【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 各種量，使 系統(tǒng)和設(shè)備 在最佳狀態(tài) 正常運(yùn)行 ，從而保證生產(chǎn)的 高質(zhì)量 和 高效率 [6]。 溫濕度傳感器 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào) 輸出的溫濕度復(fù)合傳感器， 它應(yīng)用專用的 溫濕度 傳感和 數(shù)字模塊采集 技術(shù)，具有很高的 穩(wěn)定性和可靠性 ， DHT11 傳感器內(nèi)含 一個(gè) NTC 測(cè)溫 和一個(gè) 電阻式感濕 元件，并與一個(gè) 8位的 高性能 單片機(jī)相連接， 在精確的濕度校驗(yàn)室中 DHT11 傳感器進(jìn)行過校準(zhǔn)， 以程序的形式 校準(zhǔn)系數(shù)儲(chǔ)存在 0TP 內(nèi)存中， 檢測(cè)信號(hào)的 時(shí)候，在 處理過程中 傳感器內(nèi)部要調(diào)用 這些校準(zhǔn)系數(shù)， 采用 單線制 的 串行接口， 使系統(tǒng)集成可以有較低的功耗，而且更加簡(jiǎn)單快速， 信號(hào)傳輸距離 超過 20 米 ，作為一個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 具有 響應(yīng) 快速、抗干擾 強(qiáng)、性價(jià)比 高等優(yōu)點(diǎn)， 它的 性能指標(biāo)如下：濕度測(cè)量范圍為 20％～ 90％ RH；濕度測(cè)量 精度為177。 5％ RH；溫度測(cè)量范圍為 0～ 50 ℃ ， 溫度測(cè)量精度為177。 2℃ ，工作電壓 3． 0～ 5． 5 V， 相應(yīng)時(shí)間 5S， DHT1l 采用 4針單排引腳封裝 , 傳感器通電 后， 需 要等待 1s，這是因?yàn)橐?越過不穩(wěn)定 的 狀態(tài) ， 在此 期間不需發(fā)送 指令 ,電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波 [7]。 典型的應(yīng)用電路如 圖 ： 圖 典型的應(yīng)用電路 DHT11 實(shí)物圖如下圖 ： 10 圖 DHT11實(shí)物圖 (1)串行接口 (單線雙向 ) 采用單總線數(shù)據(jù)格式 ,DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步 ,一次通訊時(shí)間 4ms左右 ,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分 。 通訊過程如圖 圖 通訊過程 總線空閑狀態(tài)為高電平 的時(shí)候 主機(jī)把總線拉低等待 DHT11響應(yīng) , DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)，主機(jī)必須把總 線拉低，至少大于 18ms。 DHT11一旦 接收到主機(jī)的開始信號(hào) ，接著就 等待 開始信號(hào) 的 結(jié)束 ,然后發(fā)送 80us的 低電平響應(yīng)信號(hào) ， 要 讀取 DHT11的響應(yīng)信號(hào) ,必須等待開始信號(hào)的結(jié)束，并延時(shí)等待 2040us后才能夠接受， 主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后 ,這時(shí)候就可 輸出高電平或 切換到輸入模式 ,接著 總線由上拉電阻拉高。 DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào) 的時(shí)候 總線為低電平 ,DHT11把總線拉高 80us之前 ,必須等到響應(yīng)信號(hào)發(fā)送， 準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù) 時(shí) ,每一 bit數(shù)據(jù)都以 50us低電 11 平時(shí)隙開始 ,數(shù)據(jù)位是 0或 1是由高電平的長(zhǎng)或短來決定 。 假如 響應(yīng)信號(hào) 的讀取 為高電平 ,但是 DHT11無響應(yīng) 響應(yīng) ,這時(shí)候說明路線可能連接不正常，當(dāng)最后一 bit數(shù)據(jù)傳送結(jié)束 后， DHT11把 總線 拉低 50us,接著 總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。 數(shù)字 0信號(hào)表示方法如圖 圖 數(shù)字 0信號(hào)表示方法 數(shù)字 1信號(hào)表示方法 .如圖 ： 圖 信號(hào) 1 表示方法 (2)電氣特性 VDD=5V， T = 25℃，除非特殊標(biāo)注，其中主要的電氣特征如表 12 示： 表 參數(shù) 條件 min typ max 單位 供電 DC 3 5 V 供電電流 測(cè)量 Ma 平均 1 Ma 待機(jī) 100 150 Ua 采樣周期 秒 1 次 注：采樣周期間隔不得低于 1秒鐘 (3)性能說明 如表 ： 表 性能說明 參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位 分辨率 8 177。 Bit 1 1 1 %RH 精度 25℃ 177。 4 %RH 重復(fù)性 177。 1 %RH 溫度 050℃ 177。 5 %RH 溫度 量程范圍 0℃ 30 90 %RH 50℃ 20 80 %RH 25℃ 20 90 %RH 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 典型值 177。 1 %RH/yr 遲滯 177。 1 ℃ 互換性 可完全互換 分辨率 8 8 8 Bit 1 1 1 ℃ 重復(fù)性 177。 1 ℃ 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%) 6 30 S 量程范圍 0 50 ℃ 精度 177。 1 177。 2 ℃ 13 (4)DHT11 引腳說明 ，如表 所示 表 DHT11引腳說明 pin 名稱 注釋 1 VDD 供電 3－ 2 DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線 3 NC 空腳，懸空 4 GND 接地，電源負(fù)極 ⑤ 應(yīng)用信息 電阻式濕度傳感器暴露在化學(xué)物質(zhì)中會(huì)受到干擾，導(dǎo)致靈敏度下降 ，當(dāng)處于極限狀態(tài)時(shí)，傳感器可以通過程序處理，回復(fù)到初試的校準(zhǔn)狀態(tài)，在不符合規(guī)范的范圍內(nèi)使用傳感器，不僅會(huì)導(dǎo)致幾乎 3%的臨時(shí)漂移信號(hào)，而且會(huì)加速產(chǎn)品的老化，轉(zhuǎn)為正常的使用范圍后，會(huì)漸漸恢復(fù)校準(zhǔn)狀態(tài)；溫度是影響氣體相對(duì)濕度的關(guān)鍵，因此測(cè)量時(shí)最好讓濕度傳感器工作溫度相同。 ⑥ 封裝信息 ，如圖 ： 如圖 DHT11的封裝信息 單片機(jī) ①描述 AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗、 高性能 CMOS 的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K 的可編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳， 它 14 集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程 (ISP)， 也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片機(jī)芯片中， ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制 的 領(lǐng)域 【 8】 。引腳圖如下圖 所示： 圖 AT89S51引腳圖 ②優(yōu)越性 AT89S51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)： 4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器， 128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 32個(gè) I/O口， 1個(gè)串行通信口， 1個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，另外， AT89S51還可以進(jìn)行 0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式 ， 閑散方式停止中央處理器的工作， 可 允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位 ,在 AT89C51上新增 加的功能使 AT89S51性能有了較大提升，它的價(jià)格甚至更低，它的工作頻率可達(dá) 33MHz，比 AT89C51的工作頻率更高， ISP在線編程功能的優(yōu)越性在于它不必要將芯片從工作狀態(tài)下分離，特別是在改寫存儲(chǔ)器內(nèi)的程序，這是一個(gè)相當(dāng)方便簡(jiǎn)單的功能，它不需要像 AT89C51那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路，由于它內(nèi)部具有雙 15 工 UART串行通道內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，它具有全新的加密算法，大大加強(qiáng)的程序的保密性，有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯 ,它向下完全兼容 51全部字系列產(chǎn)品 [8]。 3. LCD ① 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于 顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊 ② LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)： ，如圖表 所示 表 1602的主要技術(shù)參數(shù) 工作電壓 : — 容量 16 2個(gè)字符 最佳工作電壓 工作電流 字符尺寸 (W H)mm ③引腳功能說明 如下圖表 ： 表 引腳接口說明表 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VDD 正極 2 VSS 地 3 VL 液晶顯示偏壓 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 5 R/W 讀 /寫選擇 6 E 使能信號(hào) 7 D0 數(shù)據(jù) 8 D1 數(shù)據(jù) 9 D2 數(shù)據(jù) 10 D3 數(shù)據(jù) 11 D4 數(shù)據(jù) 12 D5 數(shù)據(jù) 13 D6 數(shù)據(jù) 16 續(xù)表 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 14 D7 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正 極 16 BLK 背光源負(fù)極 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(shí)現(xiàn)的 。 ⑤管腳圖，如圖 ： 圖 LCD1602的管腳圖 其中實(shí)物圖如圖 17 圖 1602字符型液晶顯示器實(shí)物圖 LCD1602 主要有兩種，主要區(qū)別在于是否背光 ， 它的 控制器 主要 為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚， 在應(yīng)用中 是否帶背光 并不影響使用 ，兩者尺寸差別如下圖 ： 圖 1602LCD尺寸圖 1602LCD 的 RAM 地址 映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表 液晶顯示模塊是一個(gè) 比較慢的 顯示器件， 因此 在執(zhí)行指令之前要 首先確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志 處于 低電平，表示 空閑 ， 不然 此指令失效 ， 輸入顯示字 18 符地址 后會(huì)顯示字符 ，圖 1602 的內(nèi)部顯示地址。 圖 1602LCD內(nèi)部顯示地址 第三節(jié) 本章小結(jié) 本章節(jié)主要有兩 部分，第一部分主要介紹了溫濕度的意義，由來，同時(shí)也介紹了溫濕度檢測(cè)的一 些專業(yè)名詞，例如：露點(diǎn)。第二部分主要介紹了設(shè)計(jì)的總體思路，以及元器件的選擇，并加以詳細(xì)的解釋。 19 第 三 章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)是 整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能 ,硬件實(shí)現(xiàn)上采用模塊 化設(shè)計(jì)，每一模塊只實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定功能，最后再將各個(gè)模塊搭接在一起 ,這種設(shè)計(jì)方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性 ， 本系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)包括電源電路、蜂鳴器電路、 晶振電路， LCD 顯示電路以及溫濕度傳感器電路 [11]。 第一節(jié) 主控制電路和測(cè)溫時(shí)控制電路 本次硬件的核心就是 AT89S511，其他的外圍電路都是圍 繞它 所 設(shè)計(jì)的。數(shù)字溫濕度傳感器的 DHT11的 DATA口連接單片機(jī) AT89S51的 。顯示 電路就是把 LCD1602 和單片機(jī)的 P0 口分別相連， 當(dāng)溫度或濕度高于預(yù)設(shè)值的時(shí)候蜂鳴器蜂鳴報(bào)警， 增加單片機(jī)的輸出能力， 增加 單片機(jī)的輸出電流 ，故使用電阻排來完成。 本系統(tǒng)采用的是上電復(fù)位，充電之后， RST被拉至 高 電平，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。 AT89S51中 有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部正當(dāng)其的放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器構(gòu)成自激振蕩器，他們與電 容 C1， C2 接在放大器的反饋電路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路，雖然電容沒有 一個(gè)嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、 溫度穩(wěn)定性以及振蕩器工作的穩(wěn)定性。具體的原理圖如圖 ： 20 圖 系統(tǒng)電路原理圖 第 二節(jié) 主要模塊的 電路 一 、 系統(tǒng)的蜂鳴器電路 微型計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全起見，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng) ，都設(shè)定 有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便 于提醒操作人員注意，或者采取緊急措施，本設(shè)計(jì)采用 把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù) 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、 標(biāo)度變換 、數(shù) 字濾波之后，與該參數(shù)上下限 與 給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值則進(jìn) 行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示 [12]。 本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。如圖 所示。蜂鳴器額定電流 ≤ 30Ma,而對(duì)于 AT89S51 單