1、北方民族大学学士学位论文 I 摘 要 温湿度控制系统早已经成为当今社会研究的热门领域之一，同时温湿度也是现今工农业生产生活中必须要首先考虑的重要因素之一。因此现今社会生产生活中就迫切需要一种价格便宜、容易操作而且精确度高的温湿度控制系统。本系统设计就是利用 AT89C52 单片机对温湿度参量进行检测进而实现对温湿度参量的控制。 本系统设计通过使用 AT89C52 单片机、 DHT11 传感器模块、 LCD1602 液晶显示屏模块以及二极管闪烁报警模块。简单的系统设计就可以基本上满足本系统设计的系统设计要求。 DHT11 数字温湿度传感器负责把采集到 的温湿度信号传送给AT89C52 单片机。温
2、湿度经过 AT89C52 单片机处理，然后 AT89C52 准确地把温湿度信号发送到 LCD1602 液晶显示屏模块，温湿度数据就可以准确地显示到LCD1602 液晶屏上面，同时我们可以分别对温度和湿度设置上下限，越限二极管闪烁报警。 关键词 ： AT89C52 单片机， DHT11 传感器模块， 1602 液晶显示屏模块，二极管闪烁报警模块 基于 51 单片机温湿度采集控制系统 II ABSTRACT Temperature and humidity control system has already become one of the most popular areas of toda
3、ys social research, one of the factors of temperature and humidity is also todays industrial and agricultural production life must first consider important. Therefore the social production and living an urgent need for a cheap, easy operation and high precision temperature and humidity control syste
4、m. The system design is the use of the AT89C52 microcontroller temperature and humidity parameters for testing so as to realize the control of temperature and humidity parameters. This design by using AT89C52 microcontroller, the DHT11 sensor module, LCD1602 LCD module diode flashing alarm module. S
5、imple design can be substantially meet the design requirements of the design. DHT11 digital temperature and humidity sensor is responsible for the collected temperature and humidity signal is transmitted to the AT89C52 microcontroller. Temperature and humidity after AT89C52 single-chip processing, a
6、nd then AT89C52 accurate temperature and humidity signal is sent to the LCD1602 LCD display module, temperature and humidity data can accurately display the LCD1602 LCD screen above, and we can set upper and lower limits of temperature and humidity, the more limiting diode flashing alarm. Keywords:A
7、T89C52 microcontroller, the DHT11 sensor module, 1602 LCD module, diode flashing alarm module 北方民族大学学士学位论文 III 目 录 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题研究的背景 . 1 1.2 课题研究的意义 . 1 1.3 课题研究的主要内容 . 2 1.4 课题研究的工作原理 . 2 第 2 章 系统总体方案系统设计 . 3 2.1 功能要求 . 3 2.2 系统设计思路 . 3 2.3 方案选择 . 3 2.3.1 传感器选择方案 . 3 2.3.2 显示器选择方案 . 4 2.3.3
8、 单片机主芯片选择方案 . 4 2.4 总体系统设计框图 . 4 第 3 章 系统硬件系统设计 . 6 3.1 概述 . 6 3.2 主控模块系统设计 . 6 3.2.1 ATC89C52 芯片的简介 . 6 3.2.2 主控模块电路原理图 . 7 3.3 DHT11 传感器模块系统设计 . 7 3.3.1 DHT11 传感器简介 . 7 3.3.2 DHT11 传感器模块电路系统设计 . 9 3.4 1602 液晶显示模块系统设计 . 9 3.4.1 1602 液晶显示屏简介 . 9 3.4.2 1602 液晶 显示模块电路原理图 . 11 3.5 报警模块 . 11 3.5.1 二极管工作
9、原理 . 11 第 4 章系统软件系统设计 .13 4.1 LCD1602 液晶显示模块系统设计 .13 4.2 传感器模块系统设计 .14 第 5 章 系统分析与调试 .15 第 6 章 结论与展望 .17 参考文献 .18 致 谢 .19 附 录 .20 附录 A 外文文献 .20 附录 B 硬件原理图 .26 附录 C 程序清单 .27 北方民族大学学士学位论文 第 1 页 共 36 页 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的背景 作为现代工农业生产生活中非常重要物理参数之一的温湿度，在当今的工农业生产生活中，时刻需要我们关心生产生活场所的它们变化。例如在现今大型的养殖生产场里面，动物植
10、物的生长繁衍，都和温湿度脱不开关系。动物植物只有在最适合的生长条件下，才能更好更快地生长，养殖生产场才能获取最大的生产效益和经济效益。 随着科学技术的日益进步和科技水平的快 速提高，农业的工业化毫无疑问已经成为当今世界最具有活力的社会产业之一。随着社会的发展以及人们对生产生活自动控制的需求和经济技术的绝对支持，使的第二次世界大战以后温湿度控制系统快速稳健地蓬勃发展起来了。所以本次系统设计对于类似项目具有普遍意义。 1.2 课题研究的意义 AT89C52 单片机是现代工农业生产生活中非常常见用于控制系统设计的应用芯片，同时在大学期间，在我们的实践生活中，我们大部分接触的也是 AT89C52这类简
11、单实用的单片机芯片。用 AT89C52 单片机作为温湿度控制系统的例子也很多，主要是因为用 AT89C52 作为系统设计的核心可以使制作简单，而且使系统价格低廉，易于操作。本系统设计主要使用 AT89C52 单片机来系统设计控制进而实现温湿度的检测，显示，上下限报警， 本系统设计中包括单片机最小系统、 DHT11传感器模块的温湿度检测、独立键盘及 LCD1602液晶显示、二极管闪烁报警电路、系统软件编程系统设计等部分的系统设计。本系统设计预期的 基本功能是能够准确地检测出场所温度和湿度；LCD1602模块能够准确显示温湿度；温度和湿度超过设定范围时能够报警提醒人们场所的温湿度变化已经不适合场所
12、的温湿度要求。将本系统 设计 应用到温室之类的场所当中毫无疑问可以更好地满足工农业生产生活的具体温湿度要求。本系统设计可以及时、精确的反映场所的温湿度的变化，能够很好地满足工农业生产生活对温湿度的控制要求。 基于 51 单片机温湿度采集控制系统 第 2 页 共 36 页 1.3 课题研究的主要内容 本系统所要完成的任务是： 1.LCD1602 能够实时、准确的显示 AT89C52 采样温度值和湿度值。 2.DHT11 采集温度及湿度值， AT29C52 能够将 DHT11 输送过来的采集信息，准确的判断标准值与设定值之间的差异，及时的启动报警装置（二极管闪烁）进行报警，告诉工作人员应该采取相对
13、的方案。 1.4 课题研究的工作原理 本系统设计的最关键部分是对温度和湿度的采集以及检测、显示。主控电路芯片选择 AT89C52 单片机， AT89C52 单片机的优点很多，例如执行指令的速度很快，对工作环境的要求比较低；温湿度传感器模块我选择了 DHT11 数字温湿度传感器， DTH11 传感器能同时检测温湿度的变化，比以前单纯分别使用 DS12B20 检测温度，使用湿度传感器检测湿度更加方便简单。根据电路原理连接好外围电路。通过 DHT11 传感器准确地检测出当前场所下的温湿度，并且将所测数据信号传递给 AT89C52单片机进行分析和处理。 AT89C52单片机再将所得数据发送给 LCD1
14、602液晶屏， LCD1602 成功完成显示。报警模块采用二极管闪烁报警方式。系统设计软件编辑中分别预先设置好所需温度和湿度的限值（一个上限一个下限）。通过温度和湿度的上下限值控制二极管闪烁的报警。若温湿度逾越限值，则二极管闪烁，提醒工作人员此时温度湿度数据已经出现异常、需及时调整来实现场所温湿度变化，从而实现了对温湿度简单控制。整体上来说，本系统设计主要涉及了温湿度的测量以及实现对温湿度的简单控制。硬件方面有四个模块，即传感器模块、AT89C52 单片机主控模块、 LCD1602 液晶显示模块以及二极管闪烁报警模块。在硬件方面，制作也相对简便。 北方民族大学学士学位论文 第 3 页 共 36
15、 页 第 2 章 系统总体方案系统设计 2.1 功能要求 1、本系统设计中通过数字温湿度传感器 DHT11 采集场所中温湿度数据，即时将采集到的温湿度信息传输给单片机 AT89C52； 2、本系统设计单片机 AT89C52 将收到的温湿度信号进行分析和处理，同时AT89C52 单片机将采集到的温湿度实时数据传输给 LCD1602 液晶显示屏； 3、通过 LCD1602 液晶屏实现温湿度的数据显示； 4、通过按键设定温湿度上下限数值，分别设置不同 的温湿度，接入二极管，实现越限报警； 2.2 系统设计思路 本系统设计中电路总体上分为 DHT11 传感器温湿度采集部分、 AT89C52 单片机中央
16、处理器部分、 LCD1602 液晶显示部分以及二极管闪烁报警部分。本系统设计以 AT89C52 单片机最小系统作为核心控制电路，同时控制着 DHT11 传感器采集的温湿度的转换和 1602 液晶屏的显示，以及二极管闪烁报警。 LCD1602 具体显示内容及方式由软件编写来完成，采集温湿度数据由 DHT11 传感器来完成。 DHT11传感器是一种数字温湿度传感器、其自身带有模数转换功能，所以它可以 直接与AT89C52 单片机相连接。 LCD1602 液晶屏是一种插针式显示屏，也可以直接与AT89C52 单片机相连接。因此本系统设计手动焊接很简单，也容易操作，不需要打板。本系统设计焊接具体步骤是
17、：按照原理图将 DHT11 温湿度传感器、 LCD1602液晶显示屏分别接入 T89C52 单片机。通过 DHT11 传感器把采集当到的温湿度值、输送给 AT89C52 单片机，再经 AT89C52 单片机处理，将处理后的数据传送到LCD1602 液晶屏上显示出来 ,并且接入二极管。我们可以在软件编写中设置温度的上下限值。实现越限报警。 2.3 方案选择 2.3.1 传感器选择方案 方案一：利用两个传感器分别检测温度和湿度值，温度检测模块选用基于 51 单片机温湿度采集控制系统 第 4 页 共 36 页 DS18B20 温度传感器。湿度检测模块选用 HS1101 电容式湿度传感器。这两款传感器
18、都是我们大学实践电子设计中非常常见和常用的传感器。 方案二：检测温湿度数值选用 DHT11 传感器作为系统设计的温湿度检测模块。 DHT11 传感器能够同时对温度和湿度数值进行检测，而且其精确度能过完全满足本毕业系统设计的精度要求。 经过上述分析，方案一虽然精度更精确。却稍显复杂。方案二虽然 DHT11传感器没怎么使用过，即便不能达到方案一 那么高的精度要求，仍也能满足系统设计要求，而且更加简单，更加容易实现，也更加稳定可靠。所以我选择方案二。 2.3.2 显示器选择方案 方案一：采用 12864 液晶显示屏。 12864 液晶显示模块自身内置 8192 个中文汉字、 128 个字符及 64X
19、256 点阵显示 RAM。可以显示汉字以及图案。 方案二：选择使用 LCD1602 液晶显示屏。 LCD1602 能够显示 16 列 2行 ,但是 只能显示字母、数字和符号能显示 16*2 个字符， 不能显示汉字。由于 LCD1602寄存器不止 32 个， 所以软件编写可以使 字符一个个显示、字符从左到右 或从右到左显示等等，显示效果 比较 简单 。 经过上述分析， 在编程使用方面， 12864 液晶显示屏和 LCD1602 难度差不多，虽然 12864 液晶屏可以显示更多的字符，汉字，乃至图案，有更多 LCD1602 不具备的功能。但是 LCD1602 液晶屏也能实现系统设计的要求，而且 L
20、CD1602 价格比较便宜，在大学里我们接触的比较多，而 12864 液晶显示屏最至少四十块钱。综上所述， LCD1602 就是最好的选择。 2.3.3 单片机主芯片选择方案 对于本系统设计，由于对单片机的要求不高，只要选取片内带 RAM 和 ROM的单片机即可， AT89C52 也是我大学生活中接触比较多的单片机。所以在本系统设计中选取的是 ATMEL 公司的 AT89C52 单片机即可。 2.4 总体系统设计框图 按照温湿度控制系统功能的具体设计要求，在保证实现其功能的基础上，尽可能降低制作成本和提高系统设计的稳定性和准确性，该系统设计方案总体上围绕上述思想，初步确定系统的方案如图 2-1
21、所示 。 北方民族大学学士学位论文 第 5 页 共 36 页 图 2-1 从图 2-1中可以看出，系统 AT89C52 单片机处理模块、 LCD1602 液晶显示模块、 DHT11 传 感器模块和二极管闪烁报警模块组成。在方案系统设计中，我们应该始终遵循简洁至上的原则，因此我将所有的外围模块与 AT89C52 模块接口全部采用串行方式。本系统设计以 AT89C52 单片机为控制核心，实现温湿度采集及显示的基本功能。在系统设计系统时，为了更好地采用模块化系统设计法，分步的系统设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为 DHT11 传感器部分、AT89C52 单片机控制部分、 LCD1602 液
22、晶显示部分和实现二极管闪烁报警部分。 AT89C52 主控模块 DHT11 传感器模块 LCD1602 字符液晶模块 报警模块 传感器与之相连 LCD1602 字符液晶与之相连 基于 51 单片机温湿度采集控制系统 第 6 页 共 36 页 第 3 章 系统硬件系统设计 3.1 概述 本次的毕业系统设计主要由 4个模块构成，分别是 AT89C52单片机主控模块、DHT11 传感器模块、 LCD1602 液晶显示模块及二极管闪烁报警模块。其中 AT89C52单片机主控模块是本系统设计的核心模块，核心模块主要是指 AT89C52 芯片，它控制整个系统的运行，利用 AT89C52 单片机各个口分别控
23、制其它模块，使 DHT11传感器， LCD1602 液晶显示器，二极管形成一个稳定运行的系统，进而满足本系统设计的功能需要；报警模块主要是指将二极管接入单片机电路。通过对任何时间温湿度的检测，并由软件编写给定二极管闪烁所需要的温湿度区间，即给定二极 管闪烁上下限值，实现越限报警； DHT11 传感器模块主要用于场所的温湿度的检测、由于 DHT11 集成了模数转换等模块，所以 DHT11 模块直接接 AT89C52 单片机即可。 LCD1602 液晶显示模块同样直接接入 AT89C52 单片机即可， LCD1602 主要的功能就是完成对单片机处理后的数据进行显示。 3.2 主控模块系统设计 3.
24、2.1 ATC89C52 芯片的简介 AT89C52 是一款 8 位微控制器，有 8K 存储空间，同时也是我们大学期间接触比较多的单片机。 AT89C52 单片机的内部结构，引脚，指令与 MCS-51 系列单片机 基本相同。 AT89C52 的 40 引脚如图 3-1 所示。 图 3-1 AT89C52 引脚排列图 北方民族大学学士学位论文 第 7 页 共 36 页 3.2.2 主控模块电路原理图 AT89C52单片机主程序模块主要任务是通过对 DHT11传感器采集到信号的读取，然后 AT89C52 单片机将得到的数据信号进行分析和处理，然后 AT89C52 再将处理后的信号发送给 LCD16
25、02 液晶显示模块，同时 AT89C52 单片机连接二极管，控制着报警系统。如图 3-2 所示。 图 3-2 AT89C52 模块电路原理图 3.3 DHT11 传感器模块系统设计 3.3.1 DHT11 传感器简介 DHT11 数字温湿度传感器是一款 4 针单排引脚封装的传感器模块。 DHT11 传感器主要应用于场所温湿度的检测，性能稳定可靠。 DHT11 传感器主要由一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件组成， DHT11 传感器引脚可以直接与 AT89C52直接相连接。该传感器连接十分方便，所以利用该传感器制作本系统设计可以使系统制作变得十分简单。 DHT11 传感器实物图如下 3-3 所示：
