温湿度传感器课程设计

1、等级:湖南工程曇陀课程设计课程名称单片机原理与应用课题名称环境温、湿度检测系统设计专 业自动化班 级1191学 号 20姓 名指导教师 李晓秀王迎旭2013 年 12月12日湖南工程学院课程设计任务书课程名称单片机原理与应用课 题环境温、湿度检测系统设计专业班级自动化学生姓名学 号 2011指导老师李晓秀审 批任务书下达日期2013年12月1日任务完成日期 2013年12月13日设计内容与设计要求设计內容：主要设计条件本课题要求以单片机为核心，采用温湿度传感器dht11设 计一个对环境温度湿度的检测系统，要求用按键控制系统选择分 别对温度或湿度的测试、复位、清除功能，用四位led数码管显 示实

2、时温度和温度。设计要求：1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计；3）完成必要元器件选择；4）系统软件设计及调试；5）系统联调及操作说明6）按规范要求写设计说明书1、pc机及单片机调试软件；2、开发板1块；3、系统设计、调试所需的元器件说明书格式1 课程设计任务书2.目录3总体方案确定4. 各单元硬件电路设计及计算方法5. 软件设计与说明（包括流程图）6 调试结果与必要的调试说明7 总结&参考文献9、附录附录a系统原理图附录b程序清单10、课程设计成绩评分表。进度安排设计时间分为二周第一周星期一、上午：布置课题任务，课题介绍及讲课。 下午：借阅冇关资料，总体方案讨论。星期二、确定总

3、体方案，学习与设计相关内容。星期三、各部分方案设计，各部分设计。星期四、设计及调试。星期五、设计及调试。星期六、设计及调试。第二周星期一：设计及调试。星期二：设计及调试。星期三：调试、写说明书。星期四一星期五上午：写说明书、完成电子版并打印成稿。 星期五下午：答辩。参考文献1王迎旭等单片机原理及及应用m机械工业出版社.2012年2康华光等模拟电子技术第五版m高等教育岀版社2011年3杜树春等单片机c语言m北京航空航天大学出版社第1章概述81.1设计任务与要求81.2设计方案8第2章硬件设计92.1时钟电路和复位电路92.2温湿度测量电路设计102.3按键电路11第3章软件设计133.1主函数设

4、计133.2按键查询143.3实时监控与测试流程图15第4章 硬件调试与结果分析174.1调试过程174.2硬件调试18第5章总结20参考文献21附录一：系统仿真图22附录二：源程序23电气与信息工程系课程设计评分表29第1章概述1.1设计任务与要求木课题以单片机为核心，用智能集成温温度传感器dht11主要实现检 测温度、湿度的检测，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，在数码管上显示当前 温湿度。要求用按键控制系统选择分别对温度或湿度的测试、复位、清除 功能，完成硬件调试。1.2设计方案本课题的温湿度测试，通过单片机stc-89c51连接

5、温湿度模块、显示 模块将温度、湿度同吋显示。单片机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，如果没有接收到单片机发送来 的信号，dht11不会主动进行温度采集，采集数据后转换到低速模式。系 统设计框图如图1.1所示。图1.1程序设计框图第2章硬件设计2.1时钟电路和复位电路mcs-51单片机内部冇一个用于构成振荡器的高增益反放大器，引脚 xtal1和xtal2分别是反相放大器的输入端和输出端。通常，经由片外 晶休振荡器或陶瓷谐振器与两个匹配电容一起构成一个自激振荡电路。本 课题由片外品

6、体振荡器与两个匹配电容一起构成了一个内部时钟振荡电 路，为单片机提供时钟源。本设计复位电路采用按键复位，当开关断开时，与上电自动复位电路 相同；当开关闭合时，电容通过并联的电阻迅速放电，然后，rc电路充 电，能够保证rst端能够维持一段时间的高电平。如图2所示。dp3：%14ti toc:l431eaatn30uf19xi丄i122z1811crystjll4c)9reset1p3117rd30ufp3616vccat89c51l1lj+l12h."lv 1ivi1ik20usi m图2.1时钟及复位电路2.2温湿度测量电路设计dht11的供电电压为3-5. 5v,传感器上电后，要等

7、待is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。数据用于微处理器与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。如图2. 2所示，本电路上拉电阻为5k,数据端接p1.7 （接受 温湿度数据）。图2. 2温湿度测量电路2.3显示电路本电路由四位一体共阳极数码管显示，采用9015三极管做位驱动。根据发光二极管物理连接的不同，七段数码管可以分为共阴极和共阳极两种结构。其中po端口为段选，p2.0p2.3为位选，如图2.3所示。7-seods1dsy-o 1 3 4 6

8、 * pppppppp3bp01/37p02/36p03/35pcm34p05/33p06/32po/39p0021p20/p21/5p22图2. 3显示电路2.4按键电路单片机设计屮按键可分为独立式按键和矩阵式按键，木系统由于按键 较少，故采用四个独立按键，上拉电阻为1k。其屮，四个按键功能分别 是显示温度、显示湿度、实时监控显示温湿度、测试温湿度。如图2. 4。vcc2r6r5r4r31kifcikiks2p3,1op315£ °p345p37图2. 4按键电路第3章软件设计木软件设计主要是对距离进行测量、显示。因此，整个软件可分为按 照硕件电路对单片机位定义；温湿度设

9、置子程序；温湿度接收子程序；显 示了程序；延时了程序等。由于本设计方案耍求硬件电路和软件编程相结合，所以选择合适的编 程语言十分重要。c语言执行效率没有汇编语言高，但语言简洁，使用方 便灵活，运算丰富，表达化类型多样化，程序设计口由度大，很好的可重 用性，可移植性等特点基于c语言的众多优点本设计选择此语言来编程。3主函数设计软件分为两部分，主程序和中断服务程序。主程序完成初始化工作、 温湿度数据接收处理控制。外部屮断服务子程序主要完成时间值的读取、 结果的输岀等工作，如图3.1所示。扫描 按键图3.1主程序流程图3.2按键查询独立式按键接口采用直接读入方式工作，直读式键盘接口是一个输入 接口，

10、输入接口主要功能是解决数据输入的缓冲（选通）问题。本设计按 键较少，采用的独立按键。图3. 2查询按键处理在扫描按键函数中，每按下不同按键会返冋一个不同的数值，在主函 数屮有按键查询函数判断为那个按键按下，随后进入不同的子函数，如图 3. 2所示。3.3实时监控与测试流程图本系统设计分为实时监控与测试模块，图3. 3示为测试模块。上电 是数码管显示四个零，当按下测试按键后，系统开始测量环境温、湿度。 当数码管显示四个“一”时，表示成功测量温、湿度。当按下温度（湿度） 显示按键，该模块显示测试时的温度（湿度）。当要进行下一次测量时， 必须按下测试按键。图3. 3测试流程图图3. 4示为实吋监控模

11、块，按下实吋监控键后，启动to定吋器开 始定吋，每一分钟测试一次温度、湿度，并在四位一体的共阳极数码 管轮流显示温度、湿度。当按下温度（湿度）显示按键后，该模块只 显示实吋的温度（湿度）。当再次按下实吋监控按键后。定吋器to关 闭。图3. 4实时监控模块第4章 硬件调试与结果分析4.1调试过程在编写此程序前，感觉dht11的通信程序和取数程序最为难写，在之 前的学习中我并没有接触过单总线的通信吋序图。通过查阅资料和参考现 有的程序，然后在老师讲解和与木组的其他组员谈论后，终于弄明白这方 面的知识。而在测量函数中，刚开始并没冇测得数据，通过查阅书籍我设 置了一个全局变量，一步一步跟踪每一步并显示

12、在p1的led灯上，一步 一步跟踪，完善了 dth11的通信与取数函数。但在通信与取数函数与按键函数衔接吋,总是有一定的概率测不到数 据，慢慢的调试我发现我的通信与取数函数要连续调用两次才能每次正确 的读取数据，在此，我设置了一个全局变量作为一个标志位，每次按下测 量键是将该标志位设置为2,使通信与取数函数循环两次，这样保证了每 次按下测试按键后就能与dht11正确的通信从而保证得到正确的数据。在实吋监控这个模块中，为了保证温、湿度能循环显示、按键后能只 显示温度（湿度）。由于按键冇限，所以一下设置了很多的标志位。因为 标志位太多，而没冇将所冇的环节考虑进去，一下程序冇调试了很久才正 确的实现

13、要求的功能。4. 2硬件调试如图4.1所示，按下左下角按键吋，单片机开始与dht11通信并开始 测试温、湿度。图示为测量温、湿度成功。图4. 1初始化当按下图示按键时，数码管显示此时或实时监控的环境湿度。其屮最前端的“c”表示此时显示的事环节温度，如图4.2。图4. 2显示湿度当按下此按键吋，数码管显示此时或实时监控的环境温度。其中最前 端的“h”表示此吋显示的是环境湿度，如图4.3。图4. 3显示温度第5章总结这次单片机课程设计不仅巩i古i 了以前学过的知识，而月.学到了很多书 本上没有没到的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的 编程，通过这次课程设计我们明白理论与实际相结合是

14、很重要的，只冇理 论知识还不够，理论实践相结合才能捉高实际动手能力和独立思考的能 力。同样，在学习屮也发现了自己的不足z处，例如对以前所学过的知识 理解不够深刻，掌握不够牢同。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、捉出、分析和解决实 际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和 考察过程。随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应 用屮空前活跃的领域，在生活屮可以说得是无处不在。因此作为二十一 世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是i分重要的。回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多。的确，从选题到定稿, 从理论到实践，在接近两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜

15、，在设计 的过程屮遇到问题,可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题, 通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。参考文献1王迎旭等单片机原理及及应用m机械工业出版社.2012年2龚建伟、熊光明等.visual. c.tubor.c串口通信m3康华光等.模拟电子技术第五版m高等教育出版社2011年4杜树春等单片机c语言m北京航空航天大学出版社附录一：系统仿真图9r r r h£l<yii< u m 寸 s y> r- o i r m 寸 s 9 (-«o rn rn i m i rn iioho cm rn *r »o *o r

16、*- ifi 22222222 s 5 匚w i 話 f吴it附录二：源程序#include <reg51 .h>bit flag2,flag3,flag5;sbit dhtll =p1a7;#define number 20防止在与硬件通信时发生死循环的计数范围#define size 5#define ok 1#define error 0函数的返回值表示读取数据是否成功ok表示成功error 表示失败void dht1 l_delay_10us(void);延时10usvoid ceshiwenshidu(void);void xianshishidu(void);void

17、xianshiwendu(void);unsigned char readvalue(void);unsigned char dht1 !_readtempandhumi(void);void delay_ 1 _002s(void);void delay(unsigned char i);延时程序void display(unsigned char ledojed 1 ,led2,led3);动态扫描显示程序unsigned char keyscan(void);键盘扫描unsigned char status;/#define uchar unsigned char/#define uin

18、t unsigned intunsigned char flagl5flag4;unsigned char led_code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xal,0x86,0x8e,0xbf,0x89;/* 共阳字型段码 表“h"*/unsigned char ledojedl jed2jed3;unsigned char value_array5;存放五字节廳居的数组unsigned char value_temp, value_humi;void dht1 l_delay_10

19、us(void)unsigned char i;i-；i-；i-；i-；i-；i-；/*读一个字节的数据容/unsigned char dht1 l_readvai ue(void)unsigned char count, value = 0, i;status = ok;设定标志为正常状态for(i = 8; i > 0; i-)高位在先value «= 1;count = 0;每一位数据前会有一个50us的低电平时间.等待50us低电平结 束while(dhtll = 0) && (count+ < number);if(count >= num

20、ber)status = error;设定错误标志return 0;函数执行过程发生错误就退出函数/26-28us的高电平表示该位是0,为70us高电平表该位1 dhtll_delay_10us();dhtll_delay_10us();dhtll_delay_10us();延时30us后检测数据线是否还是高电平if(dhtll !=0)进入这里表示该位是1value+;等待剩余(约40us)的高电平结束 while(dhtll != 0) && (count+ < number) dhtl 1 = 1;if(count >= number)status = err

21、or;设定错误标志return 0;return (value);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error unsigned char dht1 l_readtempandhumi(void)unsigned char i = 0, check_value = o.count = 0; display(ledo,led 1 ,led2,led3);/ ea 二 0;dhtll =0;于18ms发送开始信号 display(ledo,led 1 ,led2,led3); dhtll = 1;拉低数据线大需大于18毫秒释放数据线，用于检测低电平的应答信号

22、/ 延时 20-40us,等待一段时间后检测应答信号,应答信号是从机拉低数据线80usdhtll_delay_10us();dhtll_delay_10us();dhtll_delay_10us();dhtll_delay_10us();if(dhtll !=0) 应答信号是低电平return error;elsewhile(dhtll = 0)&&(count+ < number); 信号结束if(count >= number)否超过了设定的范围dhtll 二 1;return error;出函数count = 0;dhtll 二 1;有一个80us的高电平，等

23、待高电平结束while(dhtll !=0) && (count+ < number); if(count >= number)dhtll = 1;return error;for(i = 0;i< size; i+)value_arrayi=dhtl l_readvalue(); if(status = error)read vai ue()读数据出错会设定status为error dhtll = 1;检测应答信号,没应答信号有应答信号等待应答检测计数器是读数据出错，退释放数据线应答信号后会退出函数读岀湿.温度值调用return error;/读出的最后一个

24、值是校验值不需加上去if(i != size 1)读出的五字节数据中的前四字节数据和等于第五字节数据表示成功check_value += value_arrayi;/end fordisplay(ledo,led 1 ,led2,led3);/在没用发生函数调用失败进行校验 if(check_value = value_arraysize - 1)value_humi = value_arrayo;value_temp = value_array2; dhtll = 1;return ok;正确的读出dhtll输出的数据elsereturn error;校验数据错void delay_ 1 _

25、002s(void) unsigned char z,b,c; for(z=0;z<10;z+) for(b=0;b< 160;b+)for(c=0;c<207;c+);void delay(unsigned char x)unsigned char i,j;fdr(i=o;i<x;i+)for(j=0;jvl20;j+);void display(unsigned char led0,ledl,led2,led3) p2=0xfe;p0=led_codeled0;delay(5);p2=0xfd;p0=led_codeled l;delay(5);p2=0xfb;p0

26、=led_codelled2&0x7f;delay(5);p2=0xf7;p0=led_codeled3;delay(5); p2=0xff;unsigned char keyscan(void)unsigned char cord； cord二 p3&oxfo;if(cord_l!=oxfo)display(ledo,ledl ,led2,led3);if(cord!=0xf0)while(p3!二 oxfo)等待按键释放 p3=0xf0; return(cord_l);return(oxfo);void ceshiwenshidu(void)unsigned char d;for(;fl ag4>0; fl ag4-)d=dhtl l_readtempandhumi();display(ledo,led 1 ,led2,led3);if(flag3=o)if(d=l) led0=16; ledl = 16; led2=16; led3=16;flag4=l;void xianshishidu(void)led0=17;led 1 =value_humi/10;ied2=value_humi% 10; led3=0;)void xianshiwendu(void)iled0=12;led 1=value_temp/10;