【文章內(nèi)容簡介】 單片機最小系統(tǒng)為核心。供電電源由 USB 接口 或者干電池 供電。將 P0 口作為與液晶的數(shù)據(jù)傳輸口。 、 作為發(fā)光二極管接口，以控制報警模塊工作。 作為與傳感器 DHT11通信的數(shù)據(jù)口， P3 口作為閾值模塊中四個按 鍵的接口， 、 作為分別于液晶的 RS、 R/W 和 E 端相連接，以控制液晶顯示， 接蜂鳴器控制端，以控制報警模塊工作。 電源模塊設(shè)計 本設(shè)計由于經(jīng)濟等條件限制，沒能單獨設(shè)計制作直流 5V 電源，暫用 USB 供電或者使用三節(jié) 5 號干電池代替，在實際應(yīng)用場合中，需加入此部分，可直接購買 市電 220V 轉(zhuǎn) 直流 5V開關(guān)電源，以保證系統(tǒng)長時間工作。 DHT11 傳感器模塊設(shè)計 DHT11 傳感器 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(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感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接?；趩纹瑱C的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 9 因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。每個 DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(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)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達 20 米以上，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。產(chǎn)品為 4 針 單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。 DHT11 傳感器引腳圖如下 所示： 1Pin2Pin3Pin4PinD H T 1 1 圖 DHT11 傳感器引腳圖 1. 引腳介紹： Pin1： (VCC)，電源引腳，供電電壓為 3~。 Pin2：（ DATA），串行數(shù)據(jù)，單總線。 Pin3： （ NC），空腳，請懸浮。 Pin4： （ VDD），接地端，電源負極。 2. 接口說明： 由傳感器資料知連接線長度短于 20 米時用 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?？紤] 本設(shè)計實際應(yīng)用情況故使用 5K 上拉電阻。 單 片 機D H T 1 1傳 感 器5 KV C C V C CD A T A1 P i n2 P i n3 P i n4 P i nG N D 圖 DHT11 典型應(yīng)用電路 3. 數(shù)據(jù)幀的描述： 基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 10 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) 。 數(shù)據(jù)傳送正確時 校驗和數(shù)據(jù)等于 “ 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) ” 所得結(jié)果的末 8 位。 4. 電氣特性： VDD=5V， T =25℃ ，除非特殊標注 。 表 DHT11 的電氣特性 參數(shù) 條件 Min typ max 單位 供電 DC 3 5 V 供電電流 測量 mA 平均 1 mA 待機 100 150 uA 采樣周期 秒 1 次 注 :采樣周期間隔不得低于 1 秒鐘。 DHT11 傳感器模塊電路設(shè)計 DHT11 傳感器連接單片機相對比較簡單。單片機的 口用來發(fā)收串行數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)口。連接傳感器的 Pin2（單總線，串行數(shù)據(jù)）。由于測量范圍電路小于 20 米，加一個 5K 的上拉電阻，因此在傳感器的Pin2 口與電源之間連接一個 5K 電阻。而傳感器的電源端口 Pin1 和 Pin4分別接單片機的 VDD 和 GND 端。傳感器的第三腳懸浮放置。 DHT11 傳感器原件的電路原理圖如下 所示： +5VDATAGNDR2 5K1234JP2 基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 DHT11 電路原理圖 1602 液晶顯示模塊設(shè)計 1602 液晶顯示屏 1602 液晶 是一種工業(yè)字符型液晶 ，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符。（ 16 列 2 行）。 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。 本設(shè)計使用 LCD1602 液晶顯示器。它有以下幾個優(yōu)點： 1. 顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像數(shù)碼顯示器那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 2. 數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 3. 體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 4. 功耗低：液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 1602 液晶顯示屏 參數(shù) 1. 1602 的基本參數(shù)及引腳功能 ： （ 1） 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 ： 162 個字符 。 芯片工作電壓 ： —。 工作電流 ： ()。 模塊最佳工作電壓 ： 。 字符尺寸 ： (WH)mm。 （ 2） 引腳功能說明 ： 基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 12 1602LCD 采用標準的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 所示 ： 表 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 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。 第 5 腳： R/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。當(dāng) RS 和 R/W 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 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 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。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負極。 2. 1602 的 RAM 地址映射及標準字庫表 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志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 13 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。 L C D1 6 字 * 2 行0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 A 0 B 0 C 0 D 0 E 0 F 1 0 2 7?4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 4 A 4 B 4 C 4 D 4 E 4 F 5 0 6 7? 圖 1602LCD 內(nèi)部顯示地址 1602 液晶顯示模塊電路設(shè)計 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、 PDA 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。 其中 Vo 腳，即第三引腳加了一個 10K 的滑動變阻器，該變阻器的目的是調(diào)節(jié)液晶的顯示對比度，通過調(diào)節(jié)滑阻改變 Vo 的電壓值，從而使液晶顯示在最清晰的狀態(tài)。 基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 14 1122334455667788991010111112121313141415151616JP3液晶屏接口P27P26P25P00P01P02P03P04P05P06P07R9 1K R10 10KGND+5V123456781615141312111095KR4P00P01P02P03P04P05P06P07P25P26P27 圖 1602 顯示模塊原理圖 閾值設(shè) 置模塊設(shè)計 從 圖 可以看到。從上到下依次設(shè)為 K K K K7 四個按鍵，其連接單片機引腳分別是 、 、 、 四個引腳。 根據(jù)該模塊使得閾值設(shè)置分為兩個模塊，分別是濕度最高值設(shè)置模式、溫度最高值設(shè)置模式。例如濕度最高值設(shè)置，按一次 K6 濕度最高值加一，按一次 K7 濕度最高值減一， 1602 液晶顯示將實時顯示出設(shè)置值。其他值設(shè)置類似。 按鍵閾值設(shè)置模塊部分，設(shè)置非常人性化，而不用每次設(shè)置閾值都到程序里邊去設(shè)置后再燒制進單片機，實現(xiàn)了自動化。 基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 15 K2TH+K5THK7HHK6HH+R33 1kR34 1kR35 1kR36 1k+5VGND溫度濕度設(shè)置P33P34P35P12 圖 閾值設(shè)置模塊原理圖 報 警模塊設(shè)計 蜂鳴器報警模塊設(shè)計 fengmingqiR17 1k Q1S9012P20VCC 圖 蜂鳴器報警模塊原理圖 系統(tǒng)在設(shè)計時候采用的是有源蜂鳴器，只要給蜂鳴器一定的電流基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 16 值，蜂鳴器就可以按照一定的頻率發(fā)聲，但是單片機引腳的驅(qū)動電流比較小，不足以驅(qū)動蜂鳴器工作，因此采用了一個 PNP 的三極管 S9012來驅(qū)動。當(dāng)單片機 輸出一個低電平時，蜂鳴器響，實現(xiàn)報警。 發(fā)光二極管報警模塊設(shè)計 此部分利用發(fā)光二極管的點亮來實現(xiàn)報警，當(dāng)單片機 、 引腳輸出一個低電平時發(fā)光二極管亮，實現(xiàn)報警。 +5VR71kR81kL2潮濕L3超溫報警顯示P15P16 圖 發(fā)光二極管報警模塊原 理圖 24C02 數(shù)據(jù)存儲模塊 24C02 數(shù)據(jù)存儲器 2IC總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。存儲器 24C02 系列等都是使用 2IC協(xié)議進行數(shù)據(jù)的操作。主要在存儲一些掉電后還要保存數(shù)據(jù)的場合。 2IC總線特點： 1. 要求兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)線 SDA，一條串行時鐘線 SCL。 2. 每個連接到總線 的器件都可以通過唯一的地址和一直存在的簡單的主機 、 從機關(guān)系軟件設(shè)定地址，主機可以作為主機發(fā)送器或主機接收器。 3. 串行的 8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標準模式下可達 100kbit/s，基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 17 快速模式下可達 400kbit/s，高速模式下可達 。 24C02 數(shù)據(jù)存儲器模塊電路設(shè)計 本設(shè)計為實現(xiàn)溫濕度 閾值 的連續(xù)性?？紤]了溫濕度閾值的存儲，在掉電后，下一次使用時能回到原來設(shè)定的閾值。 24C02 的時鐘線 SCL與單片機的 相連，數(shù)據(jù)線 SDA 與單片機的 相連。其電氣原理圖如圖 所示 。 R1610k+5VA01A12A23Vss4Vcc8WP7SCL6SDA5U524C02R1510kGND2402_SCL2402_SDAEEPROM 存儲器電路 圖 24C02 數(shù)據(jù)存儲模塊原理圖 基于單片機的 溫濕度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計 18 系統(tǒng)總體電氣原理圖 RST9RXD/10INT0/12I