大連海事大學自動化課程設計
基於微控制器的溫濕度
檢測控制系統
2009 屆自動化
學號 2220093699
學生姓名
指導教師
目錄第1章總體設計概述 1
1.1 課題的背景和意義 1
1.2 系統實現的主要功能 1
1.3 系統的工作原理簡介 1
1.4 總體設計簡介 2
1.4.1總體設計框圖 2
1.4.2 總體設計及工作程序 2
第2章系統硬體設計 3
2.1 主控模組設計 3
2.2 dht11感測器模組設計 3
2.2.1 dht11感測器簡介 3
2.2.2 dht11感測器模組電路設計 6
2.3 1602液晶顯示模組設計 6
2.3.1 1602液晶顯示屏簡介 6
2.3.2 1602液晶顯示模組 7
2.4 閾值設定模組 8
2.5 報警模組 8
第3章系統軟體設計 9
3.1 1602液晶顯示模組程式設計 9
3.2 感測器模組程式設計 10
第4章系統分析與除錯 12
4.1 程式**軟體說明 12
4.2 所遇問題及解決辦法 12
4.2.1硬體問題及解決方法 12
4.2.2軟體所遇問題及解決方法 13
第5章結論與展望 14
附錄 15
附錄a 硬體原理圖 15
附錄b 最終實物圖及簡介 15
附錄c 程式清單 16
第1章總體設計概述
1.1 課題的背景和意義
溫度、濕度和人類的生產、生活有著密切的關係，同時也是工業生產中最常見最基本的工藝引數，例如機械、電子、石油、化工等各類工業中廣泛需要對溫度濕度的檢測與控制。並且隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環境越來越關注。而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對溫度濕度的檢測及控制就非常有必要了。
8051微控制器是常用於控制的晶元，在智慧型儀器儀表、工業檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度控制系統的實力也很多。使用8051微控制器能夠實現溫濕度全程的自動控制，而且8051微控制器易於學習掌握，價效比高。
使用8051型微控制器設計溫濕度控制系統，可以即時精確的反應溫室內的溫度以及適度的變化。完成諸如公升溫到特定的溫度、降溫到特定的溫度。在溫度上下限範圍內保持恆溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。
將此系統應用到溫室當中無疑為植被生長提供了更加適宜的環境。對於大棚種植和花圃、花卉栽培，必須在某些特定環境安裝溫濕度裝置對其進行監控。本系統可以及時、精確的反映室內的溫度以及濕度的變化，能夠滿足溫濕度的控制要求。
1.2 系統實現的主要功能
本系統所要實現的功能是：
1.溫濕度實時檢測及顯示。通過lcd1602實時地顯示感測器dht11檢測到的溫濕度值，並且固定時間（5s）檢測更新顯示一次。
2.報警閾值的手動設定。通過三個按鍵實現溫濕度閾值的設定，使得系統更加人性化、智慧型化，具有更高的實用價值。
3.當溫濕度超出閾值時能自動報警。通過蜂鳴器發出聲音實現報警，以提醒使用者做出相應的改進措施。
1.3 系統的工作原理簡介
總體來說，本次設計主要涉及了溫濕度的測量、顯示以及實現簡單控制。硬體方面有五個模組，即at89s52微控制器主控模組、感測器模組、lcd1602液晶顯示模組、報警模組以及閾值設定模組。其中主控模組已經給出，我們只需適當增加驅動電路即可。
感測器模組使用的是dht11數字溫濕度感測器。通過dht11檢測出當前環境下的溫濕度，將所測資料交給at微控制器進行分析和處理，並分別存入不同陣列以便顯示時候用。其中，為了顯示穩定，本系統每間隔5s採集一次資料送入微控制器。
1602液晶顯示模組就是實現溫濕度檢測值和閾值的顯示。其分兩行顯示，上邊一行顯示濕度，下邊顯示溫度值，兩行的末尾兩位是閾值顯示位，正常工作的時候可以通過按鍵將其隱藏，需要調節閾值時，再顯示出來方便調整，相對構建了比較友好的人機互動。
蜂鳴器報警模組實現了檢測值超過閾值的時候鳴響報警。本系統採用的是有源蜂鳴器，因此無論溫度還是濕度超出範圍蜂鳴器都是以相同頻率的聲音進行報警提示。提醒工作人員此時溫度濕度資料出現異常、需及時調整，及時啟用公升溫器、加濕器、降溫風扇以及噴霧器來有效的調整實驗室內溫濕度。
閾值設定模組通過三個按鍵來實現閾值設定功能的。使得在不同環境下設定閾值提供了極大的方便，不需要每次都在程式裡改動然後再燒錄，省去了複雜的過程。
1.4 總體設計簡介
1.4.1總體設計框圖
按照系統功能的具體要求，在保證實現其功能的然礎上，盡可能降低系統成本。總體設計方案圍繞上述思想，初步確定系統的方案如圖1-1所示。
圖1—1系統總體設計
從圖中可以看出，系統有微處理器模組、dht11感測器模組、閾值設定模組、符液晶顯示模組、報警模組組成。在方案設計中，外圍模組採用並行控制，以簡化系統，提高控制精度。該設計以at89s52微控制器為控制核心，實現溫濕度採集及顯示的基本功能。
1.4.2 總體設計工作程序
本次設計相對而言有兩個部分弄明白了就能夠設計好了。乙個是液晶顯示部分，乙個是dht11感測器部分。感測器比較陌生，以前沒有接觸太多，液晶相對而言比較容易點。
因此這次先攻克了液晶顯示部分，然後再拿下感測器部分。整個流程如下圖所示：
圖1-2 整體設計流程圖
第2章系統硬體設計
2.1 主控模組設計
本次課程設計使用的主控模組是由老師給出的乙個at89s52為核心的最小系統。使用的時候將p1口作為與液晶的資料傳輸口，p2.0作為與感測器dht11通訊的資料口，p2.
1~p2.3作為閾值模組中三個按鍵的介面，p2.4~p2.
6作為分別於液晶的rs、r/w和e端相連線，以控制液晶顯示，p2.7接蜂鳴器控制端，以控制報警模組工作。
2.2 dht11感測器模組設計
2.2.1 dht11感測器簡介
dht11數字溫濕度感測器是一款含有已校準數碼訊號輸出的溫濕度復合感測器。它應用專用的數字模組採集技術和溫濕度感測技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。感測器包括乙個電阻式感溼元件和乙個ntc測溫元件，並與乙個高效能8位微控制器相連線。
因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、價效比極高等優點。每個dht11感測器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準係數以程式的形式儲存在otp記憶體中，感測器內部在檢測訊號的處理過程中要呼叫這些校準係數。
單線制序列介面，使系統整合變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，訊號傳輸距離可達20公尺以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品為 4 針單排引腳封裝。
連線方便，特殊封裝形式可根據使用者需求而提供。
dht11感測器實物圖如下2-1所示：
圖2-1 dht11感測器實物圖
（1）引腳介紹：
pin1：(vdd)，電源引腳，供電電壓為3~5.5v。
pin2：（data），序列資料，單匯流排。
pin3:（nc），空腳，請懸浮。
pin4（vdd），接地端，電源負極。
（2）介面說明 ：
建議連線線長度短於20公尺時用5k上拉電阻,大於20公尺時根據實際情況使用合適的上拉電阻。
圖2-2 dht11典型應用電路
（3）資料幀的描述：
data 用於微處理器與 dht11之間的通訊和同步,採用單匯流排資料格式,一次通訊時間4ms左右,資料分小數部分和整數部分,具體格式在下面說明,當前小數部分用於以後擴充套件,現讀出為零.操作流程如下:
一次完整的資料傳輸為40bit,高位先出。
資料格式:8bit濕度整數資料+8bit濕度小數資料
+8bit溫度整數資料+8bit溫度小數資料
資料傳送正確時校驗和資料等於「8bit濕度整數資料+8bit濕度小數資料+8bi溫度整數資料+8bit溫度小數資料」所得結果的末8位。
（4）電氣特性：vdd=5v，t = 25℃，除非特殊標註
表2-1 dht11的電氣特性
注:取樣週期間隔不得低於1秒鐘。
（5）時序描述：
使用者mcu傳送一次開始訊號後,dht11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始訊號結束後,dht11傳送響應訊號,送出40bit的資料,並觸發一次訊號採集,使用者可選擇讀取部分資料.從模式下,dht11接收到開始訊號觸發一次溫濕度採集,如果沒有接收到主機傳送開始訊號,dht11不會主動進行溫濕度採集.採集資料後轉換到低速模式。
通訊過程如下圖2-3所示：
圖2-3通訊過程圖
匯流排空閒狀態為高電平,主機把匯流排拉低等待dht11響應,主機把匯流排拉低必須大於18毫秒,保證dht11能檢測到起始訊號。dht11接收到主機的開始訊號後,等待主機開始訊號結束,然後傳送80us低電平響應訊號.主機傳送開始訊號結束後,延時等待20-40us後, 讀取dht11的響應訊號,主機傳送開始訊號後,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 匯流排由上拉電阻拉高。
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