基于51单片机大棚温湿度自动控制系统的设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析....................................................1

1.1设计背景及内容.............................................1

1.2功能分析...................................................1

2设计方案遴选....................................................1

2.1单片机芯片的选择...........................................2

2.2显示模块的选择.............................................2

2.3温湿度检测模块的选择.......................................2

2.4系统框架图.................................................2

3产品硬件设计....................................................3

3.1STC89C52单片机最小系统设计.................................3

3.2LCD1602显示电路设计........................................4

3.3DHT11温湿度检测电路设计....................................4

3.4按键模块电路设计...........................................5

3.5蜂鸣器报警电路设计.........................................5

4产品软件设计....................................................6

4.1单片机程序开发环境.........................................6

4.2主程序流程图设计...........................................6

4.3LCD1602显示程序设计........................................7

4.4产品程序清单...............................................8

5产品使用说明....................................................9

5.1产品装配图.................................................9

5.2产品调试..................................................10

5.3产品使用说明..............................................10

6产品设计技术标准...............................................10

7参考资料.......................................................11

附录..............................................................12

附录1元器件清单..............................................12

I

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附录2电路原理图..............................................13

附录3PCB设计图..............................................14

附录4产品实物图..............................................15

附录5主程序代码..............................................16

II

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基于51单片机大棚温湿度自动控制系统

的设计与制作

1产品功能分析

1.1设计背景及内容

随着农业的发展和现代化的要求，温室大棚在现代农业生产中扮演着重要角

色。温室大棚提供了一个受控的环境，使得能够在不受季节和气候的限制下进行

农作物种植。然而，温室大棚的环境参数如温度、湿度等的控制对于农作物的生

长和产量具有重要影响。因此，设计一个基于51单片机的大棚温室度自动控制系

统，能够实时监测温室内外环境参数，并根据设定的目标值自动调节相应的设

备，将对温室大棚的农作物生长产生积极的影响。

基于51单片机的大棚温室度自动控制系统通过监测和控制温室内外的环境参

数，达到了优化农作物生长环境的目的。该系统具备实时监测、智能控制、数据

显示和报警等功能。这样的设计有助于提高农作物的产量和质量，满足现代农业

的需求，促进农业的可持续发展。

1.2功能分析

这次设计主要用来检测大棚的温湿度以及调节温湿度，检测的结果显示在

LCD1602液晶显示屏上，同时可以通过按键进行相关的调节，设计具有声光报警

模块，通过软件驱动，形成一个闭环系统。

DHT11传感器湿度测量范围：10%～95%RH；温度测量范围：0～99℃。

LCD1602液晶同时显示:当时温，湿度数值、温度最大值、湿度最大值、温度

最小值、湿度最小值等6项。

2设计方案遴选

温湿度自动控制系统器件较多，考虑预算限制，在可行的范围内选择较为经

济合理的开发模块器件。

1

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2.1单片机芯片的选择

STC89C52是一款由STC公司生产的基于8051架构的单片机。工作频率可达

到最大33MHz，具有较高的运算速度和处理能力。采用低功耗设计，适用于多种

电池供电的应用场景。STC提供了完善的软件开发工具和开发文档，包括编译

器、调试器、开发板和示例代码，方便开发者进行开发和调试工作。它具有低功

耗、高性能、丰富的外设、合理的存储容量和开发支持等特点，可以满足各种应

用的需求。

2.2显示模块的选择

LCD1602液晶显示模块能够显示2行16列的字符。拥有较高的对比度，显示

的字符清晰可见，适合在各种光照条件下使用。通过并行接口与控制器或处理器

连接。它通常使用4位数据总线模式或8位数据总线模式进行数据传输。

2.3温湿度检测模块的选择

DHT11是一款非常经济实惠的温湿度传感器，价格相对较低。DHT11可以在

0℃至50℃的温度范围内工作，并能测量20%RH至90%RH的湿度范围。对于一些

一般的温湿度监测需求来说，它的工作范围是足够的。DHT11采用低功耗设计，

通常工作电流很低，适合于长时间使用和电池供电的场景。DHT11广泛应用于各

种温湿度监测场景，如家庭自动化、室内环境监测、气象站、农业、仓储等。它

可以提供实时的温度和湿度数据，帮助监测和控制各种环境条件。

2.4系统框架图

1602液晶显

DHT11温单片机

示

湿度最小系蜂鸣器

一体传感器按揭设置输统

LED指示灯

入

图1系统框图

2

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3产品硬件设计

3.1STC89C52单片机最小系统设计

STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反

复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器

件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系

统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机

可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2

个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口

线。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的

需求。

图2单片机最小系统图

STC89C52的最小系统如图2所示，整个最小系统由三个部分组成，晶振电路

部分、复位电路部分、电源电路等三个部分组成。此外，除了单片机最小系统的

3个部分之外，这里还多了一些外部电路。由于STC89C52的P0口是漏极开路输

出，因此在P0口接了一个10K的排阻R1，使得P0口可以作为普通的I/O口使

用，本设计用P0口来做液晶的数据口。

3

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3.2LCD1602显示电路设计

本液晶模块的电路的连接图如图3所示，第1脚接到了电路的GND，第二脚

连接一个5V电压，这2个脚是液晶工作的电源输入脚。第3脚通过一个2.2K的

电阻连接到地端。第4脚是液晶的寄存器控制脚，接到了单片机的RS上。第5脚

接入GND。第6脚是液晶的使能脚，接到了单片机的P14脚上。第7脚到第14脚

是液晶的数据/地址8位总线，接到了单片机的P0口上。最后第15脚和第16脚

是液晶的背光电源脚，直接连接系统VCC和GND。

图3LCD1602显示电路图

3.3DHT11温湿度检测电路设计

DHT11传感器由一个湿度和温度传感器以及一个8位单片机组成。采用了4

个单独的引脚进行封装。连接方便焊接，DHT11传感器电路图如下图4所示一脚

接5V电源，提供给DHT11的供电。二脚连接4.7k电阻。3脚，空脚，悬浮，4脚

接地端DATA：连接到MCU的数字引脚，用于数据传输。

图4DHT11电路设计图

4

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3.4按键模块电路设计

键盘作为人类和微控制器的核心工具。本设计中由于采用的按键数量较少，

只有3个按键，分别是“设置”、“减”、“加”，故采用了独立键盘的方式

当电源开启并打开LCD1602，就能看到当前环境的温湿度数值。按下S1设置

键，然后依次切换到设置的温度上限、湿度上限、湿度下限和温度下限的调控模

式。按S2增加键,预设值加。按S3减小键,预设值减。设置成功后,再按S1设置

键退出,返回到正常监测模式。

图5按键模块模块电路原理图

3.5蜂鸣器报警电路设计

由于蜂鸣器工作时，需要的电流比较大，单片机的IO口输出的电流又比较

小，所以这里利用三极管的开关管功能来控制蜂鸣器发音，本设计选用的三极管

型号是PNP三极管S8550，本设计选用的蜂鸣器属于有源蜂鸣器，即在蜂鸣器内

部已经内置了震荡电路，单片机不需要连续发出高低电平来驱动它，而只要输出

高,低电平即可。IO口设置了高电平，在上电时，蜂鸣器不会发出声音。

图6蜂鸣报警电路设计图

5

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4产品软件设计

4.1单片机程序开发环境

C语言具有简洁的语法和直接的机器级编程风格，使得程序逻辑清晰明了，

执行效率高。它的特性使得它可以在不同的计算机架构和操作系统上进行开发和

运行，具有很好的可移植性。允许直接访问硬件和内存，可以进行底层的控制和

优化，适用于嵌入式系统和硬件驱动程序开发。广泛应用于系统软件、嵌入式系

统、驱动程序、网络协议、操作系统等领域，是许多底层开发和高性能计算的首

选语言。针对C语言的开发，有许多成熟的集成开发环境（IDE）和调试器可供选

择，如Keil、IAREmbeddedWorkbench、GCC等。C语言的广泛应用和历史悠

久，有大量的学习资源、书籍和在线教程可供学习和参考。

图7程序语言及其开发环境

Keil5相较于Keil4具有更多的功能改进和扩展，提供了更好的开发体验

和更广泛的硬件平台支持。KeilC51提供了完整的开发工具链，包括代码编辑

器、编译器、调试器和仿真器等。它提供了丰富的库函数和示例代码，方便开发

者进行单片机程序的开发、调试和测试。KeilC51的编译器将C语言源代码优化

为高效的汇编语言代码，以获得更小的代码尺寸和更快的执行速度。

4.2主程序流程图设计

本系统的软件流程图如图8所示，最开始先进行液晶的初始化，包括液晶功

6

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能初始化和液晶显示内容初始化，接着就开始进行温湿度的检测，然后判断读取

到的温湿度是否在报警的范围之内，如果超出范围，则蜂鸣器鸣叫，且对应的指

示灯亮。检测完温湿度数据后，就判断是否有按键被按下（第一个），有的话，则

进入了报警范围设置界面，否则进行一段时间的延时后，就进入下一个循环，从

新检测温湿度数据。

开始

液晶初始化

读取DHT11数据是

显示并处理

否

按键是否被按

下？

进入温湿度报警

范围设置

延时

图8主程序流程图

4.3LCD1602显示程序设计

LCD1602液晶显示程序设计流程如图9所示。

7

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液晶初始化

定位行列坐标

显示一个字符

否

数据显示完？

否

结束

图9LCD1602液晶显示程序流程图

4.4产品程序清单

函数名字：功能：

voiddelay软件延时函数

voidLCDdelayLCD延时函数

voidwrite_com命令函数

voidwrite_data数据函数

voidInit16021602初始化函数

voidDisplay_16021602显示数据函数

voidKey按键处理函数

voidInitTimerTimer初始化函数

voidmain主函数

8

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5产品使用说明

5.1产品装配图

产品分为六个模块：单片机是STC89C52RC单片机，显示屏(LCD1602)，蜂鸣

器和LED，电源和按键，DHT11温湿度传感器模块，自动控制继电器模块。

1、降温继电器2、升温继电器3、除湿继电器4、加湿继电器

5、LCD1602液晶显示屏6、STC89C52单片机

7、DHT11温湿度传感器8、有源蜂鸣器

图10产品装配图

9

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5.2产品调试

组装和调试对于系统的正常运行和性能表现非常重要。同时，调试是在硬件

组装完成后对系统进行测试和优化的过程。我们将调试过程分为两大类：硬件测

试和软件测试。检查元器件是否完好连接，确保所有的硬件电路正确连接，通上

电源，检查产品是否出现故障。确认无误后，烧录代码进行调试即可。

5.3产品使用说明

1、通上电源，显示屏第一行显示温度，温度下限，温度上限；第二行显示湿

度，湿度上限，湿度下限。

2、按下S1设定键，然后逐步切换到预定的温度最高、最大湿度、最小湿度

以及最低温度的控制方案。

3、按S2加键,预设值加；按S3减键,预设值减。

4、设置成功后,再按S1设置键退出,返回到正常监测模式。

5、测量温度超过温度报警上限值，蜂鸣器响，降温继电器吸合,对应指示灯

亮；温度低于温度报警下限值，蜂鸣器响，升温继电器吸合,对应指示灯亮；测量

湿度超过湿度报警上限值，蜂鸣器响，除湿继电器吸合,对应指示灯亮；湿度低于

湿度报警下限值：蜂鸣器响，加湿继电器吸合,对应指示灯亮。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求；

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求；

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修；

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

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7参考资料

[1]汤武辉.Proteus仿真软件与单片机实验教学[N].长江大学学报（自然

版），2010,(3)：33-36.

[2]薛玲，孙曼，张志会，夏莉丽，魏希文.基于单片机AT89S51的温湿度控

制仪[J].2010,(7):12-14.

[3]刘宝元，张玉虹，姜旭，段存丽.基于单片机的温湿度监控系统设计[J].

国外电子测量技术，2009，（12）：30-33,35.

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附录

附录1元器件清单

12

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

//程序头函数

#include<reg52.h>

//显示函数

#include"intrins.h"

//宏定义

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

/*-------------------------------Includes头文件-----------------------------------------*/

/*------------------------------Privatetypedef--------------------------------*/

/*-----------------------------Privatemacro宏定-----------------------------------------*/

/*-----------------------------Privatevariables变量---------------------------------*/

/*----------------------Privatefunctionprototypes函数---------------------------*/

//宏定义

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

//管脚声明

sbitLED_wendu=P2^5;//温度上限值操作端口,报警灯吸合继电器;

sbitLED_wendu_L=P2^4;//温度下限报警灯

sbitLED_humi=P2^2;//湿度上限报警灯

sbitLED_humi_L=P2^0;//湿度下限报警灯

sbitbaojing=P3^2;//蜂鸣器接口

//按键

sbitKey1=P1^1;//设置键

sbitKey2=P1^5;//加按键

sbitKey3=P1^6;//减按键

sbitDHT11=P1^0;//DHT11

ucharkey_IR;//红外检测

signedcharw;//温度值全局变量

uintc;//温度值全局变量

uchartemp;//用于读取ADC数据

ucharyushe_wendu=60;//温度预设值

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ucharyushe_humi=80;//湿度预设值

ucharyushe_wendu_L=5;//温度预设值

ucharyushe_humi_L=10;//湿度预设值

//按钮模式|

ucharMode=0;

ucharU8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;

ucharU8FLAG,U8comdata;

ucharU8count,U8temp;

uchar

U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8ch

eckdata_temp;

//软件延时函数

voiddelay(uintz)//延时函数大约延时zms

{

uinti,j;

for(i=0;i<z;i++)

for(j=0;j<121;j++);

}

voidDelay_Ms(uintms)

{

uinti,j;

for(i=ms;i>0;i--)

for(j=112;j>0;j--);

}

/******************LCD1602相关命令**********************/

//LCD管脚声明（RW引脚实物直接接地，因为本设计只用到液晶的写操

作，RW引脚一直是低电平）

sbitLCDRS=P2^7;

sbitLCDEN=P2^6;

//初始画时显示的内容

ucharcodeInit1[]="TA=LH";

ucharcodeInit2[]="RH=%L%H%";

//LCD延时

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voidLCDdelay(uintz)//该延时大约100us（不精确，液晶操作延时不要求很精

确）

{

uintx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=10;y>0;y--);

}

//写命令

voidwrite_com(ucharcom)

{

LCDRS=0;

P0=com;

LCDdelay(5);

LCDEN=1;

LCDdelay(5);

LCDEN=0;

}

//写数据

voidwrite_data(uchardate)

{

LCDRS=1;

P0=date;

LCDdelay(5);

LCDEN=1;

LCDdelay(5);

LCDEN=0;

}

/*1602指令简介

write_com(0x38);//屏幕初始化

write_com(0x0c);//打开显示无光标无光标闪烁

write_com(0x0d);//打开显示阴影闪烁

write_com(0x0e);//打开显示显示下划线

write_com(0x0f);//打开显示阴影闪烁,显示下划线

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*/

//1602初始化

voidInit1602()

{

uchari=0;

write_com(0x38);//屏幕初始化

write_com(0x0c);//打开显示无光标无光标闪烁

write_com(0x06);//当读或写一个字符是指针后一一位

write_com(0x01);//清屏

write_com(0x80);//设置位置

for(i=0;i<16;i++)

{

write_data(Init1[i]);//显示数组1的数据

}

write_com(0x80+5);

write_data(0xdf);//°

write_com(0x80+10);

write_data(0xdf);//°

write_com(0x80+15);

write_data(0xdf);//°

write_com(0x80+0x40);//设置位置

for(i=0;i<16;i++)

{

write_data(Init2[i]);//显示数组2的数据

}

}

void

Display_1602(yushe_wendu,yushe_yanwu,yushe_wendu_L,yushe_yanwu_L,c,temp)

{

//设置最高温度值

write_com(0x80+13);

write_data(0x30+yushe_wendu/10);

write_data(0x30+yushe_wendu%10);

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//设置最低温度值

write_com(0x80+8);

write_data(0x30+yushe_wendu_L/10);

write_data(0x30+yushe_wendu_L%10);

//设置最高湿度值

write_com(0x80+0x40+13);

write_data(0x30+yushe_yanwu%100/10);

write_data(0x30+yushe_yanwu%10);

//设置最低湿度值

write_com(0x80+0x40+8);

write_data(0x30+yushe_yanwu_L%100/10);

write_data(0x30+yushe_yanwu_L%10);

//时时温度

write_com(0x80+3);

write_data(0x30+c%100/10);

write_data(0x30+c%10);

//时时湿度

write_com(0x80+0x40+3);

write_data(0x30+temp%100/10);

write_data(0x30+temp%10);

}

//按键处理函数

voidKey()

{

//模式选择

if(Key1==0)//设置按键

{

while(Key1==0);

if(Mode>=5)Mode=0;

else

{

Mode++;//模式加一

switch(Mode)//判断模式的值

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{

case1://调温度上限值模式

{

write_com(0x80+12);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('-');

write_com(0x80+0x40+12);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('H');

write_com(0x80+7);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('L');

write_com(0x80+0x40+7);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('L');

break;//执行后跳出switch

}

case2://调湿度上限值模式

{

write_com(0x80+0x40+12);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('-');

write_com(0x80+12);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('H');

write_com(0x80+7);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('L');

write_com(0x80+0x40+7);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('L');

break;

}

case3://调温度下限值模式

{

write_com(0x80+7);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('-');

write_com(0x80+12);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('H');

write_com(0x80+0x40+12);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('H');

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write_com(0x80+0x40+7);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('L');

break;//执行后跳出switch

}

case4://调湿度下限值模式

{

write_com(0x80+0x40+7);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('-');

write_com(0x80+12);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('H');

write_com(0x80+0x40+12);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('H');

write_com(0x80+7);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('L');

break;

}

case5://当模式加到3时

{

write_com(0x38);//屏幕初始化

write_com(0x0c);//打开显示无光标无光标闪烁

write_com(0x80+12);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('H');

write_com(0x80+0x40+12);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('H');

write_com(0x80+7);//为1时温度阀值的位置闪烁

write_data('L');

write_com(0x80+0x40+7);//为2时湿度阀值的位置闪烁

write_data('L');

Mode=0;//模式清零

break;

}

}

}

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}

if(Key2==0&&Mode!=0)//加按键只有在模式不等于0时有效

{

while(Key2==0);

switch(Mode)//加按键按下时判断当前模式

{

case1://模式为1时

{

yushe_wendu++;//预设温度上限值（阀值）加1

if(yushe_wendu>=99)//加到大于等于99时

yushe_wendu=99;//固定为99

write_com(0x80+13);//选1602上显示的位置

write_data(0x30+yushe_wendu/10);//将温度上限值数据分解开送入液

晶显示

write_data(0x30+yushe_wendu%10);

break;

}

case2:

{

yushe_humi++;//湿度上限值,同温度上限值设置

if(yushe_humi>=100)

yushe_humi=100;

write_com(0x80+0x40+13);

write_data(0x30+yushe_humi%100/10);

write_data(0x30+yushe_humi%10);

break;

}

case3://模式为3时

{

yushe_wendu_L++;//温度下限值,同温度上限值设置

if(yushe_wendu_L>=95)

yushe_wendu_L=95;

write_com(0x80+8);

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write_data(0x30+yushe_wendu_L/10);

write_data(0x30+yushe_wendu_L%10);

break;

}

case4:

{

yushe_humi_L++;//湿度下限值,同温度上限值设置

if(yushe_humi_L>=90)

yushe_humi_L=90;

write_com(0x80+0x40+8);

write_data(0x30+yushe_humi_L%100/10);

write_data(0x30+yushe_humi_L%10);

break;

}

}

}

if(Key3==0&&Mode!=0)

{

while(Key3==0);

switch(Mode)

{

case1:

{

if(yushe_wendu<=1)

yushe_wendu=1;//固定为1

yushe_wendu--;//预设温度值减一

write_com(0x80+13);//选1602上显示的位置

write_data(0x30+yushe_wendu/10);//将温度上限值数据分解开送入液

晶显示

write_data(0x30+yushe_wendu%10);

break;

}

case2:

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{

if(yushe_humi<=1)//湿度上限值,同温度上限值设置

yushe_humi=1;

yushe_humi--;

write_com(0x80+0x40+13);

write_data(0x30+yushe_humi%100/10);

write_data(0x30+yushe_humi%10);

break;

}

case3://模式为3时

{

if(yushe_wendu_L<=1)//温度下限值,同温度上限值设置

yushe_wendu_L=1;

yushe_wendu_L--;

write_com(0x80+8);

write_data(0x30+yushe_wendu_L/10);

write_data(0x30+yushe_wendu_L%10);

break;

}

case4:

{

if(yushe_humi_L<=1)//湿度下限值,同温度上限值设置

yushe_humi_L=1;

yushe_humi_L--;

write_com(0x80+0x40+8);

write_data(0x30+yushe_humi_L%100/10);

write_data(0x30+yushe_humi_L%10);

break;

}}

}

delay(10);//延时去抖动

write_com(0x38);//屏幕初始化

write_com(0x0c);//打开显示无光标无光标闪烁

25

湖南商务职业技术学院毕业设计

}

/*************DHT11相关***************************/

voidDelay1(uintj)

{

uchari;

for(;j>0;j--)

{

for(i=0;i<27;i++);

}

}

voidDelay_10us(void)

{

uchari;

i--;

i--;

i--;

i--;

i--;

i--;

}

voidCOM(void)

{

uchari;

for(i=0;i<8;i++)

{

U8FLAG=2;

while((!DHT11)&&U8F