基于單片機的智能溫濕度檢測器設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGEPAGE39基于單片機的智能溫濕度檢測器設(shè)計摘要在現(xiàn)代生活中，人們越來越重視溫度和濕度的檢測和控制，因為這兩個因素也是影響人們生活的重要組成部分。在人們的日常生活中，在家庭環(huán)境中，人們也開始隨時隨地關(guān)注溫度和濕度，可以說空調(diào)和加濕器等物品都是溫度和濕度的產(chǎn)物。在工業(yè)上，倉庫的溫濕度更顯得尤為重要，因為倉庫的物品可能受溫濕度影響會變質(zhì)變化，這就造成對溫濕度的時時檢測和控制顯得極其重要。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)在的大棚種植技術(shù)更是離不開對溫濕度的嚴格控制，各種類型的植物在各階段對溫濕度的要求不一，所以大棚內(nèi)的溫濕度要做到適合棚內(nèi)植物生長和發(fā)育就要求對溫濕度進行適時調(diào)整和改變以促進植物的更好更快的生長。該課題就是關(guān)于兩個重要的因素的智能檢測設(shè)計，設(shè)計以51單片機AT89C52和濕度傳感器DHT11為核心，通過液晶顯示器LCD1602對溫濕度進行實時顯示，而且本設(shè)計還帶有報警電路，對溫濕度超出預(yù)設(shè)值的情況下進行報警提示，有發(fā)光二級管和蜂鳴器這兩種方式進行同時報警和提示。關(guān)鍵詞：溫濕度測量；AT89C52；DHT11；LCD1602

IntelligenttemperatureandhumiditydetectordesignbasedonSCMAbstract：Inmodernlife,thereisagrowingemphasisonthedetectionandcontroloftemperatureandhumidity,becausethesetwofactorsalsoplayanimportantpartofpeople'slives.Inthehomeenvironment,peoplealsobegantoconcernedaboutthetemperatureandhumiditycanbesaidthatitemssuchasairconditioningandhumidifiersaretheproductoftemperatureandhumidity.Inindustrial,warehouse’stemperatureandhumidityisparticularlyimportant,becausethewarehouseitemsmaybeaffectedbytemperatureandhumidityaffectthemetamorphicchanges,whichresultedintemperatureandhumidityfromtimetotimetodetectandcontrolisextremelyimportant.Ingreenhousetechnologyinagriculturalproduction,isinseparablefromthestrictcontroloftemperatureandhumidity,alltypesofplantsinvariousstagesofdifferentrequirementsoftemperatureandhumidity,temperatureandhumiditywithinthegreenhousetoachievesuitableshedplantgrowthanddevelopmentoftemperatureandhumiditytomaketimelyadjustmentsandchangeafasterandbetterinordertopromoteplantgrowth.mysubjectisontwoimportantfactorsinintelligentdetectiondesign,thedesigntothe51SCMAT89C52andhumiditysensorsDHT11asthecore,throughtheLCDmonitorLCD1602real-timedisplayoftemperatureandhumidity,butthisdesignalsocomeswithanalarmcircuit,thetemperatureandhumidityexceedsthepresetvaluethealarm,therearetwowayslightemittingdiodeandbuzzeralarmsimultaneouslyandtips.Keywords:temperatureandhumiditymeasurement;AT89C52;DHT11;LCD1602

目錄第1章前言 11.1課題的提出與意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1HYPERLINK\l"_Toc295462318"1.3研究內(nèi)容 2第2章系統(tǒng)整體設(shè)計電路及原理 32.1系統(tǒng)整體框圖 32.2系統(tǒng)整體電路圖 PAGEREF_Toc295462321\h32.3系統(tǒng)組成和基本工作原理 4第3章系統(tǒng)主要部件 53.1芯片簡介 5HYPERLINK\l"_Toc295462325"3.1.1單片機--AT89C52簡介 53.1.2主要功能與特性 63.1.3引腳功能及管腳說明 63.2LCD顯示--LCD1602 93.2.1LCD1602簡介 93.2.2LCD管腳說明 103.2.31602LCD的指令說明及時序 113.2.41602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表 133.2.51602LCD的一般初始化（復(fù)位）過程 143.3溫濕度傳感器DHT11 153.3.1DHT11簡介 153.3.2DHT11傳感器特性 153.3.3外型與引腳排列及說明 PAGEREF_Toc295462337\h163.3.4傳感器性能說明 163.3.5連接接口說明 183.3.6數(shù)據(jù)格式和編碼及處理 183.3.7主機復(fù)位信號和DHT響應(yīng)信號 203.3.8電氣特性 213.3.9應(yīng)用信息 21第4章模塊功能介紹 234.1復(fù)位電路部分 234.2傳感器電路部分 244.3顯示電路部分 295462347\h244.4報警電路部分 25第5章軟件設(shè)計部分及系統(tǒng)調(diào)試 275.1主程序框圖 PAGEREF_Toc295462351\h275.2LCD1602軟件流程顯示框圖 285.3DHT11溫濕度傳感器采集處理框圖 295.4調(diào)試過程及調(diào)試中出現(xiàn)的問題 62354\h30結(jié)論 31致謝 32參考文獻 33附錄： PAGEREF_Toc295462358\h34第1章前言1.1課題的提出與意義目前隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們的生活水平越來越高，所以對環(huán)境的要求也越來越高，環(huán)境控制的也成了人們安居樂業(yè)的基礎(chǔ)，成了共建和諧環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。尤其是目前生活節(jié)奏的加快，許多白領(lǐng)都出現(xiàn)了亞健康的狀態(tài)，因此家庭溫濕度的檢測對于現(xiàn)代家庭來說也變得刻不容緩了。因此為了滿足最適宜人們生活的最佳溫度和濕度，我們需要研究一種家庭式的，便于提醒和控制溫濕度的裝置，人們可以根據(jù)不同季節(jié)以及個人的需要進行不同的調(diào)整，以便達到最佳的居住環(huán)境，這不僅僅是對于環(huán)境要求的進步，同時也體現(xiàn)了現(xiàn)代文明的發(fā)達與先進1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀最近幾年，國內(nèi)外溫濕度傳感器測量系統(tǒng)正向著集成化、智能化發(fā)展，隨著科研人員的不斷努力，該類型系統(tǒng)取得的巨大的成就?，F(xiàn)代溫濕度傳感器測量系統(tǒng)技術(shù)主要以數(shù)據(jù)采集為依據(jù)，主要類型包括：虛擬儀器、智能儀器、數(shù)字式儀器等等。伴隨電子科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也發(fā)生了日新月異的變化，其整體的性能、實用性方面都有所改進。因此，依托于數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)而發(fā)展的溫濕度傳感器測量系統(tǒng)在實際應(yīng)用中也發(fā)揮這越來越重要的作用。目前，許多外國大型企業(yè)都很重視傳感器的研發(fā)工作，例如，日本的Figaro公司、芬蘭的Vaisala公司等，都致力于傳感器的發(fā)展和完善，以保障其在整個銷售市場的競爭力。在九十年代，先后出現(xiàn)了集成溫度濕度測量套件和應(yīng)用于濕度傳感器的測試系統(tǒng)，這個新技術(shù)的產(chǎn)生都大大刺激了傳感器的進一步發(fā)展。與此同時，國內(nèi)許多機構(gòu)也在傳感器測試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)。例如通過采用傳統(tǒng)電子儀器進行設(shè)計研發(fā)而成的多種動態(tài)測試系統(tǒng)、動進樣裝置的氣體傳感器智能測試系統(tǒng)等等，這些成績都體現(xiàn)了我國在傳感器領(lǐng)域取得的成就。當(dāng)然，隨著科技的進步，傳統(tǒng)的溫濕度測試技術(shù)在穩(wěn)定性、精度等方面已經(jīng)無法滿足市場的需求，因此，針對新一代傳感器的探究顯得尤為重要。溫濕度測量系統(tǒng)在紡織工業(yè)、冶金、化工、建材、食品、溫室種植以及氣象預(yù)報和科研實驗室等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[16]，而這些領(lǐng)域?qū)貪穸葴y量系統(tǒng)的要求也各不相同。因此，溫濕度測量系統(tǒng)有著廣闊的市場前景?？傊F(xiàn)在國內(nèi)外溫濕度測量系統(tǒng)的研究都是朝著微型化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，并且不斷地改進技術(shù)來滿足市場的需求。1.3研究內(nèi)容本設(shè)計由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分組成，課題要求完成的是系統(tǒng)軟件設(shè)計部分和部分硬件部分。本文研究的主要內(nèi)容包括溫濕度測量、顯示及報警模塊的軟件設(shè)計和溫濕度測量系統(tǒng)的調(diào)試。溫濕度測量系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：(1).溫度測量：溫度范圍0℃~50℃，精度±0.5℃；(2).濕度測量：濕度范圍20~90%RH，精度0.1%RH。本系統(tǒng)由軟硬件兩部分配合使用實現(xiàn)系統(tǒng)功能，最終要實現(xiàn)一個實時的溫濕度測量系統(tǒng)，具有溫濕度測量、顯示、報警功能。第2章系統(tǒng)整體設(shè)計電路及原理2.1系統(tǒng)整體框圖單片機單片機晶振電路聲光報警電路復(fù)位電路LCD1602顯示部分溫濕度傳感器器器電源電路圖2-1系統(tǒng)整體框圖2.2系統(tǒng)整體電路圖圖2-2系統(tǒng)整體電路圖2.3系統(tǒng)組成和基本工作原理本系統(tǒng)設(shè)計核心部件為AT89C52單片機，信號采集及處理部分由DHT11溫濕度傳感器，進入單片機以后經(jīng)處理后通過LCD顯示溫濕度，信號顯示采用的液晶屏為5*7點陣，一行可顯示16字符輸入兩行。在軟件設(shè)計部分有對測量的溫濕度進行了上限值和下限值的設(shè)定，當(dāng)測量的溫濕度超過所設(shè)定的值時，通過報警處理電路對其進行處理分別顯示不同的二極管燈發(fā)亮，以顯示不同的警示作用，提示人們該如何處理。硬件中一個開關(guān)，為復(fù)位開關(guān)。開機后所有的器件進行初始化設(shè)置，溫濕度傳感器DHT11開始進行溫濕度的測量和計算，最后通過LCD1602液晶顯示器顯示出所測量的溫濕度，在測量的溫濕度結(jié)果中如果超過了所設(shè)定的上下限，則通過報警處理電路做出反應(yīng)。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，P1.1，P1.2口分別接LCD的RS,RW,E口，RW接地表示數(shù)據(jù)寫入，本設(shè)計中只設(shè)計到對LCD的數(shù)據(jù)寫入操作，RS接低電平時表示選擇寫指令操作，接高電平表示寫數(shù)據(jù)操作，E接高脈沖表示寫指令或數(shù)據(jù)，傳感器DATA口接到單片機的P2,7口，串行接口數(shù)據(jù)是單項雙向傳輸?shù)模捎脝慰偩€數(shù)據(jù)格式，一次性完整輸出40bit高位先輸出，由于是串行輸出其數(shù)據(jù)為2進制數(shù)，在程序中編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10進制數(shù)數(shù)送入LCD顯示。

第3章系統(tǒng)主要部件3.1芯片簡介3.1.1單片機--AT89C52簡介圖3-1At89C52引腳圖AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個雙全工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，但不可以在線編程（S系列的才支持在線編程）。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。3.1.2主要功能與特性1.兼容MCS51指令系統(tǒng)2.8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）FlashROM3、32個雙向I/O口4、256x8bit內(nèi)部RAM5、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷6、時鐘頻率0-24MHz；7、2個串行中斷，可編程UART串行通道；8、2個外部中斷源，共8個中斷源；9、2個讀寫中斷口線，3級加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3.1.3引腳功能及管腳說明AT89C52為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，P0端口（32~39腳）被定義為N1功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也就是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與c51不同的是，其p1.0與p1.1可以作為定時/計數(shù)器的外部輸入，作為定時計數(shù)器用，p1口是內(nèi)置上拉電阻的io口，可以輸入輸出電流，單引腳20ma，如果是給外部芯片賦值，可直接接入，如果要驅(qū)動外部電路，比如，發(fā)光二極管，需要再接上限流電阻電阻。因為單片機的輸出電流畢竟都非常小，如果要有更大的電流，如驅(qū)動蜂鳴器，繼電器，則接三極管作為反相且放大大電流的作用P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。P3口一些特殊功能口如下表所示：表3-1P3口特殊功能引腳功能表P3.0RXD串行輸入口P3.4T0計時器0外部輸入P3.1TXD串行輸出口P3.5T1計時器1外部輸入P3.2/INT0外部中斷0P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.3/INT1外部中斷1P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。時鐘振蕩器：AT89C52中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF±10pF。用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。中斷：AT89C52共有6個中斷向量：兩個外中斷（INT0和INT1），3個定時器中斷（定時器0、1、2）和串行口中斷。這些中斷源可通過分別設(shè)置專用寄存器IE的置位或清0來控制每一個中斷的允許或禁止IE也有一個總禁止位EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。注意IE.6為保留位，在AT89C52中IE.5也是保留位。程序員不應(yīng)將“1”寫入這些位，它們是將來AT89系列產(chǎn)品作為擴展用的。定時器2的中斷是由T2CON中的TF2和EXF2邏輯或產(chǎn)生的，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時，這些標(biāo)志位不能被硬件清除，事實上，服務(wù)程序需確定是TF2或EXF2產(chǎn)生中斷，而由軟件清除中斷標(biāo)志位。定時器0和定時器1的標(biāo)志位TF0和TF1在定時器溢出那個機器周期的S5P2狀態(tài)置位，而會在下一個機器周期才查詢到該中斷標(biāo)志。然而，定時器2的標(biāo)志位TF2在定時器溢出的那個機器周期的S2P2狀態(tài)置位，并在同一個機器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。3.2LCD顯示--LCD16023.2.1LCD1602簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、點陣式LCD，目前常用16*1,16*2,20*2和40*2行等模塊。1602LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC和地線，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。圖3-21602LCD尺寸圖3.2.2LCD管腳說明表3-2LCD管腳功能表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接接電源（+5V）第3腳：V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。第4腳：RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：R/WR/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第6腳：EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。第7腳：DB0低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位（最低位）第8腳：DB1低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位第9腳：DB2低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位第10腳：DB3低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位第11腳：DB4低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位第12腳：DB5低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位第13腳：DB6低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位第14腳：DB7高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位（最高位）（也是busyflag）第15腳：BLA背光電源正極第16腳：BLK背光電源負極3.2.31602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表所示：表3-31602指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001D/LNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生器存儲器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址9讀忙標(biāo)志或地址01B/F計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫入的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11要讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。基本操作時序圖圖3-3讀操作時序圖圖3-4寫操作時序圖3.2.41602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3-51602LCD內(nèi)部顯示地址圖例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標(biāo)是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖10-58所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”圖3-6LCD字符代碼與圖形對應(yīng)圖3.2.51602LCD的一般初始化（復(fù)位）過程延時15mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號寫指令38H：顯示模式設(shè)置寫指令08H：顯示關(guān)閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標(biāo)移動設(shè)置寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置3.3溫濕度傳感器DHT113.3.1DHT11簡介DHT系列數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行輸出接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。本產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。3.3.2DHT11傳感器特性1.濕溫度傳感器的一體化結(jié)構(gòu)能相對的同時對相對濕度和溫度進行測量。2.數(shù)字信號輸出，從而減少用戶信號的預(yù)處理負擔(dān)。3.單總線結(jié)構(gòu)輸出有效的節(jié)省用戶控制器的I/O口資源。并且不需要額外電器元件。4.獨特的單總數(shù)據(jù)傳輸線協(xié)議使得讀取傳感器的數(shù)據(jù)更加便捷。5.全部校準(zhǔn)。編碼方式為8位二進制數(shù)。6.40bit二進制數(shù)據(jù)輸出。其中濕度整數(shù)部分占1Byte，小數(shù)部分1Byte；溫度整數(shù)部分1Byte，小數(shù)部分1Byte。其中，濕度為高16位。最后1Byte為校驗和。7.卓越的長期穩(wěn)定性，超低功耗。8.4引腳安裝，超小尺寸。9.各型號管腳完全可以互換。10.測量濕度范圍從20％RH到90％RH；測量溫度范圍從0℃到50℃。11.適用范圍包括恒濕控制，消費家電類產(chǎn)品，溫濕度計等領(lǐng)域。3.3.3外型與引腳排列及說明圖3-6傳感器外觀圖及底視圖DHT外型及管腳傳感器管腳方向識別：正面（有通氣孔的一面）看過去，從左到右依次為1、2、3、4腳。引腳說明圖表3-4DHT11引腳說明引腳號引腳名稱類型引腳說明1VCC電源正電源輸入，3V-5.5VDC2DOUT輸出單總線。數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳3NC空空腳。擴展未用4GND地電源地電源引腳，DHT的供電電壓為3.5~5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不要發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。3.3.4傳感器性能說明表3-5傳感器性能說明參數(shù)條件MinTypMax單位濕度分辨率111%RH8Bit重復(fù)性±1%RH精度25℃±4%RH0－50℃±5%RH互換性可完全互換量程范圍0℃3090%RH量程范圍25℃2090%RH50℃2080%RH響應(yīng)時間1/e(63%)25℃，1m/s空氣61015S遲滯±1%RH長期穩(wěn)定性典型值±1%RH/yr溫度分辨率111℃888Bit重復(fù)性±1℃精度±1±2℃量程范圍050℃響應(yīng)時間1/e(63%)630S3.3.5連接接口說明DHT數(shù)字濕溫度傳感器連接電路簡單，只需要占用控制器一個I/O口即可完成上下位的連接。典型應(yīng)用電路如下圖所示。另外，建議連接線長度短于20時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻，如圖圖3-7DHT11經(jīng)典應(yīng)用電路3.3.6數(shù)據(jù)格式和編碼及處理數(shù)字濕溫度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。即，單個數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5Byte（40Bit）組成。一次通訊時間最大3ms,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明。DATA用于微處理器與DHT之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴展,現(xiàn)讀出為0。操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和校驗和數(shù)據(jù)為前四個字節(jié)相加。具體見下表：表3-6DAHT11數(shù)據(jù)格式濕度溫度校驗整數(shù)小數(shù)整數(shù)小數(shù)8Bit8Bit8Bit8Bit8Bit數(shù)據(jù)編碼及處理傳感器數(shù)據(jù)輸出的是未編碼的二進制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)(濕度、溫度、整數(shù)、小數(shù))之間應(yīng)該分開處理。如果，某次從傳感器中讀取如下5Byte數(shù)據(jù)：表3-7數(shù)據(jù)格式舉例byte4byte3byte2byte1byte00010110100000000000111000000000001001001整數(shù)小數(shù)整數(shù)小數(shù)校驗和濕度溫度校驗和由以上數(shù)據(jù)就可得到濕度和溫度的值，計算方法：humi(濕度)=byte4.byte3=45.0(％RH)temp(溫度)=byte2.byte1=28.0(℃)jiaoyan(校驗)=byte4+byte3+byte2+byte1=73DHT傳感器是通過奧松電子有限公司開發(fā)的單總線協(xié)議和上位機（控制器）進行數(shù)據(jù)通信。DHT傳感器需要嚴格的讀寫協(xié)議來確保數(shù)據(jù)的完整性。整個讀寫分為，上位機發(fā)送起始信號，上位機接收下位機發(fā)來的握手響應(yīng)信號，讀‘0’，和讀‘1’四個步驟。所有的信號除主機啟動復(fù)位信號外，全部都由DHT產(chǎn)生。通過單總線訪問DHT順序歸納如下：主機發(fā)開始信號主機等待接收DHT響應(yīng)信號主機連續(xù)接收40Bit的數(shù)據(jù)和校驗和數(shù)據(jù)處理3.3.7主機復(fù)位信號和DHT響應(yīng)信號圖3-8DHT復(fù)位時序用戶主機發(fā)送一次開始信號（低電平）DHT從低速模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機開始信號結(jié)束（拉高）后,DHT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,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。注意：總線線空閑狀態(tài)為高電平，主機把總線線拉低等待DHT響應(yīng),主機把總線線拉低必須大于18毫秒，保證DHT能檢測到起始信號。DHT接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結(jié)束,然后發(fā)送低電平響應(yīng)信號。主機發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時等待20-40us后,讀取DHT的回應(yīng)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，總線線由上拉電阻拉高。DHT開始發(fā)送數(shù)據(jù)流程。圖3-9數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字‘0’信號表示方法圖3-10數(shù)據(jù)0表示方法數(shù)字‘0’表示方法為，首先DHT把總線拉低12-14us然后拉高，高電平保持時間在26-28us這個范圍內(nèi)。則此比特為‘0’電平。數(shù)字‘1’信號表示方法圖3-11數(shù)據(jù)1表示方法數(shù)字‘1’表示方法為，首先DHT把總線拉低12-14us然后拉高，高電平保持時間在116-118us這個范圍內(nèi)。則此比特為‘1’電平。3.3.8電氣特性VDD=5V，T=25℃，除非特殊標(biāo)注表3-8電氣特性參數(shù)條件mintypmax供電DC355.5供電電流測量0.52.5mA平均0.20.5mA待機100150uA采樣周期秒1次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。3.3.9應(yīng)用信息工作與貯存條件超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達3%RH的臨時性漂移信號。返回正常工作條后，傳感器會緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)。要加速恢復(fù)進程/可參閱7.3小節(jié)的“恢復(fù)處理”。在非正常工作條件下長時間使用會加速產(chǎn)品的老化過程。暴露在化學(xué)物質(zhì)中電阻式濕度傳感器的感應(yīng)層會受到化學(xué)蒸汽的干擾，化學(xué)物質(zhì)在感應(yīng)層中的擴散可能導(dǎo)致測量值漂移和靈敏度下降。在一個純凈的環(huán)境中，污染物質(zhì)會緩慢地釋放出去。下文所述的恢復(fù)處理將加速實現(xiàn)這一過程。高濃度的化學(xué)污染會導(dǎo)致傳感器感應(yīng)層的徹底損壞?；謴?fù)處理置于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器，通過如下處理程序，可使其恢復(fù)到校準(zhǔn)時的狀態(tài)。在50-60℃和<10%RH的濕度條件下保持2小時（烘干）；隨后在20-30℃和>70%RH的濕度條件下保持5小時以上。溫度影響氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時，應(yīng)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(yīng)盡可能將DHT11遠離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo)，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。光線長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻射中，會使性能降低。配線注意事項DATA信號線材質(zhì)量會影響通訊距離和通訊質(zhì)量,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。第4章模塊功能介紹4.1復(fù)位電路部分手動復(fù)位按鈕需要人們在復(fù)位輸入端口RST加上高電平。一般的做法是在RST端口和是電源Vcc之間連接一個按鈕。當(dāng)按鈕被按下時，則VCC的+5V電平就會直接加到RST端口。手動復(fù)位按鈕電路如圖所示。因為人為動作再快也會使按鈕連接到數(shù)十毫秒，所以完全能夠滿足要求的時間。單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。當(dāng)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并且維持2個機器工作周期（24振蕩周期）或更多時，CPU就可以響應(yīng)，并且將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有:手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。圖4-1復(fù)位和晶振電路4.2傳感器電路部分圖4-2傳感器電路 此模塊是整個電路設(shè)計的信號采集和初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片DHT11構(gòu)成，DATA接單片機的P2.7口接收數(shù)據(jù)。主要功能結(jié)構(gòu)已在前面介紹，這里不做重新介紹。4.3顯示電路部分此模塊是由一塊LCD1602芯片構(gòu)成的溫濕度的顯示電路部分，LCD1602是一個2行每行16字的的液晶顯示屏，D0-D7接在PO口上，每個引腳分別接10K的上拉電阻，RS,RW,E接在P1.O,PI.1和P1.2起到控制的作用。如圖4-3所示。圖4-3液晶顯示電路4.4報警電路部分此模塊是由5個發(fā)光二極管和一個蜂鳴器構(gòu)成分別是D1，D2，D3，D4和D5接單片機的的P1口，蜂鳴器連接P3.3口，連接圖見下。D1,D2,D3,D4,D5分別代表著發(fā)光、降溫、加熱、干燥和加濕，一旦傳感器測定的的溫度超過設(shè)定的的范圍就會產(chǎn)生不同的發(fā)光反應(yīng)起到報警作用，同時蜂鳴器發(fā)出響聲。圖4-4聲光報警電路第五章軟件設(shè)計部分及系統(tǒng)調(diào)試5.1主程序框圖上電復(fù)位上電復(fù)位LCD初始化溫濕度采集是否超過警戒值聲光報警LCD顯示數(shù)據(jù)采集指示燈閃爍圖5-1主程序流程圖本次設(shè)計主要是能夠?qū)崟r顯示出當(dāng)前確切的溫濕度，并且在超出預(yù)設(shè)值的時候能夠發(fā)出蜂鳴。一旦接通電源，蜂鳴器首先蜂鳴，接著LCD初始化，兩行顯示，其中第一行顯示的濕度預(yù)設(shè)值，第二行顯示的是實時的溫濕度值，在程序設(shè)計中，分別定義溫濕度參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過來的數(shù)值，判斷是否超過了預(yù)設(shè)值，本次設(shè)計溫度初試值設(shè)定為32℃，濕度初始設(shè)定為34%，等待傳送的數(shù)值超過預(yù)設(shè)值的話，蜂鳴器便會蜂鳴警報，1602顯示當(dāng)前的溫濕度值，再次循環(huán)判斷，如果沒有超過預(yù)設(shè)值，蜂鳴器不會蜂鳴，1602正常顯示，也同樣再次循環(huán)。5.2LCD1602軟件流程顯示框圖開始開始LCD1602LCD1602初始化延時延時設(shè)置第一行顯示位置設(shè)置第一行顯示位置顯示第一行內(nèi)容顯示第一行內(nèi)容設(shè)第二行顯示位置設(shè)第二行顯示位置顯示第二行內(nèi)容顯示第二行內(nèi)容圖5-2LCD1602軟件流程顯示框圖此程序流程是對液晶顯示屏LCD1602的軟件設(shè)計流程進行的概要說明，在接通電源后，首先LCD1602開始初始化，然后等待延時，我們預(yù)先設(shè)置好溫度濕度這兩個因素在液晶屏上顯示的位置，這期間傳感器感應(yīng)的溫度通過單片機傳達給顯示屏，這時顯示屏就會顯示周圍的溫濕度，也就是傳感器所感應(yīng)的溫度。5.3DHT11溫濕度傳感器采集處理框圖主機發(fā)開始信號主機發(fā)開始信號 主機設(shè)置為輸入模式主機設(shè)置為輸入模式|DHT11|DHT11響應(yīng)Y/N接收數(shù)據(jù) Y接收數(shù)據(jù)等待等待80us高電平結(jié)束 拉低總線，延時拉低總線，延時50us釋放總線釋放總線圖5-3DHT11溫濕度傳感器采集處理框圖DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結(jié)束,然后發(fā)送低電平響應(yīng)信號。主機發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時等待20-40us后,讀取DHT的回應(yīng)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，總線線由上拉電阻拉高。DHT11開始發(fā)