液晶显示温度湿度警报器Word下载.docx
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1.2本课题对于专业知识的综合应用情况1
1.3课题论述总体结构安排1
第二章液晶显示温度湿度警报器的工作概述以及原理分析2
2.1液晶显示温度湿度警报器的工作概述2
2.2液晶显示温度湿度警报器的功能与特点2
2.3系统硬件电路总体结构框图2
2.4液晶显示温度湿度警报器总体电路原理图3
2.5主要器件介绍5
2.5.1、电阻：
5
2.5.2、发光二极管：
2.5.3、STC89C52芯片：
2.5.4、SDHT11传感器6
2.5.5、LCD1602显示屏7
第三章应用Protel实现电路原理图的绘制及PCB设计8
3.1Protel简介8
3.2绘制电路原理图的主要步骤8
3.3PCB人工布局、人工布线设计9
①确定PCB的层数9
②设计规则和限制9
③组件的布局9
④扇出设计10
⑤手动布线以及关键信号的处理10
⑥自动布线11
⑦布线的整理11
4.1软件编程实现13
4.1.1系统软件框图13
4.2液晶显示温度湿度警报器C语言程序14
4.2.1头文件和一些宏定义14
4.2.2管脚定义14
4.2.3常量、变量定义14
4.2.4各子程序15
第五章总结21
5.1设计功能分析21
5.2心得体会21
参考文献23
附录25
实物照片及焊接照片25
第一章绪论
1.1本课题的研究的背景以及现实意义
温湿度是一种最基本的环境参数，它是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。
从工业炉温、环境气温到人体温度，从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温湿和控温湿。
因此研究温湿度的测量和控制方法具有重要的意义。
1.2本课题对于专业知识的综合应用情况
因为学习的知识深度的限制以及实际情况的考虑，我设计的液晶显示温度湿度警报器的功能确定为能够正确显示当前的温度和湿度，并且温度湿度过高过低能经行警报。
显示的方式采用先进的专用微处理器芯片STC89C52为驱动1602LCD显示器进行显示。
采用自制的单片机开发电路板作为电路实现的主要功能载体。
在学院三年的单片机学习过程中，我们学习单片机都是采用学院设计的单片机开发板以及C语言进行学习，学院的51单片机开发板在单片机最小系统的基础上配置了数码管显示、LCD显示区、LCD显示区、独立键盘输入区以及模拟量输入、A/D转换等资源，满足了单片机实际开发的绝大部分要求。
同时开发板上的电路结构也能够较好地锻炼自己电路方面的知识。
采用C语言进行编程能够综合锻炼自己的实际程序编写的能力以及程序的调试功能。
本课题的选题难度适中，能够对应用电子技术专业学习的专业课程有较为全面的应用与掌握，同时也与自己的专业能力符合。
1.3课题论述总体结构安排
第一章叙述了液晶显示温度湿度警报器背景以及现实意义
第二章则主要介绍设计工作总体概述以及产品工作的原理，按照功能电路的分别进行详细的分析讨论，最终分析电路的总体工作原理。
第三章主要讨论应用Protel软件来实现电路原理图的绘制以及印制板设计
第四章是液晶显示温度湿度警报器的软件实现部分，主要是利用C语言进行程序的编写，完成电路的测量功能。
第五章为总结和展望，总结本课题设计的总体思路，产品的功能以及对于产品功能升级等进行情景展望。
第二章液晶显示温度湿度警报器的工作概述以及原理分析
2.1液晶显示温度湿度警报器的工作概述
液晶显示温度湿度警报器是由传感器信号采集，单片机信号处理，显示单元，输出单元，电源五个功能部分构成。
其中数据的采集是由DHT11传感器来完成的，其中电源引脚的供电电压为3.5--5.5V。
传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。
电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。
STC89C52单片机每2秒钟从DHT11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。
液晶屏上同时显示温湿度上限值，该上限值保存外外部EEPROM存储器中，掉电不失，并且可以通过四只按键上调或下调。
当温度或湿度值超过上限值时，报警信号点亮相应报警灯。
该报警信号可以通过三极管驱动继电器，以控制外部风机或加热器。
2.2液晶显示温度湿度警报器的功能与特点
Ø
配用全数字型温湿度传感器DHT11，温度测量范围0℃--50℃，湿度测量范围20%RH—90%RH，可以满足一般需要。
若要求更宽测量范围，只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。
温湿度测量响应时间快、长期稳定性好。
采用先进的专用微处理器芯片STC89C52，可靠性高，抗干扰能力强。
配用EEPROM芯片AT24C04，使存储的温度上下限和湿度上下限可以掉电永久保存。
可以通过四个按键方便地实现温湿度上下限的调整。
当温度或湿度超限后，报警信号点亮相应报警灯。
如果配用三极管和继电器，该信号也可以驱动继电器打开或切断风机、加热器等外部设备。
2.3系统硬件电路总体结构框图
温度湿度数据
温湿度上限
图2-1液晶显示温度湿度警报器总体结构框图
2.4液晶显示温度湿度警报器总体电路原理图
液晶显示温度湿度警报器电路原理图由单片机系统电路图，USB电源及下载接口电路图，传感器接口电路图，液晶屏接口电路图，EEPROM存储器电路部分组成。
图2-2液晶显示温度湿度警报器电路总原理图之单片机系统
图2-3液晶显示温度湿度警报器电路总原理图之USB电源及下载接口电路图
图2-4液晶显示温度湿度警报器电路总原理图之传感器接口电路图
图2-5液晶显示温度湿度警报器电路总原理图之液晶屏接口电路图
图2-6液晶显示温度湿度警报器电路总原理图之液晶屏接口电路图
2.5主要器件介绍
2.5.1、电阻：
在物理学中，用电阻（Resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。
导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。
不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。
电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。
电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。
电阻是所有电子电路中使用最多的元件。
发光二极管简称为LED。
由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。
在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。
图2-7STC89C52芯片
2.5.4、SDHT11传感器
DHT11温湿度传感器外型及管脚如图2所示。
其中电源引脚的供电电压为3.5--5.5V。
DHT11典型应用电路如图3所示，其连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。
建议连接线长度短于20时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻，DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。
其数据包由5Byte（40Bit）组成。
一次通讯时间最大3ms,数据分小数部分和整数部分。
一次完整的数据传输为40bit，高位先出。
图2-8DHT11传感器
图2-9DHT11典型应用电路
2.5.5、LCD1602显示屏
✧显示质量高：
由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。
因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。
✧数字式接口：
液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。
✧体积小、重量轻：
液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。
✧功耗低：
相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。
（a）（b）
图2-10LCD1602显示屏
第三章应用Protel实现电路原理图的绘制及PCB设计
3.1Protel简介
使用电脑设计电路原理图和电路板图是把电子技术从理论运用到实际的第一步。
只有会设计电路原理图和电路板图才能进行电子产品的研发与开发。
本软件就是从理论走向实际，掌握电子产品开发的基本技术。
Protel99SE是澳大利亚ProtelTechnology公司推出的一个全32位的电路板设计软件。
该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，使用该软件设计者可以容易设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、画元件封装图和电路仿真，是夜内人士首选的电路板设计工具。
3.2绘制电路原理图的主要步骤
1、进入Protel99SE环境
2、使用菜单File/New建立新设计数据库文件
3、使用菜单File/New在打开窗口选择SchematicDocument图标,建立新原理图文件
4、将原理图打开
5、设置画图环境
6、添加元件库
7、将所需元件从元件库中取出来,放置在图纸上，并且调整好位置
8、使用连线工具将元件连起来，设置元件属性,对元件进行编号
9、进行电气规格检查（ERC）
10、建立网络表，为制作电路板图做准备
绘制完成的单片机开发系统部分的原理图如图3-1所示
图3-1液晶显示温度湿度警报器原理图（单片机控制部分）
3.3PCB人工布局、人工布线设计
1 确定PCB的层数
电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。
布线层的数量以及层叠（STack-up）方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。
板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度，实现期望的设计效果。
目前多层板之间的成本差别很小，在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布。
2 设计规则和限制
要顺利完成布线任务，布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。
要对所有特殊要求的信号线进行分类，每个信号类都应该有优先级，优先级越高，规则也越严格。
规则涉及印制线宽度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制，这些规则对布线工具的性能有很大影响。
认真考虑设计要求是成功布线的重要一步。
3 组件的布局
在最优化装配过程中，可制造性设计（DFM）规则会对组件布局产生限制。
如果装配部门允许组件移动，可以对电路适当优化，更便于自动布线。
所定义的规则和约束条件会影响布局设计。
自动布线工具一次只会考虑一个信号，通过设置布线的约束条件以及设定可布信号线的层，可以使布线工具能像设计师所设想的那样完成布线。
比如，对于电源线的布局：
①在PCB布局中应将电源退耦电路设计在各相关电路附近，而不要放置在电源部分，否则既影响旁路效果，又会在电源线和地线上流过脉动电流，造成窜扰；
②对于电路内部的电源走向，应采取从末级向前级供电，并将该部分的电源滤波电容安排在末级附近；
③对于一些主要的电流通道，如在调试和检测过程中要断开或测量电流，在布局时应在印制导线上安排电流缺口。
另外，要注意稳压电源在布局时，尽可能安排在单独的印制板上。
当电源与电路合用印制板时，在布局中，应该避免稳压电源与电路元件混合布设或是使电源和电路合用地线。
因为这种布线不仅容易产生干扰，同时在维修时无法将负载断开，到时只能切割部分印制导线，从而损伤印制板。
4 扇出设计
在扇出设计阶段，表面贴装器件的每一个引脚至少应有一个过孔，以便在需要更多的连接时，电路板能够进行内层连接、在线测试和电路再处理。
为了使自动布线工具效率最高，一定要尽可能使用最大的过孔尺寸和印制线，间隔设置为50mil较为理想。
要采用使布线路径数最大的过孔类型。
经过慎重考虑和预测，电路在线测试的设计可在设计初期进行，在生产过程后期实现。
根据布线路径和电路在线测试来确定过孔扇出类型，电源和接地也会影响到布线和扇出设计。
5 手动布线以及关键信号的处理
手动布线在现在和将来都是印刷电路板设计的一个重要过程，采用手动布线有助于自动布线工具完成布线工作。
通过对挑选出的网络（net）进行手动布线并加以固定，可以形成自动布线时可依据的路径。
首先对关键信号进行布线，手动布线或结合自动布线工具均可。
布线完成后，再由有关的工程技术人员对这些信号布线进行检查，检查通过后，将这些线固定，然后开始对其余信号进行自动布线。
由于地线中阻抗的存在，会给电路带来共阻抗干扰。
因此，在布线时不可将凡有接地符号的点随意连接，这可能会产生有害的耦合，影响电路的工作。
频率较高时，导线的感抗将比导线本身的电阻大几个数量级。
这时导线上即使只流过很小的高频电流，也会产生一定的高频电压降。
因此，对高频电路来说，PCB布局尽可能排列紧凑，使印制导线尽可能短。
印制导线之间还有互感和电容，当工作频率较大时，会对其它部分产生干扰，称为寄生耦合干扰。
可以采取的抑制方式有：
①尽量缩短各级间的信号走线；
②按信号的顺序排列各级电路，避免各级信号线相互跨越；
③相邻的两面板的导线要垂直或交叉，不能平行；
④当板内要平行布设信号导线时，应使这些导线尽可能间隔一定的距离，或用地线、电源线隔开，达到屏蔽的目的。
6 自动布线
对关键信号的布线需要考虑在布线时控制一些电参数，比如减小分布电感等，在了解自动布线工具有哪些输入参数以及输入参数对布线的影响后，自动布线的质量在一定程度上可以得到保证。
在对信号进行自动布线时应该采用通用规则。
通过设置限制条件和禁止布线区来限定给定信号所使用的层以及所用到的过孔数量，布线工具就能按照工程师的设计思想来自动布线。
在设置好约束条件和应用所创建的规则后，自动布线将会达到与预期相近的结果，在一部分设计完成以后，将其固定下来，以防止受到后边布线过程的影响。
布线次数取决于电路的复杂性和所定义的通用规则的多少。
现在的自动布线工具功能非常强大，通常可完成100%的布线。
但是，当自动布线工具未完成全部信号布线时，就需对余下的信号进行手动布线。
7 布线的整理
一些约束条件很少的信号，布线的长度很长，这时可以先判断出哪些布线合理，哪些布线不合理，再通过手动编辑来缩短信号布线长度和减少过孔数量。
液晶显示温度湿度警报器PCB如图3-2所示。
图3-2液晶显示温度湿度警报器PCB（人工布局、人工布线）
图3-3液晶显示温度湿度警报器PCB印制板3D视图
第四章液晶显示温度湿度警报器C程序的编写与实现
4.1软件编程实现
4.1.1系统软件框图
否
是
图4-1系统软件框图
4.2液晶显示温度湿度警报器C语言程序
C语言由于具有良好的结构化特性以及可移植性，在学校的专业课程的学习中，老师也对C语言编程做了详细的讲解，所以本设计采用C语言编程如下。
在本章主要分析程序的基本编程思路以及编程结构，所有源程序在附录中。
程序编写中一定要注意结构化的程序设计，采用编写大量例子程序以及系统提供的子程序，在主程序中进行调用以及相应的修改。
这样便于程序的读写与调试。
4.2.1头文件和一些宏定义
#include<
reg52.h>
#include"
1602.h"
dht.h"
2402.h"
4.2.2管脚定义
sbitLed_qushi=P1^6;
//去湿灯
sbitLed_jiangwen=P1^5;
//降温灯
sbitLed_shengwen=P1^4;
//升温灯
sbitKey_TH1=P3^2;
sbitKey_TH2=P3^3;
sbitKey_HH1=P3^4;
sbitKey_HH2=P3^5;
4.2.3常量、变量定义
定义标识
volatilebitFlagStartRH=0;
//开始温湿度转换标志
volatilebitFlagKeyPress=0;
//有键按下voidsurt（）interrupt4
定义温湿度传感器用外部变量
externU8U8FLAG,k;
externU8U8count,U8temp;
externU8U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;
externU8U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L
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