基于单片机的温湿度监测与控制(编辑修改稿)

基于单片机的温湿度监测与控制(编辑修改稿)内容摘要：

9 拾取必要的输入信息。 对于测量系统而言， 其核心任务 是怎么样 获得 准确的被测信号 ；而对测控系统 来说 ， 不可缺少的环节 是对条件的监测和对被控对象状态的测试，传感器是实现测量与控制的第一环节，是测控系统的关键部分 ，一切准确的测量和控制都将 在传感器对于原始信号的准确可靠的转换和捕捉，工业生产过程的自动化测量和控制，基本主要依赖 各种传感器来 控制和检测 生产过程中的各种量，使 系统和设备 在最佳状态 正常运行 ，从而保证生产的 高质量 和 高效率 [6]。 温湿度传感器 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 温湿度传感和 数字模块采集 技术，具有很高的 稳定性和可靠性 ， DHT11传感器内含 一个 NTC 测温 和一个 电阻式感湿 元件，并与一个 8位的 高性能 单片机相连接， 在精确的湿度校验室中 DHT11 传感器进行过校准， 以程序的形式 校准系数储存在 0TP 内存中， 检测信号的 时候，在 处理过程中 传感器内部要调用 这些校准系数， 采用 单线制 的 串行接口， 使系统集成可以有较低的功耗，而且更加简单快速， 信号传输距离 超过 20 米 ，作为一个数字温湿度传感器 DHT11 具有 响应 快速、抗干扰 强、性价比 高等优点， 它的 性能指标如下：湿度测量范围为 20％～ 90％ RH；湿度测量精度为177。 5％ RH；温度测量范围为 0～ 50 ℃ ， 温度测量精度为177。 2℃ ，工作电压 3． 0～ 5． 5 V， 相应时间 5S， DHT1l 采用 4 针单排引脚封装 , 传感器通电 后， 需 要等待 1s，这是因为要 越过不稳定 的 状态 ， 在此 期间不需发送 指令 ,电源引脚（ VDD， GND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波 [7]。 典型的应用电路如 图 下： 图 典型的应用电路 DHT11 实物图如下图 ： 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 10 图 DHT11实物图 (1)串行接口 (单线双向 ) 采用单总线数据格式 ,DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步 ,一次通讯时间 4ms左右 ,数据分小数部分和整数部分。 通讯过程如图 图 通讯过程 总线空闲状态为高电平 的时候 主机把总线拉低等待 DHT11响应 , DHT11能 检测到起始信号，主机必须把总线拉低，至少大于 18ms。 DHT11一旦 接收到主机的开始信号 ，接着就 等待 开始信号 的 结束 ,然后发送 80us的 低电平响应信号 ， 要 读取 DHT11的响应信号 ,必须等待开始信号的结束，并延时等待 2040us后才能够接受， 主机发送开始信号后 ,这时候就可 输出高电平或 切换到输入模式 ,接着 总线由上拉电阻拉高。 DHT11发送响应信号 的时候 总线为低电平 ,DHT11把总线拉高 80us之前 ,必须等到响应信号发送， 准备发送数据 时 ,每一 bit数据都以 50us低电重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 11 平时隙开始 ,数据位是 0或 1是由高电平的长或 短来决定。 假如 响应信号 的读取 为高电平 ,但是 DHT11无响应 响应 ,这时候说明路线可能连接不正常，当最后一 bit数据传送结束 后， DHT11把 总线 拉低 50us,接着 总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。 数字 0信号表示方法如图 图 数字 0信号表示方法 数字 1信号表示方法 .如图 ： 图 信号 1 表示方法 (2)电气特性 VDD=5V， T = 25℃，除非特殊标注，其中主要的电气特征如表 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 12 示： 表 参数 条件 min typ max 单位 供电 DC 3 5 V 供电电流 测量 Ma 平均 1 Ma 待机 100 150 Ua 采样周期 秒 1 次 注：采样周期间隔不得低于 1秒钟 (3)性能说明 如表 ： 表 性能说明 参数 条件 Min Typ Max 单位 分辨率 8 177。 Bit 1 1 1 %RH 精度 25℃ 177。 4 %RH 重复性 177。 1 %RH 温度 050℃ 177。 5 %RH 温度 量程范围 0℃ 30 90 %RH 50℃ 20 80 %RH 25℃ 20 90 %RH 长期稳定性 典型值 177。 1 %RH/yr 迟滞 177。 1 ℃ 互换性 可完全互换 分辨率 8 8 8 Bit 1 1 1 ℃ 重复性 177。 1 ℃ 响应时间 1/e(63%) 6 30 S 量程范围 0 50 ℃ 精度 177。 1 177。 2 ℃ 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 13 (4)DHT11 引脚说明 ，如表 所示 表 DHT11引脚说明 pin 名称 注释 1 VDD 供电 3－ 2 DATA 串行数据，单总线 3 NC 空脚，悬空 4 GND 接地，电源负极 ⑤ 应用信息 电阻式湿度传感器暴露在化学物质中会受到干扰，导致灵敏度下降 ，当处于极限状态时，传感器可以通过程序处理，回复到初试的校准状态，在不符合规范的范围内使用传感器，不仅会导致几乎 3%的临时漂移信号，而且会加速产品的老化，转为正常的使用范围后，会渐渐恢复校准状态；温度是影响气体相对湿度的关键，因此测量时最好让湿度传感器工作温度相同。 ⑥ 封装信息 ，如图 ： 如图 DHT11的封装信息 单片机 ①描述 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗、 高性能 CMOS 的 8 位单片机，片内含 4K 的可编程的 Flash 只读程序存储器，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 8051 指令系统及引脚， 它重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 14 集 Flash 程序存储器既可在线编程 (ISP)， 也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片机芯片中， ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制 的 领域 【 8】。 引脚图如下图 所示： 图 AT89S51引脚图 ②优越性 AT89S51提供以下的功能标准： 4K字节闪烁存储器， 128字节随机存取数据存储器， 2个 16位定时 /计数器， 32个 I/O口， 1个串行通信口， 1个 5向量两级中断结构，另外， AT89S51还可以进行 0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式 ， 闲散方式停止中央处理器的工作， 可 允许随机存取数据存储器、定时 /计数器、串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位 ,在 AT89C51上新增 加的功能使 AT89S51性能有了较大提升，它的价格甚至更低，它的工作频率可达 33MHz，比 AT89C51的工作频率更高， ISP在线编程功能的优越性在于它不必要将芯片从工作状态下分离，特别是在改写存储器内的程序，这是一个相当方便简单的功能，它不需要像 AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路，由于它内部具有双重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 15 工 UART串行通道内部集成看门狗计时器，它具有全新的加密算法，大大加强的程序的保密性，有效的保护知识产权不被侵犯 ,它向下完全兼容 51全部字系列产品 [8]。 3. LCD ① 字符型液晶显示模块是一种专门用于 显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模块 ② LCD1602 主要技术参数： ，如图表 所示 表 1602的主要技术参数 工作电压 : — 容量 16 2个字符 最佳工作电压 工作电流 字符尺寸 (W H)mm ③引脚功能说明 如下图表 ： 表 引脚接口说明表 1602LCD 采用标准的 14脚（无背光）或 16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 编号 符号 引脚说明 1 VDD 正极 2 VSS 地 3 VL 液晶显示偏压 4 RS 数据 /命令选择 5 R/W 读 /写选择 6 E 使能信号 7 D0 数据 8 D1 数据 9 D2 数据 10 D3 数据 11 D4 数据 12 D5 数据 13 D6 数据 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 16 续表 1602LCD 采用标准的 14脚（无背光）或 16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 编号 符号 引脚说明 14 D7 数据 15 BLA 背光源正 极 16 BLK 背光源负极 1602 液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 ⑤管脚图，如图 ： 图 LCD1602的管脚图 其中实物图如图 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 17 图 1602字符型液晶显示器实物图 LCD1602 主要有两种，主要区别在于是否背光 ， 它的 控制器 主要 为HD44780，带背光的比不带背光的厚， 在应用中 是否带背光 并不影响使用 ，两者尺寸差别如下图 ： 图 1602LCD尺寸图 1602LCD 的 RAM 地址 映射及标准字库表 液晶显示模块是一个 比较慢的 显示器件， 因此 在执行指令之前要 首先确认模块的忙标志 处于 低电平，表示 空闲 ， 不然 此指令失效 ， 输入显示字重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 18 符地址 后会显示字符 ，图 是 1602 的内部显示地址。 图 1602LCD内部显示地址 第三节 本章小结 本章节主要有两 部分，第一部分主要介绍了温湿度的意义，由来，同时也介绍了温湿度检测的一 些专业名词，例如：露点。 第二部分主要介绍了设计的总体思路，以及元器件的选择，并加以详细的解释。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 19 第 三 章 硬件设计 单片机是 整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能 ,硬件实现上采用模块 化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起 ,这种设计方法可以降低系统设计的复杂性 ， 本系统主要硬件设计包括电源电路、蜂鸣器电路、 晶振电路， LCD 显示电路以及温湿度传感器电路 [11]。 第一节 主控制电路和测温时控制电路 本次硬件的核心就是 AT89S511，其他的外围电路都是围 绕它 所 设计的。 数字温湿度传感器的 DHT11的 DATA口连接单片机 AT89S51的。 显示 电路就是把 LCD1602 和单片机的 P0口分别相连， 当温度或湿度高于预设值的时候蜂鸣器蜂鸣报警， 增加单片机的输出能力， 增加 单片机的输出电流 ，故使用电阻排来完成。 本系统采用的是上电复位，充电之后， RST被拉至 高 电平，单片机进入工作状态。 AT89S51中 有一个用于构成内部正当其的放大器，引脚 XTAL1和 XTAL2分别是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石英晶体或者陶瓷谐振器构成自激振荡器，他们与电 容 C1， C2 接在放大器的反馈电路中构成并联震荡电路，虽然电容没有 一个严格的要求，但是电容的大小会轻微影响振荡。