1、苏州大学本科生毕业设计（论文）1本科毕业论文（20 届）基于单片机的温湿度检测仪所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期苏州大学本科生毕业设计（论文）2基于单片机的温湿度检测仪目 录摘 要 .1Abstract .2第一章 绪论 .31.1 课题研究的背景及意义 .31.2 温湿度检测仪的现状和发展 .31.3 本课题的主要工作内容与论文结构安排 .4第二章 系统设计的方案与架构 .52.1 系统的功能概述 .52.2 系统的设计方案概述与架构 .5第三章 系统的硬件设计与实现 .63.1 单片机电路的设计 .63.2 显示电路设计 .83.3 温湿度传感器的结构 .103.4
2、总体电路说明 .14第四章 系统的软件设计 .154.1 主程序的设计 .154.2 DHT11 程序流程图 .164.3 LCD1602 显示子程序 .18第五章 系统测试 .215.1 测试方法与结果 .215.2 测试结果分析 .21工作总结 .25参考文献 .26致 谢 .27附 录 .28苏州大学本科生毕业设计（论文）1摘 要温湿度是人类社会环境中一个重要的物理参数，人类的生存和社会活动与温湿度密切相关，在人类生活中的许多场合，不管是图书保存，还是仓库管理，不管是工业生产，还是居民生活，人类都对环境中的温湿度有一定的要求，然而在某些行业中对温湿度的要求更加高。所以，我们对环境中的温湿
3、度的检测和控制尤为重要，温湿度检测在现代科技领域中也成为一项重要技术。本文基于单片机设计并实现了一个温湿度的测试仪。硬件电路包括 AT89C51 单片机，技术成熟的 DHT11 传感器，LCD 显示屏模块，开关模块，软件控制基于 C 语言实现主控模块的控制，外围电路显示等控制。经系统测试表明，本设计课题做成的温湿度检测系统结构简单、方法合理、成本低、具有较高的可靠性、安全性及实用性。关键词：单片机；传感器；温湿度苏州大学本科生毕业设计（论文）2AbstractTemperature and humidity is an important physics parameter of human
4、social environment , the human survival and the social activity and the temperature and humidity are closely related , many applications in human life , no matter is the preservation of books , or warehouse management , whether it is industrial production , or living , human beings have certain requ
5、irements for temperature and humidity in the environment , but the requirements of temperature and humidity in some industries more high . so , we the environmental temperature and humidity in the detection and control is particularly important , temperature and humidity detection becomes an importa
6、nt technology in the fields of modern technology.In this paper , based on the design and implementation of a temperature and humidity measuring instrument . Hardware circuit including AT89C51,DHT11 sensor technology is mature , the LCD display module , switch module , software control C language bas
7、ed on the main control module , display control circuit.The system test shows that , this design task to make the temperature and humidity detection system has the advantages of simple structure , reasonable method , with low cost , reliability , safety and practicality of higher.Keywords : Single c
8、hip computer ;Sensor ; Temperature and humidity苏州大学本科生毕业设计（论文）3第一章 绪论1.1 课题研究的背景及意义随着社会的发展，人类对环境中的温湿度要求越来越高，尤其在重要的设备房间中，设备对温、湿度等运行环境的要求非常严格。对于面积较大的房间，由于气流及设备分布的影响，温湿度值可能会有较大的区别。另外，在人类生活中的许多场合，不管是图书保存，还是仓库管理，不管是工业生产，还是居民生活，人类都对环境中的温湿度有一定的要求，随着单片机的发展及传感器的迅速发展，自动检测领域在生活中发生了巨大的变化，温室环境的自动监测控制方面的研究也有了明显的进
9、展，并且将以其良好的性能价格比，逐步取代传统的温湿度监控措施。所以温湿度检测在现代科技领域中也成为一项重要技术。1.2 温湿度检测仪的现状和发展随着电子信息时代的发展，温湿度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最重要的工艺参数之一。自 18 世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温湿度息息相关，在石化、钢铁、玻璃、医药等行业，大概有 80%的工业部门都需要考虑温湿度的因素。温湿度不仅对工业相当重要，在农业中温湿度的监测与控制也有着十分重要的意义。尤其在粮库温湿度的监测，由于国内的粮食温湿度检测系统与国外相比相差较大，比如：系统采用温度传感器的测量精度和灵敏度较低；温度传感器测得的粮食温度模拟
10、量信号转换成数字量信号时产生的电路误差也比较大；信号的传输长距离的过程中因衰减和干扰从而导致的精度会有所降低。目前国内的部分电子元器件的制造工艺的不成熟和国外相应电子器件价格过高共同制约着我国粮库温湿度智能控制系统的发展和应用。因此，在现阶段，我们如果可以设计出一种适合国内的实际情况并满足当前国家粮食储备要求的粮食温湿度智能控制系统，对改善我国粮食储备的现状，加快经济的发展都有着重要的意义。温湿度的检测在各个领域被人们广泛的使用，然而传统的模拟式的湿度检测仪需要设计信号调理电路并需要经过复杂的校准过程，测量的精度难以得到保证。并且在一致性、互换性、重复性等方面不是很理想。因此，人们加强对温湿度
11、检测仪的改善具有重要的意义。比如：印刷车间的温湿度的控制水平对印刷质量有着特别大的影响；卷烟生产的每个阶段对温湿度的要求也特别高；为防止金属材料的生锈，就必须保持的环境温度不能过高，湿度也有一定的要求；在塑料、粉末金属、食品生产加工等企业的生产车间环境中往往会产生大量的易燃粉尘，如果空气中的湿度过低的话，在一定的条件下，就会苏州大学本科生毕业设计（论文）4发生粉尘爆炸。为此，本设计主要是设计一种以 AT89C51 的单片机为核心的温湿度检测仪。该仪器工作稳定、性能良好，能够满足一般民用需要。1.3 本课题的主要工作内容与论文结构安排本文介绍了一款基于 AT89C51 的温湿度检测仪，主控模块使
12、用了 89C51 芯片，结合外围模块液晶显示 LCD，开关，传感器等电路。用 C 语言编写主控模块程序，设计并实现温湿度的检测。本文结构安排如下：第一章介绍温湿度检测仪发展的现状以及课题主要研究内容。第二章介绍系统设计方案与架构。第三章介绍系统的硬件设计与实现。第四章介绍系统的软件设计。第五章介绍系统的调试及结果分析。第六章为工作总结。苏州大学本科生毕业设计（论文）5第二章 系统设计的方案与架构2.1 系统的功能概述本系统的设计考虑到经济、可靠、实用等因素，设计出一款基于单片机的温湿度的检测仪，具有稳定，便携，可靠等功能。系统的功能特点如下：1.液晶显示功能。2.按键开关功能。3.DHT11
13、传感器功能。按下开关后，LCD 液晶显示温度和湿度，用嘴对着 DHT11 传感器吹气，或者捏紧传感器，就会看到温度值明显上升，在传感器的旁边放一杯水，过一会，会看到湿度值上升。此外，系统还包含开关电路。2.2 系统的设计方案概述与架构本系统由 5 个模块组成：主控模块，液晶显示模块，DHT11 传感器模块，开关和电源模块。主控模块：采用 89C51 单片机液晶显示模块：采用 LCD1602，用于显示当前读数。DHT11 传感器模块：采用 DHT11 数字式温湿度传感器，用于改变环境的温度和湿度。开关模块：控制电路的开关。系统的总体框图如下 2-1。 AT89C51 单片机DHT11 温湿度检测
14、 LCD 显示开关电路复位电路时钟振荡图 2-1 系统总体框图苏州大学本科生毕业设计（论文）6第三章 系统的硬件设计与实现3.1 单片机电路的设计单片机最小系统电路如图 3-1 所示，由主控器 AT89C51、时钟电路和复位电路三部分组成。单片机 AT89C51 作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。P1.0 1P1.12P1.2 3P1.3 4P1.45P1.5 6P1.6 7P1.78RST9 P3.710P3.611 P3.512P3.413 P3.314P3.215 P3.116P3.017 XT
15、AL218XTAL119 GND20VCC 21P0.022 P0.123 P0.224P0.325 P0.426 P0.527P0.628 P0.729EA 30ALE 31PSEN 32P2.7 33P2.6 34P2.5 35P2.4 36P2.3 37P2.2 38P2.1 39P2.0 40AT89C5189C5130p12M30pVCCVCC+ 10u10K图 3-1 单片机最小系统电路图1主控器 AT89C51 的介绍本系统采用单片机 AT89C51 作为主控制器。AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可
16、反复擦写的只读程序存储器(EPROM)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，所以低价位 AT89C51 单片机可为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。单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要三个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用四节电池供电。主要特性如下：4K 字节可编程闪烁存储器寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年全静态
17、工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定苏州大学本科生毕业设计（论文）7128*8 位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器5 个中断源可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路AT89C51 单片机为 40 引脚双列直插式封装。各引脚功能简单介绍如表 3-1 所示3。表 3-1 AT89C51 引脚功能图引脚编号 引脚名称 功能说明1-8 P1 口 普通 I/0 口9 RST 复位输入10-17 P3 口 普通 I/0 口18、19 A0 晶振输入20 GND 电源地21-28 P2 口 普通 I/0 口29 PSEN 外部程序存储器的选通信号303
18、132-3940ALEEAP0 口VCC外部输出时钟当 EA 保持低电平时，访问外部 ROM普通 I/0 口电源正 5V2晶振电路AT89C51 单片机芯片内部设有一个由反向放大器所构成的振荡器。引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。此系统电路的晶体振荡器的值为 12MHz。反相放大器和内部时钟发生电路的输入端，
19、18 脚(XTAL2)为振荡器反相放大器的输出端。在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元器件，内部振荡电路就会产生自激振荡。本系统采用的定时元器件为石英晶体（晶振）和电容组成的并联谐振回路。晶振频率为12MHz，电容大小为 1530pF，电容的大小可以起到频率微调的作用，时钟电路如图 3-2所示。苏州大学本科生毕业设计（论文）830p12M30pXT2XT1图 3-2 时钟电路3复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复
20、位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器 PC0000H，这表明程序从 0000H 地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内 RAM 为随机值，运行中的复位操作不改变片内 RAM 区中的内容，21 个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。 值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。复位电路图如图 3-3 所示。VCC+ 10u10KRST图 3-3 复位电路3.2 显示电路设计液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602A 可以显示 2 行 16 个字符，有 8 位数据总线 D0D7，和 RS、RW、EN 三个控制端口，工作电压为 5V，并且带有字符对比调节和背光。该模块也可以只用 D4D7 作为四位数据分两次传送。这样的话可以节省 MCU 的 I/O 口资源。本系统即使用此接法。各引脚的功能见表 3-2.
