基于單片機溫濕度測量儀設計

1、單片機課程設計報告單片機課程設計報告題目：基于單片機的溫濕度儀表設計班 級： 智能科學與技術1201班 學 生 姓 名： 曹文波 學 號： 120407130 指 導 教 師 ： 朱建光 成 績 ： 沈陽工業(yè)大學摘要溫度和濕度是兩個最基本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與溫濕度息息相關。在日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領域，經(jīng)常需要對環(huán)境溫度和濕度進行測量和控制。準確測量溫濕度在生物制藥食品加工、造紙等行業(yè)更是至關重要。因此，研究溫濕度的測量方法和裝置具有重要的意義。隨著科技的不斷發(fā)展，單片機技術已經(jīng)普及到我們的工作、生活、科研等各個領域。已經(jīng)成為一種比較成熟的技術。由于單片機集成度高、功能

2、強、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便等優(yōu)點，目前已經(jīng)滲透到我們工作和生活的方方面面。本設計STC89C52為主要控制器件，以DHT11為數(shù)字溫度傳感器的新型數(shù)字溫濕度計。本設計主要包括硬件電路的設計和系統(tǒng)軟件的設計。目錄第一章 目標及主要任務··················3第二章 硬件設計··········&

3、#183;··········3 2.1系統(tǒng)設計方案 ·······················3 2.2 STC89C52介紹 ···········&#

4、183;··········4 2.3 DHT11數(shù)字傳感器介紹 ··················5 2.4電路設計 ················

5、83;·······7第3章 軟件設計·····················11 3.1 系統(tǒng)軟件主程序流程 ·················&

6、#183;·113.2 DHT11數(shù)據(jù)采集流程 ····················13第4章 結論與調(diào)試····················13附錄（程序清單）·

7、3;··················14參考文獻························22第一章 目標及主要任務在本次課程設計中，為實現(xiàn)對溫濕度的檢測與顯示，主要利用

8、以STC89C52為核心構架硬件電路，DHT11溫濕度傳感器采集環(huán)境溫度及濕度信息(溫度檢測范圍：0至+50。測量精度：2.；濕度檢測范圍：20%-90%RH檢測精度：5%RH)，數(shù)碼管直接顯示溫度和濕度(顯示方式：溫度：兩位顯示；濕度：兩位顯示)；同時利用C語言編程實現(xiàn)溫濕度信息的顯示功能。擴展功能：可設置溫濕度報警值，溫濕度超過設置的響應報警值，會發(fā)出報警信號。第二章 硬件設計2.1系統(tǒng)設計方案 本方案使用STC89C52作為控制核心，一直能溫濕度傳感器DHT11作為溫濕度測量元件，顯示電路采用4位數(shù)碼管顯示，采用單片機最小系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路設計框圖如下圖2-1。數(shù)碼管顯示電路時鐘復位電路

9、DHT11溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集按鍵電路STC89C52單片機圖2-1系統(tǒng)硬件電路設計框圖2.2 STC89C52介紹STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案圖2-2 STC89C52引腳圖 標準功能：具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗電

10、路，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz。器件參數(shù)：1.增強型8051單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2 2. 工作電壓：5.5V3

11、.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機）3.工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051 的080MHz，實際工作 頻率可達48MHz4. 用戶應用程序空間為8K字節(jié)5. 片上集成512 字節(jié)RAM6. 通用I/O 口（32 個），復位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9

12、. 共3 個16 位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T210.外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11. 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART12. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）13. PDIP封裝2.3 DHT11數(shù)字傳感器介紹 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接

13、。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。1.引腳說明DHT11有四個引腳，3號引腳一般懸空，如圖2-3所示。DHT11的供電電壓為 35.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電

14、源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根圖2-3 DHT11典型電路據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。2.技術參數(shù)供電電壓： 3.35.5V DC輸 出： 單總線數(shù)字信號測量范圍： 濕度20-90%RH， 溫度050測量精度： 濕度+-5%RH， 溫度+-2分 辨 率： 濕度1%RH， 溫度1互 換 性： 可完全互換 ，長期穩(wěn)定性： <±1%RH/年3.串行接口(單線雙向) DATA 引腳用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分

15、,具體格式在下面說明,當前小數(shù)部分用于以后擴展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。 數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和 數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結果的末8位。 用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集

16、,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。1. 通訊過程如圖1所示圖2-4 通信過程 如圖2-5，總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發(fā)送80us低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號結束后,延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。圖2-5 主機喚醒從機響應過程 總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應信號,DHT1

17、1發(fā)送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,應檢查線路是否連接正常.當最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。數(shù)字0信號表示方法如圖4所示圖2-6 數(shù)字0信號數(shù)字1信號表示方法.如圖5所示圖2-6 數(shù)字1信號2.4電路設計1.單片機系統(tǒng)電路圖2-7 單片機系統(tǒng)2.數(shù)碼管電路注：數(shù)碼管前兩位顯示濕度，后兩位顯示溫度圖2-8 數(shù)碼管電路3.報警燈電路注：D27為濕度超（上限）報警信號燈D26為溫度度

18、超（上限）報警信號燈圖2-9 LED報警電路4.按鍵電路按鍵1為加按鍵2為減按鍵6為設置圖2-10 按鍵電路5.總體電路圖圖2-11 總體電路圖第3章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)程序主要包括主程序、DHT11控制模塊程序、延時子程序、中斷服務子程序，整體程序見附錄。3.1 系統(tǒng)軟件主程序流程 程序開始后，先對單片機進行初始化（開中斷），通過延時一秒等待DHT11溫濕度傳感器啟動。主程序分為三個不同的模式，通過中斷次數(shù)進行選擇。模式一：溫濕度測量模式 DHT11溫濕度傳感器啟動后，對其進行數(shù)據(jù)初始化后，進行溫濕度信息的采集、轉(zhuǎn)化、處理，最后通過數(shù)碼管讀出，并判斷溫濕度是否超過報警值以產(chǎn)生報警信號。DHT

19、11溫濕度傳感器經(jīng)過一次數(shù)據(jù)采集和處理后，需返回次延時程序處理來重新初始化DHT11后采集溫濕度數(shù)據(jù)。模式二：濕度報警值設定模式掃描按鍵1和按鍵2，若按鍵按下對濕度相應的加1減一，并通過數(shù)碼管顯示。模式二：溫度報警值設定模式掃描按鍵1和按鍵2，若按鍵按下對溫度相應的加1減一，并通過數(shù)碼管顯示。程序流程圖如下：開始 單片機初始化延時1秒While（1）m=? = 0 =1 =2掃描按鍵掃描按鍵DHT11初始化濕度加1或減1濕度閃爍濕度加1或減1讀取溫濕度值 濕度閃爍 顯示溫濕度并報警中斷服務m=m+1Ym=3？Nm=m+1中斷返回圖3-1 程序流程圖3.2 DHT11數(shù)據(jù)采集流程DHT11溫濕度

20、傳感器有嚴格的思緒要求，程序一定要遵循其與主機通信的步驟。其溫濕度數(shù)據(jù)采集流程圖如下：主機發(fā)出開始信號主機設置為輸入模式NDHT11是否響應跳出Y等待80us高電平結束接收數(shù)據(jù)拉低總線，延時50us釋放總線圖3-2 DHT數(shù)據(jù)采集流程圖第4章 調(diào)試與結論 作品實現(xiàn)了課設的所有要求，并添加了擴展功能溫濕度報警。硬件上選擇DHT11作為溫濕度傳感器，使電路簡單，容易讀數(shù)，簡化了設計。軟件上，在DHT11與主機通信上遇到困難，查了很多資料。鍵盤和數(shù)碼管閃爍上也經(jīng)過了多次調(diào)試才取得成功。附錄程序清單：#include <reg51.h>#include <intrins.h>

21、/typedef unsigned char U8; /* defined for unsigned 8-bits integer variable 無符號8位整型變量 */typedef signed char S8; /* defined for signed 8-bits integer variable 有符號8位整型變量 */typedef unsigned int U16; /* defined for unsigned 16-bits integer variable 無符號16位整型變量 */typedef signed int S16; /* defined for sign

22、ed 16-bits integer variable 有符號16位整型變量 */#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define Data_0_time 4/-/-IO口定義區(qū)-/-/sbit P2_0= P20 ;/-/-定義區(qū)-/-/U8 U8FLAG;U8 U8temp;U8 U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;U8 U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_

23、temp,U8checkdata_temp;U8 U8comdata;U8 str4;U8 k,m=0;U8 i,j;S8 rb,tb;uchar table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; void Delay(U16 j) U8 i; for(;j>0;j-) for(i=0;i<27;i+); void Delay_10us(void) U8 i; i-; i-; i-; i-; i-; i-; void COM(void) U8 i; for(i=0;i<8;i+) U8FLAG=2; while(

24、!P2_0)&&U8FLAG+);Delay_10us(); Delay_10us();Delay_10us(); U8temp=0; if(P2_0)U8temp=1; U8FLAG=2; while(P2_0)&&U8FLAG+); /超時則跳出for循環(huán) if(U8FLAG=1)break; /判斷數(shù)據(jù)位是0還是1 / 如果高電平高過預定0高電平值則數(shù)據(jù)位為 1 U8comdata<<=1; U8comdata|=U8temp; /0 /rof /-/-濕度讀取子程序 -/-/-以下變量均為全局變量-/-溫度高8位= U8T_data_H-/-

25、溫度低8位= U8T_data_L-/-濕度高8位= U8RH_data_H-/-濕度低8位= U8RH_data_L-/-校驗 8位 = U8checkdata-/-調(diào)用相關子程序如下-/- Delay();, Delay_10us();,COM(); /-void st(U8 a,U8 b) str0=tablea/10; str1=tablea%10; str2=tableb/10; str3=tableb%10; void RH(void) /主機拉低18ms P2_0=0; Delay(180); P2_0=1; /總線由上拉電阻拉高 主機延時20us Delay_10us(); D

26、elay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); /主機設為輸入 判斷從機響應信號 P2_0=1; /判斷從機是否有低電平響應信號 如不響應則跳出，響應則向下運行 if(!P2_0) /T ! U8FLAG=2; /判斷從機是否發(fā)出 80us 的低電平響應信號是否結束 while(!P2_0)&&U8FLAG+); U8FLAG=2; /判斷從機是否發(fā)出 80us 的高電平，如發(fā)出則進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài) while(P2_0)&&U8FLAG+); /數(shù)據(jù)接收狀態(tài) COM(); U8RH_data_H_temp=U8comdata;

27、COM(); U8RH_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8checkdata_temp=U8comdata; P2_0=1; /數(shù)據(jù)校驗 U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp); if(U8temp=U8checkdata_temp) U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp; U8RH_data_L=U8

28、RH_data_L_temp; U8T_data_H=U8T_data_H_temp; U8T_data_L=U8T_data_L_temp; U8checkdata=U8checkdata_temp; st(U8RH_data_H,U8T_data_H);int0()interrupt 0+m;if(m=3)m=0;Delay(2000);/-/main()/-void main()EA=1;IT0=1;EX0=1; /開中斷0P2=0xff;P3=0xff;rb=60;tb=20;Delay(10000); /延時1swhile(1)if(rb>99)rb=0;if(rb<0)rb=99;if(tb>50)tb=0;if(tb<0)tb=50;switch(m) ca