【正文】 第二節(jié) 主要模塊的電路 ...................................... 20 一、系統(tǒng)的蜂鳴器電路 .................................... 20 二、晶振電路 ............................................ 21 三、顯示電路 ............................................ 22 四、傳感器電路 .......................................... 23 五、復(fù)位電路 ............................................ 23 第三節(jié) 本章小結(jié) ............................................ 24 第四章 軟件設(shè)計(jì) ............................................... 25 第一節(jié) 系統(tǒng)流程圖 .......................................... 25 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 第二節(jié) 編程思想 ............................................ 26 第三節(jié) 本章小結(jié) ............................................ 26 結(jié) 論 ......................................................... 27 致 謝 ......................................................... 28 參考文獻(xiàn) ....................................................... 29 附 錄 ......................................................... 30 一、英文原文 ............................................... 30 二、英文翻譯 ............................................... 36 三、源程序 ................................................. 41 四、 proteus 運(yùn)行結(jié)果 ....................................... 53 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 一 、 問(wèn)題的提出 及其研究意義 目前隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們的生活水平越來(lái)越 高，所以對(duì)環(huán)境的要求也越來(lái)越高，環(huán)境控制的也成了人們安居樂(lè)業(yè)的基礎(chǔ)，成了共建和諧環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。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)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。軟件部分包括了主程序、顯示子程序、測(cè) 溫濕度子程序。硬件電路主要包括 單片機(jī)、溫濕度傳感器、顯示模塊、報(bào)警器以及鍵盤(pán)等 5部分 ， 由 DHT11溫濕度傳感器及 1602 字符型液晶模塊構(gòu) 成系統(tǒng)顯示模塊， 該系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、集成度高，調(diào)試方便，測(cè)試精度高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)測(cè)與控制 摘 要 本次設(shè)計(jì)是采用 MSC51 系列單片機(jī)中的 AT89S51 和 DHT11 的低成本的溫濕度的檢測(cè)系統(tǒng) 。 本設(shè)計(jì)主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。 其中測(cè)溫濕度控制電路由溫濕度傳感器和預(yù)設(shè)溫度值比較報(bào)警電路組成，用戶根據(jù)需要預(yù)先輸入預(yù)設(shè)值，當(dāng)實(shí)際測(cè)量的溫濕度大于 預(yù)設(shè)的溫濕度數(shù)值時(shí)， 發(fā)出報(bào)警信號(hào)（蜂鳴器蜂鳴）。 本次設(shè)計(jì)采用的 DHT11 溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，傳感器包括一個(gè)電阻式感濕原件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能的 8 位單片機(jī)相連接。單片機(jī) AT89S51 是一款低消耗、高性能的 CMOS8 位單片機(jī)，由于它強(qiáng)大的功能和低價(jià)位，因此在很多領(lǐng)域都是用它。尤其是目前生活節(jié)奏的加快，許多白領(lǐng)都出現(xiàn)了亞健康的狀態(tài)，因此家庭溫濕度的檢測(cè)對(duì)于現(xiàn)代家庭來(lái)說(shuō)也變得刻不容緩了。 問(wèn)題的提出 為了更加有效的保證人們生活環(huán)境的安逸和舒適，同時(shí)也為 了人們生活的更加健康， 人們已不滿于目前的居住環(huán)境，對(duì)家庭提出了更高的要求，智能化被引進(jìn)了家庭， 并且迅速在全國(guó)乃至世界范圍內(nèi)普遍發(fā)展開(kāi)來(lái)，由于自然環(huán)境污染越來(lái)越 嚴(yán)重，城市人口越來(lái)越多等，適宜人們生活的溫度以及濕度越來(lái)越難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，常見(jiàn)的南北氣候差異，北方冬天異常干燥，南方卻陰冷潮濕，而對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，如何有效地在合適的時(shí)間內(nèi)對(duì)環(huán)境作出相應(yīng)的措施卻始終難以把握，因此我們需要采取有效的措施，以滿足人們的要求。 因此研究溫濕度的控制非常有必要，它可以優(yōu)化組合社區(qū)資源，提升服務(wù)水平，推動(dòng)反房地產(chǎn)等其他行業(yè)的發(fā)展，為他們帶來(lái)新的商機(jī)。 現(xiàn)代溫濕度傳感器測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)主要以數(shù)據(jù)采集為依據(jù)，主要類型包括：虛擬儀器、智能儀器、數(shù)字式儀器等等 。因此，依托于數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)而發(fā)展的溫濕度傳感器測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)揮這越來(lái)越重要的作用。在九十年代，先后出現(xiàn)了集成溫度濕度測(cè)量套件和應(yīng)用于濕度傳感器的測(cè)試系統(tǒng)，這個(gè)新技術(shù)的產(chǎn)生都大大刺激了傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。例如通過(guò)采用傳統(tǒng)電子儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)而成的多種動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)、動(dòng)進(jìn)樣裝置的氣體傳感器智能測(cè)試系統(tǒng)等等，這些成績(jī)都體現(xiàn)了我國(guó)在傳感器領(lǐng)域取得的成就。 三 、 本文研究的目的和研究方向 本文研究的目的 為滿足現(xiàn)代家庭對(duì)于居住環(huán)境溫濕度的不同需求，我們可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)于不利情況能夠及時(shí)的作出顯示，并能夠采取相應(yīng)的措施提醒用戶進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最適宜 的溫濕度。溫濕度的控制是我們研究的主要內(nèi)容。 該系統(tǒng)通過(guò)重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 鍵盤(pán)設(shè)定最適宜的溫度和濕度，傳感器向中央控制系統(tǒng)輸送監(jiān)測(cè)信息，超過(guò)預(yù)設(shè)值的話，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警提醒，用戶即可作出調(diào)整。第二章主要主要是對(duì)設(shè)計(jì)總體方案的論述，同時(shí) 仔細(xì)介紹了幾個(gè)主要的元器件，分別是：?jiǎn)纹瑱C(jī)的選擇， 溫度傳感器，濕度傳感器，以及 LCD； 第三章主要介紹了硬件設(shè)計(jì)及其內(nèi)容，首先介紹了本次設(shè)計(jì)所 要達(dá)到的目的和要實(shí)現(xiàn)的功能，然后分為四個(gè)部分，分別介紹了原理圖的設(shè)計(jì)，然后各個(gè)主要模塊：蜂鳴器電路，晶振電路以及顯示電路 ；第四章主要介紹了軟件流程的過(guò)程以及介紹了一些主要模塊的程序。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第一章 工具簡(jiǎn)介 系統(tǒng)單片 機(jī) 代碼采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)， proteus 為仿真環(huán)境， protel 為原理圖畫(huà)圖工具軟件。 二、 C 語(yǔ)言的缺點(diǎn) 它的缺點(diǎn) 主要是數(shù)據(jù)封裝的安全性不高，因此這一點(diǎn)也成為了 C語(yǔ)言和 C++的最大的區(qū)別，另一方面由于語(yǔ)法以及變量的類型沒(méi)有嚴(yán)格限制，也造成了較低的安全性，再者從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，它比較其他的高級(jí)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)較為難以掌握。 第三節(jié) Protel 一 、 軟件特色 Protel99 SE 共分 為 5 個(gè)模 塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、 PCB設(shè)計(jì)（包含信號(hào)完整性分析）、原理圖混合信號(hào)仿真、 自動(dòng)布線器、 PLD設(shè)計(jì)。引腳等。 二、仿真特點(diǎn) 它具有 強(qiáng)大的分析功能，用戶可以分析電路的各個(gè)方面，能夠提供交流小信號(hào)、瞬態(tài)分析、傳輸函數(shù)分析等；同時(shí)具有龐大的仿真模型庫(kù)，擁有 20 多個(gè)模擬和數(shù)字期間仿真元件庫(kù)，同時(shí)還有大量的數(shù)字器件和其他的集成電路器件；它還具有豐富的仿真信號(hào)源，同時(shí)還提供了完整的線性以及非線性受控源。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 二 章 設(shè)計(jì)任務(wù) 分析及方案論證 本章詳細(xì)介紹了本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，以及 對(duì)于所要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容加以分析，同時(shí)詳細(xì)的介紹了主要元器件的選擇，以及各自的特性。溫度檢測(cè)的范圍 0℃ 60℃ ，測(cè)溫精度： 177。 5％ RH。 ③ 一旦發(fā)現(xiàn)超過(guò)了預(yù)設(shè)值， 蜂鳴器蜂鳴 報(bào)警 。 ⑤ 系統(tǒng)的顯示方式均為四位顯示，采用 LCD 顯示。 采用 DHT11 數(shù)字 溫濕度傳感器作為檢測(cè)元件，能夠同時(shí)檢測(cè)溫度和濕度，它不僅僅易于焊接，而且只有四個(gè)管角，減少了外圍電路的設(shè)計(jì)。 DHT11 能夠直接獨(dú)處被測(cè)溫濕度值，同時(shí)單片機(jī)可以把測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳到計(jì)算機(jī)，來(lái)完成控制。 總之無(wú) 論是在日常生活中還是在工業(yè)，農(nóng)業(yè)方面都離不開(kāi)溫濕度的測(cè)重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 量，因此 研究溫濕度的測(cè)量具有相當(dāng)重要的意義。 ② 空氣的相對(duì)濕度變成 100％時(shí)，也就是實(shí)際水蒸汽壓強(qiáng)等于飽和水蒸汽壓強(qiáng)時(shí)的溫度，叫做露點(diǎn)。 ① 人們常常通過(guò)測(cè)定露點(diǎn)，來(lái)確 定空氣的絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度，所以露點(diǎn)也是空氣濕度的一種表示方式 ，比如 當(dāng)測(cè)得了在某一氣壓下空氣的溫度是 20℃ ，露點(diǎn)是 12℃ 那么，就可從表中查得 20℃ 時(shí)的飽和蒸汽壓為， 12℃ 時(shí)的飽和蒸汽壓為 ， 則此時(shí) 空氣的絕對(duì)濕度p=， 空氣的相對(duì)濕度． B=()100 ％ =60％。 ② 露點(diǎn)的測(cè)定 在農(nóng)業(yè)上意義很大 ， 由于空氣的濕度下降到露點(diǎn) 時(shí) ，空氣中的水蒸汽就凝結(jié)成 了 露 ， 如果露點(diǎn)在 O℃ 以下，那 么 氣溫下降到露點(diǎn)時(shí)，水蒸汽就會(huì)直接凝結(jié)成 了 霜 ， 知道了露點(diǎn) 就 可以預(yù)報(bào)是否 會(huì) 發(fā)生霜凍，以便于 農(nóng)作物 受 到 損害。 ④ 嚴(yán)格 來(lái) 說(shuō)露點(diǎn)時(shí)的飽和 氣壓 和空氣當(dāng)時(shí)的 水氣 壓強(qiáng)是不相等的 ， 未飽和汽的壓強(qiáng)隨溫度的變化是遵循 Pt=P0(1+t/273)， 因此 在日常的溫差下壓強(qiáng)的變化很小， 我們可以 近似地當(dāng)作不變來(lái)處理。 依據(jù)功能設(shè)定，本系統(tǒng)主要分為以下三個(gè)模塊 ： 溫濕度采集模塊 數(shù)據(jù)處理模塊 用戶交互模塊 其中溫濕度采集模塊使用的是 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器，它使用單總線方式，接口簡(jiǎn)單，而且無(wú)需另外校準(zhǔn)。 數(shù)據(jù)處理模塊使用的是 AT89S51 單片機(jī)，其完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和邏輯控制的功能。其中按鍵用于用戶設(shè)定溫濕度閾值， 1602 用于數(shù)據(jù)顯示，蜂鳴器用于提示用戶。蜂鳴器電路就是用三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用來(lái)判斷周?chē)臏囟然蛘邼穸仁欠癯鲈O(shè)定數(shù)值， 顯示電路主要用來(lái)顯示當(dāng)前的溫濕度。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言， 其核心任務(wù) 是怎么樣 獲得 準(zhǔn)確的被測(cè)信號(hào) ；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng) 來(lái)說(shuō) ， 不可缺少的環(huán)節(jié) 是對(duì)條件的監(jiān)測(cè)和對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試，傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的第一環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分 ，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將 在傳感器對(duì)于原始信號(hào)的準(zhǔn)確可靠的轉(zhuǎn)換和捕捉，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，基本主要依賴 各種傳感器來(lái) 控制和檢測(cè) 生產(chǎn)過(guò)程中的各種量，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]。 5％ RH；溫度測(cè)量范圍為 0～ 50 ℃ ， 溫度測(cè)量精度為177。 典型的應(yīng)用電路如 圖 下： 圖 典型的應(yīng)用電路 DHT11 實(shí)物圖如下圖 ： 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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 。 DHT11一旦 接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào) ，接著就 等待 開(kāi)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(kāi)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(kāi)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。 假如 響應(yīng)信號(hào) 的讀取 為高電平 ,但是 DHT11無(wú)響應(yīng) 響應(yīng) ,這時(shí)候說(shuō)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)。 Bit 1 1 1 %RH 精度 25℃ 177。 1 %RH 溫度 050℃ 177。 1 %RH/yr 遲滯 177。 1 ℃ 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%) 6 30 S 量程范圍 0 50 ℃