毕业粮仓温度检测系统(DHT11)1

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第七章总结与体会23致谢24xxxx职业技专科毕业设计（论文）

3.2温湿度电路设计

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。每个DHT11传感器都在极为确切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最为苛刻的应用场合的最正确选则。原理图如图3-2所示。

图3-2温湿度原理图

3.2.1电源引脚

DHT11的供电电压为

3－5.5V。传感器上电后，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。

3.2.2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

+8bi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

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整数数据+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,等待主机开始信号终止后,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,假使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。

1.通讯过程如图3-3所示

图3-3通讯过程图

总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必需大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号终止,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号终止后,延时等20-40us后,读取DHT11的响应信号,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,总线由上拉电阻拉高。如图3-4所示。

图3-4通讯过程图

总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平日隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.假使读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最终一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数字0信号表示方法如图3-5所示。

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图3-5数字0信号表示方法图

数字1信号表示方法.如图3-6所示。

图3-6数字1信号表示方法图

3-2-3电气特性

VDD=5V，T=25℃，除非特别标注

参数供电供电电流采样周期3-2-4封装信息封装如图4-7所示。

表4-1电气特性条件mintypDC35测量0.5平均0.2待机100秒1max5.52.51150单位VmAmAuA次

图3-7封装图

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3-2-5DHT11引脚说明

表3-2DHT11引脚说明表

Pin1234名称VDDDATANCGND解释供电3－5.5VDC串行数据，单总线空脚，请悬空接地，电源负极3.3报警电路设计

报警采用控制器输出脉冲信号经一级放大电路驱动蜂鸣器报警的实现。电路原理图如图3-8所示。

图3-8报警电路原理图

蜂鸣器额定电流IB≤30mA，而对于AT89S52单片机，P1口的灌电流为1．6mA，拉电流为60μA，由此可见，仅靠单片机的P1口电流是不能驱动蜂鸣器的，必需使用集晶体管放大电路，为了使单片机消耗的功率更小，所以使用PNP型晶体管9012。

3.41602液晶显示模块电路设计

显示模块选用1602字符型液晶模块1602字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动便利，经编码后显示内容多样化。显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功耗低的优点。显示容量为16×2个字符，芯片工作电压为4.5—5.5V，工作电流为2.0mA(5.0V)，

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口。第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。

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第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影〞，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄放器选择，高电平日选择数据寄放器、低电平日选择指令寄放器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平日进行读操作，低电平日进行写操作。当RS和R/W共同为低电平日可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平日可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平日可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平日，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。

系统采用P0口与液晶数据端口相连接，P2.0-P2.2与液晶的RS、W、E控制引脚相连，电路图如图3-9所示。

图3-91602液晶显示电路原理图如

3.5NRF24L01无线模块电路设计

4.5.1nRF24L01无线模块nRF24L01性能参数如下：

(1)2.4Ghz全球开放ISM频段免许可证使用。

(2)最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。(3)126频道，满足多点通信和跳频通信需要。(4)内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制。

(5)低功耗1.9-3.6V工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA。

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(6)内置2.4Ghz天线，体积小巧15mmX29mm。

(7)模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程十分便利。

图3-10NRF24L01框图

NRF24L01的框图如图3-10所示，从单片机控制的角度来看，我们只需要关注图3-10的右面的六个控制和数据信号，分别为CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。CSN：芯片的片选线，CSN为低电平芯片工作。SCK：芯片控制的时钟线（SPI时钟）。

MISO：芯片控制数据线（Masterinputslaveoutput）。MOSI：芯片控制数据线（Masteroutputslaveinput）。

IRQ：中断信号。无线通信过程中MCU主要是通过IRQ与NRF24L01进行通信。CE：芯片的模式控制线。在CSN为低的状况下，CE协同NRF24L01的CONFIG寄放器共同决定NRF24L01的状态。用单片机的P3口做控制，电路原理图如图4-6所示。

图3-11NRF24L01无线模块电路原理图

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3.5.2NRF24L01无线模块Tx与Rx的配置过程

NRF24L01无线模块发送与接收的配置如表3-3.3-4所示。

表3-3Tx模式初始化过程

初始化步骤1）写Tx节点的地址TX_2）写Rx节点的地址（主要是为了使能AutoAck）3）使能AUTOACK4）使能PIPE05）配置自动重发次数6）选择通信频率24L01寄放器TX_ADDRRX_ADDR_P0EN_AAEN_RXADDRSETUP_RETRRF_CH7）配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率）RF_SETUP8)选择通道0有效数据宽度9）配置24L01的基本参数以及切换工作模式表3-4Rx模式初始化过程

初始化步骤1）写Rx节点的地址RX_2）使能AUTOACK3）使能PIPE04）选择通信频率RF_5)选择通道0有效数据宽度24L01寄放器RX_ADDR_P0EN_AAEN_RXADDRRF_CHRx_Pw_P0Rx_Pw_P0CONFIG6）配置发射参数（低噪放大器增益、发射功率、无线速率）RF_SETUP7）配置24L01的基本参数以及切换工作模式Rx

CONFIG3.6PCB板的绘制和生产

3.6.1ProtelDXP2023简介

ProtelDXP2023是目前印制电路设计应用中最为广泛的软件之一，它具有丰富多样的编辑功能，强大便捷的自动化设计能力，完善有效的检测工具，灵活有序的设计管理手段。它为用户提供了极其丰富的原理图元件库、PCB元件库及卓越的库编辑和

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库管理。DXP2023SP2设计分工作空间（Workspace）、工程（Project）和含有具体设计内容的文件（Document）三个层次。工作空间文件是关于工作空间的文本文件，它起着链接的作用，记录它管辖下的各种文件的有关信息，以便集成环境调用。工作空间可以包含多个工程，工程分为：PCB工程、FPGA工程、IntegratedLibrary工程等；不同的工程中又包含着其相应的各种具体内容文件。界面如图3-12所示。

图3-12DXP界面图

3.6.2PCB制作流程

采用4ProtelDXP2023软件绘制的原理图和PCB板，（原理图和PCB板图见附录二）使用湿膜制作工艺制作具体过程如图4-6所示。

裁板

镀锡抛光烘干刷油墨显影刷阻焊烘烤曝光钻孔打印菲林退膜退膜蚀刻图3-13PCB制作过程图

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第四章系统软件设计

4.1软件设计思路

主机、从机采用模块化设计。主机主要分为主模块、无线通信模块、显示模块、报警模块。从机主要分为主模块、测温湿度模块、无线通信模块、显示模块、报警模块。主机、从机主模块实现对其他模块的管理，主机主模块参考程序流程图如图4-1所示。从机主模块参考程序流程图如图4-2所示。

开始NRF24L01初始化LCD1602初始化接收温湿度数据温湿度数据处理是否报警是本地报警显示温湿度键盘扫描否

图4-1主机主模块参考程序流程

开始

初始化

启动温湿度转换

读出温湿度数据

发送温湿度数据

读出温湿度数据

是否报警是本地报警是否按键按下Key1显示温度显示湿度否

Key2

图4-2从机主模块参考程序流程

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主机、从机无线通信模块采用16MHz时钟，最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强。主机采用查询接收方式，程序流程图如图4-3、4-4、4-5所示。

开始设置通道及其地址设置数据宽度设置地址宽度设置通信速率、频道返回图4-3NRF24L01初始化程序流程

开始开始初始化初始化写数据等待接收启动发送读取数据延时返回返回图4-4NRF24L01发送程序流程图4-5NRF24L01发送程序流程

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从机温湿度模块是由温湿度传感器DHT11构成。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。每个DHT11传感器都在极为确切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。流程图如图4-6所示。LCD1602程序流程图如图4-7所示。

开始初始化总线延时跳过应答读取数据处理数据终止图4-6DHT11流程图

开始初始化

写显示地址写显示数据终止

图4-7LCD1602程序流程图

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4.2软件实现思路

从机主程序进行键盘扫描，单片机根据判断键盘那个键按下，显示温度或湿度。假使key1键按下就调用温度检测程序，单片机对DHT11进行初始化，成功则读字节，再写入字节，读取温度数据送到1602显示也同时通过NRF24L01无线模块把数据上传给主机并通过1602液晶显示。假使key2键按下，就调用湿度显示程序，开启定时中断T0、T1，T0进行定时，T1对湿度电路给的频率计数，当计满1S时关闭T1，单片机对计的数进行运算，的出湿度值，送往液晶显示也同时通过NRF24L01无线模块把数据上传给主机并通过1602液晶显示。

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第五章系统仿真与调试

5.1系统软件仿真

软件仿真采用Proteus7.5仿真，PROTEUS系统仿真平台与开发平台是由英国Labcenter公司开发的，是目前世界上最完整的系统设计与仿真平台之一。PROTEUS可以实现数字电路、模拟电路及微控制系统与外设的混合电路系统的电路仿真、系统协同仿真和PCB设计等全部功能。PROTEUS软件能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具，真正实现了在没有目标原形时就可以对系统进行调试与验证。

当完成原理图布线后，利用PROTEUSISIS编辑环境所提供的电器规则检查命令对设计进行检查，并根据系统提供的错误检查报告修改原理图。直到通过电器规则检查为止。

单片机系统的仿真是PROTEUSVSM的一大特色，同时，本仿真系统将源代码的编辑和编译整合到同一设计环境中，这样使得用户可以在设计中直接编辑代码，并且很简单地查看到用户对源程序修改后对仿真结果的影响。源代码通过编译无误后，就可以进行仿真，在仿真过程中不断完善电路和程序的功能最终达到本次设计的目的。从机软件仿真图如图5-1所示。

图5-1软件仿真图

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5.2系统软件调试

KeiluVision4是Keil3的升级，其功能和界面都有很大的改变。Keil4软件调试是十分有用的，能够减少开发时间，其能够实现单步，全速，在线仿真等。调试如图5-2所示。

图5-2软件调试图

5.3主要指标测试

本系统主要指标就在于所测得的温湿度的数据是否达到了题目要求，本系统测量范围为-10-50℃，湿度为0-100%；温度测量误差为0.1℃，湿度测量误差为2%；并能检测50*50*50M3大小粮仓的温湿度，通过NRF24L01无线模块上传给主机并集中显示其温度和