房间温湿度控制系统定稿 (2)课件

1、第六届大学生电子设计竞赛初赛房间温湿度控制系统参赛学院：电气与信息工程学院指导老师：参赛队员及学号： 任吉龙 2011302516 项敏剑 2011302523 钱调整 2011302518目 录摘要1引言2一、方案设计2二、方案选择22.1传感器选择方案22.2显示器选择方案32.3单片机主芯片选择方案3三、详细说明及参数计算43.1 硬件部分43.1.1硬件设计53.1.2控制系统53.1.3测量部分63.1.4显示部分83.1.5控制部分103.2 软件部分11四、其它功能拓展124.1 房间灯光控制和调整124.2 室内空气净化控制134.3 其它拓展13五、结论13六、附件14房间温

2、湿度控制系统（E题）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，主要实现对温度、湿度的控制，将温度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进行数据的分析和处理，为显示提供信号，显示部分采用字符型LCD1602液晶显示器显示所测温度和湿度值，控制部分采用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备控制温湿度的高低。关键词 温湿度 DHT11 单片机 STC89C52 控制 引言 温湿度与人类的生活有着密切的关系。室内的温度、湿度不但对人体健康有影响，而且对物品的存放也有影响。室内温度、湿度过高，会使衣服发

3、霉、虫蛀，各种食品发霉变质。因此，应该经常注意调整，使室内保持适宜的温度和湿度。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且计算精确的温湿度控制仪器。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。我们可以通过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，主要实现对温度、湿度的控制，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机进行数据的分析和处理，为显示提供信号，显示部分采用液晶显示器显示所测温度和湿度值，控制部分采用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备控制温湿度的高低。本设计思路要求系统电路简单、集成

4、度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。一、方案设计 设计思路 设计控制器使用单片机STC89C52，数字温湿度传感器使用DHT11，用LCD1602液晶屏实现温湿度显示,用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备控制温湿度的高低，所以本设计能满足设计任务要求。基于单片机控制的数字温湿度控制系统，本系统属于多功能温湿度计，可以设置上下报警温湿度，当温湿度不在设置范围内时，可以报警并且进行控制。二、方案选择2.1传感器选择方案方案一：选用DS18B20温度传感器作为温度检测模块。DS18B20是一线式数字温度传感器。具有独特的单线式接口方式。测量范围在55125，1085，误差范

5、围在-+0.5。最高精度可达0.0625。HS1101是电容式湿度传感器。可测量相对湿度范围在0%100%RH。误差为-+2%RH。方案二： 选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。DHT11是一款集成型的数字温湿度一体传感器。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。测量范围20%90%RH，050。测温精度为-+2，测湿精度为-+5%RH。完全符合本次毕业设计的要求。经上述分析，方案一虽然精度更精

6、确。却稍显复杂。方案二即便不能实现方案一的高精度测量。却也能满足设计要求。且简便易行。可靠稳定。具有超高的性价比。故选择方案二。2.2显示器选择方案 方案一：采用12864液晶显示屏。液晶显示模块是12864点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。方案二：采用HJ1602液晶显示屏。HJ1602A 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个

7、字符。（16列2行）。1602只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，但寄存器不止32个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单。总结：在编程使用方面，两者难度差不多，原理差不多，都是写指令、写地址、写数据等等。当然12864液晶屏显示更全面、字符更多。相比于1602液晶屏、12864能更形象具体的实现显示功能。不过1602液晶屏也能实现设计的要求。网上买比较廉价，最低的六块钱左右。而12864液晶显示屏最便宜的也要四十块钱。从造价方面考虑，当然是价格低廉的优先。而HJ1602A就是最好的选择。2.3单片机主芯片选择方案方案一：AT89C51是美国

8、ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS型8位单片机，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(CPU)和Flash存储单元，功能强大。其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。再者，AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时

9、间仅需lOms。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。PO口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。方案二：STC89C51系列单片机的指令系统和AT89C51系列的完全兼容，但实际操作起来却存在很多问题：（1）AT89C51不带ISP下载，要用下载器才行，STC89C52可以用你的USB转串口下载，下载软件可以到STC厂家网上去下。（2）STC单片机执行指令的速度很快，大约是AT的3-30倍，尽管快是好事，但这样一来，你在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些对时序有

10、严格要求的模块，用STC时注意得加长延时，大约是AT的1030倍就差不多，这一点自己调试就知道了。（3）STC单片机对工作环境的要求比较低，电压低于5伏时仍然正常工作，甚至3伏到4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下AT肯定不行了，所以当一个系统用STC单片机好用，但用AT的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，我选择用STC系列芯片完成。而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故STC为更合理的选择。三、详细说明

11、及参数计算3.1 硬件部分设计图如图3-1所示 测量部分 控制系统控制部分显示部分图3-1 总体设计框图3.1.1硬件设计主机与主要部件的选择：根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑，选用MCS-51系列的STC89C52为主机，满足上面的要求而且设计方便，不需要再存储扩展。数据存储片内设有128B，外部有8279的256B，而由于存入的数据是随时更新的且不计小数位，存入 8个16进制数字，其总共需要的容量只有16B，已经够用。外部模温度、湿度采样，选用DHT11能够满足要求。系统各部件的连接方式和原理图请见附件： DHT11和单片机之间用单总线传输，DHT11的数据口与单片机的P17相

12、连。液晶显示器的RS,RW和E分别与单片机的P25,P26,P27相连，数据输入口DB0-DB7分别与单片机P00-P07口相连。设置按键、按键加、按键减、确认刷新按键分别的单片机的P20，P21，P22，P23相连。单片机P13，P15分别为温度超过或低于上下限控制脚， P14，P16分别为湿度超过或低于上下限控制脚。控制脚通过控制加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备，调节温度及湿度。3.1.2控制系统STC89C52单片机简介 STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，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（R

13、AM），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，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 STC89C52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，STC89C52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。 8052单片机的引脚功能MCS-51系列单

14、片机一般采用40个引脚，双列直插式封装，用HMOS工艺制造，其外部引脚排列如图3-2所示。其中，各引脚的功能为：8052单片机的引脚 主电源引脚Vcc（40脚）：接5V电源正端Vss（20脚）：接电源地端一般Vcc和Vss间应接高频去耦电容和低频滤波电容。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ALE/ （30脚）：地址锁存允许/编程脉冲输入。用ALE锁存从P0口输出的低8位地址；在对片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入。图3-2 STC89C52外部引脚图 PSEN/ （29脚）：外部程序存储器读选通信号，低电平有效。EA/VPP（31脚）：

15、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。多功能I/O口引脚8052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4。3.1.3测量部分测量所用仪器是数字温湿度传感器DHT11。3.1.3.1 DHT11简介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长期的稳定性。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

16、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极为苛刻的应用场合的最佳选择。3.1.3.2 操作过程1、接口说明 连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米根据实际情况使用合适的上拉电阻。图3-4 DHT11温湿度传感器接线图图3-5 DHT11温湿度传感器模块2、电源引脚DHT11的供电电压为35.5V。传感器上

17、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。3、串行接口 (单线双向)DATA 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+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和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

18、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。通讯过程如图3-6所示图3-6 通讯过程3.1.4显示部分显示部分是LCD1602液晶显示，如图3-7所示。 图3-7 正常工作LCD1602显示3.1.4.1 1602液晶LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大

19、部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。引脚功能LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口及其说明如图3-8及表3.1所示。 图3-8 LCD1602各引脚图表3.1 LCD1602引脚说明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数据16BLK背光源负极3.1.4.2 指令说明LCD1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表3

20、.2所示。表3.2 LCD1602内部控制器序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容3.1.5控制部分 本系统控制设备采用加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备作为

21、控制器，加湿设备、除湿设备、加温设备、降温设备分别控制湿度与温度,使得室内的温湿度得到控制。设计中，温湿度均可以设置上下限，按下k1键，出现温度上限的设置页面，按k2键为设置上限温度加，按k3键为设置上限温度减，按下k4键确认刷新，即成功设置温度上限。继续按下k1键，出现温度下限设置页面，按k2键为设置下限温度加，按k3键为设置下限温度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置温度下限。继续按下k1键，出现湿度上限的设置页面，按k2键为设置上限湿度加，按k3键为设置上限湿度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置湿度上限。继续按下k1键，出现湿度下限设置页面，按k2键为设置下限湿度加，按k3键为设置下限

22、湿度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置温度下限。按键模块如下：图3-10 按键模块3.2 软件部分系统软件程序基于Keil uvsion2开发平台，采用C51语言编写。本程序采用模块化程序方法：LCD初始化显示模块系统初始化模块的主要功能是完成系统的初始化以及设定系统的工作状态，初始化部分包括以下方面的内容：(a) 系统启动后，显示器上显示两行，第一行为“TEMPERATURE:00 C”,第二行显示为“HUMIDITY: 00 %”(b)等待DTH11采集温度及湿度值。(c)系统进入正常工作状态。系统整体的工作方式如图所示程序流程图：图3-11 DHT11数据采集流程图本系统采用DHT11

23、温湿度传感器对房间内温湿度的采集并转换成数字信号，将信息提供给主控制器进行处理和分析，主控制器开始LCD初始化，进行延时等待提取DHT11温湿度传感器模块，将采集的信息处理后传给LCD1602显示，同时调用控制模块，与系统默认设定值比较，系统温度上下限，湿度上下限默认值均为0，可通过设置按钮进行设置，按下设置按钮可对温度下限、上限，湿度下限、上限的顺序依次进行设置，温湿度均可以设置上下限，按下k1键，出现温度上限的设置页面，按k2键为设置上限温度加，按k3键为设置上限温度减，按下k4键确认刷新，即成功设置温度上限。继续按下k1键，出现温度下限设置页面，按k2键为设置下限温度加，按k3键为设置下

24、限温度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置温度下限。继续按下k1键，出现湿度上限的设置页面，按k2键为设置上限湿度加，按k3键为设置上限湿度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置湿度上限。继续按下k1键，出现湿度下限设置页面，按k2键为设置下限湿度加，按k3键为设置下限湿度减，再按下k4键确认刷新，即成功设置温度下限。当室内实际温度超过设定温度上限时，系统将调用控制模块对降温设备控制，将室内的温度降低；当室内实际温度低于设定温度下限时，系统将调用控制模块对升温设备控制，将房间的温度升高；当室内实际湿度超过设定湿度上限时，系统将调用控制模块对除湿设备控制，将室内的湿度降低；当室内实际湿度低于设定湿

25、度下限时，系统将调用控制模块对加湿设备控制，将室内的湿度提高；主程序流程图如图3-12所示。 图3-12 主程序流程图四、其它功能拓展4.1 房间灯光控制和调整主要体现在两方面：一是亮度，即光强的控制，二是色彩的控制。控制亮度的方法主要有两种：一种是机械加减法，即通过控制点亮灯具的数量，来达到发光总强度的增大或减弱。对于单灯，则可采用遮光板或可变光阑来改变灯具透光量；另一种方法是电气控制法，即使用各种不同的调光器，改变灯具的工作电压或电流，从而调整灯具的发光强度，这两种方法各有特点，第一种方法的优点在于不会影响色温，但调整不够方便。第二种方法则操作简单，且能实现自动和程控操作，其缺点是在改变发

26、光强度的同时，色温和显色性有较大变化。从灯光的电气控制原理来说，可归纳为通断控制和发光强度控制两种，与此相对应的有开关控制和调光控制两种方法。4.2 室内空气净化控制 房间温湿度控制系统可调节室内温湿度，但不能彻底清除，灰尘、细菌、病毒，可以考虑在房间温湿度控制系统中添加有关空气净化器或除尘机的设备。4.3 其它拓展 可在房间温湿度控制系统中添加时钟，计算器等功能，尽可能地提升其市场价值。五、结论通过这次竞赛，我们深深的认识到团队合作是多么的重要，凭一人之力很难全面的有效的解决问题，要善于利用各种可以利用的资源来帮助团队解决问题。通过这次竞赛，我们对很多课本之外的跟实际生活结合非常紧密的知识有了一定的了解。同时，我们也认识到在遇到问题时