劉海強(qiáng)畢業(yè)論文

編號濰坊學(xué)院本科畢業(yè)論文課題名稱:基于單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)學(xué)生姓名:劉海強(qiáng) 學(xué)號:10061240115專業(yè):電子科學(xué)與技術(shù)班級:一班指導(dǎo)教師:劉魯寧2014年5月目錄摘要 1關(guān)鍵詞 1引言 3第一章緒論 41.1溫濕度檢測控制系統(tǒng)研究的背景及意義 41.2現(xiàn)代溫濕度檢測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和存在的問題 41.3系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容介紹 4第二章系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 52.1系統(tǒng)核心單片機(jī)（89C51） 62.1.189C51單片機(jī)產(chǎn)品概述 62.1.2電源及時鐘引腳 72.1.3控制線引腳 72.1.4并行I/O引腳 82.2測溫測試模塊(DHT11) 82.3系統(tǒng)的傳輸模塊NRF24L01 102.4系統(tǒng)顯示模塊LCD160 13第三章軟件設(shè)計（C語言程序設(shè)計） 14總結(jié)和展望 16致謝 17參考文獻(xiàn) 18摘要隨著時代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對自己的生活品質(zhì)要求越來越高。冬天有暖氣，夏天有空調(diào)制冷。也就是說，人們對自己的生活環(huán)境的溫濕度要求變得高了。再就是人們對食物的要求也變高了，在食品的生產(chǎn)和存儲中有了新的挑戰(zhàn)。本系統(tǒng)設(shè)計采用了精密的電路設(shè)計以實現(xiàn)精密的檢測電路，能夠準(zhǔn)確地，自動地對環(huán)境的溫濕度進(jìn)行檢測，然后結(jié)合軟件編程，把環(huán)境的溫濕度參數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)字，通過數(shù)碼管顯示出來。并且，由于經(jīng)過了軟件的編程設(shè)計，如果在加上相應(yīng)的控制電路就會實現(xiàn)對環(huán)境的溫濕度自動控制系統(tǒng)。也就是說，當(dāng)環(huán)境的溫濕度偏低時，通過控制電路的控制對環(huán)境的溫濕度進(jìn)行增加；當(dāng)環(huán)境的溫濕度過高時，系統(tǒng)會通過外力來對環(huán)境進(jìn)行干擾，降低環(huán)境的溫濕度；實現(xiàn)把環(huán)境的溫濕度控制在一個相對穩(wěn)定狀態(tài)的目的。通過設(shè)計單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)，更加地神話了解了單片機(jī)的功能和原理。以前只是學(xué)習(xí)了它的原理知識，但是對實際生活的應(yīng)用確實了解得太少了。通過設(shè)計，學(xué)習(xí)了很多，對自己的能力也是一個很大的提高。關(guān)鍵詞:單片機(jī)89C51溫濕度檢測、DHT11、無線傳輸、NRF24L01、LCDABSTRACTWiththedevelopmentandadvancesofscienceandtechnologythequalityoflifefortheirthepeoplehavebecomeincreasinglydemanding.Winterheating,insummerairconditioningandrefrigeration.Thatis,peoplelivesoftheirownenvironmentaloftemperatureandhumidityrequirementsbecomehigh.Thentherearepeopleonthethefoodrequirementshavebecominghigher,withanewchallengeinproductionoffoodandstorage.ThedesignofSystemisbasedontheon89C51designsmicrocontrollerthroughawirelesstransmissionoftemperatureandhumidityoftesting.Thesystemdesignuseswithsophisticatedcircuitdesigntoachievesophisticateddetectioncircuitrythataccuracyandautomaticallyonthetemperatureandhumidityfortesting,thencombinedsoftwareprogrammable,theenvironmentaltemperatureandhumidityparametersofconvertedtoadecimalnumber,throughadigitaldisplayout.And,becauseafterdesignsoftwareprogramming,ifcoupledwithappropriatecontrolcircuitwillrealizetheenvironmentaltemperatureandhumiditycontrolsystems.Otherwords,whentheenvironmentistemperatureandhumidityislow,bythecontrolofthecontrolcircuitforincreasingoftemperatureandhumidityoftheenvironment;whentheoftemperatureandhumidityenvironmentistoohigh,willbeinterferebyexternalforcesenvironment,reduceofenvironmentaltemperatureandhumidity;achievethetemperaturehumidityoftheenvironmentarelativelysteadystatecontrolpurpose.Throughthedesignmicrocontrolleroftemperatureandhumiditydetectionsystemsmoretothemythofunderstandingofmicrocontrollerfunctionandprinciple.Itwasonlylearningtheprinciplesofknowledge,butreallifeapplicationsdounderstandtoolittle.Bydesign,learningalotownabilityisagreatimprovement.KEYWORDS:ringletchipmicrocomputer89C51temperatureandhumiditydetection,DHT11,transition,NRF24L01,LCD引言科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展帶來了很大工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速提高。人們的工作環(huán)境的要求越來越高。尤其是在制藥，食品加工和培育等方面對溫濕度的要求也是特別嚴(yán)格。這就對檢測溫濕度的技術(shù)提出了很高的要求。人們對自己生活的環(huán)境的溫濕度等舒適程度的要求變得很高，基本上要達(dá)到對人類非常舒適的水平，這就對工業(yè)的生產(chǎn)提出了更高的要求。人們希望對自己的生活環(huán)境的溫濕度時時地進(jìn)行準(zhǔn)確地了解。但是傳統(tǒng)的溫濕度測量方法不僅繁瑣而且存在很大的誤差，已經(jīng)滿足不了人們對這方面的需求。也有一些精確的溫濕度檢測方法，但是造價昂貴，也是滿足不了大多數(shù)人的需求的。本設(shè)計本著節(jié)約成本，綠色生產(chǎn)，節(jié)能的要求下通過89C51單片機(jī)來實現(xiàn)的一種簡易操作并且精度比較高的溫濕度檢測系統(tǒng)基于單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的測量精度高，使用方法簡便，容易實現(xiàn)，在生活中應(yīng)用廣泛，省去了很多的費用，具有良好的發(fā)展前景和應(yīng)用空間第一章緒論1.1溫濕度檢測控制系統(tǒng)的背景和意義伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們不再限于溫飽的生活階段，人們對生活質(zhì)量看得越來越重，對自己的生活品質(zhì)提出了更高的要求。綠化，食品保鮮，以及舒適的生活環(huán)境成了現(xiàn)在的主題。人們對自身的健康發(fā)展有利更高的要求?，F(xiàn)今時代，人們都想每時每刻吃到最新鮮的蔬菜以及舒適的生活環(huán)境，對環(huán)境的溫濕度就提出了要求，怎么樣去檢測和控制好環(huán)境的溫濕度成了一個機(jī)遇和挑戰(zhàn)。溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計讓單片機(jī)的應(yīng)用功能走到了人們的生活中去，人們更加切身得了解到了單片機(jī)的功能和原理。并且是一種自動化的方法，它的應(yīng)用前景也是很廣泛的。單片機(jī)的種類有很多，89C51單片機(jī)是最典型的最常用的控制芯片之一，應(yīng)用也是很廣泛的，特別是在很多的工、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和生活中。尤其是在自動檢測控制和機(jī)電一體化方面取得的成績非常優(yōu)秀，89C51單片機(jī)在溫濕度檢測和控制領(lǐng)域的應(yīng)用也是很廣泛的，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上，溫濕度檢測盒控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)全自動化，省時，省力，并且操作簡單，上手容易，可以滿足大部分人的生活需要。更加方便了人們對環(huán)境的溫濕度加以控制，滿足生人們的生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。1.2現(xiàn)代溫濕度檢測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和存在的問題水汽壓、相對濕度、露點（或霜點）溫度、干濕球溫度表、發(fā)濕度表計、電阻式溫度片薄膜濕敏電容等是傳統(tǒng)的溫濕度檢測方法。雖然溫濕度的檢測水平已經(jīng)得到很大提高，但是不管是使用成本和使用費用等方面都顯得很不足，缺乏既實用又方便的溫濕度檢測方案，本設(shè)計是利用單片機(jī)來實現(xiàn)的，相對于其他系統(tǒng)，人們對單片機(jī)技術(shù)了解得也是最多的，對設(shè)計的推廣和研發(fā)也是很有利的。1.3系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容介紹溫濕度檢測系統(tǒng)以89C51為核心，所有模塊的運行和操作都依賴單片機(jī)，所以，單片機(jī)的選擇對設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)和性能方面有著很重要的影響。當(dāng)今時代的單片機(jī)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)很成熟和穩(wěn)健，89C51單片機(jī)便是其中很典型的一個，本系統(tǒng)設(shè)計采用的是89C51單片機(jī)，這種單片機(jī)操作簡單，功能齊全，并且功耗低，完全符合國家倡導(dǎo)的綠色生產(chǎn)。單片機(jī)由于采用的是CMOR工藝制造而成，F(xiàn)larh存儲器可以在系統(tǒng)中改編程序。使用方便，簡單。本系統(tǒng)設(shè)計的傳輸系統(tǒng)選用NRF24L01，NRF24L01無線傳輸設(shè)備幾乎可以連接到各種各樣的單片機(jī)芯片并且實現(xiàn)無線傳輸功能。顯示系統(tǒng)的設(shè)計便利用LCD160來實現(xiàn)，LCD液晶顯示的圖像清晰、細(xì)膩。并且，LCD使用方便，功耗低，原理簡單易懂。并沒有太多的條件限制。本設(shè)計中的溫濕度檢測模塊選用集成溫濕度傳感器DHT11，它能夠及時準(zhǔn)確地將所測環(huán)境的溫濕度參數(shù)傳輸給單片機(jī)，方便系統(tǒng)的整體運行。經(jīng)過硬件的電路設(shè)計和軟件編程，結(jié)合上性對應(yīng)的元器件，系統(tǒng)的雛形以基本形成，系統(tǒng)的功能也基本實現(xiàn)。第二章系統(tǒng)的總體方案設(shè)計由于89C51單片機(jī)對數(shù)字信號非常敏感并且這種單片機(jī)的控制能力很強(qiáng)，所以，在系統(tǒng)設(shè)機(jī)方面選用了51單片機(jī)作為系統(tǒng)的組織核心。溫濕度傳感器會將測試到的溫濕度參數(shù)迅速地轉(zhuǎn)換成模擬信號，再通過A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后傳輸給單片機(jī)做相應(yīng)的數(shù)字處理。本檢測系統(tǒng)功能全面，系統(tǒng)設(shè)計包括單片機(jī)（系統(tǒng)的核心控制模塊）、溫濕度檢測模塊、無線傳輸模塊和顯示模塊。系統(tǒng)的總體框圖如下：鍵盤控制顯示電路系統(tǒng)晶振電平變換報警電路溫濕度傳感器單片機(jī)鍵盤控制顯示電路系統(tǒng)晶振電平變換報警電路溫濕度傳感器單片機(jī)PC機(jī)PC機(jī)圖2-1系統(tǒng)整體框圖系統(tǒng)重點組成：系統(tǒng)主要有以下幾部分組成，（1）最核心的部分為51單片機(jī)、（2）整個系統(tǒng)的無線傳輸模塊；（3）溫濕度檢測和顯示兩個模塊，我們也可以加上開關(guān)量控制，用以實現(xiàn)溫度的上下限調(diào)節(jié)功能。2.1系統(tǒng)核心單片機(jī)（89C51）2.1.1、89C51單片機(jī)產(chǎn)品概述89C51系列單片機(jī)是采用CHMOR工藝生產(chǎn)的單片機(jī)中是最典型的。它的內(nèi)部ROM為4KBFlash，并且4個并行串口和1個串行串口是其最顯著的特點，內(nèi)部RAM為128B，片內(nèi)組成：2個定時/計數(shù)器，5個中斷源。它的主要特點便是內(nèi)部振蕩器和時鐘電路。89C51單片機(jī)的封裝形式特殊：圖2-2單片機(jī)引腳圖2.1.2、電源及時鐘引腳（4個）電源接入引腳-Vcc；接地引腳是GND。晶體震蕩器由ATAL1和ATAL2組成。2.1.3、控制線引腳：控制線引腳有四個分別是：RRT,ALE,EA,PRRRT的功能是使單片機(jī)復(fù)位，還有一個功能便是當(dāng)需要備用電源時，需要通過這個引腳連接到單片機(jī)上；外部存儲器的選通信號輸出一般選擇PREN為輸出引腳；內(nèi)部的存儲器則選擇EA，并且EA還能用作片內(nèi)EPROM的編程電壓輸入的引腳；ALE作為地址鎖存允許限號的輸出引腳并且能實現(xiàn)編程脈沖的輸入，更體現(xiàn)了單片的特點2.1.4、并行I/O引腳（32個，分成4個8位口）P0.0~P0.7引腳；P1.0~P1.7引腳與P2.0~P2.7引腳；P3.0~P3.7都是一般的I/O口引腳，但是各自又有自己單獨的系統(tǒng)功能。比如P0.0~P0.7還可用作數(shù)據(jù)或低位地址總線的復(fù)引腳；P2.0~P2.7還可以當(dāng)作高位地址的數(shù)據(jù)總線引腳。P0：當(dāng)P0口用作通用I/O口時，此時其標(biāo)志位受硬件的影響自動置成0，MUX開關(guān)狀態(tài)為接到了鎖存器的反向輸出端接口處；這樣輸出數(shù)值就是0，便導(dǎo)致了在輸出驅(qū)動器上的T1（上拉場效應(yīng)管）處在了截止?fàn)顟B(tài)。輸出驅(qū)動級應(yīng)該外接上拉電阻。簡單來說，在編程和程序校驗時，P0口的功能是用來接收和輸出指令字節(jié)，但必須在外部加上特定的上拉電阻才能夠?qū)崿F(xiàn)其具體的功能。2.2測溫測試模塊(DHT11)在整個系統(tǒng)中，選用怎樣的溫濕度檢測裝置是至關(guān)重要的，這直接關(guān)系到整個系統(tǒng)測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定度。因此選用了DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器。DHT11傳感器靈敏度高，所以測量精度便提升很多；速度快，有與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性，它抗干擾能力非常強(qiáng)，在所有的溫濕度檢測方面應(yīng)用廣泛。由于它的優(yōu)點多，本系統(tǒng)采用這種檢測裝置便大大提高了整個系統(tǒng)的效率準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。圖2-3DHT11實物圖DHT11溫濕度檢測裝置體積小，功耗低并且易于操作，更加實用于這個系統(tǒng)的研發(fā)。DHT11共有4個引腳，分別對應(yīng)電源接入腳，數(shù)據(jù)輸入輸出腳，接地引腳和一個空腳。注意：3V-5.5VDC是DHT11的正電源輸入電壓。DHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單：圖2-4DHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DHT11的工作原理：DHT11直接與高性能的單片機(jī)連接，并且由于存在著獨立的電阻式感濕元件和NTC測溫元件，使得它的實用性讓人們所肯定，工作效率高，能量基本上沒有損耗，并且抗干擾能力非常強(qiáng)。DHT11的接口類型為單線制，這便使得DHT11的操作簡單，便捷。微處理器和DHT11之間的通信過程：圖2-5微處理器與DHT11通信過程圖DHT11在系統(tǒng)中起到了很大的作用，大大減小了應(yīng)用電路，使得電路簡單易懂，整潔，并且縮小了整個模塊的體積。它會迅速地采集到環(huán)境的溫濕度信息，傳遞到特殊的傳感器上，把信號迅速地進(jìn)行處理直接傳輸給單片機(jī)。DHT11由于以上優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。2.3系統(tǒng)的傳輸模塊NRF24L01NRF24L01是一種新型的無線傳輸裝置，單片機(jī)的接收和發(fā)射功能都由它負(fù)責(zé)。它工作的IRM頻段是獨立的，在2.4GHz~2.5GHz，并且NRF24L01是一種新型的融合了RhockBurr的增強(qiáng)技術(shù)的傳輸裝置。它的工作原理也跟其他的傳輸裝置不一樣，軟件編程就可以直接對NRF24L01的輸出功率和通信頻道進(jìn)行控制。NRF24L01的工作模式大多數(shù)都處在低功率的環(huán)境下。NRF24L01的實物圖具體如下：圖2-6NRF24L01實物圖圖2-7NRF24L01內(nèi)部封裝引腳圖主要的引腳功能介紹：NRF24L01的中斷標(biāo)志位是IRQ；CE：系統(tǒng)的使能的接收和發(fā)射；NRF24L01的電源輸入端和功率輸出端分別由VDD和VDD-PA負(fù)責(zé)；天線接口有兩個，分別是ANT1和ANT2；VRR為接地端；XC1，XC2是NRF24L01的晶體震蕩器引腳；參考電流的輸入通過IPEF引腳來實現(xiàn)；微處理器可以控制NRF24L01，但是必須通過固定的引腳來實現(xiàn)，分別為CRN，RCK，MORI，MIRO：RPI引腳端。表2-1NRF24L01主要引腳功能表NRF24L01有四種工作模式，是通過配置寄存器來劃分的，分別為發(fā)射模式、接收模式、空閑模式和掉電模式。表2-2NRF24L01工作模式狀態(tài)表注意：待機(jī)模式1的功能主要是為了降低電流損耗，但是晶體震蕩器在這個模式下仍然是工作的，NRF24L01的所有的配置字不會丟失，仍然保留下來。2.4系統(tǒng)顯示模塊LCD160液晶顯示模塊LCD160，也有功耗低的優(yōu)點，并且液晶顯示模塊顯示的內(nèi)容豐富并且輕薄，是大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計中應(yīng)用最廣泛的顯示模塊，LCD160可以顯示兩行，一共可以顯示32個字符，+5V的電源供壓，大大得顯示出了LCD160的實用性和準(zhǔn)確性，并且價格便宜，功能齊全，性價比高。液晶顯示模塊對應(yīng)的內(nèi)部顯示地址：圖2-8液晶顯示模塊地址圖具體的數(shù)字顯示都是通過寫入對應(yīng)的地址來實現(xiàn)顯示功能的。LCD160的各個功能引腳接口的說明如下表：表2-3LCD160引腳功能表1、VL引腳的功能是用來調(diào)整液晶顯示器對比度的；2.、寄存器的選擇引腳RR；LCD160的讀、寫信號的操作都是通過R/W引腳來實現(xiàn)，當(dāng)輸入電平是低電平時，模塊進(jìn)行的是寫操作；當(dāng)輸入電平是高電平時，模塊進(jìn)行讀操作。第三章軟件設(shè)計（C語言程序設(shè)計）現(xiàn)在，程序設(shè)計語言C語言已經(jīng)成為一種比較成熟且功能強(qiáng)大的計算機(jī)程序設(shè)計語言。C語言是一個包含高層次語言和匯編語言的特點的編程語言。C語言具有強(qiáng)大的功能，可以作為特定的字節(jié)和地址直接匯編語言操作；運算符也是最豐富的，包含了34個運算符，可以滿足大多數(shù)的軟件和硬件開發(fā)的使用。對于硬件開發(fā)來講，C語言是很實用的，它可以直接對硬件進(jìn)行操作，操作簡單，實用，省去了在硬件開發(fā)過程中不必要的工作?；镜某绦蚩驁D如下：圖3-1系統(tǒng)主程序流程圖圖3-2A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖圖3-3顯示程序流程圖總結(jié)和展望經(jīng)過幾個月的學(xué)習(xí)和努力研究，系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)基本告一段落。在整個設(shè)計過程中讓自己了解了89C51的單片機(jī)的基本上所有的功能，對以前學(xué)過的單片機(jī)知識有了更加深入的了解。濕度檢測技術(shù)一直是一個問題,基于這樣一個具有挑戰(zhàn)性的問題的主題,也可以做一些簡單的討論。但在討論的過程中,我還做一些工作,以前的研究方法使用,一些自己的想法加入,然后在此基礎(chǔ)上,和寫文章。盡管本文實用價值雖小,但我覺得我學(xué)到了很多:為了設(shè)計成功,我讀了許多書和報紙,并積極通過網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)知識,理論,但是,由于設(shè)計材料和實驗條件,在實驗室模擬,也未能使實驗可以通過。即使是這樣，但是經(jīng)過具體的理論分析過程,我學(xué)到了很多的專業(yè)知識；溫濕度的檢測電路的設(shè)計，強(qiáng)化了我對電路知識的理解；并且熟悉一些以前從來沒有接觸過的電子元器件,深化了一些相關(guān)的電子知識了解和熟悉了很多電子元器件的使用方法,鞏固大學(xué)四年學(xué)到的知識，也學(xué)到了很多的專業(yè)知識。簡而言之,畢業(yè)設(shè)計,總結(jié)我的大學(xué)四年的學(xué)習(xí),對我來說是一個全面的測試,讓我受益不淺,將對我的未來有很大的影響的研究中,工作,生活。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電子產(chǎn)品制造技術(shù)、集成傳感器技術(shù)、濕度檢測技術(shù)將取得突破,當(dāng)濕度測量更準(zhǔn)確,更具有科學(xué)價值,將真正成為我們的日常生活中一個重要參數(shù)。由于個人能力有限,系統(tǒng)必須存在不完美的地方,值得改進(jìn)和優(yōu)化。等初步設(shè)計的設(shè)計思路系統(tǒng)連接到PC的硬件電路和軟件寫作,但我的能力有限,加上方面的問題不能解決的初步設(shè)計,因此只連接到PC的設(shè)計部分的電路設(shè)計,而忽略了設(shè)計的軟件,也未能完成軟件部分,因為在調(diào)試,編寫的軟件系統(tǒng)的一部分永遠(yuǎn)不能成真,所以軟件程序只是一個附件。這些問題在未來會