溫濕度檢測系統(tǒng)設計

1、等級:湖南工程學院課 程 設 計課程名稱 單片機原理與應用 課題名稱 環(huán)境溫、濕度檢測系統(tǒng)設計 專 業(yè) 自動化 班 級 1003 學 號 201001020324 姓 名 羅金細 指導教師 李曉秀 王迎旭 汪超 林國漢 2013年 7 月 2 日湖南工程學院課 程 設 計 任 務 書課程名稱 單片機原理與應用 課 題 環(huán)境溫、濕度檢測系統(tǒng)設計 專業(yè)班級 自動化1003 學生姓名 羅金細 學 號 201001020324 指導老師 李曉秀 審 批 任務書下達日期 2013 年 6 月 21 日任務完成日期 2013年 7 月 2 日設計內容與設計要求設計內容：本課題要求以單片機為核心，采用溫濕度

2、傳感器 DHT11設計一個對環(huán)境溫度濕度的檢測系統(tǒng)，要求用按鍵控制系統(tǒng)選擇分別對溫度或濕度的測試、復位、清除功能，用四位LED數(shù)碼管顯示實時溫度和溫度。還可由用戶設定溫度和濕度的上、下限，設計越限報警功能。設計要求：1）確定系統(tǒng)設計方案； 2）進行系統(tǒng)的硬件設計；3）完成必要元器件選擇；4）系統(tǒng)軟件設計及調試；5）系統(tǒng)聯(lián)調及操作說明6）按規(guī)范要求寫設計說明書主 要 設 計 條 件1、 PC機及單片機調試軟件；2、 開發(fā)板1塊； 3、系統(tǒng)設計、調試所需的元器件。說 明 書 格 式1. 課程設計任務書2. 目錄3. 總體方案確定4. 各單元硬件電路設計及計算方法5. 軟件設計與說明（包括流程圖）6

3、. 調試結果與必要的調試說明7. 總結8、參考文獻9、附錄附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B 程序清單 10、課程設計成績評分表。進 度 安 排設計時間分為二周第一周星期一、上午：布置課題任務，課題介紹及講課。下午：借閱有關資料，總體方案討論。星期二、確定總體方案，學習與設計相關內容。星期三、各部分方案設計，各部分設計。星期四、設計及調試。星期五、設計及調試。星期六、設計及調試。第二周星期一：設計及調試。星期二：設計及調試。星期三：調試、寫說明書。星期四-星期五上午：寫說明書、完成電子版并打印成稿。星期五下午：答辯。參 考 文 獻1 王迎旭等.單片機原理及及應用.機械工業(yè)出版社.2012年2 陳海晏編.

4、51單片機原理與應用M.北京航空航天大學出版社.20103 百度百科目錄第1章 總體方案設計11.1 設計內容11.2 總體設計1第2章 硬件設計22.1 DHT11溫度濕度傳感器電路設計22.2 按鍵電路模塊設計22.3 晶振電路和復位電路設計32.3 LED數(shù)碼顯示模塊設計42.4 報警模塊設計5第3章 軟件設計63.1 主程序設計63.2 DHT11數(shù)據(jù)讀取子程序設計73.3 按鍵子程序設計83.4 LED顯示子程序設計10第4章 系統(tǒng)安裝與調試114.1 系統(tǒng)安裝接線圖114.2 調試與結果11第 5章 總結13第6章 參考文獻14第7章 附錄15附錄A 系統(tǒng)原路圖15附錄B 程序清單

5、15電氣與信息工程系課程設計評分表29第1章 總體方案設計1.1 設計內容要求以單片機為核心，采用溫濕度傳感器 DHT11設計一個對環(huán)境溫度濕度的檢測系統(tǒng)，要求用按鍵控制系統(tǒng)選擇分別對溫度或濕度的測試、復位、用四位LED數(shù)碼管顯示實時溫度和溫度。還可由用戶設定溫度和濕度的上、下限，設計越限報警功能。1.2 總體設計本次設計主要設計了溫濕度的測量與顯示，硬件方面共分為7個模塊，即單片機主控模塊、按鍵模塊、晶振電路、復位電路、LED顯示模塊、報警模塊以及DHT11電路模塊。數(shù)字溫濕度傳感器DHT11送來數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機STC90C52RC處理后，并送入LED顯示模塊，按鍵電路主要用來完成單片機的啟動

6、操作和溫濕度初始值的設定，需要4個按鍵，一個顯示溫度，一個顯示濕度，一個用來設定初始溫度和初始濕度的上限值和下限值一個，另外一個負責啟動DHT11。報警電路就是用一個蜂鳴器和一個指示燈來實現(xiàn)的，用來判斷周圍環(huán)境的溫度或者濕度是否超出設定值了，超出設定值蜂鳴器就會報警。系統(tǒng)總體框圖如圖1-1。DHT11傳感器模塊按鍵電路模塊STC90C52RC單片機LED數(shù)碼顯示模塊報警模塊晶振電路復位電路 圖1-1 系統(tǒng)總體框圖30第2章 硬件設計2.1 DHT11溫度濕度傳感器電路設計此次單片機課程設計采用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，而且是單總線（雙向）結構，所以溫濕度檢測電路的結構比較簡單。此次課程設

7、計溫度測量范圍：0-50攝氏度；濕度測量范圍：20%-90%RH。DHT11只有一根數(shù)據(jù)線，一根電源線，一根地線，還有一根（NC）懸空。直接將電源線與單片機的電源VCC相連，地線與單片機的GND相連。數(shù)據(jù)線DATA與單片機的P1.0口相連，外加一個5K的上拉電阻。所需要的溫濕度數(shù)據(jù)便是由DATA引腳通過P1.0送入單片機的，在單片機內做出相應的處理之后得到相應的溫濕度數(shù)據(jù)，原理圖如圖2-1所示。懸空DATADHT11VCCSTC90C52RCP1.0圖2-1 溫度檢測原理圖2.2 按鍵電路模塊設計此次課程設計采用的按鍵電路為獨立按鍵電路。按鍵電路就是四個按鍵分別與STC90C52RC的P1.1

8、、P1.2、P1.3、P1.4口相連，分別與S1-S4相連。當有按鍵按下時單片機收到有效的信號，S1鍵顯示實際所測得的濕度，S2鍵顯示實際所測得的溫度和S3鍵的功能為設置溫+5VMCS-51P1.1P1.2P1.3P1.4濕度的上限值和下限值，S1鍵為加1，S2鍵為減1。當S1鍵和S2鍵單獨使用時用來切換顯示溫濕度的精確數(shù)據(jù)，S4為啟動DHT11傳感器的獨立開關具體原理圖如圖2-2所示。S1GNDS2S3S4圖2-2 按鍵原理圖2.3 晶振電路和復位電路設計STC90C52內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產生或外部

9、方式產生。其晶振電路如圖2-3所示。圖2-3 晶振電路復位電路是保證單片機正常運行的關鍵因素，所以可靠地復位電路設計是必要的。將RST引腳連續(xù)輸入2個機器周期（即24個時鐘振蕩期間）以上高電平，即可以完成單片機的初始化操作。本設計采用按鈕復位方式，其復位電路如圖2-4所示。圖2-4 復位電路2.3 LED數(shù)碼顯示模塊設計 此次課程設計采用的共陽極LED動態(tài)數(shù)碼顯示，所謂動態(tài)顯示，是采用動態(tài)掃描的方法逐個地循環(huán)點亮各位顯示器。雖然在任一時刻只有一位顯示器被點亮，但由于人眼具有視覺殘留效應看起來與全部顯示器持續(xù)點亮效果是完全一樣的。為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段碼（字形代碼）

10、的輸入外，還要對顯示器進行位控制，這就是通常所說的段控和位控。本次課程設計中段碼控制為單片機的P1.0-P1.7分別與LED的A.B.C.D。E.F.G.Dp相連，實現(xiàn)了字符的顯示，單片機的P2.4-P2.7分別與四個LED（W1.W2.W3.W4）顯示起相連,實現(xiàn)位控制。其顯示原理圖如圖2-5所示。圖2-5 數(shù)碼顯示原理圖2.4 報警模塊設計此次課程設計的報警模塊采用一個LED顯示燈、一個10K的限流電阻和一個揚聲器。當實測溫度濕度在設定的范圍內，LED燈熄滅，揚聲器不會發(fā)出警報，工作正常!如果實測溫濕度不在設定的范圍內，LED燈亮，揚聲器發(fā)出警報，此時系統(tǒng)工作不正常！應根據(jù)要求調節(jié)溫濕度設

11、定的上下閥值！報警指示原理圖如圖2-6所示。 圖2-6 報警指示原理第3章 軟件設計3.1 主程序設計開機啟動系統(tǒng)，進入主函數(shù)MAIN后延時0.1S等待啟動,當按下啟動鍵S4,然后調用溫濕度子程序CWD讀取溫濕度，并用數(shù)組將實測的溫濕度數(shù)據(jù)保存起來，分別將溫濕度除十取整，將處理后的數(shù)據(jù)調用到溫濕度范圍檢測函數(shù)temphumi_range判斷實測的溫濕度是否在設定的范圍內并作出相應的處理(正常工作或警報)。其主程序流程圖如圖3-1所示。開機延時、啟動讀取溫濕度、處理、存儲N溫濕度越限？Y報警N按鍵是否按下？Y結束顯示實測溫、濕度 圖3-1 主程序流程圖3.2 DHT11數(shù)據(jù)讀取子程序設計單片機通

12、過I/O口P1.0向DHT11發(fā)送開始信號，DHT11接收到開始信號后進行處理。過對P1.0的狀態(tài)進行監(jiān)測，判斷DHT11是否準備就緒，若準備就緒則讀取溫濕度數(shù)據(jù)，如果未準備就緒，則繼續(xù)等待，此時開始讀取溫濕度數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)保存、顯示。其數(shù)據(jù)讀取流程圖如圖3-2所示。開始主機P1.0發(fā)送開始信號否是否準備就緒？是讀取溫濕度數(shù)據(jù)保存、顯示結束圖3-2 數(shù)據(jù)讀取流程圖3.3 按鍵子程序設計系統(tǒng)開始工作，按下功能鍵S3顯示所測的溫濕度（前兩位為所測濕度，后兩位為所測溫度）。此時如果按下功能鍵S1單獨顯示所測的濕度，具體顯示到小數(shù)點后一位，再按下功能鍵S2單獨顯示所測的溫度，精度同濕度顯示一樣，此

13、刻按下功能鍵S3回到初始工作狀態(tài)即同時顯示溫濕度。在按下功能鍵S3可以分別對溫濕度上下限進行設計，本次所用的溫濕度傳感器DHT11所測的范圍是濕度測量范圍：20%-90%RH；溫度測量范圍：0-50攝氏度。其按鍵流程圖如圖3-3所示。開始功能鍵S3是否按下？顯示溫濕度是否是功能鍵S2是否按下？單獨顯示溫度否是單獨顯示濕度功能鍵S1是否按下？否結束 圖3-3 按鍵流程圖在功能鍵S3按下的時候可以分別對上下限溫濕度進行設定，當按下功能鍵S1或S2的時候，此時為+”鍵和“-”鍵分別用來設置溫濕度上下限的數(shù)值，“+”鍵按下一次，相應數(shù)值加1，“-”鍵按下一次，相應數(shù)值減1。當功能鍵按下次數(shù)為0，此時顯

14、示的是實際溫濕度。其溫濕度上下限設定程序流程圖如圖3-4所示。開始 功能鍵S3是否按下？是顯示溫濕度否上限鍵是否按下？是設置溫濕度上限否下限鍵是否按下？否是設置溫濕度下限結束圖3-4 溫濕度上下限設定程序流程圖3.4 LED顯示子程序設計數(shù)碼管顯示主要用于同時顯示溫濕度和單獨顯示精確的溫度和濕度，其顯示流程圖如圖3-5所示 開始段碼送入P0位碼送入P2.4-P2.7顯示結束圖3-5 顯示流程圖第4章 系統(tǒng)安裝與調試4.1 系統(tǒng)安裝接線圖本設計是在Keil C環(huán)境下開發(fā)的，在編譯完Keil C后，再運用STC_ISP_V48.8軟件燒錄到開發(fā)板上，實現(xiàn)實物與程序的連接。如圖4-1系統(tǒng)安裝接線圖。

15、圖4-1 系統(tǒng)安裝接線圖4.2 調試與結果調試完成后，可進行溫濕度的測量和上下限溫濕度的設定。當功能鍵按下時，可單獨顯示溫濕度和溫濕度上下限值。鑒于調試圖很多，本次設計以典型具有代表性調試圖作為本次課程設計有力說明。如圖所示。 圖4-2 濕度的顯示 圖4-3 溫度的顯示 圖4-4 濕度上限值 圖4-5 溫度上限值第 5章 總結本次課程設計還算比較的成功，設計初期，老師要我們確定系統(tǒng)的主體設計，比如一些主流程圖、按鍵顯示模塊等，我們這個小組也能按時完成李老師布置的任務，跟著李老師一步步的走過來，其實感覺起來這個課程設計不是那么的難，比我剛開始著手的時候要簡單。在設計的過程中，為了找到自己需要的資

16、料我們一起去讀書館找一些單片機課程設計實例來看看，不過在南校區(qū)讀書館資源也是非常的有限，而且還是比較舊的資料，像關于本次用的溫濕度傳感器DHT11在南院的圖書館幾乎沒有，圖書館只有什么單個測溫度或者濕度的傳感器，不過這個對我們的課程設計幫助也挺大的，另外此次課程設計的程序來源與百度百科，不過并不是按部就班，我們在它的基礎上把它弄懂、理解之后加入自己的設計想法，我想做課程設計無非是想讓我們學到，在別人已有的基礎上加入自己的設計方案，慢慢的變?yōu)樽约旱闹R。在此分別對李曉秀老師和我這組的同學表示感謝。第6章 參考文獻1 王迎旭編.單片機原理與應用M.機械工業(yè)出版社.20122 陳海晏編.51單片機原

17、理與應用M.北京航空航天大學出版社.20103 黃仁欣編.單片機原理與應用技術M.清華大學出版社.20104 張中明編.單片計算機原理及接口技術M.人民郵電出版社出版社.2009 5 百度百科第7章 附錄附錄A 系統(tǒng)原路圖附錄B 程序清單#include <reg52.h>#include <intrins.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned inttypedef uchar U8; /* 無符號8位整型變量 */typedef uint U16; /* 無符號16位整型變量 */ -定義區(qū)-/ U8

18、U8FLAG;U8 U8count,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;U8 U8comdata ,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;U8 str5="DHT11"sbit dht11= P10 ;/ 定義傳感器端口sbit Buffer=P15;/ 高電平有效 蜂鳴器Sbit keyqd=14; / 按鍵定義sbit keyfun=P13

19、;sbit keyadd=P11;sbit keysub=P12;/ 報警上、下限溫濕度uchar tup=50,tdown=0,hup=90,hdown=20;/ 按鍵功能標識uchar keynum=0,warn_flag=0,count=0,differ=0;/ 共陽極數(shù)碼管 0-9"0-9", 10-小數(shù)點,11-負號, 12-空,13-上限號，14-下限號;uchar code LEDData = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f,0xbf,0xff,0xfe,0xf7; / 低位選通，從

20、右往左數(shù)1-4uchar code LEDwei=0x7f,0xbf,0xdf,0xef;void keyscan();void temphumi_range(int tempr,int humir);void CWD(void);void COM(void);void display_4f1(uint i,uint j,uint k,uint l);void display_3w(uint i,uint j,uint k);void display_4w(uint i,uint j,uint k,uint l);void show11(uchar wei,uchar num);int BUF

21、FER_ON();int BUFFER_OFF();void Delay_10us(void);void delay_ms(uchar xms);void main()uint tt,hh;uchar i;delay_ms(0.1); / 延時0.1mS（12M晶振) if(keyqd=0) /啟動while(1) i=120;/ 調用溫濕度讀取子程序 CWD();str0=U8RH_data_H; str1=U8RH_data_L;str2=U8T_data_H;str3=U8T_data_L;str4=U8checkdata;tt=str2*10+str3/10;hh=str0*10+st

22、r1/10;temphumi_range(tt,hh);/ 120次調用顯示，消耗_2.12s_時間while(i-)if(keynum=0)/ 前兩位顯示濕度，后兩位顯示溫度display_4w(str0/10,str0%10,str2/10,str2%10); / 傳感器休息時間長，防止按鍵丟包keyscan(); else if(keynum=1)temphumi_range(tt,hh);display_4f1(13,tup/10,tup%10,0);keyscan();else if(keynum=2)temphumi_range(tt,hh);display_4f1(14,tdow

23、n/10,tdown%10,0);keyscan();else if(keynum=3)temphumi_range(tt,hh);display_4f1(13,hup/10,hup%10,0);keyscan();else if(keynum=4)temphumi_range(tt,hh);display_4f1(14,hdown/10,hdown%10,0);keyscan();/ Delay(20000); / 讀取模塊數(shù)據(jù)周期不易小于2S* /*延時子程序*/void delay_ms(uchar xms) / 1ms延時 char x,y;for(x=xms;x>0;x-)fo

24、r(y=110;y>0;y-);/ -延時函數(shù)-/ void Delay_10us(void) / 延時_10usU8 i;i-;i-;i-;i-;i-;i-;int BUFFER_OFF()Buffer=0;return -1;int BUFFER_ON()Buffer=1;return -1; /*顯示子程序*/void show11(uchar wei,uchar num)P2=0xff;/ 消影P0=LEDDatanum;P2=LEDweiwei;delay_ms(1);/ 執(zhí)行整個函數(shù)時間 17.675msvoid display_4w(uint i,uint j,uint k

25、,uint l)uint n;for(n=0;n<90;n+)if(i=0)show11(3,12);else show11(3,i);if(j=0)if(i=0)show11(2,12);else show11(2,j);else show11(2,j);show11(2,10);/ 小數(shù)點show11(1,k);show11(0,l);/ 執(zhí)行整個函數(shù)時間 14.071msvoid display_3w(uint i,uint j,uint k)uint n;for(n=0;n<90;n+)if(i=0)show11(1,12);else show11(2,i);show11(

26、1,j);show11(1,10);/ 小數(shù)點show11(0,k);void display_4f1(uint i,uint j,uint k,uint l)uint n;for(n=0;n<90;n+)if(i=0)show11(3,12);else show11(3,i);if(j=0)if(i=0)show11(2,12);else show11(2,j);else show11(2,j);show11(1,k);show11(1,10);/ 小數(shù)點show11(0,l);/ -主機接收DHT11數(shù)據(jù)-/ void COM(void)U8 i; for(i=0;i<8;i+

27、) U8FLAG=2;while(!dht11)&&U8FLAG+);/ dht11=0等待/ 30us是個界限（2628代表'0'；50代表'1'=小于30是'0'，/ 大于30是'1'（下一步用if判斷）Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();U8temp=0; / 沒過30us代表的就是'0'if(dht11)U8temp=1; / dht11=1,過了30us還是高電平，說明高電平持續(xù)時間代表的是'1'U8FLAG=2;while(dht

28、11)&&U8FLAG+); / dht11=1,/ 超時則跳出for循環(huán) if(U8FLAG=1)break;/ 上一步dht11一直是0，知道U8FLAG加到0（256）才執(zhí)行到此，/ (跳出時又加了一次'1'=U8FLAG=1)上一步執(zhí)行了254次,這一步接的是上一個while語句/ 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; / 數(shù)據(jù)位左移U8comdata|=U8temp; / - 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-/ /

29、-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- / void CWD(void)/ 主機拉低18ms dht11=0; / 消耗18ms時間，防止閃屏if(keynum=0)display_4w(str0/10,str0%10,str2/10,str2%10); / 前兩位顯 示濕度，后兩位顯示溫度else if(keynum=1)display_4f1(13,tup/10,tup%10,0);else if(keynum=2)display_4f1(14,

30、tdown/10,tdown%10,0);else if(keynum=3)display_4f1(13,hup/10,hup%10,0);else if(keynum=4)display_4f1(14,hdown/10,hdown%10,0);/ Delay(180);dht11=1;/ 總線由上拉電阻拉高 主機延時30usDelay_10us();Delay_10us();Delay_10us();/ 主機設為輸入 判斷從機響應信號 dht11=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(!dht11) U8FLAG=2;/ 判斷從機是否發(fā)出 80us 的低

31、電平響應信號是否結束 while(!dht11)&&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(dht11)&&U8FLAG+);/ 數(shù)據(jù)接收狀態(tài)COM();U8RH_data_H_temp=U8comdata;COM();U8RH_data_L_temp=U8comdata; / 濕度COM();U8T_data_H_temp=U8comdata;COM();U8T_data_L_temp=U8comdata;/ 溫度COM();U8checkdata_temp=U8comdata;/ 校驗

32、碼dht11=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=U8RH_data_L_temp;U8T_data_H=U8T_data_H_temp;U8T_data_L=U8T_data_L_temp;U8checkdata=U8checkdata_temp;/*判斷溫濕度范圍函數(shù)*/void temphumi_range(int

33、tempr,int humir)if(tempr>=tdown)&&(tempr<=tup)&&(humir>=hdown)&&(humir<=hup)BUFFER_OFF();elseBUFFER_ON();/*按鍵函數(shù)*/void keyscan()if(keyfun=0) / 功能鍵檢測delay_ms(10);if(keyfun=0) while(keyfun=0); keynum+; / 0啟動,非0停止if(keynum=5)keynum=0; if(keynum=0)display_4w(str0/10,st

34、r0%10,str2/10,str2%10); / 前兩位顯示濕度，后兩位顯示溫度if(keynum=1)display_4f1(13,tup/10,tup%10,0);if(keynum=2)display_4f1(14,tdown/10,tdown%10,0);if(keynum=3)display_4f1(13,hup/10,hup%10,0);if(keynum=4)display_4f1(14,hdown/10,hdown%10,0);if(keyadd=0) / +鍵檢測delay_ms(10);if(keyadd=0)switch(keynum)/ 組合鍵功能case 0: while(keyadd=0);while(1)display_3w(str0/10,str0%10,str1/10);/ 指定濕度顯示功能按鍵if(keysub=0)|(keyadd=0)|(keyfun=0)break; case 1: tup+; if(tup=100)tup=99; while(keyadd=0) display_4f1(13,tup/10,tup%10,0); / 防止停頓break;case 2: tdown+; if(td