溫濕度傳感器-課程設(shè)計(jì)28頁

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案等級:湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 單片機(jī)原理與應(yīng)用 課題名稱 環(huán)境溫、濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級 1191 學(xué) 號 20 姓 名 指導(dǎo)教師 李曉秀 王迎旭 2013 年 12 月 12 日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課程名稱 單片機(jī)原理與應(yīng)用 課 題 環(huán)境溫、濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級 自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué) 號 2011 指導(dǎo)老師 李曉秀 審 批 任務(wù)書下達(dá)日期 2013 年 12 月 1 日任務(wù)完成日期 2013 年 12 月 13 日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：本課題要求以單片機(jī)為核心，采用溫濕度傳感器 DHT11設(shè)計(jì)一個(gè)對環(huán)境溫度濕度的檢測系統(tǒng)，

2、要求用按鍵控制系統(tǒng)選擇分別對溫度或濕度的測試、復(fù)位、清除功能，用四位LED數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度和溫度。設(shè)計(jì)要求：1）確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案； 2）進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；3）完成必要元器件選擇；4）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試；5）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及操作說明6）按規(guī)范要求寫設(shè)計(jì)說明書主 要 設(shè) 計(jì) 條 件1、 PC機(jī)及單片機(jī)調(diào)試軟件；2、 開發(fā)板1塊；3、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試所需的元器件 說 明 書 格 式1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2. 目錄3. 總體方案確定4. 各單元硬件電路設(shè)計(jì)及計(jì)算方法5. 軟件設(shè)計(jì)與說明（包括流程圖）6. 調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說明7. 總結(jié)8、參考文獻(xiàn)9、附錄附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B 程序清單 10、課程設(shè)

3、計(jì)成績評分表。進(jìn) 度 安 排設(shè)計(jì)時(shí)間分為二周第一周星期一、上午：布置課題任務(wù)，課題介紹及講課。下午：借閱有關(guān)資料，總體方案討論。星期二、確定總體方案，學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。星期三、各部分方案設(shè)計(jì)，各部分設(shè)計(jì)。星期四、設(shè)計(jì)及調(diào)試。星期五、設(shè)計(jì)及調(diào)試。星期六、設(shè)計(jì)及調(diào)試。第二周星期一：設(shè)計(jì)及調(diào)試。星期二：設(shè)計(jì)及調(diào)試。星期三：調(diào)試、寫說明書。星期四-星期五上午：寫說明書、完成電子版并打印成稿。星期五下午：答辯。參 考 文 獻(xiàn)1 王迎旭等.單片機(jī)原理及及應(yīng)用M機(jī)械工業(yè)出版社.2012年2 康華光等.模擬電子技術(shù)第五版M高等教育出版社2011年 3 杜樹春等.單片機(jī)C語言M北京航空航天大學(xué)出版社目 錄第1

4、章 概述71.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求71.2 設(shè)計(jì)方案7第2章 硬件設(shè)計(jì)82.1 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路82.2 溫濕度測量電路設(shè)計(jì)92.3按鍵電路10第3章 軟件設(shè)計(jì)123.1主函數(shù)設(shè)計(jì)123.2按鍵查詢133.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控與測試流程圖14第4章 硬件調(diào)試與結(jié)果分析154.1調(diào)試過程154.2 硬件調(diào)試16第5章 總結(jié)18參考文獻(xiàn)19附錄一：系統(tǒng)仿真圖20附錄二：源程序21電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評分表29第1章 概述1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本課題以單片機(jī)為核心，用智能集成溫溫度傳感器DHT11主要實(shí)現(xiàn)檢測溫度、濕度的檢測，將溫度濕度信號通過傳感器進(jìn)行信號的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再運(yùn)用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的

5、分析和處理，在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前溫濕度。要求用按鍵控制系統(tǒng)選擇分別對溫度或濕度的測試、復(fù)位、清除功能，完成硬件調(diào)試。1.2 設(shè)計(jì)方案本課題的溫濕度測試，通過單片機(jī)STC-89C51連接溫濕度模塊、顯示模塊將溫度、濕度同時(shí)顯示。單片機(jī)發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，如果沒有接收到單片機(jī)發(fā)送來的信號，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1.1所示。單片機(jī)按鍵電路顯示電路DHT11溫度采集電路時(shí)鐘復(fù)位電 路 圖1.1 程序設(shè)計(jì)框圖第2章 硬件設(shè)計(jì)2.

6、1 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入端和輸出端。通常，經(jīng)由片外晶體振蕩器或陶瓷諧振器與兩個(gè)匹配電容一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩電路。本課題由片外晶體振蕩器與兩個(gè)匹配電容一起構(gòu)成了一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘振蕩電路，為單片機(jī)提供時(shí)鐘源。本設(shè)計(jì)復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，與上電自動(dòng)復(fù)位電路相同；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電容通過并聯(lián)的電阻迅速放電，然后，RC電路充電，能夠保證RST端能夠維持一段時(shí)間的高電平。如圖2.1所示。圖2.1 時(shí)鐘及復(fù)位電路2.2 溫濕度測量電路設(shè)計(jì)DHT11的供電電壓為35.5V，傳感器上電后，要等待1s

7、以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。數(shù)據(jù)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(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。如圖2.2所示，本電路上拉電阻為5K，數(shù)據(jù)端接P1.7（接受溫濕度數(shù)據(jù)）。圖2. 2 溫濕度測量電路2.3 顯示電路本電路由四位一體共陽極數(shù)碼管顯示，采用9015三極管做位驅(qū)動(dòng)。根據(jù)發(fā)光二極管物理連接的不同，七段數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。其中P0端口為段選，P2.0P2.3為位選，如圖2.3所示。圖2.3 顯示電路2.4按鍵電路單片機(jī)設(shè)計(jì)中按鍵可分為獨(dú)立式

8、按鍵和矩陣式按鍵，本系統(tǒng)由于按鍵較少，故采用四個(gè)獨(dú)立按鍵，上拉電阻為1K。其中，四個(gè)按鍵功能分別是顯示溫度、顯示濕度、實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示溫濕度、測試溫濕度。如圖2.4。 圖2.4 按鍵電路第3章 軟件設(shè)計(jì)本軟件設(shè)計(jì)主要是對距離進(jìn)行測量、顯示。因此，整個(gè)軟件可分為按照硬件電路對單片機(jī)位定義；溫濕度設(shè)置子程序；溫濕度接收子程序；顯示子程序；延時(shí)子程序等。由于本設(shè)計(jì)方案要求硬件電路和軟件編程相結(jié)合，所以選擇合適的編程語言十分重要。C語言執(zhí)行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用方便靈活，運(yùn)算豐富，表達(dá)化類型多樣化，程序設(shè)計(jì)自由度大，很好的可重用性，可移植性等特點(diǎn)基于C語言的眾多優(yōu)點(diǎn)本設(shè)計(jì)選擇此語言來編程。3

9、.1主函數(shù)設(shè)計(jì)軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序。主程序完成初始化工作、溫濕度數(shù)據(jù)接收處理控制。外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、結(jié)果的輸出等工作，如圖3.1所示。開始初始化顯示掃描按鍵圖3.1 主程序流程圖3.2按鍵查詢 獨(dú)立式按鍵接口采用直接讀入方式工作，直讀式鍵盤接口是一個(gè)輸入接口，輸入接口主要功能是解決數(shù)據(jù)輸入的緩沖（選通）問題。本設(shè)計(jì)按鍵較少，采用的獨(dú)立按鍵。是否按鍵？確定鍵實(shí)時(shí)測試顯示濕度顯示溫度測試Y圖3.2 查詢按鍵處理在掃描按鍵函數(shù)中，每按下不同按鍵會(huì)返回一個(gè)不同的數(shù)值，在主函數(shù)中有按鍵查詢函數(shù)判斷為那個(gè)按鍵按下，隨后進(jìn)入不同的子函數(shù)，如圖3.2所示。3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控

10、與測試流程圖 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為實(shí)時(shí)監(jiān)控與測試模塊，圖3.3示為測試模塊。上電是數(shù)碼管顯示四個(gè)零，當(dāng)按下測試按鍵后，系統(tǒng)開始測量環(huán)境溫、濕度。當(dāng)數(shù)碼管顯示四個(gè)“”時(shí)，表示成功測量溫、濕度。當(dāng)按下溫度（濕度）顯示按鍵，該模塊顯示測試時(shí)的溫度（濕度）。當(dāng)要進(jìn)行下一次測量時(shí)，必須按下測試按鍵。開始是否按鍵？顯示是否按鍵？調(diào)用測試函數(shù)N溫度按鍵按下？調(diào)用顯示溫度函數(shù)調(diào)用顯示濕度函數(shù)YY濕度按鍵按下？YNY 圖3.3 測試流程圖圖3.4示為實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊，按下實(shí)時(shí)監(jiān)控鍵后，啟動(dòng)T0定時(shí)器開始定時(shí)，每一分鐘測試一次溫度、濕度，并在四位一體的共陽極數(shù)碼管輪流顯示溫度、濕度。當(dāng)按下溫度（濕度）顯示按鍵后，該模塊只顯

11、示實(shí)時(shí)的溫度（濕度）。當(dāng)再次按下實(shí)時(shí)監(jiān)控按鍵后。定時(shí)器T0關(guān)閉。顯示開始是否按鍵？是否按鍵？重裝初值啟動(dòng)定時(shí)器調(diào)用測試函數(shù)NNYY輪流顯示溫濕度圖3.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊第4章 硬件調(diào)試與結(jié)果分析4.1調(diào)試過程在編寫此程序前，感覺DHT11的通信程序和取數(shù)程序最為難寫，在之前的學(xué)習(xí)中我并沒有接觸過單總線的通信時(shí)序圖。通過查閱資料和參考現(xiàn)有的程序，然后在老師講解和與本組的其他組員談?wù)摵?，終于弄明白這方面的知識(shí)。而在測量函數(shù)中，剛開始并沒有測得數(shù)據(jù)，通過查閱書籍我設(shè)置了一個(gè)全局變量，一步一步跟蹤每一步并顯示在P1的LED燈上，一步一步跟蹤，完善了DTH11的通信與取數(shù)函數(shù)。但在通信與取數(shù)函數(shù)與按鍵函數(shù)

12、銜接時(shí)，總是有一定的概率測不到數(shù)據(jù)，慢慢的調(diào)試我發(fā)現(xiàn)我的通信與取數(shù)函數(shù)要連續(xù)調(diào)用兩次才能每次正確的讀取數(shù)據(jù)，在此，我設(shè)置了一個(gè)全局變量作為一個(gè)標(biāo)志位，每次按下測量鍵是將該標(biāo)志位設(shè)置為2，使通信與取數(shù)函數(shù)循環(huán)兩次，這樣保證了每次按下測試按鍵后就能與DHT11正確的通信從而保證得到正確的數(shù)據(jù)。在實(shí)時(shí)監(jiān)控這個(gè)模塊中，為了保證溫、濕度能循環(huán)顯示、按鍵后能只顯示溫度（濕度）。由于按鍵有限，所以一下設(shè)置了很多的標(biāo)志位。因?yàn)闃?biāo)志位太多，而沒有將所有的環(huán)節(jié)考慮進(jìn)去，一下程序有調(diào)試了很久才正確的實(shí)現(xiàn)要求的功能。4.2 硬件調(diào)試如圖4.1所示，按下左下角按鍵時(shí)，單片機(jī)開始與DHT11通信并開始測試溫、濕度。圖示為

13、測量溫、濕度成功。圖4.1 初始化當(dāng)按下圖示按鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示此時(shí)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控的環(huán)境濕度。其中最前端的“C” 表示此時(shí)顯示的事環(huán)節(jié)溫度，如圖4.2。圖4.2 顯示濕度當(dāng)按下此按鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示此時(shí)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控的環(huán)境溫度。其中最前端的“H”表示此時(shí)顯示的是環(huán)境濕度，如圖4.3。圖4.3 顯示溫度第5章 總結(jié)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了以前學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多書本上沒有沒到的知識(shí)，掌握了一種系統(tǒng)的研究方法，可以進(jìn)行一些簡單的編程，通過這次課程設(shè)計(jì)我們明白理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)還不夠，理論實(shí)踐相結(jié)合才能提高實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。同樣，在學(xué)習(xí)中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，例如對

14、以前所學(xué)過的知識(shí)理解不夠深刻，掌握不夠牢固。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在接近兩個(gè)星期的日子里，可以說得是苦多于甜，在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。參考文獻(xiàn)1王迎

15、旭等.單片機(jī)原理及及應(yīng)用M機(jī)械工業(yè)出版社.2012年2龔建偉、熊光明等.Visual.c.Tubor.c串口通信M3康華光等.模擬電子技術(shù) 第五版M高等教育出版社2011年 4杜樹春等.單片機(jī)C語言M北京航空航天大學(xué)出版社 附錄一：系統(tǒng)仿真圖附錄二：源程序#include bit flag2,flag3,flag5;sbit dht11 = P17;#define NUMBER 20/防止在與硬件通信時(shí)發(fā)生死循環(huán)的計(jì)數(shù)范圍#define SIZE 5#define OK 1#define ERROR 0/函數(shù)的返回值表示讀取數(shù)據(jù)是否成功 OK 表示成功 ERROR 表示失敗void DHT11

16、_Delay_10us(void);/延時(shí)10usvoid ceshiwenshidu(void);void xianshishidu(void);void xianshiwendu(void);unsigned char ReadValue(void);unsigned char DHT11_ReadTempAndHumi(void);void delay_1_002s(void);void delay(unsigned char i);/延時(shí)程序void display(unsigned char led0,led1,led2,led3);/動(dòng)態(tài)掃描顯示程序unsigned char ke

17、yscan(void);/鍵盤掃描unsigned char status;/#define uchar unsigned char/#define uint unsigned intunsigned char flag1,flag4;unsigned char led_code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf,0x89;/*共陽字型段碼表,0-F,-，“H”*/unsigned char led0,led1,led2,led3;unsigned char

18、value_array5;/存放五字節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)組unsigned char value_temp, value_humi; void DHT11_Delay_10us(void)unsigned char i;i-;i-;i-;i-;i-;i-;/*讀一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)*/unsigned char DHT11_ReadValue(void)unsigned char count, value = 0, i;status = OK; /設(shè)定標(biāo)志為正常狀態(tài)for(i = 8; i 0; i-)/高位在先value = 1;count = 0;/每一位數(shù)據(jù)前會(huì)有一個(gè)50us 的低電平時(shí)間.等待50us

19、 低電平結(jié)束while(dht11 = 0) & (count+ = NUMBER) status = ERROR; /設(shè)定錯(cuò)誤標(biāo)志return 0; /函數(shù)執(zhí)行過程發(fā)生錯(cuò)誤就退出函數(shù)/26-28us 的高電平表示該位是0,為70us 高電平表該位1DHT11_Delay_10us();DHT11_Delay_10us();DHT11_Delay_10us();/延時(shí)30us 后檢測數(shù)據(jù)線是否還是高電平if(dht11 != 0)/進(jìn)入這里表示該位是1value+;/等待剩余(約40us)的高電平結(jié)束while(dht11 != 0) & (count+ = NUMBER)status = E

20、RROR; /設(shè)定錯(cuò)誤標(biāo)志return 0;return (value);/讀溫度和濕度函數(shù)，讀一次的數(shù)據(jù),共五字節(jié)，讀出成功函數(shù)返回OK, 錯(cuò)誤返回ERROR unsigned char DHT11_ReadTempAndHumi(void)unsigned char i = 0, check_value = 0,count = 0;display(led0,led1,led2,led3);/EA = 0;dht11 = 0; /拉低數(shù)據(jù)線大于18ms 發(fā)送開始信號display(led0,led1,led2,led3); /需大于18 毫秒dht11 = 1; /釋放數(shù)據(jù)線,用于檢測低電平

21、的應(yīng)答信號/延時(shí)20-40us,等待一段時(shí)間后檢測應(yīng)答信號,應(yīng)答信號是從機(jī)拉低數(shù)據(jù)線80usDHT11_Delay_10us();DHT11_Delay_10us();DHT11_Delay_10us();DHT11_Delay_10us();if(dht11 != 0) /檢測應(yīng)答信號,應(yīng)答信號是低電平/沒應(yīng)答信號return ERROR;else/有應(yīng)答信號while(dht11 = 0)&(count+ = NUMBER) /檢測計(jì)數(shù)器是否超過了設(shè)定的范圍dht11 = 1;return ERROR; /讀數(shù)據(jù)出錯(cuò),退出函數(shù)count = 0;dht11 = 1;/釋放數(shù)據(jù)線/應(yīng)答信號后

22、會(huì)有一個(gè)80us 的高電平，等待高電平結(jié)束while(dht11 != 0) & (count+ = NUMBER) dht11 = 1;return ERROR; /退出函數(shù)/讀出濕.溫度值for(i = 0; i SIZE; i+)value_arrayi=DHT11_ReadValue();if(status = ERROR)/調(diào)用ReadValue()讀數(shù)據(jù)出錯(cuò)會(huì)設(shè)定status 為ERRORdht11 = 1;return ERROR;/讀出的最后一個(gè)值是校驗(yàn)值不需加上去if(i != SIZE - 1)/讀出的五字節(jié)數(shù)據(jù)中的前四字節(jié)數(shù)據(jù)和等于第五字節(jié)數(shù)據(jù)表示成功check_valu

23、e += value_arrayi;/end fordisplay(led0,led1,led2,led3);/在沒用發(fā)生函數(shù)調(diào)用失敗進(jìn)行校驗(yàn)if(check_value = value_arraySIZE - 1)value_humi = value_array0;value_temp = value_array2;dht11 = 1;return OK;/正確的讀出dht11 輸出的數(shù)據(jù)elsereturn ERROR;/校驗(yàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)void delay_1_002s(void)unsigned char z,b,c;for(z=0;z10;z+)for(b=0;b160;b+)for(c=

24、0;c207;c+);void delay(unsigned char x) unsigned char i,j; for(i=0;ix;i+) for(j=0;j0;flag4-)d=DHT11_ReadTempAndHumi();display(led0,led1,led2,led3);if(flag3=0)if(d=1)led0=16;led1=16;led2=16;led3=16;flag4=1;void xianshishidu(void)led0=17;led1=value_humi/10;led2=value_humi%10;led3=0;void xianshiwendu(void)led0=12;led1=value_temp/10;led2=value_temp%10;led3=0;void main()unsigned char key;P3=0xf0;TMOD=0x01;TH0=0x3c;TL0=0xb0;