基于單片機(jī)的智能溫濕度檢測器畢業(yè)設(shè)計

基于單片機(jī)的智能溫濕度檢測器畢業(yè)設(shè)計基于單片機(jī)的智能溫濕度檢測器設(shè)計\摘要在現(xiàn)代生活中,人們越來越重視溫度和濕度的檢測和控制,因為這兩個因素也是影響人們生活的重要組成部分。在人們的日常生活中,在家庭環(huán)境中,人們也開始隨時隨地關(guān)注溫度和濕度,可以說空調(diào)和加濕器等物品都是溫度和濕度的產(chǎn)物。在工業(yè)上,倉庫的溫濕度更顯得尤為重要,因為倉庫的物品可能受溫濕度影響會變質(zhì)變化,這就造成對溫濕度的時時檢測和控制顯得極其重要。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,現(xiàn)在的大棚種植技術(shù)更是離不開對溫濕度的嚴(yán)格控制,各種類型的植物在各階段對溫濕度的要求不一,所以大棚內(nèi)的溫濕度要做到適合棚內(nèi)植物生長和發(fā)育就要求對溫濕度進(jìn)行適時調(diào)整和改變以促進(jìn)植物的更好更快的生長。該課題就是關(guān)于兩個重要的因素的智能檢測設(shè)計,設(shè)計以51單片機(jī)AT89C52和濕度傳感器DHT11為核心,通過液晶顯示器LCD1602對溫濕度進(jìn)行實時顯示,而且本設(shè)計還帶有報警電路,對溫濕度超出預(yù)設(shè)值的情況下進(jìn)行報警提示,有發(fā)光二級管和蜂鳴器這兩種方式進(jìn)行同時報警和提示。關(guān)鍵詞:溫濕度測量;AT89C52;DHT11;LCD1602IntelligenttemperatureandhumiditydetectordesignbasedonSCMAbstract:Inmodernlife,thereisagrowingemphasisonthedetectionandcontroloftemperatureandhumidity,becausethesetwofactorsalsoplayanimportantpartofpeople'slives.Inthehomeenvironment,peoplealsobegantoconcernedaboutthetemperatureandhumiditycanbesaidthatitemssuchasairconditioningandhumidifiersaretheproductoftemperatureandhumidity.Inindustrial,warehouse’stemperatureandhumidityisparticularlyimportant,becausethewarehouseitemsmaybeaffectedbytemperatureandhumidityaffectthemetamorphicchanges,whichresultedintemperatureandhumidityfromtimetotimetodetectandcontrolisextremelyimportant.Ingreenhousetechnologyinagriculturalproduction,isinseparablefromthestrictcontroloftemperatureandhumidity,alltypesofplantsinvariousstagesofdifferentrequirementsoftemperatureandhumidity,temperatureandhumiditywithinthegreenhousetoachievesuitableshedplantgrowthanddevelopmentoftemperatureandhumiditytomaketimelyadjustmentsandchangeafasterandbetterinordertopromoteplantgrowth.mysubjectisontwoimportantfactorsinintelligentdetectiondesign,thedesigntothe51SCMAT89C52andhumiditysensorsDHT11asthecore,throughtheLCDmonitorLCD1602real-timedisplayoftemperatureandhumidity,butthisdesignalsocomeswithanalarmcircuit,thetemperatureandhumidityexceedsthepresetvaluethealarm,therearetwowayslightemittingdiodeandbuzzeralarmsimultaneouslyandtips.Keywords:temperatureandhumiditymeasurement;AT89C52;DHT11;LCD1602目錄第1章前言 11.1課題的提出與意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3研究內(nèi)容 2第2章系統(tǒng)整體設(shè)計電路及原理 32.1系統(tǒng)整體框圖 32.2系統(tǒng)整體電路圖 32.3系統(tǒng)組成和基本工作原理 4第3章系統(tǒng)主要部件 53.1芯片簡介 53.1.1單片機(jī)--AT89C52簡介 53.1.2主要功能與特性 63.1.3引腳功能及管腳說明 63.2LCD顯示--LCD1602 93.2.1LCD1602簡介 93.2.2LCD管腳說明 103.2.31602LCD的指令說明及時序 113.2.41602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表 133.2.51602LCD的一般初始化(復(fù)位)過程 143.3溫濕度傳感器DHT11 153.3.1DHT11簡介 153.3.2DHT11傳感器特性 153.3.3外型與引腳排列及說明 163.3.4傳感器性能說明 163.3.5連接接口說明 183.3.6數(shù)據(jù)格式和編碼及處理 183.3.7主機(jī)復(fù)位信號和DHT響應(yīng)信號 203.3.8電氣特性 213.3.9應(yīng)用信息 21第4章模塊功能介紹 234.1復(fù)位電路部分 234.2傳感器電路部分 244.3顯示電路部分 244.4報警電路部分 25第5章軟件設(shè)計部分及系統(tǒng)調(diào)試 275.1主程序框圖 275.2LCD1602軟件流程顯示框圖 285.3DHT11溫濕度傳感器采集處理框圖 295.4調(diào)試過程及調(diào)試中出現(xiàn)的問題 30結(jié)論 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33附錄: 34第1章前言1.1課題的提出與意義目前隨著生活質(zhì)量的不斷提高,人們的生活水平越來越高,所以對環(huán)境的要求也越來越高,環(huán)境控制的也成了人們安居樂業(yè)的基礎(chǔ),成了共建和諧環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。尤其是目前生活節(jié)奏的加快,許多白領(lǐng)都出現(xiàn)了亞健康的狀態(tài),因此家庭溫濕度的檢測對于現(xiàn)代家庭來說也變得刻不容緩了。因此為了滿足最適宜人們生活的最佳溫度和濕度,我們需要研究一種家庭式的,便于提醒和控制溫濕度的裝置,人們可以根據(jù)不同季節(jié)以及個人的需要進(jìn)行不同的調(diào)整,以便達(dá)到最佳的居住環(huán)境,這不僅僅是對于環(huán)境要求的進(jìn)步,同時也體現(xiàn)了現(xiàn)代文明的發(fā)達(dá)與先進(jìn)1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀最近幾年,國內(nèi)外溫濕度傳感器測量系統(tǒng)正向著集成化、智能化發(fā)展,隨著科研人員的不斷努力,該類型系統(tǒng)取得的巨大的成就?，F(xiàn)代溫濕度傳感器測量系統(tǒng)技術(shù)主要以數(shù)據(jù)采集為依據(jù),主要類型包括:虛擬儀器、智能儀器、數(shù)字式儀器等等。伴隨電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也發(fā)生了日新月異的變化,其整體的性能、實用性方面都有所改進(jìn)。因此,依托于數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)而發(fā)展的溫濕度傳感器測量系統(tǒng)在實際應(yīng)用中也發(fā)揮這越來越重要的作用。目前,許多外國大型企業(yè)都很重視傳感器的研發(fā)工作,例如,日本的Figaro公司、芬蘭的Vaisala公司等,都致力于傳感器的發(fā)展和完善,以保障其在整個銷售市場的競爭力。在九十年代,先后出現(xiàn)了集成溫度濕度測量套件和應(yīng)用于濕度傳感器的測試系統(tǒng),這個新技術(shù)的產(chǎn)生都大大刺激了傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。與此同時,國內(nèi)許多機(jī)構(gòu)也在傳感器測試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)。例如通過采用傳統(tǒng)電子儀器進(jìn)行設(shè)計研發(fā)而成的多種動態(tài)測試系統(tǒng)、動進(jìn)樣裝置的氣體傳感器智能測試系統(tǒng)等等,這些成績都體現(xiàn)了我國在傳感器領(lǐng)域取得的成就。當(dāng)然,隨著科技的進(jìn)步,傳統(tǒng)的溫濕度測試技術(shù)在穩(wěn)定性、精度等方面已經(jīng)無法滿足市場的需求,因此,針對新一代傳感器的探究顯得尤為重要。溫濕度測量系統(tǒng)在紡織工業(yè)、冶金、化工、建材、食品、溫室種植以及氣象預(yù)報和科研實驗室等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[16],而這些領(lǐng)域?qū)貪穸葴y量系統(tǒng)的要求也各不相同。因此,溫濕度測量系統(tǒng)有著廣闊的市場前景?？傊?現(xiàn)在國內(nèi)外溫濕度測量系統(tǒng)的研究都是朝著微型化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展,并且不斷地改進(jìn)技術(shù)來滿足市場的需求。1.3研究內(nèi)容本設(shè)計由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分組成,課題要求完成的是系統(tǒng)軟件設(shè)計部分和部分硬件部分。本文研究的主要內(nèi)容包括溫濕度測量、顯示及報警模塊的軟件設(shè)計和溫濕度測量系統(tǒng)的調(diào)試。溫濕度測量系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo):1.溫度測量:溫度范圍0℃~50℃,精度±0.5℃;2.濕度測量:濕度范圍20~90%RH,精度0.1%RH。本系統(tǒng)由軟硬件兩部分配合使用實現(xiàn)系統(tǒng)功能,最終要實現(xiàn)一個實時的溫濕度測量系統(tǒng),具有溫濕度測量、顯示、報警功能。第2章系統(tǒng)整體設(shè)計電路及原理2.1系統(tǒng)整體框圖圖2-1系統(tǒng)整體框圖2.2系統(tǒng)整體電路圖圖2-2系統(tǒng)整體電路圖2.3系統(tǒng)組成和基本工作原理本系統(tǒng)設(shè)計核心部件為AT89C52單片機(jī),信號采集及處理部分由DHT11溫濕度傳感器,進(jìn)入單片機(jī)以后經(jīng)處理后通過LCD顯示溫濕度,信號顯示采用的液晶屏為5*7點陣,一行可顯示16字符輸入兩行。在軟件設(shè)計部分有對測量的溫濕度進(jìn)行了上限值和下限值的設(shè)定,當(dāng)測量的溫濕度超過所設(shè)定的值時,通過報警處理電路對其進(jìn)行處理分別顯示不同的二極管燈發(fā)亮,以顯示不同的警示作用,提示人們該如何處理。硬件中一個開關(guān),為復(fù)位開關(guān)。開機(jī)后所有的器件進(jìn)行初始化設(shè)置,溫濕度傳感器DHT11開始進(jìn)行溫濕度的測量和計算,最后通過LCD1602液晶顯示器顯示出所測量的溫濕度,在測量的溫濕度結(jié)果中如果超過了所設(shè)定的上下限,則通過報警處理電路做出反應(yīng)。顯示部分單片機(jī)的P0口接到LCD的數(shù)據(jù)輸入口D1到D8,P1.0,P1.1,P1.2口分別接LCD的RS,RW,E口,RW接地表示數(shù)據(jù)寫入,本設(shè)計中只設(shè)計到對LCD的數(shù)據(jù)寫入操作,RS接低電平時表示選擇寫指令操作,接高電平表示寫數(shù)據(jù)操作,E接高脈沖表示寫指令或數(shù)據(jù),傳感器DATA口接到單片機(jī)的P2,7口,串行接口數(shù)據(jù)是單項雙向傳輸?shù)?采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次性完整輸出40bit高位先輸出,由于是串行輸出其數(shù)據(jù)為2進(jìn)制數(shù),在程序中編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制數(shù)數(shù)送入LCD顯示。第3章系統(tǒng)主要部件3.1芯片簡介3.1.1單片機(jī)--AT89C52簡介圖3-1At89C52引腳圖AT89C52是一個低電壓,高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元,AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52有40個引腳,32個外部雙向輸入輸出(I/O)端口,同時內(nèi)含2個外中斷口,3個16位可編程定時計數(shù)器,2個雙全工串行通信口,2個讀寫口線,AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起,特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。3.1.2主要功能與特性1.兼容MCS51指令系統(tǒng)2.8k可反復(fù)擦寫大于1000次)FlashROM3、32個雙向I/O口4、256x8bit內(nèi)部RAM5、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷6、時鐘頻率0-24MHz;7、2個串行中斷,可編程UART串行通道;8、2個外部中斷源,共8個中斷源;9、2個讀寫中斷口線,3級加密位;10、低功耗空閑和掉電模式,軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能;11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3.1.3引腳功能及管腳說明AT89C52為8位通用微處理器,采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核,在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同,其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化,會聚調(diào)整控制,會聚測試圖控制,紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有:XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)為振蕩器輸入輸出端口,外接12MHz晶振。RST/Vpd(9腳)為復(fù)位輸入端口,外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC(40腳)和VSS(20腳)為供電端口,分別接+5V電源的正負(fù)端。P0~P3為可編程通用I/O腳,其功能用途由軟件定義,在本設(shè)計中,P0端口(32~39腳)被定義為N1功能控制端口,分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接,13腳定義為IR輸入端,10腳和11腳定義為I2C總線控制端口,分別連接N1的SDAS(18腳)和SCLS(19腳)端口,12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口,連接主板CPU的相應(yīng)功能端,用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。P0口:P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口,也就是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時,每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路,對端口P0寫“1”時,可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時,P0口接收指令字節(jié),而在程序校驗時,輸出指令字節(jié),校驗時,要求外接上拉電阻。P1口:P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口。作輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IIL。與c51不同的是,其p1.0與p1.1可以作為定時/計數(shù)器的外部輸入,作為定時計數(shù)器用,p1口是內(nèi)置上拉電阻的io口,可以輸入輸出電流,單引腳20ma,如果是給外部芯片賦值,可直接接入,如果要驅(qū)動外部電路,比如,發(fā)光二極管,需要再接上限流電阻電阻。因為單片機(jī)的輸出電流畢竟都非常小,如果要有更大的電流,如驅(qū)動蜂鳴器,繼電器,則接三極管作為反相且放大大電流的作用P2口:P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口,作輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IIL。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令)時,P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行MOVX@RI指令)時,P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時,P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時,被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(IIL)。P3口除了作為一般的I/O口線外,更重要的用途是它的第二功能P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。P3口一些特殊功能口如下表所示:表3-1P3口特殊功能引腳功能表P3.0RXD 串行輸入口 P3.4T0 計時器0外部輸入P3.1TXD 串行輸出口 P3.5T1 計時器1外部輸入P3.2/INT0 外部中斷0 P3.6/WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.3/INT1 外部中斷1 P3.7/RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時,RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時,ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下,ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號,因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要,可通過對特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的D0位置位,可禁止ALE操作。該位置位后,只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外,該引腳會被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時,應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN:程序儲存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲器的讀選通信號,當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時,每個機(jī)器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個脈沖。在此期間,當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器,將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP:外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H?FFFFH),EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被編程,復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(接Vcc端),CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時,該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。時鐘振蕩器:AT89C52中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器,引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求,但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性,如果使用石英晶體,我們推薦電容使用30pF±10pF,而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF±10pF。用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下,外部時鐘脈沖接到XTAL1端,即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端,XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的,所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求,但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。中斷:AT89C52共有6個中斷向量:兩個外中斷(INT0和INT1),3個定時器中斷(定時器0、1、2)和串行口中斷。這些中斷源可通過分別設(shè)置專用寄存器IE的置位或清0來控制每一個中斷的允許或禁止IE也有一個總禁止位EA,它能控制所有中斷的允許或禁止。注意IE.6為保留位,在AT89C52中IE.5也是保留位。程序員不應(yīng)將“1”寫入這些位,它們是將來AT89系列產(chǎn)品作為擴(kuò)展用的。定時器2的中斷是由T2CON中的TF2和EXF2邏輯或產(chǎn)生的,當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時,這些標(biāo)志位不能被硬件清除,事實上,服務(wù)程序需確定是TF2或EXF2產(chǎn)生中斷,而由軟件清除中斷標(biāo)志位。定時器0和定時器1的標(biāo)志位TF0和TF1在定時器溢出那個機(jī)器周期的S5P2狀態(tài)置位,而會在下一個機(jī)器周期才查詢到該中斷標(biāo)志。然而,定時器2的標(biāo)志位TF2在定時器溢出的那個機(jī)器周期的S2P2狀態(tài)置位,并在同一個機(jī)器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。3.2LCD顯示--LCD16023.2.1LCD1602簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、點陣式LCD,目前常用16*1,16*2,20*2和40*2行等模塊。1602LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線VCC和地線,其控制原理與14腳的LCD完全一樣。圖3-21602LCD尺寸圖3.2.2LCD管腳說明表3-2LCD管腳功能表編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù)4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù)5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù)6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù)7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極8 D1 數(shù) 16 BLK 背光源負(fù)極第1腳:VSS為地電源第2腳:VDD接接電源(+5V)第3腳:V0液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高(對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”,可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度)。第4腳:RSRS為寄存器選擇,高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳:R/WR/W為讀寫信號線,高電平時進(jìn)行讀操作,低電平時進(jìn)行寫操作。第6腳:EE或EN端為使能enable端,下降沿使能。第7腳:DB0低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位(最低位)第8腳:DB1低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位第9腳:DB2低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位第10腳:DB3低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位第11腳:DB4低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位第12腳:DB5低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位第13腳:DB6低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位第14腳:DB7高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位(最高位)(也是busyflag)第15腳:BLA背光電源正極第16腳:BLK背光電源負(fù)極3.2.31602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令,如表所示:表3-31602指令表序號 指令 RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01 清顯示 00000000012 光標(biāo)返回 000000001*3 置輸入模式 00000001I/DS4 顯示開/關(guān)控制 0000001DCB5 光標(biāo)或字符移位 000001S/CR/L**6 置功能 00001D/LNF**7 置字符發(fā)生存貯器地址 0001字符發(fā)生器存儲器地址8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址9 讀忙標(biāo)志或地址 01B/F計數(shù)器地址10 寫數(shù)到CGRAM或DDRAM) 10要寫入的數(shù)據(jù)內(nèi)容11 從CGRAM或DDRAM讀數(shù) 11要讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。(說明:1為高電平、0為低電平)指令1:清顯示,指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2:光標(biāo)復(fù)位,光標(biāo)返回到地址00H。指令3:光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D:光標(biāo)移動方向,高電平右移,低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效,低電平則無效。指令4:顯示開關(guān)控制。D:控制整體顯示的開與關(guān),高電平表示開顯示,低電平表示關(guān)顯示C:控制光標(biāo)的開與關(guān),高電平表示有光標(biāo),低電平表示無光標(biāo)B:控制光標(biāo)是否閃爍,高電平閃爍,低電平不閃爍。指令5:光標(biāo)或顯示移位S/C:高電平時移動顯示的文字,低電平時移動光標(biāo)。指令6:功能設(shè)置命令DL:高電平時為4位總線,低電平時為8位總線N:低電平時為單行顯示,高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符,高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7:字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8:DDRAM地址設(shè)置。指令9:讀忙信號和光標(biāo)地址BF:為忙標(biāo)志位,高電平表示忙,此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù),如果為低電平表示不忙。指令10:寫數(shù)據(jù)。指令11:讀數(shù)據(jù)?；静僮鲿r序圖圖3-3讀操作時序圖圖3-4寫操作時序圖3.2.41602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件,所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平,表示不忙,否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址,也就是告訴模塊在哪里顯示字符,圖是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3-51602LCD內(nèi)部顯示地址圖例如第二行第一個字符的地址是40H,那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢?這樣不行,因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B(40H)+10000000B80H11000000BC0H。在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式,在液晶模塊顯示字符時光標(biāo)是自動右移的,無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形,如圖10-58所示,這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等,每一個字符都有一個固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H),顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來,我們就能看到字母“A”圖3-6LCD字符代碼與圖形對應(yīng)圖3.2.51602LCD的一般初始化(復(fù)位)過程延時15mS寫指令38H(不檢測忙信號)延時5mS寫指令38H(不檢測忙信號)延時5mS寫指令38H(不檢測忙信號)以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號寫指令38H:顯示模式設(shè)置寫指令08H:顯示關(guān)閉寫指令01H:顯示清屏寫指令06H:顯示光標(biāo)移動設(shè)置寫指令0CH:顯示開及光標(biāo)設(shè)置3.3溫濕度傳感器DHT113.3.1DHT11簡介DHT系列數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),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測濕元件和一個NTC測溫元件,并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此,該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)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(zhǔn)系數(shù)。單線制串行輸出接口,使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗,使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。本產(chǎn)品為4針單排引腳封裝,特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。3.3.2DHT11傳感器特性1.濕溫度傳感器的一體化結(jié)構(gòu)能相對的同時對相對濕度和溫度進(jìn)行測量。2.數(shù)字信號輸出,從而減少用戶信號的預(yù)處理負(fù)擔(dān)。3.單總線結(jié)構(gòu)輸出有效的節(jié)省用戶控制器的I/O口資源。并且不需要額外電器元件。4.獨特的單總數(shù)據(jù)傳輸線協(xié)議使得讀取傳感器的數(shù)據(jù)更加便捷。5.全部校準(zhǔn)。編碼方式為8位二進(jìn)制數(shù)。6.40bit二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出。其中濕度整數(shù)部分占1Byte,小數(shù)部分1Byte;溫度整數(shù)部分1Byte,小數(shù)部分1Byte。其中,濕度為高16位。最后1Byte為校驗和。7.卓越的長期穩(wěn)定性,超低功耗。8.4引腳安裝,超小尺寸。9.各型號管腳完全可以互換。10.測量濕度范圍從20%RH到90%RH;測量溫度范圍從0℃到50℃。11.適用范圍包括恒濕控制,消費家電類產(chǎn)品,溫濕度計等領(lǐng)域。3.3.3外型與引腳排列及說明圖3-6傳感器外觀圖及底視圖DHT外型及管腳傳感器管腳方向識別:正面(有通氣孔的一面)看過去,從左到右依次為1、2、3、4腳。引腳說明圖表3-4DHT11引腳說明引腳號 引腳名稱 類型 引腳說明1 VCC 電源 正電源輸入,3V-5.5VDC2 DOUT 輸出 單總線。數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳3 NC 空 空腳。擴(kuò)展未用4 GND 地 電源地電源引腳,DHT的供電電壓為3.5~5.5V。傳感器上電后,要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不要發(fā)送任何指令。電源引腳(VDD,GND)之間可增加一個100nF的電容,用以去耦濾波。3.3.4傳感器性能說明表3-5傳感器性能說明參數(shù) 條件 Min Typ 單位濕度分辨率 1 1 1 %RH8 Bit重復(fù)性 ±1 %RH精度25℃ ±4 %RH0-50℃ ±5 %RH互換性 可完全互換量程范圍 0℃ 30 90 %RH 量程范圍25℃ 20 90 %RH50℃ 20 80 %RH響應(yīng)時間 1/e63%25℃,1m/s空氣 6 10 15 S遲滯 ±1 %RH長期穩(wěn)定性 典型值 ±1 %RH/yr溫度分辨率 1 1 1 ℃8 8 8 Bit重復(fù)性 ±1 ℃精度 ±1 ±2 ℃量程范圍 0 50 ℃響應(yīng)時間 1/e63% 6 30 S3.3.5連接接口說明DHT數(shù)字濕溫度傳感器連接電路簡單,只需要占用控制器一個I/O口即可完成上下位的連接。典型應(yīng)用電路如下圖所示。另外,建議連接線長度短于20時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻,如圖圖3-7DHT11經(jīng)典應(yīng)用電路3.3.6數(shù)據(jù)格式和編碼及處理數(shù)字濕溫度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。即,單個數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5Byte(40Bit)組成。一次通訊時間最大3ms,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明。DATA用于微處理器與DHT之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為0。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)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和校驗和數(shù)據(jù)為前四個字節(jié)相加。具體見下表:表3-6DAHT11數(shù)據(jù)格式濕度 溫度 校驗整數(shù) 小數(shù) 整數(shù) 小數(shù) 8Bit8Bit 8Bit 8Bit 8Bit數(shù)據(jù)編碼及處理傳感器數(shù)據(jù)輸出的是未編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)濕度、溫度、整數(shù)、小數(shù)之間應(yīng)該分開處理。如果,某次從傳感器中讀取如下5Byte數(shù)據(jù):表3-7數(shù)據(jù)格式舉例byte4 byte3 byte2 byte1 byte000101101 00000000 00011100 00000000 01001001整數(shù) 小數(shù) 整數(shù) 小數(shù) 校驗和濕度溫度校驗和由以上數(shù)據(jù)就可得到濕度和溫度的值,計算方法:humi濕度byte4byte345.0%RHtemp溫度byte2byte128.0℃jiaoyan校驗byte4+byte3+byte2+byte173DHT傳感器是通過奧松電子開發(fā)的單總線協(xié)議和上位機(jī)(控制器)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。DHT傳感器需要嚴(yán)格的讀寫協(xié)議來確保數(shù)據(jù)的完整性。整個讀寫分為,上位機(jī)發(fā)送起始信號,上位機(jī)接收下位機(jī)發(fā)來的握手響應(yīng)信號,讀‘0’,和讀‘1’四個步驟。所有的信號除主機(jī)啟動復(fù)位信號外,全部都由DHT產(chǎn)生。通過單總線訪問DHT順序歸納如下:主機(jī)發(fā)開始信號主機(jī)等待接收DHT響應(yīng)信號主機(jī)連續(xù)接收40Bit的數(shù)據(jù)和校驗和數(shù)據(jù)處理3.3.7主機(jī)復(fù)位信號和DHT響應(yīng)信號圖3-8DHT復(fù)位時序用戶主機(jī)發(fā)送一次開始信號(低電平)DHT從低速模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開始信號結(jié)束(拉高)后,DHT發(fā)送響應(yīng)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?jǐn)?shù)據(jù)。注意:總線線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線線拉低等待DHT響應(yīng),主機(jī)把總線線拉低必須大于18毫秒,保證DHT能檢測到起始信號。DHT接收到主機(jī)的開始信號后,等待主機(jī)開始信號結(jié)束,然后發(fā)送低電平響應(yīng)信號。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時等待20-40us后,讀取DHT的回應(yīng)信號,主機(jī)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,總線線由上拉電阻拉高。DHT開始發(fā)送數(shù)據(jù)流程。圖3-9數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字‘0’信號表示方法圖3-10數(shù)據(jù)0表示方法數(shù)字‘0’表示方法為,首先DHT把總線拉低12-14us然后拉高,高電平保持時間在26-28us這個范圍內(nèi)。則此比特為‘0’電平。數(shù)字‘1’信號表示方法圖3-11數(shù)據(jù)1表示方法數(shù)字‘1’表示方法為,首先DHT把總線拉低12-14us然后拉高,高電平保持時間在116-118us這個范圍內(nèi)。則此比特為‘1’電平。3.3.8電氣特性VDD5V,T25℃,除非特殊標(biāo)注表3-8電氣特性參數(shù) 條件 min typ 供電 DC 3 5 5.5供電電流 測量 0.5 2.5 mA平均 0.2 0.5 mA待機(jī) 100 150 uA采樣周期 秒 1 次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。3.3.9應(yīng)用信息工作與貯存條件超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達(dá)3%RH的臨時性漂移信號。返回正常工作條后,傳感器會緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)。要加速恢復(fù)進(jìn)程/可參閱7.3小節(jié)的“恢復(fù)處理”。在非正常工作條件下長時間使用會加速產(chǎn)品的老化過程。暴露在化學(xué)物質(zhì)中電阻式濕度傳感器的感應(yīng)層會受到化學(xué)蒸汽的干擾,化學(xué)物質(zhì)在感應(yīng)層中的擴(kuò)散可能導(dǎo)致測量值漂移和靈敏度下降。在一個純凈的環(huán)境中,污染物質(zhì)會緩慢地釋放出去。下文所述的恢復(fù)處理將加速實現(xiàn)這一過程。高濃度的化學(xué)污染會導(dǎo)致傳感器感應(yīng)層的徹底損壞。恢復(fù)處理置于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器,通過如下處理程序,可使其恢復(fù)到校準(zhǔn)時的狀態(tài)。在50-60℃和10%RH的濕度條件下保持2小時(烘干);隨后在20-30℃和70%RH的濕度條件下保持5小時以上。溫度影響氣體的相對濕度,在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時,應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板,在安裝時應(yīng)盡可能將DHT11遠(yuǎn)離電子元件,并安裝在熱源下方,同時保持外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo),DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小,并在兩者之間留出一道縫隙。光線長時間暴露在太陽光下或強(qiáng)烈的紫外線輻射中,會使性能降低。配線注意事項DATA信號線材質(zhì)量會影響通訊距離和通訊質(zhì)量,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。第4章模塊功能介紹4.1復(fù)位電路部分手動復(fù)位按鈕需要人們在復(fù)位輸入端口RST加上高電平。一般的做法是在RST端口和是電源Vcc之間連接一個按鈕。當(dāng)按鈕被按下時,則VCC的+5V電平就會直接加到RST端口。手動復(fù)位按鈕電路如圖所示。因為人為動作再快也會使按鈕連接到數(shù)十毫秒,所以完全能夠滿足要求的時間。單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位,以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài),并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。當(dāng)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)且振蕩器穩(wěn)定后,如果RST引腳上有一個高電平并且維持2個機(jī)器工作周期(24振蕩周期)或更多時,CPU就可以響應(yīng),并且將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有:手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。圖4-1復(fù)位和晶振電路4.2傳感器電路部分圖4-2傳感器電路此模塊是整個電路設(shè)計的信號采集和初步處理的模塊,由溫濕度傳感器芯片DHT11構(gòu)成,DATA接單片機(jī)的P2.7口接收數(shù)據(jù)。主要功能結(jié)構(gòu)已在前面介紹,這里不做重新介紹。4.3顯示電路部分此模塊是由一塊LCD1602芯片構(gòu)成的溫濕度的顯示電路部分,LCD1602是一個2行每行16字的的液晶顯示屏,D0-D7接在PO口上,每個引腳分別接10K的上拉電阻,RS,RW,E接在P1.O,PI.1和P1.2起到控制的作用。如圖4-3所示。圖4-3液晶顯示電路4.4報警電路部分此模塊是由5個發(fā)光二極管和一個蜂鳴器構(gòu)成分別是D1,D2,D3,D4和D5接單片機(jī)的的P1口,蜂鳴器連接P3.3口,連接圖見下。D1,D2,D3,D4,D5分別代表著發(fā)光、降溫、加熱、干燥和加濕,一旦傳感器測定的的溫度超過設(shè)定的的范圍就會產(chǎn)生不同的發(fā)光反應(yīng)起到報警作用,同時蜂鳴器發(fā)出響聲。圖4-4聲光報警電路第五章軟件設(shè)計部分及系統(tǒng)調(diào)試5.1主程序框圖圖5-1主程序流程圖本次設(shè)計主要是能夠?qū)崟r顯示出當(dāng)前確切的溫濕度,并且在超出預(yù)設(shè)值的時候能夠發(fā)出蜂鳴。一旦接通電源,蜂鳴器首先蜂鳴,接著LCD初始化,兩行顯示,其中第一行顯示的濕度預(yù)設(shè)值,第二行顯示的是實時的溫濕度值,在程序設(shè)計中,分別定義溫濕度參數(shù),根據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過來的數(shù)值,判斷是否超過了預(yù)設(shè)值,本次設(shè)計溫度初試值設(shè)定為32℃,濕度初始設(shè)定為34%,等待傳送的數(shù)值超過預(yù)設(shè)值的話,蜂鳴器便會蜂鳴警報,1602顯示當(dāng)前的溫濕度值,再次循環(huán)判斷,如果沒有超過預(yù)設(shè)值,蜂鳴器不會蜂鳴,1602正常顯示,也同樣再次循環(huán)。5.2LCD1602軟件流程顯示框圖圖5-2LCD1602軟件流程顯示框圖此程序流程是對液晶顯示屏LCD1602的軟件設(shè)計流程進(jìn)行的概要說明,在接通電源后,首先LCD1602開始初始化,然后等待延時,我們預(yù)先設(shè)置好溫度濕度這兩個因素在液晶屏上顯示的位置,這期間傳感器感應(yīng)的溫度通過單片機(jī)傳達(dá)給顯示屏,這時顯示屏就會顯示周圍的溫濕度,也就是傳感器所感應(yīng)的溫度。5.3DHT11溫濕度傳感器采集處理框圖Y圖5-3DHT11溫濕度傳感器采集處理框圖DHT11接收到主機(jī)的開始信號后,等待主機(jī)開始信號結(jié)束,然后發(fā)送低電平響應(yīng)信