1、单片机课程设计报告项目名称：仓库温湿度监测系统项目组成员：（1）姓名：苏品毓 学号：102188 （2）姓名：苏 萌 学号：102187 （3）姓名：李文超 学号：102181 专业班级：通信 103 班日 期：20121020 1目 录第一章 绪论 -31.1 课题简介 -31.2 设计 目的 -41.3 设计任务 -41.4 设计方法 -4第二章 方案论证与比较 -52.1 单片机型选择-52.2 显示模块-52.3 温湿度监测模块-6第三章 设计内容与所用器件 -8第四章 硬件 系统设计 -144.1 温湿度采集电路 -144.2 单片机时钟电路 -154.3 单片机复位电路 -154.
2、4 报警电路 -164.5 显示电路 -17第五章 软件设计 -185.1 汇编语言和 C 语言的特点及选择 -185.2 主程序设计 -185.3 温湿度采集子程序 -195.4 显示子程序 -215.4 报警子程序-21第六章 系统调试与存在的问题 -226.1 硬件调试 -226.2 软件调试 -22总 结 -23参考文献 -242附录-253第一章 绪论1.1 课题简介现代社会气候渐趋异常，随着社会的发展人们对生产生活中所需储备物资的质量保证要求越来越高，因而 对储备物资的仓库管理质量也更加重视，而防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作 的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影
3、响到储备物资的使用寿命和 工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测 工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试 器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等 工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。 因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。由此而来的基于 单片机的温湿度测量仪开始出现在了人们的生产生活中，随着其不断的发展也将被大 部分人所接受。 伴随时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领 域， 已经成为一种比较成熟的
4、技术, 由于单片机集成度高、 功能强、 可靠性高、 体积小、 功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活得方方 面面，几乎“ 无处不在，无所不为” 。单片机的应用领域已从面向工业控制、交通、智 能仪器等迅速发展的家用消费产品、仪器仪表、医疗设备、信息和通信产品、航空航 天、专用设备的智能化管理、办公自动化、汽车电子、 PC 机外围以及网络通讯等广大 领域。 本课题研究的主要内容有：以单片机为核心的主控制模块的设计；温湿度采集模 块的设计；温湿度显示模块的设计；语音警报模块的设计。与传统的温湿度测量仪器 相比，该设计的温湿度监测系统具有读数方便，测温范围广，测温精确，数
5、字显示， 适用范围宽等特点。 。本设计中利用单片机 STC89C52 对温度湿度测量并通过数码管显示。由于现有的温湿度传感器 DHT11 能够同时测量温度与湿度，采用单总线结构，体积较小，精度一般但可用，产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，尤其是其价格较低，适合大批量使用。单片机采集到传感器给出的数据进行处理与计算，得出当前的温度与湿度并送给数码管显示。程序中设置报警温度与湿度，到达超限条件时蜂鸣器报警。本系统具有可读性高，稳定性高，反应速度快，测量值准确的特点。41.2 设计目的通过本次课题设计，应用单片机原理及应用等所学相关知识及查阅资料，完成仓库温湿度监测系统的设计，以达到理论与实践
6、更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于 MCS-51 单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。1.3 设计任务在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务：1、简要阐述单片机技术发展的国内外现状；2、掌握 MCS-51 系列某种产品（例如 8051）的最小电路及外围扩展电路的设计方法；3、了解单片机数据转换功能及工作过程；4、完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定:5、用 protel 软件完成原理电路图的绘制；本次课程设计，主要设计（常温库）参数如下： 温度检测范围 2030 测
7、量精度 1 湿度检测范围 20%-75%RH 检测精度 5%RH 显示方式 温度两位显示 湿度两位显示 报警方式 三极管驱动的蜂鸣器报警 1.4 设计方法本设计中实际采用的宏晶公司生产的 STC89C52 单片机，利用温温湿度传感器 DHT11 进行温湿度测量，利用动态显示原理显示在八段数码管上，并利用蜂鸣器进行报警。实现了以下功能：(1)仓库的温度、湿度实时测量功能；(2)将测量到的温湿度分别显示在两个两位数码管上；(3)利用程序设置温度、湿度的报警值；(4)实现温度、湿度超限报警功能 4。5第二章 方案论证与比较2.1 单片机机型选择在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8 位单片机仍是首
8、选。目前，8 位单片机在国内外仍占有重要地位。在 8 位单片机中又以 MCS51 系列单片机及其兼容机所占的份额最大。MCS51 的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。方案一：采用 AT89C51 芯片作为硬件核心，AT89C51 采用 Flash ROM，内部具有 4KB ROM 存储空间，可以在 3V 的超低压下工作,而且与 MCS-51 系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备 ISP 在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的
9、多次拔插会对芯片造成一定的损坏 2。方案二：采用 AT89S52，片内 ROM 全都采用 Flash ROM，能以 3V 的超低压工作；同时也与 MCS-51 系列单片机完全兼容，该芯片内部存储器为 8KB ROM 存储空间，同样具有89C51 的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。方案三：STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8KB 在线系统可编程 Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。
10、片上 Flash 允许程序存储器在线系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。方案一是多年前的的产品，因自身设计缺陷，已经很少被人使用。方案二和方案三使用差别不大，但方案二需要专有下载线，方案三使用串口下载即可。因此选择方案三。2.2 显示模块在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED 数码管、液晶显示器。考虑到实用程度及仓库实际环境，使用 LED 数码管显示，即使在黑暗环境中也能够看到其发亮 。在单片机系统中应用 LED 数码管作为输
11、出器件有以下几个优点：数字显示清楚稳定、使6用条件要求低、安全性高、价格相对便宜、使用广泛。2.3 温湿度监测模块2.3.1 温度传感器的选择方案一：采用模拟集成温度传感器 AD590，它的测温范围在 -55+150 之间，而且精度高。M 档在测温范围内非线性误差为 。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向3.0电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需线性校正，所以使用也非常方便，接口也简单。作为电流输出型传感器和电压输出型相比，它有很强的抗外接干扰能力。AD590 的测量信号可远传百余米。方案二：采用数字化温度传感器。DS18B20 是 Da
12、llas 半导体公司研制的一款数字化温度传感器，支持“一线总线”接口，即可通过一根信号线完成数据、地址和控制信心的传输。该器件只有三个引脚(即电源 VDD、地线 GND、数据线 DQ)，且不需要外部元件，内部刻有 64位光刻 ROM， 64 位器件序列号出厂前就被光刻于 ROM 中，可作为器件地址序列码，便于实现多点测量。全部传感元件及转换电路集成在一只三极管的集成电路内；现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。该电路的检测温度范围为-55+125，精度为 (在-10+85范围); 可
13、以分别在 93.75ms 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数5.0字温度值读入。2.3.2 湿度监测模块2.3.2.1 湿度及其表示方法在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。大气中含有水汽的多少，表示大气中的干湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度表示大气干湿程度的物理量。大气湿度有两种表示方法：绝对湿度与相对湿度。绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量。相对湿度是气体的绝对湿度与同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度之比，常用%RH 来表示。2.3.2.2 湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分
14、后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式7湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。方案一：采用 HS11000/HS1101 湿度传感器。HS1100/HS1101 电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101 )两种封装产品。适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在
15、1% 100%RH 范围内；电容量由 16pF 变到 200pF，其误差不大于 RH；响应时间小于 5S；温度系数为 0.04pF/。可见精度是比2%较高的。方案二：采用数字湿度传感器(如 SHT11)。数字式湿度传感器将传感器、信号放大调理、A/D 转换、 总线接口全部集成于一个芯片中。应用该方案不需外接 A/D 转换芯片，可以CI2大大简化硬件电路，并能提高电路的可靠性。2.3.3 温湿度传感器DHT11 数字温湿度传感器 是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和
16、一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。每个 DHT11 传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为 4 针单排引脚封装，连接方便。综合上述方案，DHT11 温湿度传感器方式可以有效实现设计要求，相对湿度和温度一体测量的方式节省了分别选取温度及湿度测量模块的时间，其数字信号输出也大大节省了 A/D转换的花费。而且它较高的可靠性和卓越的长期稳定性，及其低功耗，抗干扰能力强、超长的信号传输距离等优点也较其他方案更适用于普通仓库。
17、另外，DHT11 模块价格较低，国内厂家生产的性能也可以保证。所以选取此方案作为最终方案。8第三章 设计内容与所用器件基本功能：利用 89C51 作为主控器组成仓库温湿度监测系统。可选器件：51 系列单片机、5K 电阻、七段共阴数码管、温湿度传感器 DHT11、蜂鸣器等附：DHT11 技术手册型号 测量范围 测湿精度 测温精度 分辨力 封装DHT11 2090RH 050 5RH 2 1 4 针单排直插1、传感器性能说明参数 条件 Min Typ Max 单位湿度1 1 1 %RH分辨率8 Bit重复性 1 %RH25 4 %RH精度050 5 %RH互换性 可完全互换0 30 90 %RH2
18、5 20 90 %RH量程范围50 20 80 %RH响应时间 1/e(63%)25，1m/s 空气6 10 15 S迟滞 1 %RH长期稳定性 典型值 1 %RH/yr温度1 1 1 分辨率8 8 8 Bit重复性 1 精度 1 2 量程范围 0 50 响应时间 1/e(63%) 6 30 S92、 接口说明 建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻3、 电源引脚DHT11的供电电压为 35.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。4、串行
19、接口 (单线双向)DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。1.通讯过程如图1所示
