畢業(yè)設(shè)計---家庭環(huán)境檢測儀設(shè)計

1、<p>　　單位代碼 0 1 </p><p>　　學(xué)　　號 080102604 </p><p>　　分 類 號 TP7 </p><p>　　密 級___ ______ </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p>&l

2、t;p><b>　　家庭環(huán)境檢測儀設(shè)計</b></p><p>　　2012年 5 月 4 日</p><p>　院（系）名稱信息工程學(xué)院</p><p>　專業(yè)名稱電子信息工程</p><p>　學(xué)生姓名</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p><b&g

3、t;　　家庭環(huán)境檢測儀設(shè)計</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫濕度是環(huán)境中一個重要的物理參數(shù)，人類的生存和社會活動與溫濕度密切相關(guān)。在生產(chǎn)和生活中的許多場合，不論是倉庫管理、圖書保存，還是工業(yè)生產(chǎn)、居民生活，都對環(huán)境中的溫濕度有一定的要求，在某些行業(yè)中對溫濕度的要求更高。因此，對環(huán)境中溫濕度的檢測和控制顯得尤為重要

4、，溫濕度檢測在很多現(xiàn)代科技領(lǐng)域中也成為一項重要技術(shù)。并且隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注，而且空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒也有直接的影響，所以對溫度、濕度的檢測就非常有必要了。</p><p>　　溫濕度測試儀的設(shè)計采用智能化的測量方法實現(xiàn)對溫度、濕度的檢測。該系統(tǒng)以AT89C51單片機作為主控芯片，采用了具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點的SHT11溫濕度傳感器實現(xiàn)溫度與

5、濕度的檢測，采用點陣字符型 LCD顯示溫濕度字母、數(shù)字。</p><p>　　該溫濕度檢測儀結(jié)構(gòu)簡單，并能很好的滿足許多環(huán)境中對溫濕度檢測范圍和精度的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C51單片機，傳感器，LCD,溫濕度</p><p>　　Family Environment Montior</p><p><b>　　

6、Abstract</b></p><p>　　The humiture is an important physics parameter of environment, human being's survival and public activities go hand in hand with the humiture. many situations that are in the

7、production and the life, not only warehouse management, preservation of books, but also industrial production, residents life, all have certain request to the humiture of the environment, some professions have higher req

8、uirements. Therefore，it appears very important to examination and control the humiture of the environment</p><p>　　The temperature and humidity double parameters of the intelligent design test method for mea

9、suring temperature, humidity detection. This system to AT89C51 single-chip microcomputer as the main control chip, have used the high precision, low cost, small volume, simple interface of the advantages of SHT11 tempera

10、ture and humidity sensor realize temperature and humidity test, The dot matrix characters type LED display temperature and humidity letters, Numbers.</p><p>　　That instrument structure is simple, and can sat

11、isfy the request of range and accuracy of the humiture checks in various environments.</p><p>　　Key Words：AT89C51 microcontroller，Sensor,LCD, Humiture</p><p><b>　　目 錄</b></p>

12、;<p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 溫濕度檢測儀發(fā)展過程1</p><p>　　1.3 溫濕度檢測儀發(fā)展前景2</p><p>　　2 溫濕度檢測儀的工作原理及主要器件介紹4</p><p>　　

13、2.1 整體設(shè)計4</p><p>　　2.2 主要芯片及原理介紹5</p><p>　　2.2.1 單片機AT89C515</p><p>　　2.2.2 LCD顯示6</p><p>　　2.2.3 DS1302原理及應(yīng)用8</p><p>　　2.2.4 SHT11介紹及原理10</p>

14、<p>　　3 模塊功能介紹14</p><p>　　3.1 復(fù)位電路部分14</p><p>　　3.2 傳感器電路部分14</p><p>　　3.3 時鐘電路部分15</p><p>　　3.4 超限處理電路15</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計17</p><

15、p>　　4.1 主程序框圖17</p><p>　　4.2 溫濕度采集及處理流程圖20</p><p>　　4.3 LCD顯示流程圖22</p><p><b>　　結(jié)論23</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b&g

16、t;　　參考文獻25</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　日常生活中，檔案館、圖書館、精密儀器室、超凈車間等諸多場所都對環(huán)境溫濕度有嚴(yán)格的要求，溫濕度集散控制技術(shù)也是比較常見的應(yīng)用技術(shù)。環(huán)境中的溫濕度直接影響著動植物

17、的生長。以農(nóng)業(yè)為例，溫濕度不僅直接影響植物的生長發(fā)育，且農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)藥化肥等在存儲及運輸過程中極易受環(huán)境溫濕度的變化而出現(xiàn)發(fā)霉變質(zhì)等情況；環(huán)境溫濕度對醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域也具有重要的意義，藥品、疫苗及其他醫(yī)療用品在生產(chǎn)、加工、存儲及運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)對環(huán)境溫濕度有著嚴(yán)格的要求，不良的環(huán)境溫濕度會引起醫(yī)療用品的實效變質(zhì)，直接威脅到患者的生命安全。環(huán)境溫濕度檢測可有效地避免上述情況的發(fā)生，并為溫濕度管理提供可靠地實驗數(shù)據(jù)。溫濕度的測量可以使用溫濕度監(jiān)測儀

18、，它是環(huán)境記錄儀中的一項，隨著科技的進步，溫濕度的相關(guān)檢測儀表也向著智能化、小型化、低功耗的方向發(fā)展。在這個發(fā)展過程中，單片機發(fā)揮了重要的作用，本文介紹的濕度檢測儀就是以單片機作為核心控制器設(shè)計的。它具有體積小、操作簡單、測量精度高和抗干擾能力強等優(yōu)點，能很好的滿足許多環(huán)境中對溫濕度檢測范圍和精度的要求[1]。</p><p>　　本設(shè)計首先根據(jù)實際生產(chǎn)生活的需要提出溫濕度檢測儀的功能要求，然后由這些具體要求設(shè)計

19、出了硬件原理圖，采用模塊化的方法先將整個系統(tǒng)分成若干部分，然后逐模塊進行硬件和軟件設(shè)計，最后將各部分結(jié)合起來協(xié)調(diào)工作。它是利用單片機的在控制方面的突出優(yōu)點，并綜合運用現(xiàn)代檢測技術(shù)、微控制技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和通信技術(shù)以及LCD顯示技術(shù)而設(shè)計的?？梢詫崟r、準(zhǔn)確的測量環(huán)境中的溫度和相對濕度。</p><p>　　1.2 溫濕度檢測儀發(fā)展過程</p><p>　　關(guān)于溫度方面的最早測量儀表是意大利人伽

20、利略于1592年創(chuàng)造的。它是1個帶細長頸的大玻璃泡，倒置在1個盛有葡萄酒的器皿中，從其中抽出一部分空氣，酒面就上升到細頸內(nèi)。當(dāng)外界溫度改變時，細頸內(nèi)的酒面因玻璃泡內(nèi)的空氣熱脹冷縮而隨之升降，因而酒面的凹凸就可以暗示溫度的凹凸，實際上這是1個沒有刻度的指示器，再后來的幾百年之間溫度計慢慢的變化，從原先的沒有刻度的溫度測量到后來慢慢轉(zhuǎn)變成使用有刻度的測量到最后的直接數(shù)字顯示減少在讀書的時候產(chǎn)生誤差。</p><p>

21、　　干濕球濕度計的測量最是在18世紀(jì)，干濕球濕度計的準(zhǔn)確度還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時，才能達到規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計的準(zhǔn)確度只有5％一7％RH。而濕度的測量從原先的5％一7％RH慢慢的提高變成了現(xiàn)在的3%RH，在那些氣象方面的檢測精度反而更深，后來慢慢地將溫度以及濕度兩個集合在一起進行測量，就是現(xiàn)在的溫濕度監(jiān)測儀，這款儀器的應(yīng)用范圍還算是比較廣，同時也因為

22、它的測量精度高廣受消費者的喜好[2]。</p><p>　　1.3 溫濕度檢測儀發(fā)展前景</p><p>　　目前市場上的溫濕度檢測系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的有線方式，必須在采集現(xiàn)場鋪設(shè)大量的線纜用于感應(yīng)器供電，數(shù)據(jù)傳輸機數(shù)據(jù)采集。信號線，控制線，電源線混雜在一起，系統(tǒng)運行時，容易受到傳輸距離、電電磁干擾的影響而邊的不穩(wěn)定。</p><p>　　隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，溫

23、濕度檢測系統(tǒng)正往無線檢測方向發(fā)展，這樣使系統(tǒng)在運行時不需要人工干預(yù)，具有實時檢測、報警、及查詢歷史數(shù)據(jù)的功能。溫濕度檢測系統(tǒng)的完成建立在大量研究工作的基礎(chǔ)上，在數(shù)據(jù)的采集、顯示及遠距離傳輸?shù)确矫孀隽顺浞謱嶒?，提出了多種可行的方案，可根據(jù)實際需要靈活變換。系統(tǒng)是以智能化為宗旨，旨在為工業(yè)級家庭提供有效、使用的溫濕度檢測系統(tǒng)。這一方面是對當(dāng)前工業(yè)溫濕度檢測技術(shù)的更新，另一方面也為人們的家庭生活更加舒適提供了條件。無線溫濕度檢測系統(tǒng)已經(jīng)能夠出

24、色地完成基本的溫濕度檢測工作，并且向智能化、自動化邁進了一大步，但是還有很多需要完善的地方。例如，供電部分可以做相應(yīng)的改進，低功耗的同時采用新型能源，如與太陽能電池、熱差電池、壓差電池等，使電池壽命更長，解決特使領(lǐng)域環(huán)境的供電問題。還有應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新，將我們的設(shè)計應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如電力行業(yè)，用于大型變壓器及高壓開關(guān)柜測溫，避免起火、爆炸等惡性事故的發(fā)生[1-2]。</p><p>　　2 溫濕度檢測儀的工作原理

25、及主要器件介紹</p><p><b>　　2.1 整體設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計核心部件為AT89C51，信號采集及處理部分由SHT11構(gòu)成，進入單片機后經(jīng)處理后通過LCD顯示溫濕度，其他組成部分為實時時鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生同現(xiàn)在相同的時間和具體日期。</p><p>　　在軟件設(shè)計部分有對測量的溫濕度進行上下值的設(shè)定，當(dāng)測量超過限

26、定值，報警器會發(fā)生警報。</p><p>　　硬件中包括一個開關(guān)，為復(fù)位開關(guān)。開機后，所有器件初始化，DS1302產(chǎn)生實時時間和日期，溫濕度傳感器SHT11開始進行溫濕度測量和計算，最后通過LCD液晶顯示器顯示結(jié)果。在測量結(jié)果中有超過設(shè)定溫濕度上下限的，通過超限模塊作出反應(yīng)。</p><p>　　其他是一些附件，比如復(fù)位、晶振電路。整體電路框圖如圖2.1所示。</p><

27、;p>　　圖2.1 整體電路框圖</p><p>　　溫度檢測儀整體電路原理圖如2.2圖所示。</p><p>　　圖2.2 溫度檢測儀整體電路原理圖</p><p>　　2.2 主要芯片及原理介紹</p><p>　　2.2.1 單片機AT89C51</p><p>　　單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計

28、算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通

29、過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機

30、。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。芯片引腳如圖2.3所示[3]。</p><p>　　圖2.3 AT89C51引腳示意圖</p&

31、gt;<p>　　2.2.2 LCD顯示</p><p>　　LCD是一種利用液晶的扭曲/向列效應(yīng)制成的新型顯示器，它具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點，因而在單片機系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本設(shè)計采用LCD1602，LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：</p><p>　　第1腳：VSS為地電源

32、 </p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源</p><p>　　第3腳：VO為液晶顯示屏對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器，</p><p

33、>　　第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p>

34、<p>　　第15~16腳：空腳</p><p>　　LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。</p><p>　　表2.1 LCD1602液晶模塊控制指令表</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。</p><p>　　指令

35、2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)反回到地址00H。</p><p>　　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。</p><p>　　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

36、閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　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)。</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時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5*7的點陣字符，高電平時顯示5*10的點陣字符。</p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置

37、。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。</p><p>　　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)，如果是低電平表示不忙。</p><p><b>　　指令10：寫數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　指令11：讀數(shù)據(jù)[3]。</p><p

38、>　　2.2.3 DS1302原理及應(yīng)用</p><p>　　DS1302是美國DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信，實時時鐘/日歷電路提供秒分時日、日期月年的信息。每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或者12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三

39、個口線：RES復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時鐘。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信，DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。采用雙電源供電（主電源和備用電源）,可設(shè)置備用電源充電方式。</p><p>　　DS1302外部引腳排列及描述如圖2.4所示，DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄

40、，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中[4-6]。</p><p>　　圖2.4 DS1302的外部引腳分布</p><p><b>　　管腳描述</b></p><p>　　X1,X2------------32.768KHz晶振管腳</p><p>　　GND--------------地</p><p>

41、;　　RST----------------復(fù)位腳</p><p>　　I/O-----------------數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳</p><p>　　SCLK--------------串行時鐘</p><p>　　VCC1,VCC2------電源供電管腳</p><p>　　DS1302內(nèi)部寄存器</p><p>

42、;　　CH:時鐘停止位 寄存器2的第7位 12/24小時標(biāo)志</p><p>　　CH=0 振蕩器工作允許 bit7=1, 12小時模式</p><p>　　CH=1 振蕩器停止 bit7=0, 24小時模式</p><p>　　WP：寫保護位 寄存器2的第5位：AM/PM定義</p><p>　

43、　WP=0寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?AP=1 下午模式</p><p>　　WP=1寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 AP=0 上午模式</p><p>　　TCS: 涓流充電選擇 DS:二極管選擇位</p><p>　　TCS=1010 能使涓流充電 DS=01 選擇一個二極管</p><p>　　TCS=其他 禁止涓流充

44、電 DS=10 選擇兩個二極管</p><p>　　DS=00或11，即使TCS=1010， 充電功能也被禁止。</p><p>　　DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.5所示，主要組成部分為：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘以及RAM。雖然數(shù)據(jù)分為兩種，但是對單片機的程序而言，其實是一樣的，就是對特定的地址進行讀寫操作。</p><p>　　圖2.5 DS

45、1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　DS1302的工作原理是：DS1302工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進行初始化，需要將復(fù)位腳（RST）置為高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8位指定訪問地址，命令字裝入以為寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作輸入數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8(8位地址+8位數(shù)據(jù))，在多字節(jié)方式下為8加最多可達248

46、的數(shù)據(jù)[7-10]。</p><p>　　2.2.4 SHT11介紹及原理</p><p>　　在這里選擇SHT11作為溫濕度檢測的主要元器件，SHT11是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來測量相對濕度、溫度和露點等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)融合，從而

47、發(fā)揮出它們強大的優(yōu)勢互補作用，為開發(fā)高集成度、高精度、高可靠性的溫濕度測控系統(tǒng)提供了解決方案。該傳感器的外形及管腳示意圖如圖2.6所示[11]。</p><p>　　DATA-串行數(shù)據(jù)引腳；SCK-串行時鐘輸入</p><p>　　圖2.6 SHT11外形及管腳排列示意圖</p><p>　　與傳統(tǒng)的溫濕度傳感器不同，SHT11是基于CMOS技術(shù)的新型智能溫濕度傳感

48、器，它將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、二線串行接口全部集成于一個芯片內(nèi)。使傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、極高的性價比等優(yōu)點，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　SHT11傳感器默認(rèn)的測量溫度和相對濕度的分辨率分別為14位、12位，通過狀態(tài)寄存器可降至12位、8位。濕度的測量范圍是0~100%RH

49、，對于12位的分辨率為0.03%RH；溫度測量范圍為-40~+123℃，對于14位的分辨率為0.01℃.每個傳感器芯片都在極為精確的溫度室中標(biāo)定，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲存在OTP內(nèi)存中，在測量過程中可對相對濕度自動校準(zhǔn)，使SHT11具有100%的互換性。</p><p>　　其測量的工作原理：首先利用2只傳感器分別產(chǎn)生相對濕度、溫度的信號；然后經(jīng)過放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯；再通過二線串行接

50、口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器完成非線性補償和溫度補償。</p><p>　　微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進行通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器I/O口模擬該通信時序。微處理器對SHT11的控制是通過5個5位命令代碼來實現(xiàn)的，命令代碼的含義如表2.2所示。</p><p>　　表2.2命令控制代碼表</p><p&

51、gt;　　微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進行通信，所以硬件接口設(shè)計非常簡單；然而，通信協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件設(shè)計中，需要用微處理器通用I/O口模擬通信協(xié)議。</p><p>　　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100nF 的電容，用以去耦濾波。</p>

52、<p>　　DATA 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，一次通訊時間4ms左右,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，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸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)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和用戶MCU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

53、待主機開始信號結(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，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，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(zhuǎn)換到低速模式[12][13]。</p><p>　　(1)總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測到起始

54、信號。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80us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DHT11的響應(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，總線由上拉電阻拉高。</p><p>　　(2) 總線為低電平，說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后，再把總線拉高80us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一字節(jié)數(shù)據(jù)都以50us低電平時

55、隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1。如果讀取響應(yīng)信號為高電平，則DHT11沒有響應(yīng)，請檢查線路是否連接正常。當(dāng)最后一字節(jié)數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。</p><p>　　SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對SCK最低頻率沒

56、有要求；當(dāng)工作電壓高于4.5V時，SCK頻率最高為10MHz，而當(dāng)工作電壓低于4.5V時，SCK最高頻率則為1MHz[14-15]。</p><p><b>　　3 模塊功能介紹</b></p><p>　　3.1 復(fù)位電路部分</p><p>　　這種復(fù)位電路的工作原理是：單片機的復(fù)位電路在剛接通電時，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低

57、，通電后，5V的電通過電阻給電容進行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短一般小于0.3秒），RC構(gòu)成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個微分脈沖，其寬度大于兩個機器周期，89C51將復(fù)位。正因為這樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，RST端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即為低電平，單片機開始正常工作（這是單片機的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位）；當(dāng)按下復(fù)位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行

58、了一次復(fù)位工作（這是手動復(fù)位原理）。電路圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 手動復(fù)位及晶振電路</p><p>　　3.2 傳感器電路部分</p><p>　　此模塊是整個電路設(shè)計的信號采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片SHT11構(gòu)成，電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 傳感器電路</p>

59、<p>　　3.3 時鐘電路部分</p><p>　　此模塊是系統(tǒng)時間的實時顯示而設(shè)計的，主要由芯片DS1302構(gòu)成，其中引腳RST、CLK、I/O分別接單片機P3.0、P3.1、P3.2口，屬于控制引腳。此模塊是產(chǎn)生實時的系統(tǒng)時間和日歷，能對某個確定環(huán)境的實時溫濕度控制起到一定的作用。芯片連接簡單，時間日期準(zhǔn)確。其電路原理圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 實

60、時時鐘電路</p><p>　　3.4 超限處理電路</p><p>　　此部分電路比較簡單，主要由一個發(fā)光二極管和一個蜂鳴器構(gòu)成，蜂鳴器接單片機的P1.0口，一旦傳感器測定的溫濕度超過設(shè)定的限額，蜂鳴器就會連續(xù)發(fā)出“滴”的聲音，二極管發(fā)光提醒。電路原理如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 超限處理電路原理圖</p><p><

61、;b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　檢測儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)包括：主程序模塊、溫度檢測模塊、相對濕度檢測模塊、鍵盤和顯示模塊以及串行通信模塊。</p><p>　　主程序的內(nèi)容包括：主程序的起始地址，中斷服務(wù)程序的起始地址，有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序。主程序采用中斷嵌套方式設(shè)計，各功能模塊子程序可直接調(diào)用。</p><

62、p>　　溫度檢測模塊主要是完成測溫電路所得電壓與實際溫度的轉(zhuǎn)換和溫度數(shù)據(jù)的存儲、顯示；相對濕度檢測模塊除了要實現(xiàn)對濕度數(shù)據(jù)的存儲 、顯示外，還要對濕度信號進行溫度補償和線性化處理。</p><p><b>　　4.1 主程序框圖</b></p><p>　　首先對系統(tǒng)進行初始化，包括單片機、LCD、DS1302、和SHT11的初始化，然后溫濕度傳感器SHT11進

63、行溫濕度的采集和處理，并把溫濕度的值通過單片機送給LCD顯示出來，如果溫濕度超過設(shè)定的溫濕度的值，則會引起報警電路發(fā)出響聲和光亮?？傮w電路工作流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 整體電路工作流程圖</p><p><b>　　主函數(shù)解析</b></p><p>　　#include<reg51.h></p&g

64、t;<p>　　#include<absacc.h></p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#include<math.h></p><p>　　#include<12864.h></p><p>　　#include<LCD1602

65、.h></p><p>　　#include<DS1302.h></p><p>　　#include<SHT11.h></p><p>　　#include<set_key.h></p><p>　　void Delay1ms(unsigned int count)</p><p

66、><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int i,j;</p><p>　　for(i=0;i<count;i++)</p><p>　　for(j=0;j<120;j++)</p><p><b>　　}</b></p><p>

67、<b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　SYSTEMTIME CurrentTime;</p><p>　　SHT_dat aa;</p><p>　　Init_12864()</p><p>　　Initial_DS13

68、02();</p><p>　　LCD_Initial();</p><p>　　{Gotoxy(0,0);</p><p>　　Print("Temper:");</p><p>　　GotoXY(0,1);</p><p>　　Print("Time:");</p>

69、;<p>　　GotoXY(16,1);</p><p>　　Print("Humidi:");</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　convert_SHT(&aa,TEMP);&

70、lt;/p><p>　　convert_SHT(&aa,HUMI);</p><p>　　caculation_SHT(&aa);</p><p>　　float_convert(&aa);</p><p>　　doing_temp(&aa);</p><p>　　doing_humi(&a

71、mp;aa);</p><p>　　DS1302_GetTime(&CurrentTime);</p><p>　　DateToStr(&CurrentTime);</p><p>　　GotoXY(5,0);</p><p>　　Print(CurrentTime.DateString);</p><p&

72、gt;　　GotoXY(23,0);</p><p>　　Print(aa.num_temp);</p><p>　　GotoXY(28,0);</p><p>　　Print(" ");</p><p>　　GotoXY(5,1);</p><p>　　Print(CurrentTime.Tim

73、eString);</p><p>　　GotoXY(23,1);</p><p>　　Print(aa.num_humi);</p><p>　　GotoXY(28,1);</p><p>　　Print(" ");</p><p>　　Delay1ms(300);</p>&l

74、t;p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2 溫濕度采集及處理流程圖</p><p>　　溫濕度的采集主要由SHT11來完成，首先對SHT11進行初始化，然后SHT11就會等待主

75、機發(fā)送指令，溫濕度傳感器就會測量環(huán)境中的溫濕度，同時進行處理，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給主機。其工作流程圖如4.2所示。</p><p>　　圖4.2 SHT11工作流程圖</p><p>　　#ifndef_SHT11_h_</p><p>　　#define_SHT11_h_</p><p>　　#define uchar unsigned char

76、</p><p>　　#define unit unsigned int</p><p>　　#define NOP()_nop_()</p><p>　　#define TEMP 0</p><p>　　#define HUMI 1</p><p>　　sbit DQ=P2^7; //端口定義</p>

77、<p>　　sbit SCK=P2^6;</p><p>　　typedef struct</p><p><b>　　{</b></p><p>　　float temperature;</p><p>　　float humidity;</p><p>　　float crc_t

78、emp;</p><p>　　float crc_humi;</p><p>　　uchar num_temp[5];</p><p>　　uchar num_humi[5];</p><p><b>　　}SHT_dat;</b></p><p>　　void init_SHT()</p&

79、gt;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　SCK=0;</b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　SCK=1;<

80、;/b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　DQ=0;</b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　SCK=0;</b></p><p>&

81、lt;b>　　NOP();</b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　SCK=1;</b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　DQ=1;</b><

82、;/p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　SCK=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　字節(jié)傳送函數(shù)</b></p><p>　　uchar write_b

83、yte(uchar value)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,error=0;</p><p>　　for(i=0x80;i>0;i/=2)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(i&v

84、alue)DQ=1;</p><p>　　else DQ=0;</p><p><b>　　SCK=1;</b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　N

85、OP();</b></p><p><b>　　SCK=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　SCK=1;</b></p><p&g

86、t;　　if(DQ==1) error=1;</p><p><b>　　SCK=0;</b></p><p>　　return error;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　讀數(shù)據(jù)函數(shù)</b></p><p>　　u

87、char read_byte(uchar dat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,val=0;</p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p>　　for(i=0x80;i>0;i/=2);</p><p>

88、<b>　　{</b></p><p><b>　　SCK=1;</b></p><p>　　if(DQ) val=(val i);</p><p><b>　　SCK=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p

89、><b>　　DQ=dat;</b></p><p><b>　　SCK=1;</b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　NOP();</b></p><p><b>　　SCK=0;</b

90、></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p>　　return val;</p><p>　　4.3 LCD顯示流程圖</p><p>　　LCD主要是顯示溫濕度的數(shù)值以及時間和日期，LCD的工作流程如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 LCD工作流程圖<

91、;/p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　溫濕度檢測儀是我們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常見的利用單片機控制的小系統(tǒng)，在空調(diào)、電冰箱等都利用到這些原理。首先需要進行溫度的采集、并把這些數(shù)據(jù)傳送給單片機，通過處理并由顯示電路顯示出來。如果溫濕度的值超過了設(shè)定的范圍，就可以通過報警電路發(fā)光、發(fā)聲提醒。在溫濕度檢測儀的設(shè)計中，首先采用分模塊的方法，將系統(tǒng)整體分隔成單獨的模

92、塊，然后進行各個子模塊中的電路設(shè)計，最后將它們組合起來，形成整體的電路原理圖。</p><p>　　同時還可以對電路進行改進，增加一部分控制電路，比如加濕器、干燥器等，當(dāng)溫濕度超過設(shè)定的范圍，就可以通過加濕器或者干燥器的啟動和停止使溫濕度維持在一定的范圍。同時還可以利用無線發(fā)射網(wǎng)絡(luò)，進行遠程監(jiān)控，不僅節(jié)省了成本，還可以排除干擾，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。</p><p><b>　　致謝&

93、lt;/b></p><p>　　歷時將近兩個月的時間終于將這篇畢業(yè)設(shè)計說明書寫完，在畢業(yè)設(shè)計說明書的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的指導(dǎo)老師**老師，他對我進行了無私的指導(dǎo)和幫助，他給我提供了關(guān)于畢業(yè)設(shè)計方面的資料，不厭其煩的幫助進行畢業(yè)設(shè)計說明書的修改和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過

94、我的各位老師表示衷心的感謝！</p><p>　　感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇畢業(yè)設(shè)計說明書的寫作。</p><p>　　感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫說明書的過程中給予我了很多素材，還在說明書的撰寫和排版等過程中提供的幫助。</p><p>　　由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫畢業(yè)設(shè)計

95、說明書難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李永剛.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工廠數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D].成都： 成都理工大學(xué)，2011.

96、 </p><p>　　[2] 李炳政.新型數(shù)字式多功能氣象探空儀綜合檢查儀的研制[D].長春:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密器械與物理研究所，2008 </p><p>　　[3]柴睿.液壓沖擊器的智能控制系統(tǒng)研究[D].上海:上海交通大學(xué)。2009.

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