基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)

1、 計(jì) 控 學(xué) 院College of computer and control engineering Qiqihar university電氣工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：寢室溫濕度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)系 別 電 氣 工 程 系 適用班級(jí) 電氣12級(jí) 指導(dǎo)教師 時(shí) 間 學(xué)生姓名 提交日期 摘 要隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)健康提出了更高的要求，空氣中的濕度通過各種直接或間接途徑影響了我們的舒適感，空氣中的濕度過大或過小都會(huì)對(duì)人體健康不利。在日常生活中，溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用很廣泛，例如：機(jī)房、檔案館、材料加工場(chǎng)等場(chǎng)所，乃至我們的寢室，溫濕度與健康密切關(guān)聯(lián)，都必須控制環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度，使其保持在一定的范圍

2、。使用DHT11可以靈活的檢測(cè)環(huán)境的溫濕度，由用戶設(shè)定一定的閾值，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示，并且可以根據(jù)用戶要求設(shè)定報(bào)警裝置，當(dāng)溫濕度超過一定的范圍時(shí)，立即報(bào)警?；诖?，我設(shè)計(jì)了一款用51單片機(jī)控制的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，使用方便。關(guān)鍵詞：溫濕度； 51單片機(jī)； DHDT11目 錄摘 要I第1章 緒論11.1 本論文的背景和意義11.2 本論文的基本內(nèi)容11.3 方案設(shè)計(jì)11.3.1 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)滿足的基本要求11.3.2 系統(tǒng)功能原理圖2第2章 硬件設(shè)計(jì)32.1 電路原理圖32.2 電路原理圖介紹32.3 蜂鳴器電路部分說明42.4 晶振電路部分說明42.5 1602模塊電路說明42.6 濕度傳感

3、器DHT11介紹52.7 技術(shù)參數(shù)說明6第3章 軟件設(shè)計(jì)73.1 軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)的功能73.2 軟件流程圖7第4章 實(shí)驗(yàn)板測(cè)試8結(jié)論9參考文獻(xiàn)10附錄11II第1章 緒論1.1 本論文的背景和意義室內(nèi)溫濕監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活非常實(shí)用，本課題研究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)制作對(duì)室內(nèi)溫濕度的監(jiān)督與控制，相當(dāng)于簡(jiǎn)易空調(diào)的制作，了解空調(diào)系統(tǒng)，運(yùn)用原理設(shè)計(jì)制作方案；運(yùn)用物理知識(shí)制作控制溫濕變化設(shè)備；傳感器獲取外界溫濕度參數(shù)，51單片機(jī)編程控制，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)；并用仿真軟件對(duì)控制效果進(jìn)行仿真研究。 隨著科技的飛速發(fā)展和普及，高性能設(shè)備越來越多，各行各業(yè)對(duì)溫濕度的要求也越來越高。傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測(cè)模式

4、是以人為基礎(chǔ)，依靠人工輪流值班，人工巡回查看等方式來測(cè)量和記錄環(huán)境狀況信息。在這種模式下，不僅效率低下不利于人才資源的充分利用，而且缺乏科學(xué)性，許多重大事故都是由人為因素造成的，人工維護(hù)缺乏完整的管理系統(tǒng)。而問世監(jiān)控系統(tǒng)就可以解決這樣人才資源浪費(fèi)，管理不及時(shí)的問題，這是由于它的智能化設(shè)計(jì)所決定的。它的工作步驟如下：感應(yīng)環(huán)境溫濕度；單片機(jī)判斷感應(yīng)到的溫濕度是否異常；若感應(yīng)到的溫濕度異常，實(shí)行措施進(jìn)行調(diào)節(jié)；判斷異常是否超過預(yù)設(shè)時(shí)間，若超過預(yù)設(shè)時(shí)間，則輸出異常信號(hào)報(bào)警；判斷異常是否處理完畢，若處理完畢，解除報(bào)警。這樣就可以利用控制器對(duì)機(jī)房溫濕度進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度管理的實(shí)時(shí)性和有效性。故本次

5、設(shè)計(jì)對(duì)于類似項(xiàng)目還具有普遍意義。1.2 本論文的基本內(nèi)容 本設(shè)計(jì)完成的是溫室的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用單片機(jī)設(shè)一個(gè)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)給定的溫濕度進(jìn)行測(cè)試并實(shí)時(shí)顯示，并怕不斷當(dāng)時(shí)的溫度或濕度是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，若不是，測(cè)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。1.3 方案設(shè)計(jì) 1.3.1 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)滿足的基本要求a.溫度檢測(cè)范圍0-50度，相對(duì)濕度20%-90%；b.可以根據(jù)實(shí)際用途設(shè)定溫濕度報(bào)警值；c.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過模塊顯示； 1.3.2 系統(tǒng)功能原理圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定了系統(tǒng)的總體方案，整個(gè)方案由單片機(jī)、濕溫度傳感器、顯示模塊、報(bào)警器等五部分組成。系統(tǒng)功能原理圖如圖1所示。 濕度傳感器 溫度傳感器 單片機(jī)蜂鳴器LCD

6、顯示圖1-1 系統(tǒng)功能原理圖第2章 硬件設(shè)計(jì)2.1 電路原理圖單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定功能。硬件實(shí)現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊只實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，最好將各個(gè)模塊連接在一起。這種設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單的就可以實(shí)現(xiàn)，電路原理圖如圖2-1所示:圖2-1 電路原理圖2.2 電路原理圖介紹本系統(tǒng)主要硬件有電源電路、溫濕度傳感器、蜂鳴器、晶振電路、復(fù)位電路、LCD顯示電路、且控制電路的核心器件是由STC紅晶科技公司生產(chǎn)的STC11F04E單片機(jī)，屬于MCS-51列,STC11F04E是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器；相比傳統(tǒng)的51系

7、列速度更快，且在本設(shè)計(jì)中充分利用了該單片機(jī)的資源不浪費(fèi)I/O口。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在線編程。這些優(yōu)點(diǎn)使得STC11F04E為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案，價(jià)格低廉，性能可靠，抗干擾強(qiáng)，因此廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制和嵌入式中。系統(tǒng)的蜂鳴器電路、晶振電路、復(fù)位電路如圖2-1、圖2-2 、圖2-3所示： 圖2-2 蜂鳴器電路 圖2-3 晶振電路 圖2-4復(fù)位電路2.3 蜂鳴器電路部分說明蜂鳴器額定電流小于30mA,其中使用三極管驅(qū)動(dòng)工作，為了減少功耗本實(shí)驗(yàn)采用9012晶體管。2.4 晶振電路部分說明晶振電路采用11.095MHz的無源晶振，微調(diào)電容大小取30PF。2.5 1

8、602模塊電路說明顯示模塊選用1602字符型液晶模塊，是目前應(yīng)用比較廣泛的液晶屏之一，電路如圖2-5所示。圖2-5 1602液晶顯示電路2.6 濕度傳感器DHT11介紹DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號(hào)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和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)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(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在即為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)型號(hào)的處理

9、過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。DHT11應(yīng)用電路如圖2-6：圖2-6 DHT11應(yīng)用電路2.7 技術(shù)參數(shù)說明a.供電電壓： 3.35.5V DC；b.輸 出： 單總線數(shù)字信號(hào)；c.測(cè)量范圍： 濕度20-90%RH， 溫度050；d.測(cè)量精度： 濕度+-5%RH， 溫度+-2；e.分 辨 率： 濕度1%RH， 溫度1；f.互 換 性： 可完全互換；g.長(zhǎng)期穩(wěn)定性： <±1%RH/年；第3章 軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件

10、設(shè)置實(shí)現(xiàn)的功能系統(tǒng)單片機(jī)代碼采用C語言編寫，以Kei uVision4為開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能:a.通過LCD顯示溫濕度值；b.比較檢測(cè)到的溫濕度值和報(bào)警值，發(fā)現(xiàn)超限蜂鳴器立即報(bào)警；3.2 軟件流程圖根據(jù)這些功能，系統(tǒng)軟件流程圖如圖3-1所示：1602初始化 延時(shí)讀取溫濕度值讀取成功1602顯示數(shù)據(jù) 報(bào)警，發(fā)出信號(hào)是否超限Y延時(shí)N圖 3-1 系統(tǒng)軟件流程圖第4章 實(shí)驗(yàn)板測(cè)試通過測(cè)試實(shí)驗(yàn)板，已基本達(dá)到預(yù)定目的，測(cè)評(píng)如下：1. 預(yù)先設(shè)置溫度閾值是30攝氏度，濕度閾值是30%TH；2. 溫度測(cè)試：通電后，溫度顯示室內(nèi)值，用手捂住DHT11，使顯示器達(dá)到30，此時(shí)蜂鳴器立即報(bào)警；3. 濕度測(cè)試：

11、緊接著溫度測(cè)試，用嘴吹氣增加DHT11的濕度，使其達(dá)到閾值30，蜂鳴器立即報(bào)警；通過測(cè)試，實(shí)驗(yàn)板基本完成預(yù)定的目標(biāo)，即完成了溫濕度的檢測(cè)，且能在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)報(bào)警，達(dá)到了預(yù)期的效果。結(jié)論由于采用的是高效單片機(jī)作為核心，DHT11可以靈活的檢測(cè)環(huán)境的溫濕度，由用戶設(shè)定一定的閾值，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示；此溫濕度控制儀具有精度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，還具有良好抗干擾能力。加上優(yōu)化程序，使得本系統(tǒng)具有很高的實(shí)用性。單片機(jī)的應(yīng)用如今已經(jīng)在工業(yè)、 電子等方方面面展示出了它的優(yōu)越性，利用單片機(jī)在設(shè)計(jì)電路逐漸成了趨勢(shì)， 它與外圍的簡(jiǎn)單電路再加上優(yōu)化程序就可以構(gòu)建任意的產(chǎn)品，使得本設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。隨著單片機(jī)

12、的日益發(fā)展，它必將在未來顯示出更大的活力，為電子設(shè)計(jì)增加更多精彩。在設(shè)計(jì)過程中， 由于時(shí)間和本人能力的限制， 設(shè)計(jì)中存在一些需要改進(jìn)和優(yōu)化的地方。測(cè)量精度有待進(jìn)一步提高，軟件設(shè)計(jì)也存在不合理之處。但從設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于單片機(jī)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)， 對(duì)用于單片機(jī)仿真的軟件操作能力也明顯提高，也對(duì)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)有了更深刻的理解，對(duì)protel99se和Altium designer仿真軟件有了更明確的認(rèn)識(shí)，通過此設(shè)計(jì)，對(duì)在實(shí)驗(yàn)板在制作過程中出現(xiàn)的各種問題的解答提高了自己的思考能力和動(dòng)力能力。端正了做事的心態(tài)，不能有半點(diǎn)馬虎，細(xì)節(jié)決定成敗，做事應(yīng)該滴水不漏，認(rèn)認(rèn)真真，踏踏實(shí)實(shí)，對(duì)以后的日常生活和工作都受益

13、匪淺。參考文獻(xiàn)1 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)*實(shí)驗(yàn)*測(cè)試M.華中科技大學(xué)出版社.2 張友德等. 單片微型機(jī)原理、應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)M.電子工業(yè)出版社.3 吳經(jīng)國(guó)等.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M. 中國(guó)電力出版社.4 李群芳.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)M.電子工業(yè)出版社.5 閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社.6 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程M.電子工業(yè)出版社.7 周立功.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐M.北京航空航天大學(xué)出版社.8 XU Yi - min .The Design for Stepping Motor of SCM Control SystemJ. Heilongjiang Science and T

14、echnology Institute.2005.1附錄附錄1程序源代碼/*/DHT11溫濕度測(cè)試程序/P0作為L(zhǎng)CD的數(shù)據(jù)控制口，P2.0 作為DHT11data總線 ，P2.1作為狀態(tài)顯示/用三根杜邦線連到開發(fā)板/*/#include <reg52.h>#include <intrins.h>typedef unsigned char unint8;typedef unsigned char unint16;unsigned char str1=" "unsigned char str2=" "unsigned char co

15、de dis1 = "2-# H: "unsigned char code dis2 = "618 T: "sbit TRH = P37;/溫濕度傳感器DHT11數(shù)據(jù)接入sbit ST = P31;/狀態(tài)顯示，是為了方便調(diào)試，具體使用的時(shí)候可以不要sbit SF = P32;sbit LCD_RS = P33; sbit LCD_RW = P34;sbit LCD_EN = P35;unint8 TH_data,TL_data,RH_data,RL_data,CK_data;unint8 TH_temp,TL_temp,RH_temp,RL_temp,C

16、K_temp;unint8 com_data,untemp,temp;unint8 respond;/*/void delayNOP() _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_();/*/*/ 毫秒級(jí)延時(shí)子程序/*/void delay_ms(unsigned char ms) unsigned char i; while(ms-) for(i = 0; i< 150; i+) _NOP_(); _NOP_(); _NO

17、P_(); _NOP_();_NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); _NOP_(); /*/*/5us級(jí)延時(shí)程序/*/void delay_us() unint8 i; i-; i-; i-; i-; i-; i-; /*/ /*/ 測(cè)試LCD忙碌狀態(tài)/lcd_busy()為1時(shí)，忙，等待。lcd_busy()為0時(shí),閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。/*/bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP(); result = (bit)(P1&0x80); LCD_EN = 0; retu

18、rn(result);/*/*/ 寫入指令數(shù)據(jù)到LCD/*/void lcd_wcmd(unsigned char cmd) while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _NOP_(); _NOP_(); P1 = cmd; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0; /*/*/寫顯示數(shù)據(jù)到LCD /RS=高電平，RW=低電平，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 /*/void lcd_wdata(unsigned char dat) while(lcd_busy(); LCD_RS

19、 = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P1 = dat; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0; /*/*/LCD初始化設(shè)定/*/void lcd_init() delay_ms(15); lcd_wcmd(0x38); /16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù) delay_ms(5); lcd_wcmd(0x38); delay_ms(5); lcd_wcmd(0x38); delay_ms(5); lcd_wcmd(0x0c); /顯示開，關(guān)光標(biāo) delay_ms(5); lcd_wcmd(0x06); /移動(dòng)光標(biāo)

20、delay_ms(5); /lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的顯示內(nèi)容，如果屏幕過暗，可將這倆句刪除 /delay_ms(5);/*/*/設(shè)定LCD顯示位置/*/void lcd_dis_pos(unsigned char pos) lcd_wcmd(pos | 0x80); /數(shù)據(jù)指針=80+地址變量/*/*/收發(fā)信號(hào)檢測(cè)，數(shù)據(jù)讀取/*/char receive() unint8 i; ST=0; com_data=0; for(i=0;i<=7;i+) respond=2; while(!TRH)&&respond+); delay_us(); delay

21、_us(); delay_us();delay_us(); delay_us(); delay_us();delay_us(); delay_us(); delay_us(); if(TRH) temp=1; respond=2; while(TRH)&&respond+); else temp=0; com_data<<=1; com_data|=temp; return(com_data); /*/*/濕度讀取子程序 /溫度高8位= TL_data/溫度低8位= TH_data/濕度高8位= RH_data/濕度低8位= RH_data/校驗(yàn) 8位 = CK_d

22、ata/調(diào)用的程序有 delay();, Delay_5us();,RECEIVE(); /*/void read_TRH() /主機(jī)拉低18ms TRH=0; delay_ms(36); TRH=1; /DATA總線由上拉電阻拉高 主機(jī)延時(shí)20us delay_us(); delay_us(); delay_us(); delay_us(); delay_us(); delay_us(); delay_us(); /delay_us(); /delay_us();delay_us();delay_us();delay_us(); /主機(jī)設(shè)為輸入 判斷從機(jī)響應(yīng)信號(hào) TRH=1; /判斷DHT1

23、1是否有低電平響應(yīng)信號(hào) 如不響應(yīng)則跳出，響應(yīng)則向下運(yùn)行 if(!TRH) respond=2; /判斷DHT11發(fā)出 80us 的低電平響應(yīng)信號(hào)是否結(jié)束 while(!TRH)&& respond+); respond=2; /判斷從機(jī)是否發(fā)出 80us 的高電平，如發(fā)出則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài) while(TRH && respond+); /數(shù)據(jù)接收狀態(tài) RH_temp = receive(); RL_temp = receive(); TH_temp = receive(); TL_temp = receive(); CK_temp = receive(); T

24、RH=1;ST=1; /數(shù)據(jù)校驗(yàn) untemp=(RH_temp+RL_temp+TH_temp+TL_temp); if(untemp=CK_temp) RH_data = RH_temp; RL_data = RL_temp; TH_data = TH_temp; TL_data = TL_temp; CK_data = CK_temp; /濕度整數(shù)部分 if(RH_data/10>2|TH_data/10>2)|(TH_data%10<5&&TH_data/10<2) SF=0; delay_ms(50); SF=1; else SF=1; str10 = (char)(0X30+RH_data/10); str11 = (char)(0X30+RH_data%10); str12 = 0x2e; /小數(shù)點(diǎn) /濕度小數(shù)部分 str13 = (char)(0X30+R