基于单片机温湿度控制系统的设计论文

摘 要本设计为基于单片机的温湿度检测控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器 DHT11 实现对温度、湿度的检测以及相应的控制。将温湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号，再运用单片机 STC89C52进行数据分析和处理，为显示提供信号，显示部分采用字符型 LCD1602 液晶显示器。控制部分采用 LED 灯的亮灭模拟控制。本系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。本系统中所设计的所使用的 DHT11 温度湿度传感器测量精度为：温度检测范围 ：050 湿度检测范围 ：20 90%RH 整个系统输入电压为+5V 电，系统通过 DHT11 采集温度湿度数据，传输给单片机控制系统最终可以实现单片机对温度湿度的控制。整个系统主要由数据采集（DHT11）单片机最小系统(STC89C52、时钟电路、复位电路)、显示电路(LCD1602)、LED 发光管和按键控制电路组成。通过按键设置预置温度湿度上下限后，温度湿度数据进入单片机分成两路：一路送给显示电路显示当前温湿度，一路送给单片机处理，经过处理后传输信号给相应的 LED 灯，LED 灯模仿外部升温降温设备与加湿除湿设备，在显示温度湿度时采取双行显示，明白了然。系统实现温、湿度控制。关键词：温湿度；DHT11；单片机；STC89C52 ABSTRACTThe design for temperature and humidity testing microcontroller-based control system is modular, hierarchical design. DHT11 achieve detection and control of temperature, humidity, temperature and humidity sensor with a new type of intelligent. The temperature and humidity signals collected through the sensor and converted into a digital signal, and then use the the microcontroller STC89C52 for data analysis and processing, providing a signal for display, a display portion using the character LCD1602 LCD display. Control led lights lit off analog control. The system has a simple circuit, high integration, stable, convenient debugging, high detection accuracy has some practical value. The DHT11 temperature measurement accuracy of the humidity sensor design used in the system: temperature detection range: 0 50 measurement accuracy: 1 C Humidity measuring range: 20 90% RH detection accuracy: 1% RH input voltage of the entire system is the +5 V electrical, system temperature and humidity data collected by DHT11 transmission to the microcontroller control system can eventually achieve single-chip temperature and humidity control. The whole system mainly consists of data acquisition (DHT11) microcontroller minimum system (STC89C52, clock circuit, reset circuit), display circuit (LCD1602) LED light-emitting tube and button control circuit. Lower limit through key settings preset temperature and humidity, temperature and humidity data into the microcontroller is divided into two: all the way to the display circuit displays the current temperature and humidity, all the way to give the microcontroller processing, after processing the transmitted signal to the corresponding LED lights, LED lights to mimic external temperature cooling device with humidification dehumidification equipment to this system, it can control the temperature and humidity. Understand the clear understanding to take a two-line display temperature and humidity.Keywords: temperature and humidity; DHT11; microcontroller; STC89C52目 录第一章 绪 言 .11.1 温湿度研究意义 .11.2 元件产品介绍 .1第二章 总体方案设计 .22.1 设计内容 .22.2 测量精度 .2第三章 系统硬件设计 .33.1 电路工作原理 .33.2 电路控制系统 .33.2.1 STC89C52 单片机简介 .43.2.2 单片机最小系统 .63.3 显示电路 .73.4 传感器 .93.5 控制部分 .103.5.1 温湿度设置 .103.5.2 控制设备 .10第四章 系统软件设计 .124.1 主程序模块 .124.2 DHT11 初始化模块 .134.2 LCD1602 初始模块 .144.4 部分电路程序 .15第五章 仿真实现 .165.1 电路图绘制 .165.2 程序结构 .175.3 仿真调试 .17第六章 电路硬件的焊接与调试 .196.1 电路焊接 .196.2 调试 .20结 论 .22参考文献 .23附录 A .24附录 B .24致谢 .34琼州学院本科毕业论文（设计）1第一章 绪 言1.1 温湿度研究意义温度和湿度的检测是许多行业的重要工作之一，不论是货品仓库、生产车间，都需要有规定的温度和湿度，然而温度和湿度却是不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测系统就显得非常重要。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大 1。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间内温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。目前，利用新型单总线式数字温湿度传感器对温度和湿度的测试发展迅速，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，向着数字化，智能化的方向发展 2。随着科技的进步，国内外对温湿度检测的研究越来越成熟，从复杂的模拟量检测技术到现在的数字智能化检测技术，对于温湿度的检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度检测系统，其体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高等诸多优点在生产生活的各个方面都有优越性。1.2 元件产品介绍本设计中的 DHT11 数字温湿度传感器是一款含有校准系数输出的复合传感器，采用单线串行接口，使系统集成变得简易快捷。产品为 4 针单排引脚封装，连接方便，体积小、功耗低，信号传输距离可达 20 米以上。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。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，该产品具有品质优、响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。第二章 总体方案设计2第二章 总体方案设计2.1 设计内容用新型的智能集成温湿度传感器 DHT11 实现温度、湿度的检测，将温度和湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52 进行数据分析和处理，为显示电路提供信号。如图 2-1 所示：图 2-1 整体系统结构框图要求如下：（1） 通过 DHT11 传感器对周边温湿度信息的采集并转换成数字信号，将信息提供给单片机进行处理和分析。（2） 通过编程用单片机来实现温湿度的显示。（3） 通过 LCD1602 液晶显示器来显示温湿度数值。2.2 测量精度传感器的检测范围与精度：温度检测范围 ：050 测 量 精 度 ：1湿度检测范围 ：2090%RH 检 测 精 度 ：1%RH测量部分显示部分控制系统琼州学院本科毕业论文（设计）3第三章 系统硬件设计3.1 电路工作原理本设计的设计电路采用模块化、层次化设计，设计的电路原理图如图 3-1所示：图 3-1 电路原理图（1） 工作原理本设计是由硬件和软件相结合，应用软件控制硬件的自动智能化工作。设计中用新型的智能温湿度传感器 DHT11 实现对温度、湿度的检测，将温湿度信号通过传感器进行采集并转换成数字信号，再运用单片机 STC89C52 进行数据分析和处理，为显示提供信号，然后将信号传输给 LCD1602 液晶显示器。（2） 工作过程给电路通以+5V 电压，电路进入初始化工作，大约 1s 后，传感器 DHT11 开始采集检测环境信息，然后将获得的信息通过 P1.0 脚传送到单片机进行数据分析和处理，最后将信号传输至 LCD1602 液晶显示器，显示器经内部处理后显示出精确的温度和湿度值。3.2 电路控制系统本电路的控制系统为单片机最小系统（STC89C52、时钟电路、复位电路） 。以单片机芯片 STC89C52 作为 CPU，时钟电路由一个频率为 12MHz 的晶振和两个33pF 的电容组成，复位电路由一个 22F 的电容和一个 10k 的电阻组成。第三章 系统硬件设计43.2.1 STC89C52 单片机简介（1） 本系统控制电路的核心器件采用的是美国 ATMEL 生产的 STC89C52 单片机属于 MCS-51 系列。STC89C52 实物如图 3-2 所示：图 3-2 单片机 STC89C52 实物图STC89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元 3。 （2） STC89C52 单片机主要引脚功能介绍，其引脚图如图 3-3 所示：琼州学院本科毕业论文（设计）5XTAL1XTAL2RSTP14P15P30P31P33P34P35P37P00P01P02P03P04P05P06P07VCCP20P21P22P23P24P25P26P27P10P11P12P13P17P32P36EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.0(T2)1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.5(MOSI)6P1.6(MISO)7P1.7(SCK)8(AD0)P0.0 39(AD1)P0.1 38(AD2)P0.2 37(AD3)P0.3 36(AD4)P0.4 35(AD5)P0.5 34(AD6)P0.6 33(AD7)P0.7 32(A8)P2.0 21(A9)P2.1 22(A10)P2.2 23(A11)P2.3 24(A12)P2.4 25(A13)P2.5 26(A14)P2.6 27(A15)P2.7 28PSEN 29ALE/PROG 30(TXD)P3.1 11(RXD)P3.0 10GND 20VCC 40U1STC89C52P16RXDTXDALEPSENVCCMOSIMISOSCK图 3-3 STC89C52 外部引脚图（1） 主电源引脚Vcc（40 脚）：接5V 电源正端。Vss（20 脚）：接 -5V 电源地端。一般 Vcc 和 Vss 间应接高频去耦电容和低频滤波电容。（2） 外接晶体或外部振荡器引脚XTAL1（19 脚）：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器 OSC。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。XTAL2（18 脚）：接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输出端和内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器的输出端。（3）控制信号线RST/VPD（9 脚）：复位信号输入端，复位/掉电时内部 RAM 的备用电源输入端。第三章 系统硬件设计6VPP（31 脚）：访问外部存储器允许/编程电压输入。EA 为高电平时，访问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。对片内 EPROM 编程时，此脚接 21V编程电压。（4） 多功能 I/O 口引脚STC89C52 单片机设有 4 个双向 I/O 口（P0、P1、P2、P3） ，每一组 I/O 口线都可以独立地用作输入或输出口，其中： P0 口（3239 脚）双向口（三态） ，可作为输入/输出口，可驱动8 个 LSTTL 门电路。实际应用中常作为分时使用的地址/数据总线口，对外部程序或数据存储器寻址时低 8 位地址与数据总线分时使用 P0 口：先送低 8 位地址信号到 P0 口，由地址锁存信号 ALE 的下降沿将地址信号锁存到地址锁存器后，再作为数据总线的口线对数据进行输入或输出。 P1 口（18 脚）准双向口（三态） ，可驱动 4 个 LSTTL 门电路。用作输入线时，口锁存器必须由单片机先写入“1” ，每一位都可编程为输入或输出线。 P2 口（2128）准双向口（三态） ，可驱动 4 个 LSTTL 门电路。可作为输入/输出口，实际应用中一般作为地址总线的高 8 位，与 P0 口一起组成16 位地址总线，用于对外部存储器的接口电路进行寻址 4。3.2.2 单片机最小系统所谓单片机的最小系统是指使单片机能运行程序、正常工作的最简单电路系统，是保证单片正常启动、开始工作的必须电路，缺一不可。单片机最小系统一般由单片机、程序存储器、时钟电路和复位电路组成。对于 STC89C52 单片机，由于片内有 4K 的程序存储器，所以其最小系统除了单片机本身外，只需外接时钟电路与复位电路即可 5。（ 1） 复 位 电 路RST 引 脚 是 单 片 机 复 位 端 ， 高 电 频 有 效 。 在 引 脚 端 输 入 至 少 连 续 两 个 单片 机 周 期 的 高 电 频 ， 单 片 机 复 位 。 使 用 时 ， 在 引 脚 与 VSS 引 脚 之 间 接 一 个10K 的 下 拉 电 阻 ， 与 VCC 引 脚 之 间 接 一 个 约 22 F 的 电 解 电 容 ， 即 可 保 证上 电 复 位 。 本 设 计 中 复 位 电 路 如 图 3-4 所 示 ：琼州学院本科毕业论文（设计）7图 3-4 复 位 电 路（2）晶振电路在单片机电路中晶振的作用非常大，结合单片机内部的电路，产生单片机所必需的时钟频率，单片机一切指令的执行都是建立在晶振的基础上。晶振是利用一种特殊的晶体，在电能和机械能之间相互转化产生共振，提供稳定精确的单频震荡，为系统提供基本的时钟信号。晶振元器件实物图如图3-5 所示：图 3-5 晶振实物图XTAL1 和 XTAL2 是外接时钟电路的接入端，C1、C2 为负载电容，Y1 为12MHz 的晶振。本设计的时钟电路如图 3-6 所示：图 3-6 晶振电路3.3 显示电路（1）LCD1602 液晶显示器简介本设计显示部分采用字符型 LCD1602 液晶显示器显示所测温湿度值。LCD1602 液晶显示器显示容量为 16x2 个字符，工作电压 4.55.5V,工作电流2.0mA。LCD1602 液晶显示器实物图如图 3-7 所示：第三章 系统硬件设计8图 3-7 LCD1602 液晶显示器实物图（2）引脚功能LCD1602 液晶显示器采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 3-1 所示:表 3-1 LCD1602 引脚说明表编号 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8 D1 数据 16 BLK 背光源负极本设计的 LCD1602 液晶显示器连接线路图如图 3-8 所示：图 3-8 显示电路连接图琼州学院本科毕业论文（设计）93.4 传感器本设计中所使用的传感器 DHT11 实物图如图 3-9 所示：图 3-9 DHT11 传感器实 物 图（ 1） DHT11 传感器技 术 参 数供 电 电 压 ： 3.3 5.5V DC 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 ： /52 单片机头文件#include /温湿度传感器 DHT11 头文件#include /液晶屏 1602 头文件 uchar i,key_flag;uchar set_temp_H,set_temp_H_shi,set_temp_H_ge;/设定温度的变量uchar set_temp_L,set_temp_L_shi,set_temp_L_ge;/设定温度的变量uchar set_humi_H,set_humi_H_ge,set_humi_H_shi;/设置湿度的变量uchar set_humi_L,set_humi_L_ge,set_humi_L_shi;/设置湿度的变量sbit k1=P32;/定义按键 K1琼州学院本科毕业论文（设计）26sbit k2=P33;/定义按键 K2sbit k3=P34;/定义按键 K3sbit k4=P35;/定义按键 K4/延时函数/void delay(uchar x)uchar a,b;for(a=0;a0;b-); /显示温度 和 湿度/void disp_t_h()write_cmd(0x8c);write_dat(tab_lcd_numds3);/显示温度十位write_cmd(0x8d);write_dat(tab_lcd_numds4);/显示温度个位write_cmd(0xcc);write_dat(tab_lcd_numds1);/显示温湿度十位write_cmd(0xcd);write_dat(tab_lcd_numds2);/显示温湿度个位琼州学院本科毕业论文（设计）27/开机显示/void disp_start()for(i=0;iset_temp_H)/如果温度大于设置温度上限，打开超出温度上限 LED,temp_out=0;/P1.1else temp_out=1; /否则关闭超出温度上限 LEDif(U8T_data_Hset_humi_H)/如果湿度大于设置湿度上限，打开超出湿度 LED,humi_out=0;/P1.2else humi_out=1; /否则关闭超出湿度上限 LEDif(U8RH_data_Hs