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大连海事大学自动化课程设计
基于单片机的温湿度
检测控制系统
2009 届 自动化
学 号 2220093699
学生姓名
指导教师
目 录
第(1
章 总体设计概述.............................................................................
1.1
课题的背景和意义
(
·····························1
1.2
系统实现的主要功能
(
····························1
1.3
系统的工作原理简介
(
····························1

1.4
总体设计简介································2
1.4.1总体设计框图............................................................................
1.4.2
总体设计及工作进程
(
....................................................................
第(2
章
(
系统硬件设计(..............................................................................
2.1
主控模块设计
(
·······························3
2.2
DHT11 传感器模块设计
(
··························3
2.2.1 DHT11 传感器简介.....................................................................
2.2.2 DHT11 传感器模块电路设计
(
............................................................
2.3
1602
液晶显示模块设计
(
··························7
2.3.1 1602
液晶显示屏简介...................................................................
2.3.2 1602
液晶显示模块.....................................................................
2.4
阈值设置模块
(
·······························8
2.5
报警模块
(
·································9
第(3
章 系统软件设计.............................................................................10
3.1
1602
液晶显示模块程序设计
(
·······················
10
3.2
传感器模块程序设计
(
···························
11
第(4
章 系统分析与调试
(
..........................................................................12
4.1
程序下载软件说明·····························
13
4.2
所遇问题及解决办法····························
13
4.2.1硬件问题及解决方法
(
.....................................................................
13
4.2.2软件所遇问题及解决方法..................................................................14
第(5
章 结论与展望...............................................................................15
附录(............................................................................................. 16
附录(A 硬件原理图(······························
16
附
录(
B
附
录(
C
最终实物图及简介(···························
16
程序清单(·······························
17
1.1
第(1
章
(
总体设计概述
课题的背景和意义
温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系,同时也是工业生产中最常见最基本的工
艺参数,例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度湿度的检测与控制。并且
随着人们生活水平的提高,人们对自己的生存环境越来越关注。而空气中温湿度的变化与人体
的舒适度和情绪都有直接的影响,所以对温度湿度的检测及控制就非常有必要了。
8051 单片机是常用于控制的芯片,在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面
取得了令人瞩目的成果,用其作为温湿度控制系统的实力也很多。使用
(
8051
单片机能够实现
温湿度全程的自动控制,而且(8051
单片机易于学习掌握,性价比高。
使用(8051
型单片机设计温湿度控制系统,可以即时精确的反应温室内的温度以及适度的
变化。完成诸如升温到特定的温度、降温到特定的温度。在温度上下限范围内保持恒温等多种
控制方式,在湿度控制方面也是如此。将此系统应用到温室当中无疑为植被生长提供了更加适
宜的环境。对于大棚种植和花圃、花卉栽培,必须在某些特定环境安装温湿度装置对其进行监
控。本系统可以及时、精确的反映室内的温度以及湿度的变化,能够满足温湿度的控制要求。

1.2 系统实现的主要功能
本系统所要实现的功能是:
1.温湿度实时检测及显示。通过(LCD1602 实时地显示传感器(DHT11 检测到的温湿度值,
并且固定时间(5s)检测更新显示一次。
2.报警阈值的手动设置。通过三个按键实现温湿度阈值的设置,使得系统更加人性化、智
能化,具有更高的实用价值。
3.当温湿度超出阈值时能自动报警。通过蜂鸣器发出声音实现报警,以提醒用户做出相应
的改进措施。
1.3 系统的工作原理简介
总体来说,本次设计主要涉及了温湿度的测量、显示以及实现简单控制。硬件方面有五个
模块,即(AT89S52 单片机主控模块、传感器模块、LCD1602 液晶显示模块、报警模块以及
阈值设置模块。其中主控模块已经给出,我们只需适当增加驱动电路即可。
传感器模块使用的是(DHT11 数字温湿度传感器。通过(DHT11 检测出当前环境下的温湿
度,将所测数据交给
(
AT
单片机进行分析和处理,并分别存入不同数组以便显示时候用。其中,
为了显示稳定,本系统每间隔(5s
采集一次数据送入单片机。
1602 液晶显示模块就是实现温湿度检测值和阈值的显示。其分两行显示,上边一行显示
湿度,下边显示温度值,两行的末尾两位是阈值显示位,正常工作的时候可以通过按键将其隐
藏,需要调节阈值时,再显示出来方便调整,相对构建了比较友好的人机交互。
蜂鸣器报警模块实现了检测值超过阈值的时候鸣响报警。本系统采用的是有源蜂鸣器,因
此无论温度还是湿度超出范围蜂鸣器都是以相同频率的声音进行报警提示。提醒工作人员此时
温度湿度数据出现异常、需及时调整,及时启用升温器、加湿器、降温风扇以及喷雾器来有效
的调整实验室内温湿度。
阈值设置模块通过三个按键来实现阈值设置功能的。使得在不同环境下设置阈值提供了极
大的方便,不需要每次都在程序里改动然后再烧录,省去了复杂的过程。
1.4
总体设计简介
1.4.1总体设计框图
按照系统功能的具体要求,在保证实现其功能的然础上,尽可能降低系统成本。总体设计
方案围绕上述思想,初步确定系统的方案如图(1-1
所示。
DTH11 传感器模块
P2.0
P2.4~P2.6
1602 液晶显示模块
AT89S51
单片机
阈值设置模块
P2.1~P2.3
P2.7
报警模块

图
(
1
—1
系统总体设计
从图中可以看出,系统有微处理器模块、DHT11 传感器模块、阈值设置模块、1602
字符
液晶显示模块、报警模块组成。在方案设计中,外围模块采用并行控制,以简化系统,提高控
制精度。该设计以(AT89S52 单片机为控制核心,实现温湿度采集及显示的基本功能。
1.4.2
总体设计工作进程
本次设计相对而言有两个部分弄明白了就能够设计好了。一个是液晶显示部分,一个是
DHT11 传感器部分。传感器比较陌生,以前没有接触太多,液晶相对而言比较容易点。因此
这次先攻克了液晶显示部分,然后再拿下传感器部分。整个流程如下图所示:
分析题目
并查找资料
用 Proteus
仿真
进行液晶的
实物调试
传感器实物
调试
加装阈值设置和
报警模块
完成
图(1-2
整体设计流程图
第(2
章
(
系统硬件设计
2.1 主控模块设计
本次课程设计使用的主控模块是由老师给出的一个(AT89S52 为核心的最小系统。使用的
时候将(P1
口作为与液晶的数据传输口,P2.0
作为与传感器(DHT11 通信的数据口,P2.1~P2.3
作为阈值模块中三个按键的接口,P2.4~P2.6
作为分别于液晶的(RS
、R/W 和(E
端相连接,
以控制液晶显示,P2.7
接蜂鸣器控制端,以控制报警模块工作。
2.2
2.2.1
DHT11
DHT1
1
传感器模块设计
传感器简介
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
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。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个(NTC
测温元件,并与一个高性能(8
位单片机相连接。
因此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。每个
(
DHT11 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。
DHT11 传感器实物图如下(2-1
所示:

图(2-1 DHT11 传感器实物图
(1)引脚介绍:
Pin1:(VDD)
,电源引脚,供电电压为(3~5.5V
。
Pin2:(DATA
),串行数据,单总线。
Pin3:(NC
),空脚,请悬浮。
Pin4(VDD
),接地端,电源负极。
(2)接口说明
(
:
建议连接线长度短于(20
米时用(5K
上拉电阻,大于(20
米时根据实际情况使用合适的上拉
电阻。
图(2-2 DHT11 典型应用电路
(3)数据帧的描述:
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
数据传送正确时校验和数据等于“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。
(4)电气特性:VDD=5V ,T
=
25
℃,除非特殊标注
表(2-1
DHT11的电气特性
参数
供电
供电电流
采样周期
条件
DC
测量
平均
待机
秒
Min
3
0.5
0.2
100
1
typ
5
max
5.5
2.5
1
150
单位
V
mA
mA
uA
次
注:采样周期间隔不得低于(1
秒钟。
(5)时序描述:
用户(MCU发送一次开始信号后,DHT11
从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号
结束后,DHT11 发送响应信号,送出(40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数
据.从模式下
(
,DHT11 接收到开始信号触发一次温湿度采集
(
,如果没有接收到主机发送开始信
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