溫濕度傳感器_課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱單片機(jī)原理與應(yīng)用課題名稱 環(huán)境溫、濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)自動(dòng)化班級1191學(xué) 號 20姓 名指導(dǎo)教師 曉秀 王迎旭2013 年 12月12日.頁腳.工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱單片機(jī)原理與應(yīng)用課 題 環(huán)境溫、濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級自動(dòng)化學(xué)生姓名 學(xué) 號 2011指導(dǎo)老師曉秀審 批任務(wù)書下達(dá)日期2013 年12月1日任務(wù)完成日期 2013年 12月13日設(shè)計(jì)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)容：主要設(shè)計(jì)條件本課題要求以單片機(jī)為核心，采用溫濕度傳感器DHT11設(shè)計(jì)一個(gè)對環(huán)境溫度濕度的檢測系統(tǒng)，要求用按鍵控制系統(tǒng)選擇分 別對溫度或濕度的測試、復(fù)位、清除功能，用四位 LED數(shù)碼管顯 示實(shí)時(shí)溫度和

2、溫度。設(shè)計(jì)要求：1）確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；2）進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；3）完成必要元器件選擇；4）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試；5）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及操作說明6）按規(guī)要求寫設(shè)計(jì)說明書1、PC機(jī)及單片機(jī)調(diào)試軟件；2、開發(fā)板1塊；3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試所需的元器件說明書格式1 .課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2 .目錄3 .總體方案確定4 .各單元硬件電路設(shè)計(jì)及計(jì)算方法5 .軟件設(shè)計(jì)與說明（包括流程圖）6 .調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說明7.總結(jié)8、參考文獻(xiàn)9、附錄附錄A系統(tǒng)原理圖附錄B程序清單10、課程設(shè)計(jì)成績評分表。進(jìn)度安排設(shè)計(jì)時(shí)間分為二周第一周星期一、上午：布置課題任務(wù)，課題介紹及講課。下午：借閱有關(guān)資料，總體方案討論。星期二、確定總體方案，

3、學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)相關(guān)容。星期三、各部分方案設(shè)計(jì)，各部分設(shè)計(jì)。星期四、設(shè)計(jì)及調(diào)試。星期五、設(shè)計(jì)及調(diào)試。星期六、設(shè)計(jì)及調(diào)試。第二周星期一：設(shè)計(jì)及調(diào)試。星期二：設(shè)計(jì)及調(diào)試。星期三：調(diào)試、寫說明書。星期四-星期五上午：寫說明書、完成電子版并打印成稿星期五下午：答辯。參考文獻(xiàn)1王迎旭等.單片機(jī)原理及及應(yīng)用M機(jī)械工業(yè)出版社.2012年2康華光等.模擬電子技術(shù)第五版M高等教育出版社2011年3杜樹春等.單片機(jī)C語言M北京航空航天大學(xué)出版社目錄第1章概述81.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 81.2 設(shè)計(jì)方案 9第2章硬件設(shè)計(jì)92.1 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 92.2 溫濕度測量電路設(shè)計(jì)102.3 按鍵電路 12第3章軟件設(shè)計(jì)13

4、3.1 主函數(shù)設(shè)計(jì) 133.2 按鍵查詢 143.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控與測試流程圖 16第4章硬件調(diào)試與結(jié)果分析 184.1 調(diào)試過程184.2 硬件調(diào)試 19第5章總結(jié)21參考文獻(xiàn)22附錄一：系統(tǒng)仿真圖23附錄二：源程序24電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評分表 29第1章概述1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本課題以單片機(jī)為核心，用智能集成溫溫度傳感器DHT11主要實(shí)現(xiàn)檢測溫度、濕度的檢測，將溫度濕度信號通過傳感器進(jìn)行信號的采集并轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號，再運(yùn)用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理， 在數(shù)碼管上顯示當(dāng) 前溫濕度。要求用按鍵控制系統(tǒng)選擇分別對溫度或濕度的測試、復(fù)位、清除功能，完成硬件調(diào)試。1.2 設(shè)計(jì)方案本課題的溫濕度測

5、試，通過單片機(jī) STC-89C51連接溫濕度模塊、顯示模塊將溫度、濕度同時(shí)顯示。單片機(jī)發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，如果沒有接收到單片 機(jī)發(fā)送來的信號，DHT11不會主動(dòng)進(jìn)行溫度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1.1所示。圖1.1程序設(shè)計(jì)框圖第2章硬件設(shè)計(jì)2.1 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路MCS-51單片機(jī)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反放大器，引腳 XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入端和輸出端。通常，經(jīng)由片外 晶體振蕩器或陶瓷諧振器與兩個(gè)匹配電容一起構(gòu)成一個(gè)

6、自激振蕩電路。本課題由片外晶體振蕩器與兩個(gè)匹配電容一起構(gòu)成了一個(gè)部時(shí)鐘振蕩電路， 為單片機(jī)提供時(shí)鐘源。本設(shè)計(jì)復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，與上電自動(dòng)復(fù)位電路 相同；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電容通過并聯(lián)的電阻迅速放電，然后， RC電路充 電，能夠保證RST端能夠維持一段時(shí)間的高電平。如圖 2.1所示。圖2.1 時(shí)鐘及復(fù)位電路2.2 溫濕度測量電路設(shè)計(jì)DHT11的供電電壓為3-5.5V,傳感器上電后，要等待1s以越過不 穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳( VDD, GND)之間可 增加一個(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。數(shù)據(jù)用于微處理器與 DHT11之 間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一

7、次通訊時(shí)間4ms左右，數(shù)據(jù)分小 數(shù)部分和整數(shù)部分。如圖2.2所示，本電路上拉電阻為5K,數(shù)據(jù)端接P1.7 (接受溫濕度數(shù)據(jù))。2.3 顯示電路本電路由四位一體共陽極數(shù)碼管顯示，采用9015三極管做位驅(qū)動(dòng)。根據(jù)發(fā)光二極管物理連接的不同，七段數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。其中P0端口為段選，P2.0P2.3為位選，如圖2.3所示圖2.3顯示電路2.4 按鍵電路單片機(jī)設(shè)計(jì)中按鍵可分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵，本系統(tǒng)由于按鍵較少，故采用四個(gè)獨(dú)立按鍵，上拉電阻為 1K。其中，四個(gè)按鍵功能分別 是顯示溫度、顯示濕度、實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示溫濕度、測試溫濕度。如圖 2.4。圖2.4按鍵電路第3章軟件設(shè)計(jì)本軟件設(shè)

8、計(jì)主要是對距離進(jìn)行測量、 顯示。因此，整個(gè)軟件可分為按 照硬件電路對單片機(jī)位定義；溫濕度設(shè)置子程序；溫濕度接收子程序；顯 示子程序；延時(shí)子程序等。由于本設(shè)計(jì)方案要求硬件電路和軟件編程相結(jié)合，所以選擇合適的編 程語言十分重要。c語言執(zhí)行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用 方便靈活，運(yùn)算豐富，表達(dá)化類型多樣化，程序設(shè)計(jì)自由度大，很好的可 重用性，可移植性等特點(diǎn)基于 c語言的眾多優(yōu)點(diǎn)本設(shè)計(jì)選擇此語言來編 程。3.1 主函數(shù)設(shè)計(jì)軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序。主程序完成初始化工作、 溫濕度數(shù)據(jù)接收處理控制。外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、 結(jié)果的輸出等工作，如圖3.1所示。圖3.1 主

9、程序流程圖3.2 按鍵查詢獨(dú)立式按鍵接口采用直接讀入方式工作，直讀式鍵盤接口是一個(gè)輸入 接口，輸入接口主要功能是解決數(shù)據(jù)輸入的緩沖 （選通）問題。本設(shè)計(jì)按 鍵較少，采用的獨(dú)立按鍵。圖3.2查詢按鍵處理在掃描按鍵函數(shù)中，每按下不同按鍵會返回一個(gè)不同的數(shù)值，在主函數(shù)中有按鍵查詢函數(shù)判斷為那個(gè)按鍵按下， 隨后進(jìn)入不同的子函數(shù)，如圖3.2 所示。3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控與測試流程圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為實(shí)時(shí)監(jiān)控與測試模塊，圖 3.3示為測試模塊。上電 是數(shù)碼管顯示四個(gè)零，當(dāng)按下測試按鍵后，系統(tǒng)開始測量環(huán)境溫、濕度。 當(dāng)數(shù)碼管顯示四個(gè)“一”時(shí)，表示成功測量溫、濕度。當(dāng)按下溫度（濕度） 顯示按鍵，該模塊顯示測試時(shí)的溫度（

10、濕度）。當(dāng)要進(jìn)行下一次測量時(shí)， 必須按下測試按鍵。開始調(diào)用測試函數(shù)圖3.3測試流程圖圖3.4示為實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊，按下實(shí)時(shí)監(jiān)控鍵后，啟動(dòng)T0定時(shí)器開 始定時(shí)，每一分鐘測試一次溫度、濕度，并在四位一體的共陽極數(shù)碼 管輪流顯示溫度、濕度。當(dāng)按下溫度（濕度）顯示按鍵后，該模塊只 顯示實(shí)時(shí)的溫度（濕度）。當(dāng)再次按下實(shí)時(shí)監(jiān)控按鍵后。定時(shí)器 T0關(guān)閉。開始是否按鍵？顯示是否按鍵？N重裝初值啟動(dòng)定時(shí)器*»調(diào)用測試函數(shù)輪流顯示溫濕度圖3.4實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊第4章硬件調(diào)試與結(jié)果分析4.1 調(diào)試過程在編寫此程序前，感覺DHT11的通信程序和取數(shù)程序最為難寫，在 之前的學(xué)習(xí)中我并沒有接觸過單總線的通信時(shí)序圖。 通

11、過查閱資料和參考 現(xiàn)有的程序，然后在老師講解和與本組的其他組員談?wù)摵螅?終于弄明白這 方面的知識。而在測量函數(shù)中，剛開始并沒有測得數(shù)據(jù)，通過查閱書籍我 設(shè)置了一個(gè)全局變量，一步一步跟蹤每一步并顯示在 P1的LED燈上，一 步一步跟蹤，完善了 DTH11的通信與取數(shù)函數(shù)。但在通信與取數(shù)函數(shù)與按鍵函數(shù)銜接時(shí)，總是有一定的概率測不到數(shù) 據(jù)，慢慢的調(diào)試我發(fā)現(xiàn)我的通信與取數(shù)函數(shù)要連續(xù)調(diào)用兩次才能每次正確 的讀取數(shù)據(jù)，在此，我設(shè)置了一個(gè)全局變量作為一個(gè)標(biāo)志位， 每次按下測 量鍵是將該標(biāo)志位設(shè)置為2,使通信與取數(shù)函數(shù)循環(huán)兩次，這樣保證了每 次按下測試按鍵后就能與DHT11正確的通信從而保證得到正確的數(shù)據(jù)。在

12、實(shí)時(shí)監(jiān)控這個(gè)模塊中，為了保證溫、濕度能循環(huán)顯示、按鍵后能只 顯示溫度（濕度）。由于按鍵有限，所以一下設(shè)置了很多的標(biāo)志位。因?yàn)?標(biāo)志位太多，而沒有將所有的環(huán)節(jié)考慮進(jìn)去，一下程序有調(diào)試了很久才正 確的實(shí)現(xiàn)要求的功能。4.2 硬件調(diào)試如圖4.1所示，按下左下角按鍵時(shí)，單片機(jī)開始與 DHT11通信并開 始測試溫、濕度。圖示為測量溫、濕度成功。圖4.1初始化當(dāng)按下圖示按鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示此時(shí)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控的環(huán)境濕度。其中最前端的“C”表示此時(shí)顯示的事環(huán)節(jié)溫度，如圖 4.2。圖4.2顯示濕度當(dāng)按下此按鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示此時(shí)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控的環(huán)境溫度。 其中最前 端的“H”表示此時(shí)顯示的是環(huán)境濕度，如圖 4.3。圖4.3

13、顯示溫度第5章總結(jié)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了以前學(xué)過的知識， 而且學(xué)到了很多書 本上沒有沒到的知識，掌握了一種系統(tǒng)的研究方法，可以進(jìn)行一些簡單的 編程，通過這次課程設(shè)計(jì)我們明白理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識還不夠，理論實(shí)踐相結(jié)合才能提高實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能 力。同樣，在學(xué)習(xí)中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處， 例如對以前所學(xué)過的知識 理解不夠深刻，掌握不夠牢固。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí) 際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和 考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng) 用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以

14、說得是無處不在。因此作為二十一 世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿， 從理論到實(shí)踐，在接近兩個(gè)星期的日子里，可以說得是苦多于甜，在設(shè)計(jì) 的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，難免會遇到過各種各樣的問題， 通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。參考文獻(xiàn)1王迎旭等.單片機(jī)原理及及應(yīng)用M機(jī)械工業(yè)出版社.2012年2龔建偉、熊光明等.Visual.c.Tubor.c 串口通信M3康華光等.模擬電子技術(shù) 第五版M高等教育出版社2011年4杜 樹春等.單片機(jī)C語言M北京航空航天大學(xué)出版社附錄一：系統(tǒng)仿真圖附錄二：源程序

15、#include <reg51.h>bit flag2,flag3,flag5;sbit dhtll = P1A7;# define NUMBER 20/防止在與硬件通信時(shí)發(fā)生死循環(huán)的計(jì)數(shù)圍# define SIZE 5# define OK 1# define ERROR 0/函數(shù)的返回值表示讀取數(shù)據(jù)是否成功OK表示成功ERROR表示失敗void DHT11_Delay_10us(void);/延時(shí)10usvoid ceshiwenshidu(void);void xianshishidu(void);void xianshiwendu(void);unsigned char R

16、eadValue(void);unsigned char DHT11_ReadTempAndHumi(void);void delay_1_002s(void);void delay(unsigned char i);/延時(shí)程序void display(unsigned char Ied0,led1,led2,led3);/動(dòng)態(tài)掃描顯小程序unsigned char keyscan(void);/鍵盤掃描unsigned char status;/#define uchar unsigned char/#define uint unsigned intunsigned char flag1,f

17、lag4;unsignedcharled_code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf,0x89;/* 共陽字型段碼表，"0"-"F","-", " H" */unsigned char led0,led1,led2,led3;/存放五字節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)組unsigned char value_temp, value_humi;void DHT11_Delay_10us(void)unsi

18、gned char i;i-；i-；i-；i-；i-；i-；/*讀一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)*/unsigned char DHT11_ReadValue(void)unsigned char count, value = 0, i;status = OK;/設(shè)定標(biāo)志為正常狀態(tài)for(i = 8; i > 0; i-)/高位在先 value <<= 1;count = 0;/每一位數(shù)據(jù)前會有一個(gè)50us的低電平時(shí)間.等待50us低電平結(jié)束while(dht11 = 0) && (count+ < NUMBER);if(count >= NUMBER)statu

19、s = ERROR;/設(shè)定錯(cuò)誤標(biāo)志return 0;/函數(shù)執(zhí)行過程發(fā)生錯(cuò)誤就退出函數(shù)/26-28us 的高電平表示該位是 0,為70us高電平表該位1DHT11_Delay_10us();DHT11_Delay_10us();DHT11_Delay_10us();.頁腳./延時(shí)30us后檢測數(shù)據(jù)線是否還是高電平if(dht11 != 0)進(jìn)入這里表示該位是1value+;/等待剩余(約40us)的高電平結(jié)束while(dht11 != 0) && (count+ < NUMBER)dhtll = 1;if(count >= NUMBER)status = ERROR

20、;/設(shè)定錯(cuò)誤標(biāo)志return 0;.頁腳.頁腳.return (value);/讀溫度和濕度函數(shù)，讀一次的數(shù)據(jù)，共五字節(jié)，讀出成功函數(shù)返回OK,錯(cuò)誤返回ERRORunsigned char DHT11_ReadTempAndHumi(void)unsigned char i = 0, check_value = 0,count = 0;display(led0,led1,led2,led3);/ EA = 0;dht11 = 0;于18ms發(fā)送開始信號display(led0,led1,led2,led3);毫秒dht11 = 1;用于檢測低電平的應(yīng)答信號/拉低數(shù)據(jù)線大/需大于18/釋放數(shù)據(jù)線

21、,/ 延時(shí) 20-40us,等待一段時(shí)間后檢測應(yīng)答信號，應(yīng)答信號是從機(jī)拉低數(shù)據(jù)線80usDHT11_Delay_10us();DHT11_Delay_10us();.頁腳.DHT11_Delay_10us();/檢測應(yīng)答信號DHT11_Delay_10us();if(dht11 != 0)應(yīng)答信號是低電平return ERROR;elsewhile(dht11 = 0)&&(count+ < NUMBER);應(yīng)答信號結(jié)束if(count >= NUMBER)否超過了設(shè)定的圍dht11 = 1;return ERROR;錯(cuò)，退出函數(shù)count = 0;dht11 =

22、1;/沒應(yīng)答信號/有應(yīng)答信號/等待/檢測計(jì)數(shù)器是/讀數(shù)據(jù)出/釋放數(shù)據(jù)線/應(yīng)答信號后會有一個(gè)80us的高電平，等待高電平結(jié)束while(dht11 != 0) && (count+ < NUMBER);if(count >= NUMBER)dhtll = 1;return ERROR;退出函數(shù)/讀出濕.溫度值for(i = 0; i < SIZE; i+)value_arrayi=DHT11_ReadValue();if(status = ERROR)調(diào)用ReadValue() 讀數(shù)據(jù)出錯(cuò)會設(shè)定 status 為ERRORdht11 = 1;return ERR

23、OR;/讀出的最后一個(gè)值是校驗(yàn)值不需加上去if(i != SIZE - 1)/讀出的五字節(jié)數(shù)據(jù)中的前四字節(jié)數(shù)據(jù)和等于第五字節(jié)數(shù)據(jù)表示成功check_value += value_arrayi;/end fordisplay(led0,led1,led2,led3);/在沒用發(fā)生函數(shù)調(diào)用失敗進(jìn)行校驗(yàn)if(check_value = value_arraySIZE - 1)value_humi = value_array0;value_temp = value_array2;dht11 = 1;return OK;正確的讀出 dht11 輸出的數(shù)據(jù)else.頁腳./校驗(yàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)return ERRO

24、R; void delay_1_002s(void)unsigned char z,b,c;for(z=0;z<10;z+)for(b=0;b<160;b+)for(c=0;c<207;c+);void delay(unsigned char x)unsigned char i,j;.頁腳.for(i=0;i<x;i+)for(j=0;j<120;j+);void display(unsigned char Ied0,led1,led2,led3)P2=0xfe;P0=led_codeled0;delay(5);P2=0xfd;P0=led_codeled1;de

25、lay(5);P2=0xfb;P0=led_codeled2&0x7f;delay(5);P2=0xf7;P0=led_codeled3;delay(5);P2=0xff;unsigned char keyscan(void)unsigned char cord_l;cord_l=P3&0xf0;if(cord_l!=0xf0)display(led0,led1,led2,led3);if(cord_l!=0xf0)while(P3!=0xf0).頁腳.P3=0xf0;/等待按鍵釋放.頁腳.return(cord_l);return(OxfO);void ceshiwenshi

26、du(void)unsigned char d;for(;flag4>0;flag4-)d=DHT11_ReadTempAndHumi();display(led0,led1,led2,led3);if(flag3=0)if(d=1)(led0=16;led1=16;led2=16;led3=16;flag4=1;void xianshishidu(void)led0=17;led1=value_humi/10;led2=value_humi%10;led3=0;void xianshiwendu(void)led0=12;led1=value_temp/10;led2=value_temp%10;led3=0;void main(