室内温湿度光强检测仪的设计与实现

室内温湿度光强检测仪的设计与实现室内温湿度光强检测仪的设计与实现.6C51单片机处理系统“单片机”的称呼由英文名称“SingleChipMicrocomputer”直译而来，缩写为SCM。所谓单片机就是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理功能的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口、中断系统、定时/计数器以及串行接口等功能的电路集成到一块芯片上而构成的小而完善的计算机系统。51单片机自1983年至今，不断的自我完善，具备了体积小、功能全、功耗低抗干扰能力强等特点，形成了长盛不衰的局面。[7]本次方案设计将采用由宏晶公司生产的STC89C52RC单片机，在5V电压下最高时钟频率能达到80MHz，拥有8K字节的Flash程序存储空间、512字节的数据存储空间、大于2K字节的EEPROM、8个中断源和3个定时器。图2-6STC89C52RC单片机最小系统1、STC89C52RC引脚接口介绍对选用的STC89C52RC单片机主要引脚接口在在本文中只简单的做一些介绍，如表2-4：表2-4引脚分类说明分类引脚说明主电源引脚（2根）VCC(40Pin)：电源输入，接＋5V电源

GND(20Pin)：接地线

外接晶振引脚（2根）XTAL1(19Pin)：片内振荡电路的输入端

XTAL2(18Pin)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(9Pin)：复位引脚，出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG(30Pin)：地址锁存允许信号

PSEN(29Pin)：外部存储器读选通信号

EA/VPP(31Pin)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编I/O引脚4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。2、设计方案引脚接口说明

3系统软件部分设计硬件部分的连接已经完成，现在只要将各模块的工作逻辑程序及驱动程序写入到51单片机中即可。在本设计方案中，一共有4个逻辑模块，分别是：DHT11温湿度检测模块、BH1750FVI光强度检测模块、LCD1602液晶显示模块以及LED灯光控制模块。3.1系统总流程图开始开始系统初始化温湿度采集光照强度采集单片机数据处理LED灯光控制LCD液晶显示结束图3-1设计总流程图51单片机上电后，首先对各个元件进行初始化，完成后开始工作。温湿度传感器与光强度传感器采集当前环境的温湿度和光照强度信息传输给51单片机。单片机数据处理后，分别传送给液晶屏显示和LED灯光控制。至此，本系统设计的全部功能得到实现。3.2温湿度传感器模块温湿度传感器DHT11主要用来监测室内环境中的温湿度数据，这一模块的软件部分主要是来对传感器进行初始化，即对它进行驱动。同时，接收数据后，对其进行数据处理以便于在液晶显示器LCD1602上显示。结束等待开始结束等待开始单片机设为输入模式输出数据DHT11忙？YN单片机接收数据数据处理LCD显示温湿度图3-2DHT11温湿度传感器流程图当单片机上电后，DHT11温湿度传感器将数据由单片机的P2.3口传入单片机内，单片机接收数据后，进行处理，送入LCD液晶显示器进行显示。首先对温湿度传感器进行初始设置，方便数据读取。即将主机拉低18ms，再将DATA总线由上拉电阻拉高20us，当DHT11为低电平时传出数据。[8]单片机判断是否接受数据，之后数据校验。校验完成后，进行数据显示处理，温度与湿度进行小数显示处理。3.3光强传感器模块数字光强传感器BH1750FVI主要用来监测室内环境中的光照强度数据，这一模块的软件部分主要是来对传感器进行初始化。同时，单片机接收数据后，对其进行数据处理，以便于在液晶显示器LCD1602上显示。N开始N开始单片机设为输入模式BH1750FVI是否忙跳出Y光强输出数据接收数据单片机数据处理

LCD显示光强度结束结束跳出图3-3BH1750FVI光照强度传感器流程图结束跳出当系统通电后，光强传感器接收单片机的初始化信号，开始工作。单片机发来起始信号，传感器采集数据，向单片机发送传送数据请求，单片机恢复后，传送数据单片机接收数据后进行数据处理，送到LCD液晶显示器显示。[9]3.4液晶显示模块液晶显示器LCD1602在本设计方案中是用来对温湿度数据与光强数据显示的，由于LCD1602只能显示两行，所以这三组数据需要交替显示。而这一模块的软件有两个作用，即对LCD1602进行初始化和显示格式设置。开始初始化液晶显示器设置写数据地址开始初始化液晶显示器设置写数据地址写入温湿度地址数据LCD是否忙？延时Y显示温湿度延时写入光强度地址LCD是否忙？显示光强度延时延时YNN图3-4LCD1602液晶显示流程图LCD液晶显示器是整个程序的最重要的一个模块，是人机交互界面。本设计方案采用LCD1602液晶显示屏，LCD1602是一个带有背光灯的显示器，因此显示效果较好，便于人们观察。LCD1602有2×16个单元的显示单位。每个单元有5×8个点组成，由于点阵比较少，不适合显示汉字。[9]所以，本设计中将用RH表示湿度、T表示温度、Light表示光强度，同时，由于是毕业设计，在本设计中加入了本人的学号，用XH表示。由于LCD液晶显示器只有两行所以本设计，将使用交替显示的方法来实现这4种量的显示。用LCD1602显示数据，首先要对LCD1602进行初始化，即显示模式设置、显示开/关及光标设置、数据控制、数据指针设置，读数据和写数据等控制方式的初始化。[10][11]3.5LED灯光控制模块在本设计方案中，LED灯光控制模块是作为单片机的输出控制模块，BH1750FVI光强元件所采集的数据作为控制LED灯点亮个数的判断依据。当采集的光强度数据大于设定的比较值的时候，LED灯点亮与设定值对应的LED个数。由此来控制室内光强度始终在人们生活最舒适的大小。结束结束接收光强数据光强数据处理wan！=0qian！=0bai！=0ge！=0P1设置为0xffP1设置为0xfeXP1设置为0xf8P1设置为0x00……LED不亮LED亮1只LED亮3只LED全亮NNNYYYY开始图3-5LED灯光控制模块流程图LED灯光控制模块作为本设计方案的扩展功能，但却是作为本设计方案的点睛之笔来设计的。本功能设计也是现在智能家居的一个设计模块。在这里设计的思路是由单片机判断与设定值比较的大小，进而调控LED亮灯的个数。该功能可以由C语音中的（if…elseif…elseif……else）语句实现。[12]

4系统调试结果4.1程序调试在KieluVision4中先创建一个Project，选择相应单片机，新建一个.c文件，这里创建了一个wsdgq.c文件，编写完程序检查无误后，保存编译。生成相应的.hex文件，该文件为焼写单片机所需要的程序。图4-1C51单片机程序编译在程序的编写过程中，遇到了许许多多的问题。在温湿度与光强度数据的处理时，遇到了传感器芯片初始化和数据接收调用函数名不统一等问题，并且在定义数据类型是出现了错误，出现了显示不全的问题。在LCD1602的显示设置中，显示地址位置设置错误，导致了乱码和数据重合的问题。在出现这些问题后，我咨询了指导老师，并且查阅了许多资料，最终解决了这些问题，使程序编译成功。4.2单片机程序焼写本设计方案采用的是宏晶公司生产的STC89C52RC单片机，因此使用官网提供的STC_ISP_V488焼写工具，选择相应型号的MCUType，这里选择STC89C52RC，之后打开.hex程序文件，选择对应的串口与波特率，最后开始Download。图4-2STC单片机烧录工具4.3数据采集结果DHT11温湿度传感器采集室内环境信息经过单片机处理后，通过LCD1602显示出当前湿度为30.0%RH、温度为29.0℃，如图4-3所示。图4-3温湿度数据采集结果数字光强传感器采集数据传给单片机后，再经单片机处理，将处理后的数据送入LCD1602液晶上上显示。如图，除了光强度外，还添加了学号显示功能。光强度为29lx，学号为XXXXXXXX，如图4-4所示。图4-4光强数据采集结果4.4LED灯光测试结果如图4-5所示，当光强度为00004lx时LED灯全部点亮，而当光强度为13614lx时LED灯全灭，因此本设计方案基本设计完成。图4-5LED灯光控制演示

5结论与展望在本设计方案中，实现了基于C51单片机的室内温湿度、光强监测仪的设计与实现。该设计方案具有智能化、免操作、功耗低、直观实用等特点。对于室内家居环境，我们需要监测的环境因素除了温湿度和光照强度外，还需要有甲醛含量、液化气含量等因素。但是由于毕业设计成本和能力等比较有限，最终决定只选择监测温湿度和光照强度这三个与宜人家居相关的环境因素。系统方案在设计时，必须要考虑的因素就是传感器这个信息采集模块，因为信息采集的准确性直接关系着整个系统总体的体验效果与综合稳定性。因此，在测量温湿度方面，本设计方案选择了DHT11数字温湿度传感器。因为DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。该元件具有体积小、功耗低、品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比高、串行接口，连接方便，信号传输距离远等优点。在光照强度信号的采集方面，选用了BH1750FVI数字光强传感器。由于其光源依赖性弱，受红外线影响小，输出范围广，接近视觉灵敏度，功耗低的特点，完全符合我们本次方案设计的需求。在单片机系统处理和LCD1602液晶显示模块的设计中，综合能力的要求比较高，对C语言编程能力有比较高的要求。在LED照明控制方面，本设计方案通过逐级判断，实现对灯光强度的智能调控，提高了人们舒适生活的体验，但由于时间和成本的限制，本功能实现的较为简陋。伴随着现代科学技术的发展，家居环境也必将进入现代化阶段和智能化。生活追求的就是高质量的舒适度，所以实现对室内环境的实时监测是实现高质量生活的前提。而传统的环境监测手段已经不适合智能化家居的要求，而本设计方案则正好解决了这一问题，既能实现实时监控，又方便。所以本设计能很好的为现代家居生活服务。因为时间的仓促和实验条件和能力有限，本设计还存在着一些不足，在这里做一下不足与展望的总结：1、光照强度数据的处理上还不够合理，所以应该将光照的亮度划分出等级，以便于人们更加直观的判断。2、环境信号采集的节点比较少，造成采集的结果不够精准，所以应该多加几个采集节点，让结果更加准确。3、LED灯光控制部分，灯光增强设计的比较简陋，只能控制8只LED等，可以通过编码器来增加灯的数量。4、数据传输比较单一，可以添加无线模块与其他家电进行数据共享。

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北京:清华大学出版社

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