 的高电平，如发出则进入数据接收状态while(DHT) /数据接收状态for(i=0;i5;i+)DATARHTi=COM(); DHT=1;temp=(DATARHT0+DATARHT1+DATARHT2+DATARHT3);/数据校验 if(temp=DATARHT4) RTflag=1; if(RTflag=1) RTflag=0;tm0=DATARHT0/10;/湿度十位tm1=DATARHT0%10;/湿度个位tm2=DATARHT1/10;/湿度小数位tm3=DATARHT2/10;/温度十位tm4=DATARHT2%10;/温度个位tm5=DATARHT3/10;/温度小数位中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 44 页 共 47 页参 考 文 献1 何立民.单片机高级教程 第 1 版北京：北京航空航天大学出版社，20012 李广第.单片机基础 第 1 版北京：北京航空航天大学出版社，19993 何立民.从 Cygnal 80C51F 看 8 位单片机发展之路 单片机与嵌入式系统应用，2002，5：584 赵晓安. 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