基于单片机的数字温湿度计设计毕业设计

基于单片机的数字温湿度计设计毕业设计内容摘要：

号后 ,可以切换到输入模式 ,或者输出高电平均可 , 总线由上拉电阻拉高。 图 24 通讯初始化要求图 总线为低电平 ,说明 DHT11 发送响应信号 ,DHT11 发送响应信号后 ,大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 19 再把总线拉高 80us,准备发送数据 ,每一 bit 数据都以 50us 低电平时隙开始 ,高电平的长短定了数据位是 0 还是 .如果读取响应信号为高电平 ,则 DHT11 没有响应 ,请检查线路是否连接正常 .当最后一 bit 数据传送完毕后， DHT11 拉低总线 50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。 数字 0 信号表示方法如下图 25 所示： 图 25 数字 0 信号电平变化图 数字 1 信号表示方法如下图 26 所示 图 26 数字 1 数据线电 平变化图 大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 20 DHT11 传感器模块电路设计 DHT11 传感器连接单片机相对比较简单。 单片机的 口用来发收串行数据，即数据口。 连接传感器的 Pin2（单总线，串行数据）。 由于测量范围电路小于 20米， 加一个 5K的上拉电阻，因此在传感器的 Pin2口与电源之间连接一个 5K 电阻。 而传感器的电源端口 Pin1 和 Pin4 分别接单片机的 VCC 和 GND 端。 传感器的第三脚悬浮放置。 DHT11 传感器原件的电路原理图如下 27 所示： 图 27 DHT11 电路原理图 1602 液晶显 示模块设计 1602 液晶显示屏简介 1602 液晶是一种工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 （ 16 列 2 行）。 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。 液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。 在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 21 LED 数码管、液晶显示器。 发光管和 LED 数码管比较常用，软硬件都比较简单。 （一）引脚说明 VSS：电源地。 VCC： 电源正极， － ，通常使用 5V 电压。 VO： LCD 对比度调节端，电压调节范围为 0－ 5V。 接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高时会产生“鬼影”，因此通常使用一个 10K 的电位器来调整对比度，或者直接串接一个电阻到地。 RS： MCU 写入数据或者指令选择端。 MCU 要写入指令时，使 RS 为低电平； MCU 要写入数据时，使 RS 为高电平。 R/W： 读写控制端。 R/W 为高电平时，读取数据； R/W 为低电平时，写入数据。 E： LCD 模块使能信号控制端。 写数据时，需要下降沿触发模块。 DB0－ DB7： 8 位数据总线，三态 双向。 如果 MCU 的 I/O 口资源紧张的话，该模块也可以只使用 4 位数据线 D4－ D7 接口传送数据。 本充电器就是采用 4 位数据传送方式。 BLA： LED 背光正极。 需要背光时， BLA 串接一个限流电阻接 VDD，BLK 接地，实测该模块的背光电流为 50mA 左右。 BLK： LED 背光地端。 （二）显示地址 大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 22 1602 字符液晶显示可分为上下两部分各 16 位进行显示，处于不同行时的字符显示地址如下 ： 显示字符 1 2 3 4 5 6 7 第一行地址 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 第二行地址 40H 41H 42H 43H 44H 45H 46H 显示字符 8 9 10 11 12 第一行地址 07H 08H 09H 0AH 0BH 第二行地址 47H 48H 49H 4AH 4BH （三）指令集 1602 通过 D0～ D7 的 8 位数据端传输数据和指令。 显示模式设置： (初始化 ) 0011 1000 [0x38] 设置 162 显示， 57 点阵 ， 8 位数据接口； 显示开关及 光标 设置： (初始化 ) 0000 1DCB D 显示 (1 有效 )、 C 光标显示 (1有效 )、 B 光标闪烁 (1有效 ) 大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 23 0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址 指针 加 1 amp。 光标加 1)， N=0(读或写一个字符后地址 指针 减 1 amp。 光标减 1)， S=1 且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左移 ) s=0 当写一个字符后，整屏显示不移动 数据 指针 设置： 数据首地址为 80H，所以数据地址为 80H+地址码 (027H， 4067H) 其他设置： 01H(显示清屏，数据 指针 =0，所有显示 =0)； 02H(显示回车，数据指针 =0)。 通常推荐的初始化过程： 延时 15ms 写指令 38H 延时 5ms 写指令 38H 延时 5ms 写指令 38H 延时 5ms （以上都不检测忙信号） （以下都要检测忙信号） 写指令 38H 写指令 08H 关闭显示 大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 24 写指令 01H 显示清屏 写指令 06H 光标 移动设置 写指令 0cH 显示开及光标设置 完毕 Proteus 仿真 使用 Proteus 仿真 1602即 LM016L依照数据手册说明可能遇到困 难，可以尝试采用以下方案解决： 数据手册中可能介绍 1602 内部 D0～ D7 已有上拉，可以使用P0 口直接驱动。 在 Proteus 里 LM016L 内部可能没有 ,应该人为 加上拉电阻。 建议不要使用排阻，使用普通电阻一个一个拉应该可以解决问题； 可能碰到不能检测忙信号的问题，尝试使用延时把忙信号拖过去。 1602 液晶显示模块 液晶显示的原理是 利用液晶的物理特性， 通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。 液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、 PDA 移动通信工具等众多领域。 其中 Vo 脚，即第三引脚加了一个 10K 的滑动变阻器，该变阻器的目的是调节液晶的显示对比度，通过调节滑阻改变 Vo 的电压值，从而使液大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 25 晶显示在最清晰的状态。 图 29 1602 显示模块原理图 阈值设置模块 图 2— 10 阈值设置模块原理图 从上图可以看到。 从上到下依次设为 K K2 和 K3 三个按键，其连大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 26 接单片机引脚分别是 ~ 三个引脚。 根据该模块使得阈值设置分为三个模块，分别是湿度设置模式、温度设置模式和关阈值显示模式。 K1 为模式选择键，按一次为湿度设置模式，按两次是温度设置模式，按三次是关阈值显示模式。 K2 和 K3 只 有在湿度和温度设置模式下才有效，分别为阈值增加和阈值减小。 阈值设置模块是后来加进来的部分，设置非常人性化，一般人都可以操 作，而不用每次设置阈值都到程序里边去设置 报警模块 （一） 蜂鸣器的介绍 1. 蜂鸣器的作用 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 2. 蜂鸣器的分类 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 3. 蜂鸣器的电路图形符号 蜂鸣器在电路中用字母 “H” 或 “HA”（旧标准用 “FM” 、 “LB” 、 “JD” 等）表示。 （二） 蜂鸣器的结构原理 1．压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。 有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 27 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。 当接通电源后（ ～ 15V 直流工作电压） ,多谐振荡器起振 ,输出 ～ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电 蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。 在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 2．电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。 振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 （三） 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器 现在市场上出售的一种小型蜂鸣器因其体积小 (直径只有 llmm)、重量轻、价格低、结构牢靠，而广泛地应用在各种需要发声的电器设备、电子制作和单片机等电路中 ； 分为 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。 从外观上看，两种蜂鸣器好像一样，但仔细看，两者的高度略有区别，有源蜂鸣器，高度为 9mm，而无源蜂鸣器的高度为 8mm。 如将两种蜂鸣器的引脚郡朝上放置时，可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。 迸一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，还可以用万用表电阻档 Rxl档测试 :用黑表笔接蜂鸣器 +引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 28 如果触发出咔、咔声的且电阻只有 8Ω( 或 16Ω) 的是无源蜂鸣器。 如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。 有源蜂鸣器直接接上额定电源 (新的蜂鸣器在标签上都有注明 )就可连续发声。 而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声。 图 211 蜂鸣器原理图 系统在设计时候采用的是有源蜂鸣器，只要给蜂鸣器一定的电流值，蜂鸣器就可以按照一定的频率发声，但是单片机引脚的驱动电流比较小，不足以驱动蜂鸣器工作，因此采用了一个 NPN 的三极管 C9013 来驱动。 大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 29 第 3 章 系统软件设计 在对我们所要设计的课题有了整体的了解之后，需要先建立程序框架的流程图，对整个 设计划分模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程序。 大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 30 开 始初 始 化延 时温 湿 度 检 测 并传 送 数 据 回 单 片机1 6 0 2 显 示 数 据报 警 装 置 启 动（ 即 蜂 鸣 器 发声 ）复 位Y定 时 5 s 检 测 一 次（ 定 时 期 间 单 片机 读 预 制 按 键 ）判 断 温 度 和 湿 度是 否 超 出 阈 值N 图 31 主程序流程图 1602 液晶显示模块程序设计 液晶显示模块是一个慢显示器件，在执行每条指令之前要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，则此指令失效，要显示字符时要先输入显示字符地址，告诉模块在哪里现实了字符。 1602 液晶显示模块可与单片机接口直接连接，无需再加驱动。 软件流程图及调试结果如图 32 所示。 大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 31 开 始液 晶 1 6 0 2 初 始 化延 时依 次 发 送指 令 和 数 据控 制 液 晶显 示 字 符 图 32 1602 液晶显示模块程序流程图及液晶调试结果显示 传感器模块程序设计 温湿度模块 DH11 数字温湿传感器加湿器温湿度传感器随着科技的不断发展，汽车、空调、除湿器、烘干机等种类繁多的电器都已进入人们的日常生活，而这些电器设备很多都离不开对温度、湿度等环境因素的要求。 因此，温度、湿度传感器用途越来越广泛。 新一代的数字传感大连交通大学 2020 届测控技术与仪器毕业设计（论文） 32 器不再需要外置的 A D 转换模块，并具有标准接口，使用方便，得到了越来越多的应用。 DHT11 作为一种新型的单总线温湿度数字传感器，具有更多的优 点，它使系统设计更加简单，控制方便，易于实现。 DHT11 传感器模块的软件流程图及实物调试结果如图 3。