智能加濕器畢業(yè)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 存檔編號 華北水利水電大學 North China University of Water Resources and Electric Power 畢 業(yè) 設 計題目 基于單片機的智能加濕器設計 學 院 機械學院 專 業(yè) 測控技術與儀器 姓 名 學 號 指導教師 完成時間 教務處制 存檔編號 獨立完成與誠信聲明本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設計（論文）是本人在指導教師的指導下，獨立工作所取得的成果并撰寫完成的，鄭重確認沒有剽竊、抄襲等違反學術道德、學術規(guī)范的侵權行為。文中除已經(jīng)標注引用的內容外，不包含其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個

2、人和集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 指導導師簽名： 簽字日期： 簽字日期：畢業(yè)設計（論文）版權使用授權書本人完全了解華北水利水電大學有關保管、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。特授權華北水利水電大學可以將畢業(yè)設計（論文）的全部或部分內容公開和編入有關數(shù)據(jù)庫提供檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段復制、保存、匯編以供查閱和借閱。同意學校向國家有關部門或機構送交畢業(yè)設計（論文）原件或復印件和電子文檔（涉密的成果在解密后應遵守此規(guī)定）。畢業(yè)設計（論文）作者簽名： 導師簽名：簽字日期： 簽字日期：專心-專注-專業(yè) 目 錄 （

3、基于單片機的智能加濕器） 摘 要 隨著科學技術的發(fā)展和生活水平的提高，加濕器開始引起人們的注意，不論是工廠、倉庫、車間、還是臥室，加濕器隨處可見并且發(fā)揮著極其重要的作用。但是，常規(guī)的加濕器只是簡單地持續(xù)加濕,對濕度的調節(jié)能力差，容易過度加濕，并且缺乏對水位的檢測管理，缺乏安全性。而無論是在日常生活中還是科學試驗及工業(yè)生產(chǎn)中，不僅要求準確有效的控制濕度，還要確保加濕的安全性。 因此，需要設計一款智能加濕器來有效的調節(jié)控制加濕，當環(huán)境濕度偏低則開始加濕，達到設定的濕度時就停止加濕，總是把濕度控制在適宜的狀態(tài)下。水位低時自動報警并且停止加濕，確保加濕的安全性。有效地防干燒和過度加濕，實現(xiàn)加濕器的智能

4、化。目前市面上具有此類功能的加濕器還沒有被廣泛使用，因此將有良好的市場前景和開發(fā)價值。 本次設計為基于單片機的智能加濕器系統(tǒng)，以STC89C52和溫濕度傳感器DHT11為設計核心，利用濕度傳感器將溫濕度信號進行采集并轉換成數(shù)字信號，利用單片機進行數(shù)據(jù)分析和處理，實現(xiàn)智能開啟和關閉加濕功能,用LED燈的亮滅模擬控制以達到對濕度的調節(jié)。外接輔助電路實現(xiàn)加濕器的防干燒以及室內相對濕度的實時顯示功能。系統(tǒng)電路簡單、讀取方便、檢測精度高，具有較高的可靠性和實用價值。關鍵詞: 加濕器;報警；STC89C52;DHT11 （The intelligent humidifier based on single

5、 chip microcomputer) Abstract With the development of science and technology and the improvement of living standards, Humidifier began to enter Peoples vision,for example factory,warehouse,workshop,and bedroom,humidifier can be seen everywhere to play an extremely important role in. Regular humidifi

6、er just continues humidification simply,the humidity control ability is poor and makes excessive humidifying easily,it also lack of detection and management of the water level and the security is weak.But in both daily life and scientific experiments and industrial production,not only requires effec

7、tive control humidity accurately,but also need to ensure the safety of humidification. Therefore,we have to choose the Automatic humidifier to effectively adjust and control the humidity,when the environment humidity is low the humidifier begin to humidify and stop to humidify until reach the set te

8、mperature,always control the humidity in suitable condition,automatic alarm and stop humidification when the water level is low to ensure the safety of humidification.Effective prevent dry and excessive humidifying to implement the intelligent of the humidifier.Currently on the market which has the

9、function of this kind of humidifier has not been widely used,so it will have broad market and great development value.Use the light LED lights analog the control to adjust the humidity. The design of microcontroller-based intelligent temperature and humidity detection system, the design is on two im

10、portant factors in intelligent detection, the STC89C52 and humidity sensors DHT11 as the core。Use the humidity sensor to acquist the temperature and humidity and translate into digital signal and then use the SCM for data analysis and processing to implementation the intelligent open and close,with

11、light the LED lights to analog control to adjust the humidity.With external auxiliary circuit implementation to prevent humidifier from the dry and realize the indoor relative humidity real-time display function.The system has the advantages of simple circuit, easy reading, high detection precision,

12、 and high reliability and practical value.Keywords: Humidifier;alarm；STC89C52;DHT11第1章 緒論加濕器的應用在是很多行業(yè)中都可以見到，隨著科技的進步，國內外在溫濕度檢測領域的技術越來越成熟，溫濕度的檢測也朝著智能化、小型化和低功耗方向發(fā)展。由于單片機具有集成度高、性能穩(wěn)定且操作簡便等優(yōu)點，以單片機為基礎的智能加濕器在各個方面都具有優(yōu)越性。1.1 智能加濕器的選題背景和意義隨著經(jīng)濟技術等的發(fā)展，人們越來越注重生活品質，每當進入寒冷干燥的冬季，尤其是我國北方的大部分地區(qū)，由于供暖或使用空調導致皮膚干燥，容易引發(fā)感冒等

13、癥狀，同樣在夏季，由于大范圍的使用空調，也會導致類似的癥狀，因此需要加濕器來有效地增加室內濕度，滋潤干燥空氣，提高人體的舒適度。 人體舒體適度是指人體對外界氣象環(huán)境的感受不同于大氣探測儀器檢測收集到的各種氣象要素結果。人體舒適度指數(shù)測試為了更加清晰的顯示在不同的氣象環(huán)境下，人體能夠感受到的舒適度，在諸多的要素中，以氣溫、氣壓、風速、相對濕度這四個氣象要素，對人體的舒適度影響最大。相對濕度的不同會對處于此環(huán)境中的人產(chǎn)生重要影響，通常人體能感受到的最佳溫濕度范圍是40%RH60%RH。 相對濕度也是影響空氣質量的重要因素，由于空氣中的水分子可以和飄浮的煙霧、粉塵結合使其沉淀，能夠有效地去除霉味、油

14、漆味、煙味等異味，使空氣清新。本次設計的加濕器就是通過調節(jié)空氣相對濕度來改善人體舒適。研究發(fā)現(xiàn)，濕度不僅影響人們的生活質量，對工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質量有重要影響。如實驗室、廠房、倉庫、塑料薄膜大棚等需要調節(jié)溫濕度的場合，都會用到智能加濕器，使環(huán)境的濕度達到適宜的范圍。1.2 智能加濕器市場發(fā)展現(xiàn)狀及前景 加濕器在日常生活中目前已得到了廣泛的應用，但是目前的加濕器仍然需要手動控制和操作來開啟和關閉，只提供相對簡單的霧量調節(jié)，功能比較單一，并且不能對室內溫濕度進行檢測，在使用過程中容易過度加濕和干燒，不僅不能保證室內空氣的質量還會造成負面影響，存在安全隱患。因此開發(fā)設計一種以由用戶根據(jù)實際情況和需求進

15、行靈活設置，實用性高、價格低廉、安全性高的加濕器可為家庭及工業(yè)提供便利有效的濕度監(jiān)測和控制，具顯得尤為更為重要。 1.3 設計任務內務本設計重點解決傳統(tǒng)加濕器缺乏的防干燒和智能控制功能。以STC89C52單片機為核心，設計一個智能溫濕度控制系統(tǒng)?？梢栽谝欢ǖ姆秶鷥仍O置最佳相對濕度值，并且能在環(huán)境濕度變化時自動調整，以保持在設定的濕度基本不變。溫濕度信號通過溫濕度傳感器進行信號的采集并且轉換成數(shù)字信號，再利用單片機STC89C52進行數(shù)據(jù)分析和處理，并在1602LCD上顯示出當前濕度和設定的濕度值。外加時鐘電路、鍵盤電路和報警電路。除了可以用鍵盤切換手動/自動模式，設置最佳相對濕度值外，還可以通

16、過按鍵輸入低電平，驅動綠色發(fā)光二駕管發(fā)光，演示加濕，驅動蜂鳴器報警，演示在水位低時的防干燒功能。 硬件中一個開關為手動/自動轉換鍵，選擇自動后，相當于按下復位鍵，系統(tǒng)恢復默認最佳相對濕度，DHT11開始進行對溫濕度進行測量和計算，最后通過液晶屏顯示出所測相對濕度，如果低于最佳相對濕度就加濕，高于最佳相對濕度停止加濕。軟件設計部分對最佳相對濕度值進行了設定，當測量的濕度超過設定的值時，停止加濕；在加濕前先檢測水位信號，一旦輸入水位低信號，通過報警電路蜂鳴報警并且停止加濕，達到防干燒的目的。顯示部分單片機的P0口接到LCD的數(shù)據(jù)輸入口D1到D8，P1.0，P.1口分別接到LCD的的RS,E口，RW

17、接地表示數(shù)據(jù)寫入，本次設計只設計對LCD的數(shù)據(jù)寫入，RS接低電平時表示選擇寫指令操作，接高電平時表示寫數(shù)據(jù)操作，E接高脈沖表示讀取信息，在下降沿執(zhí)行指令。傳感器DATA口接到單片機的P2.7口，串口接口數(shù)據(jù)是單項雙向傳輸?shù)模捎脝慰偩€數(shù)據(jù)格式，一次性完整的輸出40bit高位先輸出，單片機只讀取表示前八位濕度整數(shù)部分。具體實現(xiàn)步驟為；根據(jù)用戶需求選擇自動/手動加濕模式，確定最佳相對濕度值；采集周圍空氣的濕度數(shù)據(jù)，送入主控模塊，主控模塊將實時的濕度和最佳相對濕度進行比較判斷是否開始加濕；能夠在水位低的時候通過主控模塊控制報警，并且停止加濕；液晶顯示器LCD用于顯示室內相對溫濕度和最佳相對溫濕度，用

18、戶通過按鍵輸入的最佳相對溫濕度，也通過LCD演示出來；利用LED燈演示加濕和水位高低。 第2章 系統(tǒng)硬件設計 2.1 系統(tǒng)設計思路采用實時測量濕度，有自動/手動兩檔，可以根據(jù)用戶需要設置最佳相對濕度。室內相對溫濕度的檢測選取數(shù)字濕度傳感器DHT11，單片機讀取傳感器輸入的相對濕度數(shù)據(jù)，通過LCD顯示出來同時也將測得值與默認或用戶輸入的最佳相對濕度值進行比較，進而控制加濕功能的實現(xiàn)。當濕度達到最佳相對濕度值后停止加濕，以達到防止過度加濕的目的。在整個過程中如果輸入水位低信號，則與水位監(jiān)測配套的蜂鳴器報警、加濕器停止加濕，達到防干燒的目的。設置了模式輸入、水位輸入和濕度的按鍵輸入方便用戶操作，同時

19、用指示燈顯示各狀態(tài)便于用戶查閱。單片機是系統(tǒng)的控制核心，因此單片機的性能關系到整個系統(tǒng)硬件和軟件的設計。單片機采用燒寫容易的STC89C51。由于SHT11不方便手工焊接，焊接的時候很容易因為溫度過高損害傳感器，因此傳感器選擇性能基本一樣但是焊接方便的DHT11。顯示部分選用1602LCD。報警采用蜂鳴報警。加濕通過綠色LED小燈進行模擬，燈亮代表開始加濕。系統(tǒng)總體方案的的整體框圖如圖2-1： 單 片 機 顯示 溫濕度傳感器 加濕 按鍵輸入模塊 報警 圖2-1 系統(tǒng)整體框圖2.2 單片機最小系統(tǒng)模塊2.2.1單片機介紹本系統(tǒng)采用STC89C52作為控制電路的核心器件，STC89C52是一種帶8

20、K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。工作電壓3.3V5.5V，其實物如圖2-2所示： 圖2-1 STC89C52實物圖本次設計使用6V供電，由于超過了單片機的工作電壓，所以電源電路需要增加一個二極管將電壓降到5.5V以下，為了防止二極管因為過流燒掉，再串聯(lián)一個220的限流電阻。由于二極管的單向導通性，接了二極管后還可以防止在焊接的時候，

21、因為電源接反燒壞單片機。STC89C52的電源電路如圖2-2所示: 圖2-2 STC89C52的電源電路 STC89C52主要功能如表2-1所示：表2-1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能 本次設計使用STC89C52的主要引腳：（1）主電源引腳（2根）VCC：電源輸入，接5V電源GND：接地線（2）外接晶振引腳（

22、2根）XTAL1：片內振蕩電路的輸入端XTAL2：片內振蕩電路的輸出端（3）控制引腳（4根）RST/VPP：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG：地址鎖存允許信號PSEN：外部存儲器讀選通信號EA/VPP：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。（4）可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。PO口：P0口作為一列8位漏極開路型雙向I/O口，常用作地址/數(shù)據(jù)總線復用口。內部沒有上拉電阻，使用時需添加外

23、部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可以驅動4個TTL邏輯門電路。P1口管腳寫入1后，通過內部上拉電阻將端口拉高為高電平，可作為輸入。在作為輸入使用時，由于內部上拉電阻的存在，P1口被外部下拉為低電平時會輸出一個電流。在使用FLASH進行編程和校驗時，P1口可作為第八位地址接收。 P2口：P2口是內部自帶上拉電阻，功能復用口，可驅動4個LS型TTL負載。P3口：P3口是和P2口功能基本一樣。除了作為一般的I/O口之外，P3口還可以作為重要的特殊功能口，可以接受一些用于變成校驗和閃速存儲器編程時的控制信號。 一些特殊功能口如表2-2所示： 表2-2

24、 P3口特殊功能引腳功能表P3.0 RXD串行輸入口P3.4 TO計時器0外部輸入P3.1 TXD串行輸出口P3.5 T1計時器1外部輸入P3.1 /INT0外部中斷0P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.1 /INT1外部中斷1P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選項單片機 STC89C52管腳圖如圖2-3所示: 圖2-3 STC89C52管腳圖 2.2.2 單片機最小系統(tǒng)（1）時鐘電路STC89C52內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內部方式的時鐘電路，在RXD和TXD引腳上外接定時元件，內部

25、振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212MHz之間選擇，電容值在530pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調的作用。本次設計采用12M晶振，30pF電容。（2）復位及復位電路復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。除PC之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表2-3所示：表2-3 一些寄存器的復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000H

26、TCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXXBSBUF不定IE0XBPCON0XXX0000BTMOD00H RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為12MHz的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過2us才能完成復位操作。 整個復位電路包括芯片內、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內復位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內部復位操作所需要的信號。

27、復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。 本次設計采用上電復位，通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。單片機的最小電路如圖2-4所示： 圖2-4 單片機最小系統(tǒng)2.3 傳感器部分2.3.1 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器 簡介 本系統(tǒng)采用DHT11作為濕度檢測器件，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器包括一個NTC測溫元件和一個電阻式測濕元件，可以和高性能的8位單片機相連，是一塊可以同時檢測溫濕度的數(shù)字傳感器。通過和單片機等微處理器構成簡單的電路，就能夠實時的檢測采集室內相對溫濕度。因此具有性能穩(wěn)定、響應迅速

28、、抗干擾能力強且性價比高等優(yōu)點。DHT11和單片機之間利用簡單的單總線可以實現(xiàn)通信，僅僅需要一個I/O口。傳感器內部的溫濕度數(shù)據(jù)可以一次性的傳給單片機。由于在高精度的濕度校驗室內進行過校準，并且以程序的形式在內存中存儲，因此可以保證數(shù)據(jù)的準確性。DHT11很低，在5V電源電壓下，工作室的平均最大電流為0.5mA. DHT11 外形及引腳排列與說明如下圖2-4所示： 圖2-5 DHT11外形及引腳排列VCC是電源腳，正電源輸入3.5-5.5V；DOUT是數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，單總線；NC是空腳，擴展未用；GND是電源地腳。能夠同時對相對溫濕度進行檢測；輸出為數(shù)字信號，可以減少預處理信號的負擔，減輕用

29、戶工作量；輸出為單總線結構，能夠有效減少對單片機的I/O口的占用，節(jié)省資源并且不用再額外的增加電器元件；單總線傳輸協(xié)議使單片機讀取傳感器的數(shù)據(jù)更加方便快；全部校準，為8位二進制數(shù)編碼方式。濕度測量范圍20%90%RH;溫度測量范圍050；適用范圍廣泛，在恒濕控制、溫濕度計、消費類家電領域都有應用。DHT11傳感器在上電后，需要等待1s以上，在越過不穩(wěn)定狀態(tài)期間不用向STC89C52單片機發(fā)送任何指令。DATA用于DHT11和微處理器之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次的通訊時間大約在4ms。數(shù)據(jù)分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，當前小數(shù)部分讀數(shù)為0，用于之后擴展。具體的操作流程如下:DHT11數(shù)字

30、溫濕度傳感器一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40位，先輸出高位。數(shù)據(jù)格式為：8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位校驗。數(shù)據(jù)傳送正確時，“8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)”所得結果的最后8位等于校驗和數(shù)據(jù)。 用戶MCU發(fā)送一次開始信號（低電平）后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號結束（拉高）后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式。DHT11復位時序如圖2-5所示: 圖2-6

31、 DHT11復位時序 總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18毫秒,本次設計的程序中拉低20ms.保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發(fā)送低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號結束后,延時等待20-40us后, 本次設計的程序中延時40us，讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可。由于單片機的上拉能力不足，容易產(chǎn)生很大的寄生電容從而導致RC充放電，容易使數(shù)據(jù)出錯，因此總線由4.7K上拉電阻拉高。DHT11開始發(fā)送數(shù)據(jù)過程如圖2-6所示： 圖2-7 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)

32、字0信號表示方法如圖2-7所示： 圖2-8 數(shù)字0信號表示方法數(shù)字0表示方法為，DHT11先把總線拉低12-14us然后拉高，高電平保持時間在26-28us范圍內，則此時為0電平。數(shù)字1信號表示方法如圖2-8所示： 圖2-9 數(shù)據(jù)1信號表示方法 數(shù)字1表示方法為，DHT11先把總線拉低12-14us然后拉高，高電平保持時間在116-118us范圍內，則此時為1電平。本次設計的程序是在高電平延時30us之后讀取，如果還是低電平，則輸出0，如果是高電平，則輸出1。2.3.2 傳感器電路傳感器模塊對整個電路進行信號采集和初步處理，DHT11在3-5.5V電壓下可以正常工作。在DHT11傳感器上電后，

33、為了越過不穩(wěn)定狀態(tài)需要等待一秒，在此期間不發(fā)送任何指令。DHT11和微處理器之間的通訊和同步通過DATA實現(xiàn),DATA和單片機的P2.0口相連，使用4.7K上拉電阻，防止干擾增加穩(wěn)定性。采用單總線數(shù)據(jù)格式，接口簡單，無需另外校準。單次的通訊時間約為4ms。分辨率為8bit，完全能夠滿足日常環(huán)境溫濕度的檢測要求。由于濕度的監(jiān)測受周圍溫度變化影響很大，氣體的相對濕度，在很大程度上也依賴于溫度。所以應該盡量在相對穩(wěn)定的環(huán)境中檢測濕度，在測量濕度時，應盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板，在安裝時應盡可能將DHT11遠離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外

34、殼的良好通風。為降低熱傳導，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。傳感器電路如圖2-9所示： 圖2-10 DHT11傳感器電路2.4 液晶顯示部分2.4.1 1602字符型液晶顯示屏 簡介本系統(tǒng)采用1602字符型液晶顯示屏，字符型液晶顯示模塊可專門用于數(shù)字、字母、符號等點陣，是一種點陣LCD。目前常用的有16*1、16*2、20*2和40*2行等模塊。通常有14或16條引腳線，還有一條背光電源線VCC和一條地線，和14腳的LCD的控制原理一樣。在單片機系統(tǒng)中常用液晶顯示器作為顯示元件。1602型LCD有D0-D7一共8位據(jù)線總線和R/W/RS/EN三個控

35、制端口，可以顯示2行共16個字符。工作電壓為5V，并且具有背光功能和字符對比度調節(jié)。其實物如圖2-10所示; 圖2-11 1602字符型液晶顯示器實物圖 1602LCD主要技術參數(shù)： 顯示容量:162個字符 芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 1602LCD引腳功能如圖2-11所示： 圖2-12 1602字符型液晶顯示器引腳功能1602LCD的引腳定義如下表： 表2-4 字符型LCD引腳定義表 2.4.2 1602LCD電路 本次設計的顯示部分采用1602液晶顯示器，可以顯示預設最佳相對濕度和室內實

36、時的相對濕度。RS腳和E腳分別和單片機的P1.0和P1.1相連，D0-D7口和單片機的P0口相連，P0口作為一列8位漏極開路型雙向I/O口，常用作地址/數(shù)據(jù)總線復用口。內部沒有上拉電阻，使用時需添加外部上拉電阻。在用作輸出口時，每腳可吸收8TTL門電流，可以驅動邏輯門電路，當P0口的管腳寫1時，可以作為高阻抗輸入端使用。當訪問程序存儲器或者外部數(shù)據(jù)存儲器時，可以作為數(shù)據(jù)/地址的第八位，在訪問期間內部上拉電阻激活。在用FLASH編程時，P0口可以作為原碼輸入口接受指令字節(jié)，在用FIASH進行校驗時，輸出指令字節(jié)，由于需要外接上拉電阻，所以和單片機STC89C52連接需要排阻，1602LCD液晶顯

37、示電路如圖2-12所示： 圖2-13 1602LCD液晶顯示電路2.2.3 報警電路部分 本設計采用的蜂鳴音報警電路，采用有源蜂鳴器，其驅動發(fā)聲簡單，通電就能持續(xù)發(fā)聲。主要工作就是在水位按鍵將低水位信號送給單片機后，進行報警起到防干燒的目的。蜂鳴器的發(fā)聲原理是在電流通過電磁線圈時，產(chǎn)生磁場來驅動振動膜發(fā)聲，因此需要一定的電流，由于單片機I/O引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要設計一個電流放大電路。所以添加一個PNP型三極管來放大驅動蜂鳴器。在本系統(tǒng)中報警電路由一個1K電阻，一個三極管和一個蜂鳴器組成，三極管用來放大電路中的電流，驅動蜂鳴器發(fā)聲,電阻用來限流

38、防止以控制放大電流。報警電路和單片機的P3.7口相連，當單片機檢測到水位低時，就會給P3.7置低電平0，此時三級管導通，蜂鳴器報警，如果水位正常，P3.7置高電平1，三極管截止。報警模塊的電路圖如圖2-13所示; 圖2-14 蜂鳴報警電路2.2.4 鍵盤部分 鍵盤分為獨立式按鍵和矩陣式按鍵。由于本設計中按鍵不多，因此選擇獨立式按鍵，所有按鍵都是在按鍵彈起時，按鍵與單片機之間的引腳處于高電平，按鍵按下時處于低電平：（1）總開關：主要用來控制硬件系統(tǒng)的開關；（2）水位鍵K2：主要用來輸入水位低信號，模擬防干燒功能；（3）狀態(tài)選擇鍵K1：模式選擇鍵，按一次后轉為手動模式，可以根據(jù)用戶需要輸入最佳相對

39、濕度，再按一次轉為自動模式，根據(jù)默認最佳相對濕度40%RH進行加濕；（4）數(shù)字設置鍵：在選擇手動模式后，按下設置鍵K3，后進行濕度設置，加鍵K4沒按一次加1，鍵減鍵沒按一次減1，設置完完成后再按K3，開始判斷是否開始加濕； 鍵盤模塊的電路圖如圖2-14： 圖2-15 按鍵電路2.3 系統(tǒng)電路工作原理 本次設計電路采用模塊化、層次化設計，總體設計的電路原理圖如圖2-15所示： 圖2-16 系統(tǒng)電路原理圖工作原理：本設計是由硬件和軟件相結合，利用軟件控制硬件的自動智能化工作。通過單片機將傳感器采集的數(shù)據(jù)送給液晶顯示，并輸出加濕控制信號或者報警信號，以達到智能加濕和防干燒的作用。 第3章 系統(tǒng)軟件設

40、計3.1 主程序設計 系統(tǒng)的程序設計分為幾個模塊包括濕度檢測模塊、濕度控制模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊、水位檢測模塊。系統(tǒng)上電初始化后，讀取水位信號，根據(jù)水位信號判斷是否蜂鳴報警，選擇自動/手動模式后，傳感器讀取濕度將數(shù)據(jù)送至單片機，單片機進行數(shù)據(jù)比對，判斷是否加濕。加濕中如果輸入水位低信號則蜂鳴報警且不再加濕。主程序流程圖如圖3-1所示： 開始 初始化 啟動加濕（即綠燈亮） 鍵盤掃描 結束 延時溫濕度檢測并傳送數(shù)據(jù)會單片機 1602顯示數(shù)據(jù)值判斷水位是否低 蜂鳴報警 是判斷濕度是否超出最佳值 否 圖3-1 主流程圖 3.2 濕度檢測控制模塊設計根據(jù)傳感器的通訊協(xié)議，首先由單片通過I/O口主動

41、產(chǎn)生激發(fā)信號，然后由傳感器控制數(shù)據(jù)線，單片機通過while語句不間斷的檢查I/O口的高低電平，得到準確地傳輸數(shù)據(jù)。DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如圖3-2所示： 開始從機80us低電平是否結束 否 P1.2輸出低電平 從機80us高電平是否結束 延時20ms 是 否 P1.2輸出高電平 延時40ms單片機進行數(shù)據(jù)接收 將數(shù)據(jù)按十進制數(shù)位存入數(shù)組讀P1.2引腳判斷是否為低電平 否 結束并保存 是 圖3-2 DHT11 傳感器模塊的軟件流程圖濕度的采集過程首先P1.2輸出低電平，延時18ms之后P1.2輸出高電平，延時40ms之后，讀P1.2引腳是否為低電平，如果不是低電平就繼續(xù)讀，如果是低電平

42、就開始執(zhí)行判斷從機80s高電平是否結束，如果沒有結束就繼續(xù)判斷；如果結束就進行單片機數(shù)據(jù)接受，并將接收到的數(shù)據(jù)按照十進制存入到指定的數(shù)組中，數(shù)據(jù)的采集結束并且保持數(shù)據(jù)采集持續(xù)地進行。3.3 液晶顯示模塊液晶顯示模塊在執(zhí)行每一條指令之前，都要先確認模塊的忙標志位，低電平時，表示不忙，若為高電平則此指令失效，顯示字符之前先要輸入顯示字符地址，告訴模塊那里顯示了字符。1602LCD直接和單片機的P0口通過排阻連接，無需再加驅動。LCD1602顯示數(shù)據(jù)的過程是首先進行液晶初始化，初始化之后執(zhí)行延時程序，等待數(shù)據(jù)的采集，演示完成后先寫入一些指令和顯示字符的地址，之后單片機向LCD發(fā)送數(shù)據(jù)即寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)

43、送完成后，LCD讀取寫入的地址并顯示出來，最后返回。軟件流程圖如圖3-3所示： 開始 液晶1602初始化 延時 讀數(shù)據(jù)并顯示 寫數(shù)據(jù) 取顯示首地址寫顯示行列地址 寫LCD指令 返回 圖3-3 液晶顯示模塊程序流程圖第4章 仿真和實物制作4.1 仿真在完成系統(tǒng)的硬件電路圖之后，與軟件相結合，檢驗設計是否正確就是系統(tǒng)的仿真。本設計采用的畫圖軟件是Proteus，另外它自帶仿真功能，能有效的實現(xiàn)硬件電路圖跟程序的調試與仿真。4.1.1 protues 軟件介紹 Proteus是一款電子設計自動軟件，可以實現(xiàn)原理布圖、PCB自動或人工布線和電路仿真。可以仿真51系列、PIC、AVR等市面上的主流單片機

44、。還可以在含有模擬原型的原理圖的基礎上，進行編程，配合LED/LCD、鍵盤或PRS232終端等動態(tài)的外設等的輸入，可以看到運行后的輸入輸出效果。在Proteus繪制完原理圖后，調入在Keil軟件中編譯好的*.HEX文件，運行后就可以看到實物的模擬運行狀態(tài)和過程。另外，在仿真運行的過程中，系統(tǒng)的每個連接引腳旁邊都會顯示出一個小正方形的指示燈，藍色代表低電平，紅色代表高電平，這樣就可以直觀的看到每個管教的高低電平變化，不需要再借助虛擬工具測量，從而對系統(tǒng)的軟件和硬件的性能有了最基本的判斷，優(yōu)化單片機的開發(fā)流程。在軟件調試和仿真完成之后，就可以將最終的程序HEX文件燒錄進單片機，檢測硬件系統(tǒng)。使用P

45、roteus進行單片機的仿真調試可以大幅的簡化硬件的調試工作，不僅可以彌補元器件和實驗儀器的缺乏帶來的不足，而且降低了原材料的消耗還避免了一起損壞等問題。節(jié)省焊接電路板的時間，提高產(chǎn)品的開發(fā)效率和降低開發(fā)成本，但相對的在軟件編寫和調試過程中就要更加認真。 由于Proteus中沒有濕度傳感器DHT11,所以仿真時代替DHT11輸入的數(shù)字信號，將實時濕度固定位30%，寫入1602LCD。上電之后由于加濕器默認是自動模式，最佳相對濕度默認為40%，從仿真圖中可以看到，室內濕度為30%低于最佳濕度，加濕器開始加濕，LED小燈變亮。上電之后的界面如圖4-1所示： 圖4-1 上電之后的仿真界面 按下水位報

46、警后的界面如圖4-2所示： 圖4-2 按下水位報警后的仿真界面 按下自動/手動選擇鍵，選擇手動模式后的仿真界面如圖4-3所示： 圖4-3 選擇手動模式后的仿真界面按下設置鍵K3，通過調節(jié)K2加鍵和K3減鍵設定最佳濕度后的界面如圖4-4所示： 圖4-4 手動設置最佳濕度后的界面4.2 實物制作實物制作包括硬件焊接和軟件調試。硬件焊接按照模塊進行，每焊接完一個模塊，都要將對應的軟件程序通過燒寫軟件燒寫進單片機，檢測運行情況并調試，只有完全正確以后才能焊接后續(xù)模塊。燒寫軟件選擇STC_ISP_V480，在使用之前要將MCU Type設置為STC89C52RC，之后將.hex文件選擇對應的COM端口，

47、然后點擊下載就能實現(xiàn)硬件和軟件的連接。4.2.1硬件焊接制作硬件時首先從焊接電源部分，電源電路里添加一個二極管既能降壓又能防止電源一旦接反，燒壞器件。電源電路焊好后進行測試，如果紅色led燈亮，開始焊接單片機的最小系統(tǒng)，按照模塊一點一點增加元器件。硬件焊接要完全的按照電路圖。焊接之前最好根據(jù)元器件的尺寸，合理的放置每個模塊，然后逐個焊接每個小模塊。每焊接完一個模塊要用萬用表測量電源和地之間是否短路，如果出現(xiàn)短路，就要立即檢測是哪一處的焊接導致的短路。烙鐵不要長時間接觸面包板，若長時間接觸會因為高溫導致焊盤或者器件的損壞；溫度太低，容易造成冷焊點。焊接時焊錫用的少，引腳容易脫落；焊錫太多，容易和

48、相鄰的引腳接觸導致短路。先焊接單片機和1602液晶顯示的底座，然后焊接小元件，特別是先焊接單組這一類器件。為了保證焊接的質量，焊接元件時要先固定一個引腳，然后再調整元件的位置以及高低合適后，再焊接其余引腳，以免焊歪，因為一旦固定好兩個以上引腳，元件的位置就不可動，在焊接時要注意避免虛焊、缺焊、短路等情況，而且要盡量減少跳線的出現(xiàn)。在每次焊接時，都要注意元器件是否要區(qū)分正負極、區(qū)分的話哪個腳接單片機的引腳。例如：發(fā)光二極管有正負極所以就要考慮極性，長針是正極，短針是負極；蜂鳴器是有源蜂鳴器，長針是正極，短針是負極；三極管使用8550PNP型，三極管發(fā)射極接電源正極，基極和單片機的I/O口連接，集

49、電極接蜂鳴器的正極，而蜂鳴器的負極接地；開關、陶瓷電容沒有正負極，焊接時就不用考慮引腳的極性。4.2.2硬件問題及解決辦法（1）LCD1602不顯示電路焊接好后，向單片機寫入濕度顯示部分程序。液晶能點亮，但是沒有顯示，經(jīng)過分析可能問題有四種：一電路焊接情況，二電路接觸不好，三液晶模塊的問題，四單片機沒有工作。檢查硬件電路，發(fā)現(xiàn)液晶的E腳和RS腳接錯，修改程序重新對應引腳，但液晶仍談沒有顯示。檢查電路有無串聯(lián)接觸問題，各個腳和連線用萬用表測試，各部分電路并沒有串聯(lián)和虛焊。將單片機和液晶顯示插到學習板上，液晶可以顯示數(shù)據(jù)，且顯示格式正確，由此可以確定單片機以及液晶模塊完好。問題可能出在電路接觸不良導致單片機沒有工作。而電路中由于在焊單片機時使用了排線插槽，所以可能使排線插槽接觸不良，將插槽再次焊好后，液晶可以正常顯示。系統(tǒng)與LAC51系列的仿真環(huán)境下開發(fā)，編程過程中利用軟件仿真調試系統(tǒng)，當軟仿通過則利用該仿真器仿真，并按順序檢查錯誤進行修改，最終將程序的HEX文件燒錄進入單片機進行實測。（2）蜂鳴器不響由于剛開始沒用萬用表測三極管型號，導致焊好之后蜂鳴器不響，由于本次設計使用的是PNP型的的三極管，低電平導通，高電平截止。將三極管平字面對著自己從左到右引腳順序為ebc，基極接單片機的引腳，將三極管卸下來重新焊好后蜂鳴器正常工作。最后完成后的實物如圖4-5所示: