1、 本科毕业设计 （ 20 届） 温湿 度 检测 系 统 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 随着社会各方面的发展，在生产生活的方方面面对温度湿度的环境状况要求越来越高，主要是指库房、储柜、大棚种植、工业生产等对温湿度环境 变化有着重要要求的地方。例如：对馆藏文物保存环境实施科学监测和有效调控，是预防性保护文物劣化的关键所在。 因此温湿度监测具有重要的意义。 本文提出了一种温湿度监测系 统 的研究方案。 该 方案系统是由 LCD显示模块、温湿度传感器模块、微控制器模块和上位机软件组成。其中微控制器模块是整个系统的核心。它既要接收温湿
2、度传感器采集的数据并进行处理，将处理的数据通过串口传递给计算机使上位机软件进行进一步处理并实时显示温湿度数据和保存数据，同时微控制器控制 LCD显示温湿度数据。 关键词 ：温度；湿度；监测；数据存储 - 2 - Abstract With the development of all sectors of society in all aspects of production and life conditions of temperature and humidity of the environment have become increasingly demanding, mainly
3、 refers to the warehouse, storage cabinets, greenhouse cultivation, industrial production and other environmental changes on the temperature and humidity requirements has an important place. For example: the implementation of the scientific collections of cultural relics preservation of the environm
4、ent monitoring and effective control, preventive protection of key cultural deterioration. Therefore, temperature and humidity monitoring is of great significance. This paper presents a temperature and humidity monitoring system for research programs. The program system is composed of LCD display mo
5、dule, temperature and humidity sensor module, micro-controller module and PC software. One micro-controller module is the core of the system. Both temperature and humidity sensors to receive and process the data collected, will handle the data passed to the computer through the serial port to the PC
6、 software for further processing and real-time display of temperature and humidity data and save the data, while micro-controller to control temperature and humidity data in LCD display . Keywords： Temperature ； Tumidity； Research Programs； Data Storage - 3 - 目录 1 引言 . 1 2 总体设计 . 2 2.1 系统总体框架 . 2 2.
7、2 系统各模块之间的工作关系 . 3 2.3 系统各模块的功能 . 3 3 硬件设计 . 4 3.1 微处理器系统 . 4 3.1.1 STC89C51RC 组成及工作原理 . 4 3.1.2 STC89C51RC 外围电路设计 . 5 3.2 温湿度传感器模块 . 6 3.2.1 DHT21 应用 . 7 3.2.2 DHT21 的工作原理 . 7 3.3LCD 显示模块 . 8 3.3.1 LCD12864 功能及连接方式 . 9 3.3.2 LCD12864 读写操作时序及指令结构 . 9 4 软件设计 . 10 4.1 LCD 显示程序模块 . 10 4.1.1 单字节传送函数 . 1
8、0 4.1.2 数据、指令传送函数 .11 4.2 温湿度数据采集程序模块 .11 4.2.1 单字节数据接收函数 . 12 4.2.2 接收数据函数 . 12 4.3 串行数据传输程序模块 . 13 4.4 上位机软件 . 13 4.4.1 用户登录模块 . 14 4.4.2 数据采集模块 . 15 4.4.3 历史查询模块 . 16 5 制作和调试 . 17 5.1 硬件电路的制作和调试 . 17 5.2 下位机软件制作和调试 . 18 5.3 上位机软件制作和调试 . 20 6 上位机系统整体运行过程 . 22 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 25 附录 1 硬件系统原理
9、图及实物图 . 26 附录 2 上位机软件源代码 . 28 - 1 - 1 引言 在物联网（ Internet of Things） 1发展的今天， 物 联 网在智慧交通、 仓储 物流、工 业 控制等方面都有 较 大的 应 用价值。已 经 公 开 的物 联 网的 应 用 实 例基本上围绕这 些 应 用 领 域 2。物 联 网是嵌入式系 统 、 联 网和控制系 统 的集成，它由 计 算系 统 、包含 传 感器和 执 行器的嵌入式系 统 等异构系 统 组 成，首先需要解 决 物理系统 与 计 算系 统协 同 处 理。在物 联 网 环 境下，事件 检测 和 动 作 决 策操作涉及到 时间和空 间 3
10、。因此我 们 可以 通过电子信息技术对温度湿度进行监测已经成为了可能。 在生 产 生活的方方面面 对温 度 湿 度的 环 境 状况 要求越 来 越高，主要是指 库房、 储 柜、大棚种植、工 业 生 产 等 对温湿 度 环 境 变 化有 着 重要要求的地方。例如：对馆 藏文物保存 环 境 实 施科 学监测 和有效 调 控，是 预 防性保 护 文物劣化的 关键 所在。 因此 温湿 度 监测 具有重要的意 义 。而 在传统的温湿度检测方法已经难以做到实时监测和数据存储。 本文以模 块 化的思想 阐 述一种 简单 的 温湿 度 监测 系 统设计 方法， 温湿 度 监测系 统 是由 LCD 显示模块、温
11、湿度传感器模块 4、微控制器模块和上位机软件组成。其中微控制器模块是整个系统的核心。它既要接收温湿度传感器采集的数据并进行处理，将处理的数据通过串口传递给计算机使上位机软件进行进一步处理并实时显示温湿度数据和保存数据，同时微控制器控制 LCD 显示温湿度数据。因此可以通过这种温湿度监测系统就有效的克服传统的温湿度检测方法难以做到的实时监测和数据存储这两大难题。 - 2 - 2 总 体 设计 2.1 系 统总 体框架 温湿 度 监测 系 统 的 设计 主要分硬件 设计 和 软 件 设计两个 部分 (如图 2-1)，硬件 设计 前期的主要任 务 是 选择 系 统 所需要的模 块， 系 统 中 LC
12、D 显 示模 块 采用的是LCD12864，微控制器采用的 STC89C515-6， 温湿 度 传 感器模 块 采用的是 DHT21。数 据 传输 采用的是 RS-232 方式。 软 件 设计又 分 两个 部分，一部分使用面向 过 程程序 设计语 言（ C） 设计 微控制器程序其中包括 LCD 显 示程序模 块 、串 行数 据 传输 程序模 块和温湿 度采集程序模 块 。另一部分采用的是面向的 对 象程序 设计语 言（ Object Pascal） 设计 上位机软 件 7。 温湿度监测系统L C D 显 示 硬 件 模块微 控 制 器 硬 件 模块串 行 数 据 传 输 程序 模 块温 湿 度
13、 传 感器 硬 件 模 块硬 件 设 计软 件 设 计上 位 机 软 件L C D 显 示 程 序 模块温 湿 度 数 据 采 集程 序 模 块面 向 过 程 语 言 （ C ）面 向 对 象 语 言（ O b j e c t P a s c a l ）- 3 - 图 2-1 系统总体框架 2.2 系 统 各模 块之间 的工 作关 系 温湿 度 监测 系 统 是由数据 LCD 显示模块、温湿度传感器模块、微控制器模块和上位机软件组成 (如图 2-2)。其中微控制器模块是整个系统的核心。它既要接收温湿度传感器采集的数据并进行处理，将处理的数据通过串口传递给计算机使上位机软件进行进一步处理并实时显
14、示温湿度数据和保存数据，同时微控制器控制 LCD 显示温湿度数据 8-9。 S T C 8 9 C 5 1计 算 机温 湿 度 传 感 器L C D 显 示 上 位 机 软 件串 口 数 据 传 输图 2-2 模块关系 2.3 系统各模块的功能 （ 1）温湿度传感器 模块：采集温湿度数据信息，产生数字信号进行串行传输。 （ 2） LCD 显示模块：自带字库，可以显示温湿度信息，人机交换的功能。 （ 3）数据传输模块：电平转换，进行串行传输。 （ 4）微控制器系统模块：控制并协调各模块正常工作。 （ 5）上位机软件：具有用户登录、在线显示数据、保存数据功能。 - 4 - 3 硬件 设计 3.1
15、微 处 理器系 统 温湿度监测系统选用微控制器是 STC89C51RC，它是宏晶科技退出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机。 12时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以任 意选择。 3.1.1 STC89C51RC 组 成及工作原理 STC89C51RC 的工作电压为 5.5-3.3V，时钟频率范围 0-80MHz， Flash 程序内存 4K（字节）， SRAM 为 512 字节，定时器 3 个， UART1 个，中断源 8 个，中断优先级 4 个，有内置复位，封装方式为 40-Pin。其内部组成如图 3-1。 图 3-1 STC89C51
16、 内部结构框图 - 5 - 3.1.2 STC89C51RC 外 围电 路 设计 （ 1） STC89C51RC 的复位 电 路， 时钟电 路 晶振采用的是 频 率 为 11.0592MHz（如图 3-2） 。有利于串 口传 输 程序的初始化 设 置。 图 3-2 STC89C51 的最小系统 （ 2）电源电路 温湿度监控系统采用的 7.8V 的锂电池， STC89C51RC 的工作电压是 5V。所以需要降压。采用的是 L7805 稳压芯片。两边的电容作用是滤波。 LED 灯是起指示作用（如图 3-3）。 图 3-3 电源电路 - 6 - （ 3）数据传输电路（ RS-232） STC89C5
17、1RC 支持 ISP 下载，通过此模块下载并过进行数据传输。 9 针中使用有三针， 5 为信号地， 2 为接收数据， 3 为发送数据。利用接口芯片 MAX232，可以将一个 TTL 串口电平转换成 RS-232（如图 3-4）。 图 3-4 MAX232 电路 3.2 温湿 度 传 感器模 块 DHT21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与卓越的 长 期 稳 定性。 传 感器包括一 个电 容式感 湿组 件和一 个 NTC测温组件，并与一
18、 个 高性能 8位 单 片机相 连 接。因此 该产 品具有 质 量卓越、超快 响应 、抗干扰能力 强 、性价比极高等优 点 。每 个 DHT21传 感器都在极 为 精确的 湿 度校 验室中 进 行校准。校准系 数 以程序的形式 储 存在 OTP内 存中， 传 感器 内 部在 检测 信号 的 处 理 过 程中要 调 用 这 些校准系 数 。 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 各 类应 用甚至最 为 苛刻的 应 用 场 合的最佳 选则 。 产 品 为 4 针单 排引 脚 封 装 。 连 接方便，特殊封 装 形式可根据用 户 需求而提供。
