基于单片机的智能温湿度检测器设计

基于单片机的智能温湿度检测器设计摘要在现代生活中，人们越来越重视温度和湿度的检测和控制，因为这两个因素也是影响人们生活的重要组成部分。在人们的日常生活中，在家庭环境中，人们也开始随时随地关注温度和湿度，可以说空调和加湿器等物品都是温度和湿度的产物。在工业上，仓库的温湿度更显得尤为重要，因为仓库的物品可能受温湿度影响会变质变化，这就造成对温湿度的时时检测和控制显得极其重要。在农业生产中，现在的大棚种植技术更是离不开对温湿度的严格控制，各种类型的植物在各阶段对温湿度的要求不一，所以大棚内的温湿度要做到适合棚内植物生长和发育就要求对温湿度进行适时调整和改变以促进植物的更好更快的生长。该课题就是关于两个重要的因素的智能检测设计，设计以51单片机AT89C52和湿度传感器DHT11为核心，通过液晶显示器LCD1602对温湿度进行实时显示，而且本设计还带有报警电路，对温湿度超出预设值的情况下进行报警提示，有发光二级管和蜂鸣器这两种方式进行同时报警和提示。关键词温湿度测量；AT89C52；DHT11；LCD1602INTELLIGENTTEMPERATUREANDHUMIDITYDETECTORDESIGNBASEDONSCMABSTRACTINMODERNLIFE,THEREISAGROWINGEMPHASISONTHEDETECTIONANDCONTROLOFTEMPERATUREANDHUMIDITY,BECAUSETHESETWOFACTORSALSOPLAYANIMPORTANTPARTOFPEOPLESLIVESINTHEHOMEENVIRONMENT,PEOPLEALSOBEGANTOCONCERNEDABOUTTHETEMPERATUREANDHUMIDITYCANBESAIDTHATITEMSSUCHASAIRCONDITIONINGANDHUMIDIFIERSARETHEPRODUCTOFTEMPERATUREANDHUMIDITYININDUSTRIAL,WAREHOUSESTEMPERATUREANDHUMIDITYISPARTICULARLYIMPORTANT,BECAUSETHEWAREHOUSEITEMSMAYBEAFFECTEDBYTEMPERATUREANDHUMIDITYAFFECTTHEMETAMORPHICCHANGES,WHICHRESULTEDINTEMPERATUREANDHUMIDITYFROMTIMETOTIMETODETECTANDCONTROLISEXTREMELYIMPORTANTINGREENHOUSETECHNOLOGYINAGRICULTURALPRODUCTION,ISINSEPARABLEFROMTHESTRICTCONTROLOFTEMPERATUREANDHUMIDITY,ALLTYPESOFPLANTSINVARIOUSSTAGESOFDIFFERENTREQUIREMENTSOFTEMPERATUREANDHUMIDITY,TEMPERATUREANDHUMIDITYWITHINTHEGREENHOUSETOACHIEVESUITABLESHEDPLANTGROWTHANDDEVELOPMENTOFTEMPERATUREANDHUMIDITYTOMAKETIMELYADJUSTMENTSANDCHANGEAFASTERANDBETTERINORDERTOPROMOTEPLANTGROWTHMYSUBJECTISONTWOIMPORTANTFACTORSININTELLIGENTDETECTIONDESIGN,THEDESIGNTOTHE51SCMAT89C52ANDHUMIDITYSENSORSDHT11ASTHECORE,THROUGHTHELCDMONITORLCD1602REALTIMEDISPLAYOFTEMPERATUREANDHUMIDITY,BUTTHISDESIGNALSOCOMESWITHANALARMCIRCUIT,THETEMPERATUREANDHUMIDITYEXCEEDSTHEPRESETVALUETHEALARM,THEREARETWOWAYSLIGHTEMITTINGDIODEANDBUZZERALARMSIMULTANEOUSLYANDTIPSKEYWORDSTEMPERATUREANDHUMIDITYMEASUREMENTAT89C52DHT11LCD1602目录第1章前言111课题的提出与意义112国内外研究现状113研究内容2第2章系统整体设计电路及原理321系统整体框图322系统整体电路图323系统组成和基本工作原理4第3章系统主要部件531芯片简介5311单片机AT89C52简介5312主要功能与特性6313引脚功能及管脚说明632LCD显示LCD16029321LCD1602简介9322LCD管脚说明103231602LCD的指令说明及时序113241602LCD的RAM地址映射及标准字库表133251602LCD的一般初始化（复位）过程1433温湿度传感器DHT1115331DHT11简介15332DHT11传感器特性15333外型与引脚排列及说明16334传感器性能说明16335连接接口说明18336数据格式和编码及处理18337主机复位信号和DHT响应信号20338电气特性21339应用信息21第4章模块功能介绍2341复位电路部分2342传感器电路部分2443显示电路部分2444报警电路部分25第5章软件设计部分及系统调试2751主程序框图2752LCD1602软件流程显示框图2853DHT11温湿度传感器采集处理框图2954调试过程及调试中出现的问题30结论31致谢32参考文献33附录34第1章前言11课题的提出与意义目前随着生活质量的不断提高，人们的生活水平越来越高，所以对环境的要求也越来越高，环境控制的也成了人们安居乐业的基础，成了共建和谐环境的重要环节。尤其是目前生活节奏的加快，许多白领都出现了亚健康的状态，因此家庭温湿度的检测对于现代家庭来说也变得刻不容缓了。因此为了满足最适宜人们生活的最佳温度和湿度，我们需要研究一种家庭式的，便于提醒和控制温湿度的装置，人们可以根据不同季节以及个人的需要进行不同的调整，以便达到最佳的居住环境，这不仅仅是对于环境要求的进步，同时也体现了现代文明的发达与先进12国内外研究现状最近几年，国内外温湿度传感器测量系统正向着集成化、智能化发展，随着科研人员的不断努力，该类型系统取得的巨大的成就。现代温湿度传感器测量系统技术主要以数据采集为依据，主要类型包括虚拟仪器、智能仪器、数字式仪器等等。伴随电子科学技术的进一步发展，数据采集系统也发生了日新月异的变化，其整体的性能、实用性方面都有所改进。因此，依托于数据采集结构而发展的温湿度传感器测量系统在实际应用中也发挥这越来越重要的作用。目前，许多外国大型企业都很重视传感器的研发工作，例如，日本的FIGARO公司、芬兰的VAISALA公司等，都致力于传感器的发展和完善，以保障其在整个销售市场的竞争力。在九十年代，先后出现了集成温度湿度测量套件和应用于湿度传感器的测试系统，这个新技术的产生都大大刺激了传感器的进一步发展。与此同时，国内许多机构也在传感器测试装置的研发上不断探索、研发。例如通过采用传统电子仪器进行设计研发而成的多种动态测试系统、动进样装置的气体传感器智能测试系统等等，这些成绩都体现了我国在传感器领域取得的成就。当然，随着科技的进步，传统的温湿度测试技术在稳定性、精度等方面已经无法满足市场的需求，因此，针对新一代传感器的探究显得尤为重要。温湿度测量系统在纺织工业、冶金、化工、建材、食品、温室种植以及气象预报和科研实验室等诸多领域都有广泛的应用16，而这些领域对温湿度测量系统的要求也各不相同。因此，温湿度测量系统有着广阔的市场前景。总之，现在国内外温湿度测量系统的研究都是朝着微型化、数字化、智能化的方向发展，并且不断地改进技术来满足市场的需求。13研究内容本设计由硬件设计和软件设计两部分组成，课题要求完成的是系统软件设计部分和部分硬件部分。本文研究的主要内容包括温湿度测量、显示及报警模块的软件设计和温湿度测量系统的调试。温湿度测量系统主要技术指标1温度测量温度范围050，精度05；2湿度测量湿度范围2090RH，精度01RH。本系统由软硬件两部分配合使用实现系统功能，最终要实现一个实时的温湿度测量系统，具有温湿度测量、显示、报警功能。第2章系统整体设计电路及原理21系统整体框图单片机晶振电路声光报警电路复位电路LCD1602显示部分温湿度传感器器器电源电路图21系统整体框图22系统整体电路图图22系统整体电路图23系统组成和基本工作原理本系统设计核心部件为AT89C52单片机，信号采集及处理部分由DHT11温湿度传感器，进入单片机以后经处理后通过LCD显示温湿度，信号显示采用的液晶屏为57点阵，一行可显示16字符输入两行。在软件设计部分有对测量的温湿度进行了上限值和下限值的设定，当测量的温湿度超过所设定的值时，通过报警处理电路对其进行处理分别显示不同的二极管灯发亮，以显示不同的警示作用，提示人们该如何处理。硬件中一个开关，为复位开关。开机后所有的器件进行初始化设置，温湿度传感器DHT11开始进行温湿度的测量和计算，最后通过LCD1602液晶显示器显示出所测量的温湿度，在测量的温湿度结果中如果超过了所设定的上下限，则通过报警处理电路做出反应。显示部分单片机的P0口接到LCD的数据输入口D1到D8，P10，P11，P12口分别接LCD的RS,RW,E口，RW接地表示数据写入，本设计中只设计到对LCD的数据写入操作，RS接低电平时表示选择写指令操作，接高电平表示写数据操作，E接高脉冲表示写指令或数据，传感器DATA口接到单片机的P2,7口，串行接口数据是单项双向传输的，采用单总线数据格式，一次性完整输出40BIT高位先输出，由于是串行输出其数据为2进制数，在程序中编写相应的数据转换程序使数据转换成10进制数数送入LCD显示。第3章系统主要部件31芯片简介311单片机AT89C52简介图31AT89C52引脚图AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可反复擦写的FLASH只读程序存储器和256BYTES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MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52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个双全工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。312主要功能与特性1兼容MCS51指令系统28K可反复擦写大于1000次）FLASHROM3、32个双向I/O口4、256X8BIT内部RAM5、3个16位可编程定时/计数器中断6、时钟频率024MHZ；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。313引脚功能及管脚说明AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHZ晶振。RST/VPD（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0口P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也就是地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。与C51不同的是，其P10与P11可以作为定时/计数器的外部输入，作为定时计数器用，P1口是内置上拉电阻的IO口，可以输入输出电流，单引脚20MA，如果是给外部芯片赋值，可直接接入，如果要驱动外部电路，比如，发光二极管，需要再接上限流电阻电阻。因为单片机的输出电流毕竟都非常小，如果要有更大的电流，如驱动蜂鸣器，继电器，则接三极管作为反相且放大大电流的作用P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。P3口一些特殊功能口如下表所示表31P3口特殊功能引脚功能表P30RXD串行输入口P34T0计时器0外部输入P31TXD串行输出口P35T1计时器1外部输入P32/INT0外部中断0P36/WR外部数据存储器写选通P33/INT1外部中断1P37/RD外部数据存储器读选通RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。时钟振荡器AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。中断AT89C52共有6个中断向量两个外中断（INT0和INT1），3个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。注意IE6为保留位，在AT89C52中IE5也是保留位。程序员不应将“1”写入这些位，它们是将来AT89系列产品作为扩展用的。定时器2的中断是由T2CON中的TF2和EXF2逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定是TF2或EXF2产生中断，而由软件清除中断标志位。定时器0和定时器1的标志位TF0和TF1在定时器溢出那个机器周期的S5P2状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2的标志位TF2在定时器溢出的那个机器周期的S2P2状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。32LCD显示LCD1602321LCD1602简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、点阵式LCD，目前常用161,162,202和402行等模块。1602LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC和地线，其控制原理与14脚的LCD完全一样。图321602LCD尺寸图322LCD管脚说明表32LCD管脚功能表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数16BLK背光源负极第1脚VSS为地电源第2脚VDD接接电源（5V）第3脚V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚R/WR/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。第6脚EE或EN端为使能ENABLE端，下降沿使能。第7脚DB0低4位三态、双向数据总线0位（最低位）第8脚DB1低4位三态、双向数据总线1位第9脚DB2低4位三态、双向数据总线2位第10脚DB3低4位三态、双向数据总线3位第11脚DB4低4位三态、双向数据总线4位第12脚DB5低4位三态、双向数据总线5位第13脚DB6低4位三态、双向数据总线6位第14脚DB7高4位三态、双向数据总线7位（最高位）（也是BUSYFLAG）第15脚BLA背光电源正极第16脚BLK背光电源负极3231602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表所示表331602指令表1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明1为高电平、0为低电平）序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回0000000013置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L6置功能00001D/LNF7置字符发生存贮器地址0001字符发生器存储器地址8置数据存贮器地址001显示数据存储器地址9读忙标志或地址01B/F计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写入的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11要读出的数据内容指令1清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2光标复位，光标返回到地址00H。指令3光标和显示模式设置I/D光标移动方向，高电平右移，低电平左移S屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4显示开关控制。D控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5光标或显示移位S/C高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6功能设置命令DL高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N低电平时为单行显示，高电平时双行显示F低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5X10的点阵字符。指令7字符发生器RAM地址设置。指令8DDRAM地址设置。指令9读忙信号和光标地址BF为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10写数据。指令11读数据。基本操作时序图图33读操作时序图图34写操作时序图3241602LCD的RAM地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图是1602的内部显示地址。图351602LCD内部显示地址图例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）10000000B80H11000000BC0H。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图1058所示，这些字符有阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”图36LCD字符代码与图形对应图3251602LCD的一般初始化（复位）过程延时15MS写指令38H（不检测忙信号）延时5MS写指令38H（不检测忙信号）延时5MS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H显示模式设置写指令08H显示关闭写指令01H显示清屏写指令06H显示光标移动设置写指令0CH显示开及光标设置33温湿度传感器DHT11331DHT11简介DHT系列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测湿元件和一个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DHT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。单线制串行输出接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。本产品为4针单排引脚封装，特殊封装形式可根据用户需求而提供。332DHT11传感器特性1湿温度传感器的一体化结构能相对的同时对相对湿度和温度进行测量。2数字信号输出，从而减少用户信号的预处理负担。3单总线结构输出有效的节省用户控制器的I/O口资源。并且不需要额外电器元件。4独特的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。5全部校准。编码方式为8位二进制数。640BIT二进制数据输出。其中湿度整数部分占1BYTE，小数部分1BYTE；温度整数部分1BYTE，小数部分1BYTE。其中，湿度为高16位。最后1BYTE为校验和。7卓越的长期稳定性，超低功耗。84引脚安装，超小尺寸。9各型号管脚完全可以互换。10测量湿度范围从20RH到90RH；测量温度范围从0到50。11适用范围包括恒湿控制，消费家电类产品，温湿度计等领域。333外型与引脚排列及说明图36传感器外观图及底视图DHT外型及管脚传感器管脚方向识别正面（有通气孔的一面）看过去，从左到右依次为1、2、3、4脚。引脚说明图表34DHT11引脚说明引脚号引脚名称类型引脚说明1VCC电源正电源输入，3V55VDC2DOUT输出单总线。数据输入/输出引脚3NC空空脚。扩展未用4GND地电源地电源引脚，DHT的供电电压为3555V。传感器上电后，要等待1S以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100NF的电容，用以去耦滤波。334传感器性能说明表35传感器性能说明参数条件MINTYPMAX单位湿度111RH分辨率8BIT重复性1RH254RH精度0505RH互换性可完全互换03090RH量程范围252090RH量程范围502080RH响应时间1/E6325，1M/S空气61015S迟滞1RH长期稳定性典型值1RH/YR温度111分辨率888BIT重复性1精度12量程范围050响应时间1/E63630S335连接接口说明DHT数字湿温度传感器连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。典型应用电路如下图所示。另外，建议连接线长度短于20时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻，如图图37DHT11经典应用电路336数据格式和编码及处理数字湿温度传感器采用单总线数据格式。即，单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5BYTE（40BIT）组成。一次通讯时间最大3MS,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明。DATA用于微处理器与DHT之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,当前小数部分用于以后扩展,现读出为0。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8BIT温度整数数据8BIT温度小数数据8BIT校验和校验和数据为前四个字节相加。具体见下表表36DAHT11数据格式湿度温度校验整数小数整数小数8BIT8BIT8BIT8BIT8BIT数据编码及处理传感器数据输出的是未编码的二进制数据。数据湿度、温度、整数、小数之间应该分开处理。如果，某次从传感器中读取如下5BYTE数据表37数据格式举例BYTE4BYTE3BYTE2BYTE1BYTE00010110100000000000111000000000001001001整数小数整数小数校验和湿度温度校验和由以上数据就可得到湿度和温度的值，计算方法HUMI湿度BYTE4BYTE3450RHTEMP温度BYTE2BYTE1280JIAOYAN校验BYTE4BYTE3BYTE2BYTE173DHT传感器是通过奥松电子有限公司开发的单总线协议和上位机（控制器）进行数据通信。DHT传感器需要严格的读写协议来确保数据的完整性。整个读写分为，上位机发送起始信号，上位机接收下位机发来的握手响应信号，读0，和读1四个步骤。所有的信号除主机启动复位信号外，全部都由DHT产生。通过单总线访问DHT顺序归纳如下主机发开始信号主机等待接收DHT响应信号主机连续接收40BIT的数据和校验和数据处理337主机复位信号和DHT响应信号图38DHT复位时序用户主机发送一次开始信号（低电平）DHT从低速模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束（拉高）后,DHT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。注意总线线空闲状态为高电平，主机把总线线拉低等待DHT响应,主机把总线线拉低必须大于18毫秒，保证DHT能检测到起始信号。DHT接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送低电平响应信号。主机发送开始信号结束后,延时等待2040US后,读取DHT的回应信号,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，总线线由上拉电阻拉高。DHT开始发送数据流程。图39数据传输数字0信号表示方法图310数据0表示方法数字0表示方法为，首先DHT把总线拉低1214US然后拉高，高电平保持时间在2628US这个范围内。则此比特为0电平。数字1信号表示方法图311数据1表示方法数字1表示方法为，首先DHT把总线拉低1214US然后拉高，高电平保持时间在116118US这个范围内。则此比特为1电平。338电气特性VDD5V，T25，除非特殊标注表38电气特性参数条件MINTYPMAX供电DC3555测量0525MA平均0205MA供电电流待机100150UA采样周期秒1次注采样周期间隔不得低于1秒钟。339应用信息工作与贮存条件超出建议的工作范围可能导致高达3RH的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。要加速恢复进程/可参阅73小节的“恢复处理”。在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。暴露在化学物质中电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。在一个纯净的环境中，污染物质会缓慢地释放出去。下文所述的恢复处理将加速实现这一过程。高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。恢复处理置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。在5060和70RH的湿度条件下保持5小时以上。温度影响气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。光线长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。配线注意事项DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。第4章模块功能介绍41复位电路部分手动复位按钮需要人们在复位输入端口RST加上高电平。一般的做法是在RST端口和是电源VCC之间连接一个按钮。当按钮被按下时，则VCC的5V电平就会直接加到RST端口。手动复位按钮电路如图所示。因为人为动作再快也会使按钮连接到数十毫秒，所以完全能够满足要求的时间。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中。当系统处于正常状态且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并且维持2个机器工作周期（24振荡周期）或更多时，CPU就可以响应，并且将系统复位。单片机系统的复位方式有手动按钮复位和上电复位。图41复位和晶振电路42传感器电路部分图42传感器电路此模块是整个电路设计的信号采集和初步处理的模块，由温湿度传感器芯片DHT11构成，DATA接单片机的P27口接收数据。主要功能结构已在前面介绍，这里不做重新介绍。43显示电路部分此模块是由一块LCD1602芯片构成的温湿度的显示电路部分，LCD1602是一个2行每行16字的的液晶显示屏，D0D7接在PO口上，每个引脚分别接10K的上拉电阻，RS,RW,E接在P1O,PI1和P12起到控制的作用。如图43所示。图43液晶显示电路44报警电路部分此模块是由5个发光二极管和一个蜂鸣器构成分别是D1，D2，D3，D4和D5接单片机的的P1口，蜂鸣器连接P33口，连接图见下。D1,D2,D3,D4,D5分别代表着发光、降温、加热、干燥和加湿，一旦传感器测定的的温度超过设定的的范围就会产生不同的发光反应起到报警作用，同时蜂鸣器发出响声。图44声光报警电路第五章软件设计部分及系统调试51主程序框图上电复位LCD初始化温湿度采集是否超过警戒值声光报警LCD显示数据采集指示灯闪烁图51主程序流程图本次设计主要是能够实时显示出当前确切的温湿度，并且在超出预设值的时候能够发出蜂鸣。一旦接通电源，蜂鸣器首先蜂鸣，接着LCD初始化，两行显示，其中第一行显示的湿度预设值，第二行显示的是实时的温湿度值，在程序设计中，分别定义温湿度参数，根据数据转换过来的数值，判断是否超过了预设值，本次设计温度初试值设定为32，湿度初始设定为34，等待传送的数值超过预设值的话，蜂鸣器便会蜂鸣警报，1602显示当前的温湿度值，再次循环判断，如果没有超过预设值，蜂鸣器不会蜂鸣，1602正常显示，也同样再次循环。52LCD1602软件流程显示框图图52LCD1602软件流程显示框图此程序流程是对液晶显示屏LCD1602的软件设计流程进行的概要说明，在接通电源后，首先LCD1602开始初始化，然后等待延时，我们预先设置好温度湿度这两个因素在液晶屏上显示的位置，这期间传感器感应的温度通过单片机传达给显示屏，这时显示屏就会显示周围的温湿度，也就是传感器所感应的温度。开始LCD1602初始化延时设置第一行显示位置显示第一行内容设第二行显示位置显示第二行内容53DHT11温湿度传感器采集处理框图Y图53DHT11温湿度传感器采集处理框图DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送低电平响应信号。主机发送开始信号结束后,延时等待2040US后,读取DHT的回应信号,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，总线线由上拉电阻拉高。DHT11开始发送数据流程。主机发开始信号主机设置为输入模式|DHT11响应Y/N等待80US高电平结束接收数据拉低总线，延时50US释放总线54调试过程及调试中出现的问题电路焊接后，向单片机载入温湿度显示部分程序。液晶能点亮，但没有显示，经分析可能情况有四一电路焊接错误，二电路接触不好，三液晶模块有问题，四单片机没工作。检查电路，发现复位电路电路接错一直处于复位状态，发现液晶的RS脚和E脚错接错，修改程序为对应引脚，但液晶仍没有显示。检查电路有无串线接触问题，用万用表测试各引脚及连线，各部分电路并无串线与虚焊。将单片机与液晶插到学习板上，液晶能显示数据，且正确显示，由此可以确定液晶模块及单片机完好。到此最有可能的问题是电路接触不好，单片机没有工作。而电路中单片机使用排线插槽有可能使接触不好，捏紧插槽液晶有显示字符，将电路再次焊接加劳后功能就能准确实现了。结论这次毕业设计介绍了基于单片机和智能温湿度传感器的监测系统的一般工作原理以及应用。本次毕业设计使我学到了很多的东西，特别是关于单片机原理及应用，温湿度传感器方面的知识。另外也使我体会出了一般设计的过程，例如如何绘图，购买元器件，电路板的焊接等。使用DHT11的测温湿系统电路简单，应用方便灵活。在常温测量中有较大优势，应用前景广阔。如在工业、空调系统、智能楼宇等领域的温湿度测量中可以有广泛的应用。作为新型的通信协议，一线总线1WIREBUS技术己经在很多方面表现出特有的优势，已经成为一种非常有发展潜力和广阔应用前景的通信协议。而智能化的数字温湿度传感器是传感器发展上的一次革命，将会给诸多领域的技术发展带来深刻的变化。此次设计在过程中遇到了很多问题，在老师和同学的帮助下，终于完成了本次温度监测系统的设计。致谢参考文献1HEO