1、本科毕业设计（20 届）基于单总线的温湿度测量系统的设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 基于单总线的温湿度测量系统的设计【摘要】本次设计是基于单总线的温湿度测量系统。采用湿温度传感器 DHT11 来实现了对湿度、温度的检测，先采集信号，再用 STC89C52 单片机对它进行数据分析、处理，为显示电路所提供信号。本次设计显示部分采用 LCD1602 液晶来显示所测的温湿度值。总体而言，本次设计系统简单、工作稳定、测量精度高、调试方便，具有了一定的实用价值。 【关键词】STC89C52；DHT11 湿温度传感器； LCD1602 显示 Based
2、 on the design of a single-bus temperature and humidity measurement systemAbstract:this design is based on a unibus temperature-humidity measurement system. DHT11 sensor is used to test temperature and humidity by acquire signal.Then using STC89C52 single-chip computer for data analysis and processi
3、ng, which can display the circuit provided by the signal. This design adopts LCD1602 to display the measured values of temperature and humidity. In general, the design system has a certain practical value since it is simple, stable, high measuring precision and convenient debugging. Key Words STC89C
4、52；DHT11；LCD1602目录1 概述 .41.1 设计背景 .41.2 设计目的 .41.3 设计要求 .41.4 系统总体设计 .51.4.1 系统实现的主要功能 .51.4.2 系统的工作原理简介 .51. 4.3 总体构成 .52 系统的硬件设计 .62.1 硬件原理图 .62.2 主控模块设计 .72.2.1 基本特性 .72.2.2 STC89C52 组成部分 .72.2.3 STC89C52 参数 .72.2.4 引脚说明 .82.2.5 复位电路设计 .82.2.6 外部晶振室之中电路设计 .82.3 DHT11 传感器模块设计 .92.3.1 DHT11 传感器简介 .
5、92.3.2 DHT11 引脚说明 .92.3.3 DHT11 传感器指标特性 .102.3.4 DHT11 数据结构 .102.3.5DHT11 传输时序 .102.3.6DHT11 典型电路连接 .112.3.7 DHT11 传感器模块电路设计 .122.4 LCD1602 液晶显示模块设计 .122.4.1 LCD1602 液晶显示屏简介 .122.4.2 LCD1602 液晶引脚说明 .132.4.3 LCD1602 液晶显示模块 .133 仿真软件简介 .143.1 Proteus 软件 .143.2 Keil 软件 .144 系统的软件设计 .144.1 总体程序框架流程图 .14
6、4.2 软件程序代码 .155 程序下载软件说明 .206 电路 PCB 及实物图 .217 总结 .238 致谢 .24参考文献 .241 概述1.1 设计背景在我们的生活中，温度和湿度是我们环境的重要参数。大夏天给我们的感觉就是高温、湿热并且喘不过气。那到底要多少温度和湿度才是人体最适合的？科学家们发现环境温度达到 25时，最适宜人类生活。在这个环境温度下，人体没热冷感觉，并且人身体内毛细血管自然舒张，人觉得相当舒服。除了温度以外，湿度对人体感觉也是很重要的，当环境湿度大于 95%的时候，人会觉得整体相当闷热，体表排汗时受阻，散热不给力，皮肤也感觉很潮湿又黏黏的并且呼吸困难，连整个人的心情
7、都变得烦躁不安。但是，若湿度太低的话会因为环境太干燥而引起人皮肤脱皮。一般最适合人体生活的湿度是 50%左右。不仅是人类需要适合的温度湿度，在我们的生产中许多产品在生产过程中都是需要合适的温度与湿度才能成为合格的产品。我们的生产作业中很多产品对其温湿度的要求都不一样，温湿度的高低对产品的质量影响是十分巨大的。很多产品因为温度湿度的控制检测不对，于是乎就造成了很多我们无法估量的经济损失。为了让我们的产品没问题，我们必须先解决温度和湿度的控制检测系统，以前传统的方法又费时间又费力气况且效率不高，导致经常会有偏差。对于温度和湿度这两个相当重要的参数，本系统采用的是 STC89C52 单片机作为主控芯
8、片，LCD1602 液晶作为显示，温湿度传感器是 DHT11。DHT11 首先进行温度湿度信号的采集，然后传给了 STC89C52 单片机，STC89C52 单片机对它进行数据分析、处理，并且为 LCD1602液晶提供显示信号，最后由 LCD1602 显示出当前的温度和湿度值。就这设计来说，此次设计的系统简单、工作稳定、测量精密度高、调试也很简单，具有了一定的使用价值。1.2 设计目的温度与湿度的控制是我们生活生产中必不可少的，为了让生产过程中的产品能够合格生产出来，必须要严格监控生产环境里的温湿度，只有严格控制好了温度和湿度才能让产品的合格率打到 100%。所以这更突出了温湿度以及检测与控制
9、它的重要意义。1.3 设计要求采用单片机和数字式温湿度传感器 DHT11，设计一种温湿度测量系统：根据单片机控制温湿度传感器 DHT11 的工作时序。给出了温度测量系统的硬件电路和软件程序设计的方法，以及单片机对 DHT11 的初始化程序，读、写等相关程序。实现了对测量温湿度的采集和显示。1.4 系统总体设计1.4.1 系统实现的主要功能系统所要实现的功能是：温湿度实时监测以及显示。并通过 1602 液晶显示温湿度传感器 DHT11 采集到湿温度的值。1.4.2 系统的工作原理简介本次设计在大体上做到了了对温湿度的测量显示功能。硬件方面有三个模块：STC89C52 单片机控制模块；传感器模块；
10、LCD1602 液晶显示模块。传感器模块是用 DHT11 温湿度传感器，通过 DHT11 测出当前温湿度值，并且将采集到的数据传输给单片机。通过单片机 STC89C52 的处理让 LCD1602 液晶显示温湿度的值。我把 LCD1602 显示设置成分两行显示，第一行显示湿度，第二行显示温度。1. 4.3 总体构成1. 4.3.1 总体设计框图按照本设计功能的要求，在保证实现的功能下，尽量减少本设计成本。总体设计方案围绕上述思想，初步确定设计的方案如图 1.1 所示。图 1.1 系统总体设计如图 1.1 所示，系统由微处理器模块、DHT11 传感器模块、 LCD1602 液晶显示模块组成。1.
11、4.3.2 总体设计工作进程本次设计用到 LCD1602 和 DHT11。LCD1602 液晶经常用到，而 DHT11 传感器没怎么使用过，因此先解决 LCD1602 液晶显示问题然后再解决 DHT11 传感器部分。整个流程图如图 1.2 所示2 系统的硬件设计2.1 硬件原理图用 Proteus仿真分析题目查找资料进行液晶显示调试进行传器 调试 完 成图 1.2 整体设计流程图2.2 主控模块设计使用的时候将 P0.0P0.7 口与 LCD1602 液晶显示的数据传输口相连，P3.3 口作为与传感器 DHT11 的数据采集口相连。2.2.1 基本特性Atmel 公司的 STC89C52 系列
12、单片机是我国近 10 年来使用较多的单片机，特别是高校实验室开发实验装置多数都采用它。因为在 21 世纪初，在我国电子市场上，STC89C52 技术资料丰富，货源充足，价格相对便宜，专营教学仪器单片机总和开发实验装置的科技公司也都青睐它。STC89C52 是一种内带 4KB 闪存的 ROM、低电压、高性能 CMOS 制造工艺的 8 位单片机。它具有 MCS-51 的所有特性。STC89C52 单片机的软件编程既可以用汇编语言，也可以用 C51 高级语言。2.2.2 STC89C52 组成部分AT89C51 内部的基本组成主要包括：中央处理器 CPU；内部 4KB Flash ROM，这是用来存
13、放程序、数据等一些东西；内部 256 个 RAM 单元，通常用户使用低 128 位单元，主要用来存放和读写数据，而高 128 位单元系统则是用来分配 21 个特殊功能寄存器的；两个 16 位的定时器/计数器，即 T0、T1；4 个 8 位的 I/0 口，即 P0、P1、P2、P3；一个全双工串行口，即 RXD、TXD；5 个中断系统，包括 2 个外部中断、2 个定时器/计数器中断以及 1 个串行通信中断；2.2.3 STC89C52 参数. 属于增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V
14、 单片机）.工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作 频率可达48MHz. 用户应用程序空间为 8K 字节. 片上集成 512 字节 RAM. 具有 EEPROM 功能. 有 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）. PDIP 封装2.2.4 引脚说明、电源及时钟引脚电源引脚：Vcc 是运行和程序校验时接电源+5V，Vss 是电源接地端 GND时钟引脚：XTAL1 是片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端，采用内部振荡器时，接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。XTAL2
15、 是片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端，当采用外部振荡器时，该引脚是空。、控制引脚1 ALE/PROG：地址锁存允许/编程线。2 PSEN：外部程序存储器 ROM 的读选通线。3 EA/VPP：片外 ROM 允许访问端 /编程电源端。4 RST：复位输入端，大于 2 个机器周期的高电平脉冲信号有效 。2.2.5 复位电路设计下图是按键手动复位，只要将键按下，RST 为高电平，复位有效。2.2.6 外部晶振室之中电路设计STC89C52 振荡电路端可由内部软件编程来控制启停，使系统进入低功耗状态。外部谐振电路并行连接石英晶体或陶瓷谐振器 XTAL 和负载电容 C11、
16、C12。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。外接晶体时。C11 、C12 的值常选 33pF 左右；在外陶瓷谐振器时，C11、C12的典型值约为 47pF。在设计印刷电路板时，晶体或陶瓷振荡器和电容应尽可能靠近单片机安装，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用温度稳定性好的电容。晶体振荡器可在 1.212MHz 之间选择，电容可在 560pF 之间选择，电容 C11、C12 的大小对振荡器的频率有微小影响。2.3 DHT11 传感器模块设计2.3.1 DHT11 传感器简介本次设计采用 DH
17、T11 数字温湿度传感器，这个产品有 4 个引脚封装，1 脚用来接电源，2 脚接单总线，3 脚悬空或不使用，4 脚接地。它的内部还包含着一个电阻式感应湿度的元件和一个测量温度的元件，并且可以与一个性能高的 8 位单片机相连接。DHT11 具有功耗低、体积小的优点，使其可以适应各种应用场合。2.3.2 DHT11 引脚说明Pin 名称 类型 注释1 VCC 电源 供电 3V-5.5VDC2 Dout 输出 单总线、串行数据3 NC 空 空脚4 GND 地 电源地2.3.3 DHT11 传感器指标特性DHT11 性能指标和特性如下：工作电压范围：3.5V5.5V。工作电流：平均 0.5mA。湿度测
18、量范围：2090%RH。温度测量范围：050。湿度分辨率：1%RH 8 位。温度分辨率：1 8 位。采样周期：1S。单总线结构。与 TTL 兼容（5V） 。2.3.4 DHT11 数据结构DHT11 数字温湿度传感器采用单总线数据格式。即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由 5Byte（ 40Bit）组成。数据分小数部分和整数部分，具体格式在下面说明。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 校验和传感器数据输出的是位编码的二进制数据。数据（湿度、温度、整数、小数）之间应该分开处理。2.3.5DHT11 传输时序、DHT11 开始发送数据流程主机发送开始信号后，延时等待 20us-40us 后读取 DHT11 的回应信号，读取总线为低电平，说明 DHT11 发送相应信号， DHT11 发送相应信号后，再把总线拉高，准备发送数据，每一 bit 数据都以低电平开始，格式见上图所示。如果读取响应信号为高电平，则DHT11 没有响应，请检查线路是否连接正常。、主机复位信号和 DHT11 响应信号
