基于单片机的温湿度检测系统毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于单片机的温湿度检测系统毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

PDIP 封装 ，引脚图如下： 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 7 图 26 STC89C52 单片机管脚图 系统电路设计 本设计中使用 51 内核芯片单片机是 STC89C52，通过 2 个 20P 电容和 1个 12MHz 的晶振组成的晶振电路，系统的时钟脉冲就是由它提供，还有通过 1 个电阻和 1 个电解电容和 1个按键组成的复位电路， 使用 1个数字温湿度传感器 DHT11 对机房内温度及湿度的检测，通过 4个按键来设定温湿度的上下限值，如果检测温度高于设定上限温度 驱动降温电路，如果检测温度低于设定下限驱动加热电路，如果检测湿度高于设定湿度上限驱动去湿电路，如果检测湿度低于设定下限驱动加湿电路。 整个控制过程使用 1个蜂鸣器作为超限报警，选择液晶 LCD1602 作为整个系统的显示器，实时显示检测的温湿度值。 晶振电路 电路中 C2无极性电容和 C3 无极性电容是起振电容。 当 12MHz 晶振在高频的情况工作时，会产生一定的寄生的电感。 为了使电感达到平衡和产生谐振，那么可以加上 2个 1033pf 的无极性电容。 具体的大小可以参考下晶振厂家提供的参数手册。 单片机的内部有一振荡 电路，我们需要在外部接上晶振电路单片机才能工作。 晶振和电容与内部的电路组成振荡电路。 只要单片机一上电，电容启振，晶振工作，这样单片机就有一个持续的时钟信号。 51 单片机内部有一个 12分频器，因此时钟周期为 t = 1/12 ≈ 1us。 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 8 图 27 晶振电路 复位电路 此系统使用的 51 单片机是高电平复位。 对 STC89C52来说，在复位引脚加上 2 个机器周期的高电平，可使单片机复位。 单片机的 IO口呈现高电平，程序计数器从零开始执行。 采用的手动复位，按钮按下，复位引脚得到高电平，单片机复位，按钮 松开后，单片机开始工作。 单片机的 9 脚 RST(Reset)复位引脚，如图。 当我们的程序运行到 1000 行的时候，单片机重启启动了，之前运行的数据将会丢失，因为 RAM 是不储存在我们的 flash 区域的，这个时候，那么我们的单片机会重新开始运行，这个过程就是复位。 当我们的程序运行中，遇到一些特殊情况造成系统奔溃了，我们把这种情况叫做死机，类似我们的电脑的，这个时候我们可以手动按下复位按键，单片机会重新运行。 复位电路的存在，就是防止一些特殊情况的发生，在程序跑飞的时候能够还原。 复位电路的工作原理： 51单片机 高电平复位。 对 STC89C52来说，在复位引脚加 2个机器周期的高电平，可使单片机复位。 单片机的 IO 口呈现高电平，程序计数器从零开始执行。 采用的手动复位，按钮按下，复位引脚得到高电平，单片机复位，按钮松开后，单片机开始工作。 当这个电路处于稳定状态时，电容隔离直流电，隔离 +5V。 此时复位按键在弹起的状态， R1 的电阻是没有电压差的。 我们的这个到单片机是高电平复位，低电平工作，当按下去的时候，电容起到放电的作用，瞬间是 +5V 的高电平。 所以，在按下的一瞬间，高电平复位成功。 我们再来分析从没有电到上电的过程。 电容 C1 上方是 5V 电压，这个时候哦电容C1 进行充电，正离子从上往下充电，负电子从 GND 往上充电，这个时候电容对电路来说是短路的，相当于一根导线，电压都加在了 R1这个电阻上，那么 RST 上的电压值，Vrst = R1*I，随着电容充电越多，在充满的时候，电流就会越来越小的，那么此时 Vrst上的电压也会变小，直到电容充满后，线路中不再有电流，那么这个时候 Rst 和 GND的电位就相等了，也即是 0V。 从这个过程中， Rst 复位引脚是先高电平一段时间，然后再低电平，之后单片机正常工作运行的。 我们可以根据一条充放电的公式得到： T = 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 9 ，把我们上图的参数带入，求得是 564us，大于 2 个机器周期。 重要一点的是，每个单片机复位高电平的时候都是不，具体的要参考手册。 4K7R110uFC1VCCS1res 图 28 复位电路 电源电路 向单片机供电。 单片机电源： STC89C52 单片机的工作电压范围： — ， 一般给 51单片机外接一个 5V 的直流稳压电源。 连接方式为 VCC(40 脚）：接电源 +5V 端 VSS(20 脚）：接电源地端。 LCD1602 显示 电 路 此设计中采用的是字符型 LCD1602，它只能显示数字及字符，可以显示 2 行，每 一行可以显示 16个字符，通过控制 LCD 的数据命令 RS管脚和读写 RW管脚还有使能 E 管脚。 即可实现对 LCD1602 的读写了。 将我们要显示的温湿度数据发送到 LCD 上实时显示。 我们将 LCD 数据口接到单片机的 P0 口，用于数据的发送，将 LCD 的命令数据及读写还有使能控制端口接在单片机的 P10 P11 P12 上，通过单片机的这写管脚控制即可实现在LCD 上显示，如下图： 图 210 LCD1602 显示 电路 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 10 温湿度检测 电路 此设计中我们使用 1个温湿度传感器进行对机房内的温度及湿度的检测，传感器使用的是 DHT11，此传感器采用单总线通信模式，因此其数据管脚只有一个，其他的是 VCC和 GND 管脚。 由于我们使用的单片机不具有此接口，因此需要单片机管脚模拟单总线通信时序，设计中将 DHT11 的数据管脚接在单片机的 P35 上。 具体电路如下： 图 211 温湿度检测 电路 按键 电路 在本设计中我们使用了 4个按键接到单片机管脚 P27,P26, P25， P24 上，另一端共地，如果有按键按下去了，单片机的对应管脚就会被拉为低电平，因此可以使用此方法来判断，按键是否按下，然后做出相应的动作。 具体电路如下 图 212 按键 电路 报警 电路 设计中需要设计一个超限报警装置，当检测的温湿度高于或低于设定值时就报警，设计中采用一个无源蜂鸣器，即只有触发一定频率的脉冲才能使蜂鸣器发声。 我们将单片机的 P13 管脚接在 PNP 型三极管上，当单片机 P13 口输出一定频率的脉冲即可触发蜂鸣器发声了。 具体电路如下： 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 11 图 213 报警电路 加热加湿 电路 设计中我们需要检测的温度高于或者湿度低于设定值，系统能够自动进行加热加湿，因此就需要一个驱动控制加热加湿的电路，本设计采用继电器来控制加热加湿模块的工作， 通过单片机端口 P17 和 P37 接在三极管 PNP 上，当 P17 P37 输出低电平的时候，三极管导通，继电器线圈得电， D1 指示灯、 D3 指示灯发亮，开始加热加湿。 反之如果输出高电平的话，三极管截止，继电器线圈不得电。 D1指示灯、 D3 指示灯灭，加热加湿电路不工作。 具体电路如下： 图 214 加热加湿 电路 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 12 降温去湿 电路 设计中我们需要检测的温度低于或者湿度高于设定值，系统能够自动进行降温去湿，因此就需要一个驱动控制降温去湿的电路，本设计采用继电器来控制降温去湿模块的工作，通过单片机端口 P16 和 P36 接在三极管 PNP 上，当 P16 P36 输出低电平的时候，三极管导通，继电器线圈得电， D2 指示灯、 D4 指示灯亮，开始 降温去湿。 反之如果输出高电平的话，三极管截止，继电器线圈不得电。 D2 指示灯、 D4 指示灯灭， 降温去湿 电路不工作。 具体电路如下： 图 215 降温去湿 电路 总电路设计 用 Protel画图 软件绘制的完整电路图如下： 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 13 图 216 总电路图 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 14 3 软件设计 系统概述 电路实现的基本功能是温湿度检测。 通过液晶 LCD1602 实时环境温湿度的基本信息。 增强功能是超过上下 限会有对应的报警指示灯亮和蜂鸣器报警。 软件设计是本设计的关键，软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。 因本程序涉及的模块较多，所以程序编写也采用模块化设计， C语言具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的特点，所以本系统的软件采用 C51 编写。 程序设计流程图 N开 始液 晶 初 始 化g F u n c t i o n c o u n t是 否 为 0显 示 子 函 数 1Y按 键 扫 描 子 程 序 图 31 主程序流程图 主程序流程图如图 41 所示，先对液晶显示进行初始化，然后判断 gFunctioncount的值是否为 0，为 0 则进入显示子函数，否则进行下一步操作，最后执行按键扫 描子程序。 按键扫描子程序原理图是这样的。 一次完整的击键过程，包含以下 5 个阶段： 1.等待阶段：此时按键尚未按下，处于空闲阶段。 （闭合）抖动阶段：此时按键刚 福建农林大学金山学院本科毕业设计说明书 15 刚按下，但按键信号还处于抖动状态，这个时间一般为 5~20ms。 为了确保按键操作不会误动作，此时必须有个前沿消抖动延时。 ：此时抖动已经结束，一个有效的按键动作已经产生。 系统应该在此时执行按键功能；或将按键所对应的键值记录下来，待按键释放时再执行。 （释放）抖动阶段：一般来说，考究一点的程序应该在这里再做一次消抖延时，以防误动作。 但是，如果前面“前沿抖动阶段”的消抖延时时间取值合适的话，可以忽略此阶段。 ：此时后沿抖动已经结束，按键已经处于完全释放状态，如果按键是采用释放后再执行功能，则可以在这个阶段进行按键操作的相关处理。 L C D 1 6 0 2 初 始 化 子 函 数设 置 8 位 格 式 ， 2 行 ， 5 * 7开 整 体 显 示 ， 关 光 标 ， 不 闪 烁设 定 输 入 方 式 ， 增 量 不 移 位清 除 屏 幕 显 示清 屏 延 时 图 32 LCD16。