【《基于51单片机温湿度检测系统的设计》5000字（论文）】

基于51单片机温湿度检测系统的设计摘要21世纪以来，实用的温湿度检测装置与人们的日常生活密不可分，温湿度检测给生活带来了极大的方便。工业生产中有些场合需要使用精密的机台设备，这些设备的精密度高、价格高，因此为了保证产品的质量及机台的使用寿命，对其环境的要求也很高，尤其的是对温度、湿度的控制。本文利用STC89C51单片机作为控制芯片，DHT11传感器采集温湿度数据，通过按键设置数据阈值，利用主控芯片处理数据，并将处理结果通过LCD显示出来，最后将数据通过WIFI模块传输到手机中，实现了温湿度检测装置的设计。 关键词：单片机，WIFI，温湿度检测目录TOC\o"1-2"\h\u第一章绪论 11.1研究意义 11.2研究背景 11.3国内外研究现状 1第二章系统硬件设计 32.1系统工作原理及构成 32.2电路设计图 32.3主控制芯片介绍 42.4温湿度传感器 52.5LCD1602液晶显示 62.6声光报警器 62.7键盘电路 72.8无线通信模块 7第三章系统软件设计 83.1软件开发环境介绍 83.2系统软件流程图 83.3温湿度采集程序设计 93.4键盘程序设计 103.5LCD1602液晶显示程序设计 113.6Wi-Fi通讯程序设计 12第四章结论 14参考文献 16第一章绪论1.1研究意义21世纪以来，温湿度测定与人们的日常生活分不开。温湿度测定给生活带来了很大的便利。工业生产中有时需要精密的机械设备。这些设备精密度高，价格高，为了保证产品的品质和机器的寿命，对环境的要求也很高，特别需要温度和湿度的控制。例如，在烟草仓库里非常重视温湿度，一般温度保持在30℃以下，相对湿度控制在55%~65%。一般温度湿度传感器的非线性输出和一致性的差异使得温度湿度的测量方法和手段相对复杂，并且难以调整电路。以往的温湿度测量多采用模拟小信号传感器，信号调整电路不仅复杂，温度湿度值的设定过程也非常复杂，需要昂贵的校准装置和设备。1.2研究背景温湿度监测系统的应用背景是目前各行业越来越重视产品的生产、商品管理和库存。很多仓库里保管着香烟、纱线、中药、食品等非常重要的物资，为了保持仓库保管货物的良好品质，创造适合仓库保管的环境，如果仓库内的温度和湿度适合仓库保管，应尽量防止仓库外的气候对仓库产生不良影响。如果仓库内的温度和湿度不适合储存商品，应及时采取有效措施调整仓库内的温度和湿度。因此，建立实时温度湿度监视系统，保存完整的历史温度数据已进入行业标准。1.3国内外研究现状目前，国内温度控制仪器的发展与国外相比，性能还有一定的差距。它们之间最大的区别主要在于控制算法。国内温度控制器的具体性能在全范围湿度控制精度上较低，适应性差。例如，对于不同的温度控制对象，由于缺乏控制算法，控制精度不稳定。昆明理工大学信息工程与自动化学院王青海在锅炉湿度控制研究[1]中，结合神经网络PID与LabVIEN与人机的相互作用，实现了锅炉温度数据收集、控制和实现。提高了锅炉温度控制系统的效率。英国的Hanid等控制装置被应用于冰箱的湿度控制[2]。使用Matlab/Simuurlink软件和误差分析图，与以往的0n-0ff控制进行了详细的比较。PID控制在精度和控制性能方面均优于0n-0ff控制。日本小松电子株式会社三村的PID控制和现代控制[3]理论，研究了离子热水器的湿度控制。与传统的控制系统相比，这种湿度控制方法表明可以使用更少的湿度传感器来降低成本。公司效率提高了第二章系统硬件设计2.1系统工作原理及构成硬件模块包括51单片机[4]，键盘模块，声波信号，连接WIFI模块，网络联系负责信息传输WIFI模块，实现交互模块的WIFI，网络服务器发送请求后客户DHCP服务器获取IP地址的网络如图2.1所示。图2.1系统硬件结构图2.2电路设计图图2.2系统硬件电路图2.3主控制芯片介绍以下即是STC89C51RC的一些主要的功能以及特性：表2.1STC89C51RC功能表图2.3即为引脚：图2.3STC89C52RC引脚图STC89C51RC引脚图中的相关引脚信息的具体介绍如下：

（1）2根主电源引脚

VCC(Pin40)：输入总电源，电源采用正5V的输入电压

GND(Pin20)：与地线连接，做好接地线工作

（2）2根外接晶振引脚

XTAL1(Pin19)：对于片内振荡电路，输入端采用该引脚

XTAL2(Pin20)：对于片内振荡电路，输出端采用该引脚

（3）4根控制引脚

RST/VPP(PINI9)：该引脚具有复位功能ALE/PROG(Pin30)：该引脚具备地址锁存所允许的信号

PSEN(Pin29)：该引脚是一种通信号，其主要功能是外部存储器读选EA/VPP(Pin31)：程序存储器一般情况下会存在于内部选通和外部选通，在处于低电平连接的状态下，相关指令是通过外部程序存储器进行读取的。在处于高电平连接的状态下，相关指令则是通过内部程序存储器进行读取的。该引脚还有另外一个作用，即用于在只读存储器编程期间应用的编程电源的相关额定电压为12V。④32根可编程输入/输出引脚：此单片机有分别为P0,P1，P2,P3的4组8位的可编程I/O端口，每一组I/O端口有8个引脚，4组一共32个引脚。2.4温湿度传感器为了检测空气中的温度以及湿度，本设计特地使用了DHT11温湿度传感器[5]。DHT11传感器是一种能够测量温度和湿度的传感器。它由温度传感器和湿度传感器组成。传感器与单片机相连，单片机经过内部单片机采集温度和湿度，然后通过数据线输出，数据线与外部控制装置相连。温度和湿度的测量可以通过外部单片机与传感器[6]连接来实现。DTT11只需要一个I/O即可读取温度和湿度。它价格便宜，足以测量一般环境的温湿度，属于低功耗传感器。如下图2.4所示，传感器有四个引脚，第一个是VCC引脚，第两个是数据引脚，第三个是悬浮引脚，第四个是GND地线。图2.4DHT11电路图2.5LCD1602液晶显示LCD1602液晶显示器是传感器采集的数据由字符形式在屏上显示。LCD显示器被划分为字段显示和字符显示。在信息输出指示器这一方面，我们所采用的是LCD1602系统。最新的LCD1602[7]系统在很多方面都进行了大幅的提升，将之与传统的LED数字灯泡相比，所具备的优势便逐一得到体现，例如，液晶显示模块容量小、液晶显示模块能量弱、同时还具有相当丰富的内容，这些优势使得液晶显示在工作性能上完全对传统模式进行了高校的提升，并且在改良的过程中，客户不再需要额外的驱动链，作为附件中最常用的显示器之一，液晶模块已经具备了相当成熟的操控技术，并有望在之后的发展中得到更进一步的提升，从而再来一次划时代的技术突破。如图2.5电路图所示。图2.5LCD1602电路图2.6声光报警器报警系统由蜂鸣器和LED构成，实现声光报警，如图2.6所示。当温度超过规定的温度极限或湿度高于规定的湿度时，声光报警。Beep1是蜂鸣器；Q2是S8550三极管、VCC转换器、三极管控制基准电阻、三极管通过1K电阻连接到单片机的P2.1端口。当单片P2.1输出低电位时，三极管工作，蜂鸣器发出警报。图2.6声光报警器2.7键盘电路用三个按键来设置温湿度报警提示的阈值。三个按键分别为“设置”、“+”和“－”键。通过“+”和“－”键设置数据，如图2.7所示。图中的三个键共地，另一端分别连接到P1.0、P1.1和P1.2端口。当按键按下，端口输出低电平，从而执行相应的动作。图2.7键盘电路2.8无线通信模块本设计采用ESP8266WIFI模块，如图2.8所示，该模块是一个超低功耗的UARTWIFI模块，为乐鑫科技推出的一个模块，模块具有体积小、功耗低等优点。该模块具有STA、AP、AP+STA模式，可以实现物联网的应用，本设计采用AT指令将其设置在STA工作模式下。该模块采用TTL串口级实现与单片机的数据通信。该模块采用TCP/IP协议，可以实现TCP、UPD等协议。使用时，只需普通串口即可发送AT指令。图2.8ESP8266-01模块第三章系统软件设计3.1软件开发环境介绍Keil4c51是由keil软件公司在美国推出的MCU开发系统。可开发各种系列的51单片机。在这个开发环境系统中，我们可以使用C语言[8]、汇编[9]指令语言等进行开发，界面美观。该工具的功能和结构满足开发人员的需求。它是单片机开发人员必备的开发工具，也是初学者学习单片机必备的。工具面板和keil4窗口灵活，可以被配置和配置，以便开发人员能够快速识别出他们使用的窗口。Keilc51可以有效地生成目标代码，并在编译代码时自动创建目标文件。图３.1是接口的界面图。图3.1Keil4c51界面图3.2系统软件流程图本次设计在系统方面主要采用keil软件编写[10]和调试程序[11]，程序语言采用C语言[12]，具有较高的可读性和可移植性。

对于实时键盘功能检查。按下按钮，输入接口。安装的接口可以设置温度和湿度的上限。一旦设置完成，可以保存在EEPROM中，以防止断电和删除。如果温度和湿度超过极限，发出声响警报或关闭警报。图３.2所示为程序主流程图。图3.2主程序流程图3.3温湿度采集程序设计在设计中，使用温度和湿度传感器DHT11获取环境温度和湿度，传感器只有一个数据输入和输出端口。当读取温度和湿度数据时，单片机一次将40位数据传输到单片机接收。收到数据后，根据协议对数据进行分析，分离温度和湿度。由于DHT11只有一个数据端口，所以它使用“单总线”通信方法，使用单数据pin完成输入和输出。在传输过程中，数据包由5字节（40位）组成，包括温度整数位、温度小数位、湿度整数位、湿度小数位和校验和，检验和为温湿度整数位和小数四个数之和。如图3.3所示，为DHT11温湿度读数子流程图。首先初始化DHT11，初始化包括复位DHT11，检测DHT11是否存在，若不存在则一直检测，若不存在则进行下一步读取温湿度。首先发送启动信号，然后等待DHT11的响应。在检测到相应的信号后，DHT11将40位数据发送到单片机，收集数据，然后切换到低速模式。再次等待单片机发射机开始下一次数据采集。图3.3DHT11温湿度采集子程序流程图3.4键盘程序设计在本系统中，按键的主要功能是改变温度和湿度上限的报警值，主要包括调整键、调整多键和调整少键。工作如下：首先，在正常工作条件下，按下配置键进入配置菜单界面。LCD1602显示了温度和湿度的上限。此时，可以通过按下步长为1的加减键来修改温度上限。设置完成后，再次按下设置键保存EEPROM，然后自动返回主界面实时显示温度和湿度。流程图如图3.4所示。图3.4键盘程序流程图3.5LCD1602液晶显示程序设计LCD1602的基本操作包括数据读取的状态，读、写操作等。LCD1602用于实时显示所测试的温度和湿度数值。LCD1602显示程序流程图如图3.5所示。系统运行后，首先初始化LCD1602。初始化操作包括：设置屏幕显示、配置模式和屏幕的光标，清洁等，然后写入地址数据，如果忙，则循环监测，直到不忙状态，写入需要显示数据。图3.5LCD1602子程序软件流程图3.6Wi-Fi通讯程序设计WIFI模块ESP8266的设计允许与上层计算机进行通信。ESP8266模块本身就是一个wi-fi接入点，可以连接到STA或AP，在这个项目中，模块被设置为STA模式，并由顶部的计算机连接。本项目使用了ESP8266模块的STA模块。ESP8266模块通过路由器连接到互联网，允许通过手机或电脑远程控制设备。在这种模式下，ESP8266模块使用集成WIFI协议连接WIFI路由或热点，单片机通过串口发送AT指令，控制ESP8266模块进行网络通信。发送模块复位指令”AT\r\n”设置模块STA模式"AT+CWMODE=1\r\n"发送链接WIFI热点指令"AT+CWJAP=\"mingcheng\","PS\"\r\n"连接服务器端口"AT+CIPSTART=\"TCP\","xxx.xx.xx.xxx\",xxx\r\n"设置TCP单链接client透传模式"AT+CIPMODE=1\r\n"发送指令"AT+CIPSEND\r\n”在STA模式下设置ESP8266模块，并通过上面的六个步骤建立TCP连接。上面的AT命令是通过单片机的串口发送的。单片机的波特率应与ESP8266兼容。一般是9600kps。通过AT指令发送上述AT指令，ESP8266通过初始化设置正确返回数据。此时，模块在单连接模式下正确地连接到指令服务器端口。要进行数据交换，只需通过Wi-fi将相应的数据发送到相应的IP，接收到的数据是相同的。STA模式下的程序流程图如图3.6所示。图3.6ESP8266程序流程图第四章结论本文介绍了基于51单片机温湿度检测装置的设计，其具有连接速度快、网络连接稳定、满足数据传输要求、能实现服务器与客户端同步实现等优点，具有广阔的应用景。

随着经济生活和科技的飞速发展，人们不仅享受科技带来的舒适生活，更是让人释怀了梦想。由此我们发现，这种智能检测技术是现代工作生活的需要，是信息技术与建筑空间与生活需求的完美结合，是每个人生活细节的深层次融合。

随着智能检测系统的快速发展，基于单片机的温湿度检测系