数字温湿度计设计毕业设计论文

中国计量学院现代科技学院本科毕业设计（论文）数字温湿度计设计The

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Hygrometer学生姓名学号学生专业自动化班级系指导教师讲师中国计量学院现代科技学院2015年5月 郑重声明本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。学生签名：日期：分类号：TP368密级：公开UDC：62学校代码：13292中国计量学院现代科技学院本科毕业设计（论文）数字温湿度计设计The

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Hygrometer作者学号申请学位工学学士指导教师讲师学科专业自动化培养单位中国计量学院现代科技学院答辩委员会主席评阅人2015年5月致

谢

本毕业设计论文是在我的指导老师黄镇海老师悉心指导下完成的。从毕业设计选题到元器件选型硬件电路设计以及最终的毕业论文攥写过程中，黄镇海老师始终对我耐心指导和不懈的支持。黄老师为人随和对学生认真负责。从他身上可以体现出一位优秀教学工作者严谨的治学态度、丰厚的知识底蕴以及无私奉献的教学精神。犹如茫茫大海中的灯塔，指引着我们向前行。希望借此机会向黄老师表示衷心的感谢。此外，本次毕业设计以及论文能够顺利完成也离不开其他老师与同学们的指导与相互帮助。他们给出的一些元器件选型意见以及论文编写的建议也对我有很大的帮助。再次向他们表示由衷的谢意。绪论随着社会的发展，温湿度已经与人们生产生活越来越密不可分。在人们的日常生产生活中，对温湿度的检测需求越来越高。近年来，随着智能设备终端的快速发展，人们对温湿度的检测也有着向智能化发展的需求。高精度的温湿度测量仪器，智能化的温湿度显示方式成为了人们对于温湿度这一常见测量指标的一个要求。传统的温度检测方法是通过水银温度计，该温度计具有度数不方便，测量精度不高，操作繁琐等缺点。目前人们对于湿度数值的检测基本上还是采用比较传统的干湿球显示法，但是此方法的测量过程相对复杂而且对于湿度数值的测量结果精确度并不高。并且传统的测量方法都需要人工读取温湿度结果，这在一定程度上也一样影响测量精度。测量温湿度的关键是选择功能良好的温湿度传感器。虽然现在出现了很多如DHTxx、SHTxx等集温湿度检测于一体的温湿度传感器，但是这样的传感器普遍都存在温度检测结果精度只有1℃的情况，因此，出于对精度要求的考虑，在本设计中的温度信号采集采用的传感器是DS18B20，而湿度信号的采集则是依靠DHT11。从而来达到本设计中温度精确度为0.1℃的需求。无线信息传输技术已经越来越成熟，并且人们越来越希望走向智能家居化的发展。基于此点考虑，本设计中有一个蓝牙模块，其功能是负责温湿度信号与第三方设备的交互，从而达到异地实时查看到监测点的温湿度信息的目的，使科技与生活相互结合，给人们生活带来便利。此次设计中采用的两个温湿度传感器的检测结果都是以数字信号输出的，因此在硬件电路中不需要设计模数转换模块，并且它们和单片机连接的外围电路也比较简单。所以在此次毕业设计中采用的温湿度信号检测的传感器分别为DHT11和DS18B20两个传感器，主控制模块则是采用的SCT89C52单片机。以此为基础完成本次设计。2设计目标及意义2.1设计目标设计完成一个以STC89C52单片机为核心控制器的数字式温湿度检测以及温湿度信息实时发送的系统，其中该设计需要实现的基本功能为：测量温度精度为±0.1℃，测量湿度的精度为±1%；系统允许误差范围为0.1℃和1%以内；用户可以通过手机上的串口通讯助手软件通过蓝牙通信，实现软件发送指令（预定义字符串）来获取当前温湿度值；该系统可以将实时采集到的温湿度信息显示在液晶屏上面方便查看。2.2设计数字温湿度计的技术依据和意义温湿度的检测在人们的生产生活中越来越重要了，在很多场合下，都需要对当前环境的温湿度数值进行检测以便人们采取相应措施。准确的温湿度测量结果在一些工业生产环节更加重要。传统的温度测量方法是采用水银温度计，它虽然价格低廉，结构简单，但是它的测量结果不易读取并且精确度不高，它需要采用人工度数的方式，测量误差加度数误差使得它的检测精度更加不可靠[1]。目前人们对于湿度数值的检测基本上还是采用比较传统的干湿球湿度检测法，但是此方法的测量过程相对复杂而且对于湿度数值的测量结果精确度并不高。通过单片机作为主控制器对温湿度进行检测，不但具有控制简单，可控精度高等特点，而且硬件电路简单，显示结果方便记录的好处。近几年来，人们对智能温湿度检测越来越期望，它不仅可以解放出更多的人力，而且还确保了精确度不丢失。蓝牙无线通信技术经历了这么多年的发展也日趋成熟起来，2.4GHz判断的无线通信已经成为了国际的标准，并且由于智能手机的快速发展，单片机与外界通信已经不单单局限于早前的时候通过上位机和串口来与计算机进行通讯。现在单片机也可以通过蓝牙主从模块和其他单片机或者手机及笔记本进行数据交互了。通过单片机控制蓝牙从模块发送温湿度传感器检测所得的数据到手机软件上，用户可以通过编程发送指令获取传感器检测到的温湿度值，可以异地实时获取设备检测所得到的温湿度数值，而且也提高了检测效率避免了使用者可能出现的操作误差导致测量结果不准确。总而言之，温湿度无论是在日常人们的生活中还是在工农业的生产中都有着很大的影响，实际生产生活各个环节都离不开对于温湿度的检测与控制。因此，对检测温湿度的设计是具有实际意义的。3系统概述3.1总体设计方案根据系统设计要求，本温湿度检测及数据传输系统主要由一下5个模块组成：以STC89C52单片机为核心的主控制系统、以DS18B20为核心的温度检测系统、以DHT11为核心的湿度检测模块、以LCD1602为核心显示模块以及以HC-06为核心的蓝牙通信模块。蓝牙通信模块湿度传感器温度传感器显示模块主控蓝牙通信模块湿度传感器温度传感器显示模块主控制器图3.1系统设计框图STC89C52单片机作为本温湿度检测系统的主控制器，DS18B20温度传感器采集温度信息发送给单片机做数据处理，DHT11温湿度传感器采集湿度信息发送给单片机做数据处理，单片机把数据经过处理之后发送显示指令给液晶显示屏显示在LCD1602液晶显示器上，通过蓝牙模块和手机端蓝牙串口助手进行通讯。HC-06蓝牙模块处于工作状态时，手机端的蓝牙串口可以检测到该模块发出的信号，通过配对码进行两个设备之间的配对（蓝牙模块默认配对码为1234），配对成功后，手机端发送设定字符串到蓝牙模块就可以获取到实时监测到的温湿度值（默认发送“11”获取当前湿度值，发送“21”获取当前温度值）。3.2元器件的选择3.2.1主控制芯片单片机是拥有微型CUP、基址寄存器、RAM、ROM以及数据通信I/O口等组成的一个集成于一小块芯片上的完整计算机系统。它的基本功能全部集中在一个微小芯片上面，但它基本上具有一个完整计算机系统所需要具备的基本元件：CPU、RAM和与外界通信的总线系统，同时集成了外部时钟电路、定时器等外围扩展设备[9]。本设计中，所有传感器以及蓝牙、液晶屏之间的通信是通过单片机完成的。该单片机是INTEL公司推出的51系列单片机中的产品基础，是采用单个低电压感谢您CMOS8位单片机，片内有8位可以反复擦写的存储器。如下图3.2是STC89C52单片机的引脚电路图。图3.2单片机引脚单片机最小系统组成部分之一是晶振电路。本系统中晶振使用的是频率为11.0592MHz的晶振，与之相连的电容采用瓷片电容，电容大小为22pF。其组成电路如图3.3所示：图3.3晶振电路3.2.2DS18B20温度传感器DS18B20温度传感器是以数字信号作为其直接信号输出的传感器，它输出的检测信号可以直接交给单片机来处理数据，并且其数据输入输出口集成在一个引脚，并且DS18B20的数据输出口是单口的，只需将其数字信号接口与单片机连接，其他两个管脚分别接VCC和GND就可以实现该元器件的正常工作。其温度测量范围在-55℃~+125℃之间，并且，在-10℃~+85℃之间时温度精确度为0.5℃。可以通过软件程序将其温度精度分辨率控制在0.0625℃，从而实现了对于温度的高精度检测[10]。同时DS18B20在实际硬件电路连接中，只需要一个4.7K的上拉电阻不需要其他任何元器件[11]，其数模转换电路、传感器等都在一个三极管中被封装好了，硬件电路十分方便。图3.4DS18B20引脚图1：GND接地2：DQ数据输入/输出引脚3：VDD可选的VDD引脚3.2.3DHT11湿度传感器DHT11温湿度传感器，具有良好的工作稳定性，它可以适用于不同场合下的温湿度采集，相对于瑞士生产的SHT11传感器而言，它具有极高的价格优势，并且在性能方面表现也是相当不错的它响应速度快，抗干扰能力强。并且其在出厂时已经对输出信号进行了校验，可靠性相对较高。图3.5DHT11温湿度传感器因为在本设计中，对于温度的精确度要求是0.1℃，而DHT11温湿度传感器能检测到的温度精度只能精确度1℃并且检测范围只能0-50℃[12]。因此无法满足本设计中对于温度检测精度的要求而其湿度检测范围是20-90%RH精确度为1%，可以满足本设计中对于湿度检测上的性能的要求，因此在本设计中只采用该传感器检测到的湿度数据，而不采用其检测所得的温度数据，通过精确度更高的DS18B20温度传感器来检测环境温度值，确保数据能够满足设计需求。3.2.4LCD1602液晶显示本设计中液晶显示模块使用的是1602液晶模块，其显示器驱动电路的电压为5V，含有背光功能，它可以分为两行显示，其中每一行最多可以显示16个字符，但是不支持中文显示，内置128个字符的ASCII字符集库[3]。图3.6LCD1602引脚图图3.7LCD1602实物图LCD1602引脚说明如下表：表3.8LCD1602引脚说明表编号符号引脚功能说明编号符号引脚功能说明1VSS接地9D2数据接口32VCC电源正极10D3数据接口43VO液晶屏对比度调节端口11D4数据接口54RS数据/命令选择端12D5数据接口65R/W读/写控制端13D6数据接口76E使能端14D7数据接口87D0数据接口115BLA背光端正极8D1数据接口216BLK背光端负极LCD1602内部有80B的RAM缓存区[14]，对应映射关系如下图：LCD显示屏LCD显示屏16X20001020304050607…274041424344454647…67图3.9LCD1602地址为了使液晶显示结果更容易观测，在本设计中将液晶15脚接+5V电压，16脚接地，实现液晶背光工作。第三引脚VO口为液晶对比度调节口，在该口串接一个10K电位器从而来调节液晶显示器的对比度[15]。3.2.5HC-06蓝牙通信模块蓝牙技术是一种无线通信技术。其对数据收发的可靠性和信息传输的安全性有极大的保障。由诺基亚、英特尔、东芝、爱立信和IBM等五大公司成立参与的SIG组织于1998年5月提出并且制定的标准。2.4GHz是蓝牙技术在全球通用的通信频段，蓝牙信号的传输速率可以达到约1Mbps。蓝牙传输的技术特点如下：（1）可替代性极高：无线蓝牙通信技术可以做到像有限电缆那样的做数据的收发，其传输速率并不受影响并且能保障数据传输过程中不丢包。（2）可靠的信息安全性：蓝牙技术通过调频技术保障信息安全性；（3）优秀的承载能力：蓝牙通信支持几种类型不同的信息的接受与发送，它还可以与多个设备同时连接；（4）功耗超低：蓝牙设备可以通过直流电源供电而并不需要高电压的交流供电；（5）集成性高：蓝牙芯片具有小体积但是有复杂的内部结构；（6）通用性好：全球通用。HC-06蓝牙模块主要性能参数：（1）频率：2.4GHz；（2）调制方式：GFSK；（3）收发功率级别：class2；（4）灵敏度：≤-80dBm；（5）通讯速率：2Mps；（6）工作电压：3.3V；（7）工作稳定温度范围：-20~+55℃HC-06蓝牙通讯模块电路图如图3.10所示：图3.10HC-06蓝牙模块电路其中蓝牙模块的TXD引脚与STC89C52单片机的P3.1口相连，RXD引脚与单片机的P3.0口相连。蓝牙模块LED灯闪烁时表示正在等待匹配设备，LED灯常量时表示设备匹配成功，进行数据传输。图3.11HC-06蓝牙实物图4软硬件系统设计4.1数字温湿度计电路设计STC89C52单片机是本次设计中的核心部件，其起着获取温度传感器和湿度传感器检测到的数据功能，并且通过其控制LCD液晶显示屏显示采集到的温湿度实时信息值，以及控制蓝牙模块发送该实时温湿度数据的作用。数字式温湿度传感器DHT11的数据通信引脚DATA脚与STC89C52单片机的P2.2口相连，DS18B20数字式温度传感器的数据通信引脚与STC89C52单片机的P1.0口相连。单片机的P0.0口~P0.7口连接10K的排阻然后在与LCD1602的RB0~RB7使能端口相连。LCD1602的V0口连接一个10K的电位器接地，从而达到通过调节电位器的阻值来调节LCD1602显示屏的对比度的目地。LCD1602显示屏的BLA与BLK脚分别连接VCC与GND从而打开LCD显示屏的背光功能。LCD显示屏的数据读写和使能引脚分别连接单片机的P2.6、P2.5、P2.7引脚从而实现单片机对该液晶显示模块的数据读写操作。HC-06蓝牙通信模块的数据引脚连接单片机对应的引脚，实现蓝牙模块与单片机之间可以进行正确的数据交互，实现手机端的串口调试助手可以通过发送预定义字符串来与单片机进行通信，实现实时获取温湿度值的设计要求。图4.1数字式温湿度计电路图单片机的复位电路可以通过两种途径来实现其复位单片机的功能，分别是按键复位和上电复位，在本设计中复位电路的设计使用的是按键复位设计。当按下单片机复位按键时，单片机的RST口的电平从原先的电平变成了高电平，触发单片机复位功能，使其进入复位状态。当按键没有被按下时，+5V电源给电容充电，改变原先改口的高电平为低电平，RST口为低电平时，单片机重新变为工作状态。单片机的内部放大器的输入输出引脚。外接一个11.0592MHz的晶振以及两个22p的瓷片电容组成了单片机的晶振电路。4.2系统程序设计4.2.1程序流程图本设计中的软件系统主要分为以下几个部分组成：DHT11数据采集子程序、DHT11数据校验子程序、LCD1602显示子程序、串口通讯子程序。其中DHT11温度采集子程序主要实现功能为：每次采集8位温度信息将采集到的数据传送到单片机进行处理。DHT11数据校验子程序的功能为：校验每次传感器采集到的8位温度信息，如果校验正确则把数据送到下一个子程序中进行处理。LCD1602显示子程序的功能为：获取温湿度处理子程序得到的数据，通过写指令显示在显示屏上。开始开始 通信复位通信复位启动数据传输启动数据传输定时器初始化定时器初始化写温度指令写温度指令启动数据传输读温度值启动数据传输读温度值通讯复位写湿度指令通讯复位写湿度指令显示处理读湿度值显示处理读湿度值 程序执行成功程序执行成功数据处理数据处理图4.2程序流程图4.2.2DHT11数据采集子程序voidDATA_RDATA(void){ ucharin; for(in=0;in<8;in++) //每次采集8位数据 { cound=2; while((!D)&&cound++); //拉低50us为接受一bit数据作准备 DOi=1; //电平已拉高，这句可不要 tempreter=0; //默认为低电平，即"0" Delay_40us(); //延时40s后再测 if(DOi)tempreter=1; //如果40us后仍是高电平，是"1" firstcomdata<<=1; firstcomdata|=tempreter; //将值赋给ucharcomdata，每次赋一位 cound=2; while((DOi)&&cound++); //延时等待电位降低进行下一次循环 }}4.2.3DHT11数据校验子程序voidDATA_DHT11_wendu(void){ D_wendu=0; delay(30); //主机拉低电位180ms D_wendu=1; Delay_40us(); //主机拉高电位40us D_wendu=1; if(!D_wendu) //如果电位为低，表明从机响应信号已到达 { cound=2; while((!D_wendu)&&cound++); //判断从机拉低电位80us FLAG=2; while((D_wendu)&&cound++); //判断从机拉高电位80us，准备采集数据 DATA_R(); RH_tempreter_dht=comdata_dht; //湿度高8位 DATA_R(); RL_tempreter_dht=dataof_dht; //湿度低8位 DATA_R(); TH_tempreter=dataof_dht; //温度高8位 DATA_R(); TL_tempreter=dataof_dht; //温度低8位 DATA_R(); check_tempreter=dataof_dht; //校验8位数据 D=1; tempreter=(TH_tempreter+TL_tempreter+RH_tempreter+RL_tempreter); if(tempreter==check_tempreter) //数据校验如果正确进行下一步 { RH=RH_tempreter; RL=RL_tempreter; TH=TH_tempreter; TL=TL_tempreter; } } dht[0]=RH/10+0x30; dht[1]=RH%10+0x30; dht[2]='.'; dht[3]=RL/10+0x30; dht[4]=RL%10+0x30; dht[5]='%'; dht[6]=TH/10+0x30; dht[7]=TH%10+0x30; dht[8]='.'; dht[9]=TL/10+0x30; dht[10]=TL%10+0x30;}4.2.4LCD1602显示子程序voidwrite_data(uchardate) //1602写数据{ lcdwrdata=0; lcdrsdata=1; numberdataport=date; delay(5); lcden_see=1; delay(5); lcden_see=0;// delay(200); delay(5);}voidwrite_com(ucharcom) //1602写指令{ lcdwr_see=0; Lcdrs_see=0; numberdataport=comportdata; delay(5); lcden_see=1; delay(5); lcden_see=0;}voidLCD_init() //1602初始化{ lcden=0; wto_comsee(0x38); //8位，2行 wto_comsee(0x0c); //显示开，光标关，不闪烁 wto_comsee(0x06); //读写字符指针加1，屏幕不移动 wto_comsee(0x01); //清屏}Print_Char(ucharch){SBUF=ch;while(TI!=1);TI=0;}Print_Str(uchar*str){while(*string!='\0'){Print_Char(*str);delay(2);string++;}}4.2.5串口通讯子程序voidtime_RI()interrupt4{ intjson;ES_data=0; //关闭串口通讯，防止数据接收时再次发生中断RI_data=0; //标志开始接收数据 ajax=SBUF; //把串口接收到的数据放在ajax中 switch(ajax) { Case0x11: for(i=0;i<6;i++) Print_Char(dht[i]); break; case0x21: Print_Char(0x30+ws); Print_Char(0x30+wg); Print_Char('.'); Print_Char(0x30+wxs); Print_Char('0'); Break; Default:break; } ES=1; //再次打开串口中断，为下次中断做准备 Print_Char(a); }4.2.6蓝牙串口助手介绍蓝牙串口助手是一个基于google推出的安卓系统的定制软件，它可以打开手机蓝牙的层通信协议，从而实现两个蓝牙设备终端之间的相互通信功能。该软件有两种模式，一种是直接发送字符串指令到已进行匹配的蓝牙从机上，另一种是设置编辑九宫格按键内容，按键内容可以根据用户自己的需求自定义，按键发送的字符串也可以预定义。相对于第一种直接发送字符串来说的方法而言，其九宫格按键模式界面更加友好，用户体验非常好，并且可以解决忘记预定义字符串的困扰。软件截图如图4.3、图4.4、图4.5：图4.3软件调试界面图4.4软件调试界面图4.5软件调试界面5结论在大学的学习中，毕业设计是一个十分关键的环节，它对我们将来进入社会参与社会生活实践是一次很好的磨练。从最初的毕业设计选题、开题答辩、元器件选型、电路图设计、硬件电路焊接、软件调试等每一个过程都是一次自我的成长和对自己所学的知识的一次检验。本设计是基于单片机的数字温湿度计设计，开始对于单片机、温湿度传感器都不是很了解熟悉，软件设计中使用C语言进行软件编写也不是很了解。由于本设计是由软件和硬件电路两部分组成，而我是首先从软件编写入手，然后进行硬件电路设计，因此由于软件编程的缺陷导致硬件电路设计不美观。在本次设计中，有很多地方都是从头学起的，如蓝牙通信模块和手机串口调试等。本次毕业设计，锻炼了我的自学能力，动手能力以及问题的发现解决思路和解决的方法等很多都是在平时课堂里面无法通过课本知识获取到的，实践出真理，实践得真知。在实践中磕磕碰碰的学习获取知识，这对于我们自身的成长的有着极大帮助的。本设计实现了温湿度的检测与显示，并且可以通过手机上的蓝牙串口通讯助手获取检测到的温湿度值。LCD实时显示数据，蓝牙实时发送数据等一些基本功能都已经实现了但是其中还是有许多需要改进的地方。如液晶显示屏上只能显示温湿度值，没有加入对于当前系统时间的显示，这可能在一定程度上影响到了其易用性。其次，目前本设计中采用的仅仅是蓝牙串口调试助手来获取检测到的温湿度值，其获取数据还需要进行蓝牙配对，并且要通过手动发送字符串的方式才能够获取到检测到的温湿度数据，这点需要改进，最好的话是可以做出一个实时获取温湿度的软件，其能做到自动配对蓝牙，自动发送获取温湿度的指令，并且可以把获取到的温湿度值记录下来，生成一个类似于历史报表方便用户对比数据等从而做到真正的智能化。

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Digital

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