1、单片机应用课程设计重庆邮电大学单片机应用课程设计2013-2014（1）课设题目： 基于单片机的简易温湿度测量仪 指导教师： 黄 老 师 序号 姓名 班级 学号 性别工作量（%）分数1 夏恒发 0121101 2011210050 男 202 文 翻 0121101 2011210009 女 203 罗春雪 0121101 2011210010 女 154 王 琎 0121101 2011210043 男 155 刘 艺 0121101 2011210069 女 156 李怡佳 0121101 2011210072 女 15单片机应用课程设计0目录第 1 章 摘要1第 2 章 设计任务分析及方
2、案论证12.1 设计要求12.2 设计方案及其论证12.3 器件选定22.4 AT89C51 单片机42.5 显示部分5第 3 章 电路与程序设计63.1 主控制电路和测温时控制电路63.2 主要模块的电路73.2.1 温湿度采集模块 73.2.2 报警模块 73.2.3 显示模块 8第 4 章 测试方案与测试结果 104.1 测试方案及测试条件 104.2 测试结果及其完整性104.3 测试结果分析10结论 11心得体会 12参考文献 12附录 13单片机应用课程设计1摘 要本次设计是采用 MSC-51 系列单片机中的 AT89C51 和 DHT11 构成的低成本的温湿度的检测控制系统。单片
3、机 AT89C51 是一款低消耗、高性能的 CMOS8 位单片机，由于它强大的功能和低价位，因此在很多领域都是用它。DHT11 温湿度传感器是一款含有已校准数字输出的温湿度复合传感器，传感器包括一个电阻式感湿原件和一个 NTC 测温元件，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括单片机、温湿度传感器、显示模块、报警器以及控制设备等 5 部分。其中由 DHT11 温湿度传感器及 1602 字符型液晶模块构成系统显示模块；测温湿度控制电路由温湿度传感器和预设温度值比较报警电路组成；用户根据需要预先输入预设值，当实际测量
4、的温湿度不符合预设的温湿度标准时，发出报警信号（蜂鸣器蜂鸣） ，启动相应控制。关键词：AT89C51；DHT11；温湿度传感器第 2 章 设计任务分析及方案论证2.1 设计要求以 MCS_51 系列单片机 AT89C51 学习板作为本次实验的核心器件，外接报警电路，温湿度采集电路，组成一个温湿度采集报警系统。基本要求温湿度采集使用DHT11 芯片，报警电路用有源蜂鸣器作为报警器件；测量空气温湿度；通过数码管显示温度和湿度，显示位数精确到个位，要求观察时无闪烁；设置温度和湿度的上下限，通过蜂鸣器报警；将温度和湿度单位显示在数据后面，温度 C 或 F、湿度%RH。提升部分：采用液晶显示，声音告警、
5、闪烁显示告警项、按键设定上下限值，单位转换。2.2 设计方案及其论证本设计要实现的功能是：实时显示当前环境的温湿度，并且允许用户设定温湿度阀值，当环境温湿度超过或低于标准值时，系统会以蜂鸣器鸣响的方式进行报警提示。用于用户设定温湿度准确值，1602 用于数据显示，蜂鸣器用于提示用户。按照系统的设计功能所要求的，温湿度监控系统原理图如下图 2.2.1 所示：图 2-2-1 温湿度监控系统原理图温湿度传感器单片机LCD1602、数码管温湿度显示 蜂鸣器LED 灯单片机应用课程设计2方案 1：利用 DHT11 与单片机上的数码管一起用来显示室内温湿度。然后对当前的温湿度进行判断是否超出阈值。若超出阈
6、值，通过三极管放大作用使蜂鸣器报警。方案 2：利用 DHT11 采集温湿度，然后传入单片机，通过扩展槽连接到 LCD1602上，使用 LCD1602 显示温湿度，然后在温湿度后面显示阈值。若温度或湿度超出阈值，通过三极管使蜂鸣器报警。方案 3：利用 DHT11 采集温湿度，将数据传入单片机，通过扩展槽连接到LCD1602，并一起使用数码管显示温湿度。阈值的显示在 LCD1602 上显示。若温度或湿度超出阈值，通过三极管产生三种不同频率，使蜂鸣器发出不同的报警声音。2.3 器件选定2.3.1 测量部分：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
7、专用的温湿度传感和数字模块采集技术，具有很高的稳定性和可靠性，DHT11 传感器内含一个 NTC 测温和一个电阻式感湿元件，并与一个 8 位的高性能单片机相连接，在精确的湿度校验室中 DHT11 传感器进行过校准，以程序的形式校准系数储存在 0TP 内存中，检测信号的时候，在处理过程中传感器内部要调用这些校准系数，采用单线制的串行接口，使系统集成可以有较低的功耗，而且更加简单快速，信号传输距离超过 20 米，作为一个数字温湿度传感器 DHT11 具有响应快速、抗干扰强、性价比高等优点，它的性能指标如下：湿度测量范围为2090RH；湿度测量精度为5RH；温度测量范围为 050 ，温度测量精度为2
8、，工作电压 3055 V，相应时间5S，DHT1l 采用 4 针单排引脚封装, 传感器通电后，需要等待 1s，这是因为要越过不稳定的状态，在此期间不需发送指令,电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。单片机应用课程设计3图 2-3-1 典型的应用电路图 2-3-1 DHT11 实物图（1）DHT11 温湿度传感器产品参数：相对湿度分 辨 率：16Bit重 复 性：1%RH精 度：25C 5%RH迟 滞：0.3%RH长期稳定性：0.5%RH/yr温度分 辨 率：16Bit重 复 性：0.2C量程范围：25C 2C电气特征供 电：DC 3.5-5.5V供电电流：
9、测量 0.3mA 待机 60A采样周期：次 大于 2 秒引脚说明（1）VDD 供电 3.5-5.5V （2）DATA 串行数据，单总线（3）NC 空脚（4）GND 接地，电源负极2.3.2 串行接口(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+8bit 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
10、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。DHT11发送响应信号的时候总线为低电平 ,DHT11把总线拉高80us之前,必须单片机应用课程设计4等到响应信号发送，准备发送数据时,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,数据位是0或1是由高电平的长或短来决定。假如响应信号的读取为高电平,但是DHT11无响应响应,这时候说明路线可能连接不正常，当最后一bit数据传送结束后，DHT11把总线拉低50us,接着总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。2.3.3 引脚说明表 2.3.5 DHT11 引脚说明Pin 名称 注释1
11、VDD 供电 35.5V2 DATA 串行数据，单总线3 NC 空脚，悬空4 GND 接地，电源负极2.3.7 封装信息图 2-3-6 DHT11 的封装信息：2.4 单片机资料简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
12、单片机应用课程设计52.5 显示部分：LCD显示部分是 LCD1602 液晶显示，图 2-8 正常工作 LCD1602 显示2.5.1 引脚功能说明 1602 液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。表 2-8-3 引脚接口说明表LCD1602 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明符号 引脚说明1 VSS 地2 VDD 正极3 VL 液晶显示偏压4 RS 寄存器选择5 R/W 读/写选择6 EN 使能信号7 D0 数据8 D1 数据9 D2 数据10 D3 数据11 D4 数据12 D5 数据13 D6 数据14 D7 数据15 BLA
13、 背光源正极单片机应用课程设计616 BLK 背光源负极图 2-8-3 LCD1602 的管脚图图 2-8-3 1602 字符型液晶显示器实物图第 3 章 电路与程序设计单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能,硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起,这种设计方法可以降低系统设计的复杂性，本系统主要硬件设计包括电源电路、蜂鸣器电路、晶振电路，LCD 显示电路以及温湿度传感器电路。3.1 主控制电路和测温时控制电路本次硬件的核心就是 AT89C511，其他的外围电路都是围绕它所设计的。数字温湿度传感器的 DHT11 的 DA
14、TA 口连接单片机 AT89C51 的 P1.7 口。显示电路就是把 LCD1602 和单片机的 P2 口分别相连，当温度或湿度高于预设值的时候单片机应用课程设计7蜂鸣器蜂鸣报警，代表控制系统的指示灯闪烁。3.2 主要模块的电路3.2.1 系统的蜂鸣器电路图 3-2-1 蜂鸣器电路报警电路流程图void warning() /报警函数uchar i;HXD=1; /蜂鸣器不报警if(RHH|RHL)i5;i+)HXD=0;Delay(2000);HXD=1;Delay(2000);HXD=0;Delay(2000);HXD=1; /温湿度都超标时，频率 1 报警 报警模块子程序3.2.2 传感
15、器电路DHT11 是数字型温湿度传感器，可直接以数字方式传输所采集的当前环境温湿度，DHT11 采用的是单总线通信，因此只需将单片机的一个 IO 端口与DHT11 的通信接口连接就可以实现数据的采集和传送，相对于其他电路来说比较简单。如图 3.4 所示：开始(RHH|RHL)&(HT|LT)HXD=0，蜂鸣器报警HXD=1，蜂鸣器不报警单片机应用课程设计8图 3-2-5 传感器电路3.2.3 显示电路显示模块选用 1602 字符型液晶模块，它是目前工控系统中使用最广泛的液晶屏之一，由于它显示的质量高，电路图如图 3.4 所示，1602 字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便，经过编程后显示内容多样化。图 3-2-4 显示电路
