【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 DHT11傳感器簡(jiǎn)介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(zhuān)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線(xiàn)制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)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(hù)需求而提供[4]。 DHT11傳感器實(shí)物圖如下33所示：（1）引腳介紹：Pin1：(VDD)，電源引腳，供電電壓為3~。Pin2：（DATA），串行數(shù)據(jù)，單總線(xiàn)。Pin3:（NC），空腳，請(qǐng)懸浮。Pin4（VDD），接地端，電源負(fù)極。（2）接口說(shuō)明 ：建議連接線(xiàn)長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。典型應(yīng)用電路如下圖34所示：圖33　DHT11傳感器實(shí)物圖圖34　DHT11典型應(yīng)用電路（3）數(shù)據(jù)幀的描述： DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線(xiàn)數(shù)據(jù)格式,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,具體格式在下面說(shuō)明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,: 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) +8bi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(shí)校驗(yàn)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(biāo)注表32 DHT11的電氣特性參數(shù)條件Mintypmax單位供電DC35V供電電流測(cè)量mA平均1mA待機(jī)100150uA采樣周期秒1次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。（5）時(shí)序描述：用戶(hù)MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號(hào)采集,DHT11接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào),。通訊過(guò)程如下圖35所示：圖35 通訊過(guò)程一總線(xiàn)空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線(xiàn)拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線(xiàn)拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束,延時(shí)等待2040us后, 讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線(xiàn)由上拉電阻拉高。圖36 通訊過(guò)程二總線(xiàn)為低電平,說(shuō)明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后,再把總線(xiàn)拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開(kāi)始,則DHT11沒(méi)有響應(yīng),，DHT11拉低總線(xiàn)50us,隨后總線(xiàn)由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。數(shù)字0信號(hào)表示方法如下圖37所示：圖37 數(shù)字0信號(hào)表示法數(shù)字1信號(hào)表示方法如下圖38所示圖38 數(shù)字1信號(hào)表示法 DHT11傳感器電路的設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量，系統(tǒng)采用多個(gè)DHT11芯片，本設(shè)計(jì)針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的三點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。分別用單片機(jī)的P1P1P17來(lái)分別接三個(gè)點(diǎn)的DHT11的DATA引腳。按照說(shuō)明書(shū)的要求，DHT11與單片機(jī)的連線(xiàn)長(zhǎng)度小于20米時(shí)，需要在VCC和DATA之間接5K的上拉電阻，因此DHT11與單片機(jī)的連接電路如下圖39所示：圖39 溫濕度檢測(cè)電路 粉塵濃度傳感器電路的設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的要求，粉塵濃度傳感器選用GCG1000。GCG1000粉塵濃度傳感器吸收消化了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的測(cè)塵技術(shù)，可連續(xù)檢測(cè)存在易燃易爆可燃性氣體混合物的環(huán)境中浮游粉塵的濃度，具有測(cè)量快速準(zhǔn)確、靈敏度高、就地顯示、遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸、性能穩(wěn)定、可預(yù)置K值等功能及特點(diǎn)，可與各種監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。GCG1000粉塵濃度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍：～1000）mg/m3； 測(cè)量相對(duì)誤差：≤15%； 采樣流量誤差：≤177。%； 采樣流量穩(wěn)定性：≤177。5%； 采樣流量：15L/min； 工作電壓：DC（9～24）V（本安電源）；工作電流：≤250mA； 重量：5kg； 輸出信號(hào)制式：頻率（200～1000）Hz。 GCG1000粉塵濃度傳感器實(shí)物如下：圖310 GCG1000粉塵濃度傳感器實(shí)物圖由于GCG1000粉塵濃度傳感器只有成品，沒(méi)有芯片形式。所以對(duì)于粉塵濃度傳感器的硬件電路設(shè)計(jì)在這里就不予給出。 1602顯示模塊的設(shè)計(jì) 1602液晶顯示屏簡(jiǎn)介 HJ1602A 是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02 即32個(gè)字符。（16列2行）。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖311和312所示：（1）引腳說(shuō)明：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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí) 圖311 液晶屏正面 圖312 液晶屏背面對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)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(shí)，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(xiàn)。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。（2）1602LCD的RAM地址映射以及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，它的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的（說(shuō)明：1為高電平，0為低電平）。指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H 。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)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(wú)效 。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示。 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo)。 B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo) 。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線(xiàn)，低電平時(shí)為8位總線(xiàn)。 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示。 F：低電平時(shí)顯示5X7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符 （有些模塊是 DL：高電平時(shí)為8位總線(xiàn)，低電平時(shí)為4位總線(xiàn)）。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置 。指令8：DDRAM地址設(shè)置 。指令9：讀出忙信號(hào)和光標(biāo)地址。 BF為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙，模塊就能接收相應(yīng)的命令或者數(shù)據(jù)。指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù) 。指令11：讀數(shù)據(jù) 。1602 內(nèi)部顯示地址如圖313所示：在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無(wú)需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如圖所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A” [5]。圖313 1602內(nèi)部顯示地址 顯示電路設(shè)計(jì)液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性， 通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。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(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。如圖314所示：圖314 顯示電路 報(bào)警電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要指示一種溫濕度以及粉塵濃度的正常狀態(tài)、一種數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)和六種超限報(bào)警狀態(tài)，即溫度超下限，溫度超上限，濕度超下限，濕度超上限，粉塵濃度超上限，粉塵濃度超下限，可采用簡(jiǎn)單的報(bào)警電路[6]。目前智能化的測(cè)試儀表設(shè)計(jì)都自帶有報(bào)警電路。設(shè)計(jì)報(bào)警電路也是為了更完善系統(tǒng)的功能，本設(shè)計(jì)采用發(fā)光二極管和壓電式蜂鳴器為核心的聲光報(bào)警電路。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多謝振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（~15V直流工作電壓），多謝振蕩器起震，~，由阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。報(bào)警電路的功能是在AT89C51單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警或解除報(bào)警。當(dāng)AT89C51單片機(jī)檢測(cè)工作間隙超過(guò)規(guī)定的量值時(shí)，通過(guò)報(bào)警電路向報(bào)警器發(fā)出有效信號(hào)（高電平有效），聲音報(bào)警電路接到有效電平后則自動(dòng)發(fā)出預(yù)置的報(bào)警聲，同時(shí)紅色報(bào)警指示燈發(fā)出耀眼的紅色信號(hào)，當(dāng)P21，T0為低電平時(shí)，三極管為低電平，三極管截止，集電極電流為0，發(fā)射級(jí)電流為0，聲光報(bào)警器均不能正常工作。當(dāng)P21，T0為高電平時(shí)，輸出高電平，三極管集電極為高電平，三極管導(dǎo)通，集電極電流不為0，發(fā)射極電流、聲光報(bào)警器均能正常工作，處于報(bào)警狀態(tài)。電路圖如圖315所示：圖315 報(bào)警電路 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)是由若干按鈕組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶(hù)能通過(guò)鍵盤(pán)向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。一般單片機(jī)系統(tǒng)中采用非編碼碼鍵盤(pán)，非編碼鍵盤(pán)是由軟件來(lái)識(shí)別鍵盤(pán)上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)[7]。通過(guò)I/O口連接，將每個(gè)按鈕的一端接到單片機(jī)的I/O口，另一端接地，如圖所示。六個(gè)按鍵分別接到P10 P11 P12 P13 P14 。對(duì)于這種鍵盤(pán)程序能采用持續(xù)查詢(xún)的方式，功能就是：檢測(cè)是否有鍵閉合，如有鍵閉合，則去除鍵抖動(dòng)，判斷鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)的鍵處理。其功能很簡(jiǎn)單，六個(gè)鍵定義如下：P10：切換顯示界面P11：對(duì)溫濕度上下限進(jìn)行設(shè)置P12：增的設(shè)置P13：減的設(shè)置P14：粉塵濃度的設(shè)置按鍵電路如圖316所示： 繼電器控制電路的設(shè)計(jì)當(dāng)溫濕度或粉塵濃度高于或低于設(shè)定值時(shí)，需要通過(guò)繼電器來(lái)控制，本設(shè)計(jì)選用的繼電器型號(hào)為SRD05VDCSLC繼電器，本次設(shè)計(jì)選用三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并將發(fā)光電路與此連接在一起，電路圖如下圖317所示： 本章小結(jié)本章主要介紹了溫濕度傳感器的定義及其分類(lèi)。對(duì)溫濕度傳感器DHT11芯片的工作原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，性能特點(diǎn)做了充分的說(shuō)明。本章系統(tǒng)闡述了本設(shè)計(jì)硬件的工作原理。設(shè)計(jì)了由AT89C51單片機(jī)控制的溫濕度測(cè)量回路、LCD顯示電路，聲光報(bào)警電路、鍵盤(pán)電路、繼電器電路。圖316 按鍵電路圖317 繼電器的電路設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在我們所要設(shè)計(jì)的課題有了整體的了解之后，需要先建立程序框架的流程圖，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)劃分模塊，逐個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)其功能，最終把各個(gè)子模塊合理的連接起來(lái)，構(gòu)成總的程序。主程序首先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后將采集到的溫濕度指令傳給系統(tǒng)的主流程圖如圖41所示[10]。 圖41 主程序流程圖 編程語(yǔ)言和工具的選擇 編程語(yǔ)言的選擇為了提高程序的可讀性和調(diào)試的便利性，選用C 語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。C語(yǔ)言具有簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便、運(yùn)算符豐富、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富、程序執(zhí)行效率高、可移植性好等特點(diǎn)。 當(dāng)然，C 語(yǔ)言和MCS51 單片機(jī)結(jié)合之后產(chǎn)生的C51 語(yǔ)言，與標(biāo)準(zhǔn)的C 語(yǔ)言還有一定的差別，編程的時(shí)候應(yīng)該注意這些問(wèn)題。除此之外，C51 的強(qiáng)大功能及其高效率的重要體現(xiàn)之一在于其豐富的可直接調(diào)用的庫(kù)函數(shù)，這使得程序代碼簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。特別是本征庫(kù)的9 個(gè)函數(shù)，雖然少，但都非常有用，主要功能為按位循環(huán)左移或右移，位測(cè)試等。 編程工具的選擇由于單片機(jī)種類(lèi)繁多，各大公司都紛紛開(kāi)發(fā)了自己的編程軟件，而KEIL C51軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、PLM 語(yǔ)言和C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。此外，Keil 還支持自動(dòng)添加多款單片機(jī)的編譯預(yù)處理文件，包含各類(lèi)單片機(jī)的頭文件，如51 。 1602顯示器模塊的設(shè)計(jì)液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，在執(zhí)行每條指令之前要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，則此指令失效，要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，告訴模塊在哪里現(xiàn)實(shí)了字符。1602液晶顯示模塊可與AT89C51直接接口的。軟件流程圖如圖42所示：開(kāi)始LCD初始化延時(shí)設(shè)置第一行顯示位置顯示第一行內(nèi)容顯示第二行內(nèi)容設(shè)置第二行顯示位置圖42 液晶顯示軟件流程圖 傳感器模塊設(shè)計(jì) 溫濕度模塊DH11數(shù)字溫濕傳感器加濕器溫濕度傳感器隨著科技的不斷發(fā)展，汽車(chē)、空調(diào)、除濕器、烘干機(jī)等種類(lèi)繁多的電器都已進(jìn)入人們的日常生活，而這些電器設(shè)備很多都離不開(kāi)對(duì)溫度、濕度等環(huán)境因素的要求。因此，溫度、濕度傳感器用途越來(lái)越廣泛。新一代的數(shù)字傳感器不再需要外置的A D轉(zhuǎn)換模塊，并具有標(biāo)準(zhǔn)接口，使用方便