基于单片机的控制的温湿度报警器.docx

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基于单片机的控制的温湿度报警器.docx

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基于单片机的控制的温湿度报警器

编号：

____________

审定成绩：

____________

毕业设计（论文）

设计（论文）题目:

_基于单片机的控制的温湿度报警器

系别：

___自动化系__________

学生姓名：

___________

专业：

___自动化____________

班级：

_______________

学号：

_____

指导教师：

____________

答辩组负责人：

__________________

填表时间：

年月

移通学院教务处制

移通学院毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目基于单片机的控制的温湿度报警器

学生姓名xxx系别自动化专业自动化班级01

指导教师职称博士/副教授联系电话

指导教师所在单位研究生部培养/研究办公室

主

要

研

究

内

容

、

方

法

和

要

求

研究内容：

本课题设计的是一种基于单片机仓库温湿度智能检测系统，实现了对仓库内温度和湿度的实时检测，使管理人员可以实时掌握仓库内的温湿度情况。

方法：

本文采用AT89S52单片机为控制核心,由DHT11温湿度传感器及1602字符型液晶模块构成仓库温湿度采集及实时显示系统,实现对仓库环境的温湿度精确测量与控制。

要求：

调试所设计的系统软硬件，能够实现系统设计基本要求。

所设计的系统具有一定的实用性。

进

度

计

划

3月中旬以前查阅相关资料，熟悉论文题目相关知识；

3月底以前确定系统设计方案以及拟采用的设计工具等；

4月中旬以前设计系统硬件电路原理图；

5月上旬以前进行系统软件设计；

5月中下旬完成毕业论文撰写以及外文翻译。

主

要

参

考

文

献

[1]秦永和．湿度传感器测试系统[D]．哈尔滨：

哈尔滨工程大学，2002

[2]刘少强．精密铂电阻测温方法[J]．传感器技术，1999

[3]陈焕生．温度测试技术及仪表[M]．北京：

水利电力出版社，1985

指导教师签字：

年月日

教研室主任签字：

年月日

备注：

此任务书于第一学期第十六周前各系发放给指导教师，指导教师填写完整后于下学期第一周内交回各系，由各系进行统计并组织学生于第二周进行选题，确定选题后，交至辅导员于第三周发放给学生。

毕业设计于第四周开始进行。

基于单片机的控制的温湿度报警器

摘要

温湿度是影响仓库货物存储质量的重要因素。

本课题设计的是一种基于单片机仓库温湿度智能检测系统，实现了对仓库内温度和湿度的实时检测，使管理人员可以实时掌握仓库内的温湿度情况。

本系统由上位机和下位机构成,下位机主要完成仓库内温湿度的采集与处理，将其传至1602液晶显示，并做出判断实现超限报警。

同时，下位机还通过RS232总线将温湿度数据传至上位机,上位机可实时显示当前的温度与湿度值。

实验结果表明,该系统电路简单、工作稳定、集成度高,测试精度高,具有一定的实用价值。

关键词

单片机温湿度DHT11

Abstract

Thetemperatureandhumidityareoneoftheimportantfactorswhichaffectthequalityofthegoodsinthewarehouse.ThispaperdesignsanintelligenttemperatureandhumiditydetectingsystemofdepotthatbasedonMCU，whichrealizesrealtimemeasurementoftemperatureandhumidityoftheairinthedepot.Theadministratorcanmonitorthetemperatureandhumidityoftheairconditionsinthedepotbyusingit.

ThistextusingAT89S52MCUasthecontrolcenter,themonitoringsystemiscomposedoftemperatureandhumiditysensorDHT11,1602characterLCM,whichachievesprecisionmeasurementandcontrolling.Thesystemiscomposedoftheuppersetandthelowerset.Thelowersetmainlyfulfillsthecollectionandprocessingabouttemperatureandhumidityinthewarehouse,andtransmitsittotheLCD1602anddisplaysit,thenmakingtherightjudgmentandrealizingtheoverrunofalarm.Meanwhile，thelowersetalsocantransmitsthedataoftemperatureandhumiditytotheuppersetthroughRS232BUS,thentheuppersetcandisplaystherealtimevaluesoftemperatureandhumidity.Theresultoftheexperimenthasprovedthatthesystemhasthefeaturesofsimplecircuit,stabletask,highintegration，convenientdebuggingandhighprecision,etc.Thereforethissystemhasacertainpracticalvalue.

Keywords

singlechipmicrocomputertemperatureandhumidityDHT11

第一章绪论

1.1选题背景

防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。

它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。

为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。

本设计就是设计一个基于单片机的控制的仓库温湿度报警器。

1.2设计过程及工艺要求

检测温度、湿度

显示温度、湿度

过限报警

1.温度检测范围：

-30℃-+50℃

2.测量精度：

1%RH

3.湿度检测范围：

10%-100%RH

4.检测精度：

1%RH

5.显示方式：

温度：

四位显示湿度：

四位显示

6.报警方式：

三极管驱动的蜂鸣音报警

1.3设计主要内容

本系统采用美国Atmel公司生产的AT89S52单片机作为控制核心，对温湿度传感器DHT11采集到的温、湿度信号进行分析处理，然后输出到LCD液晶以显示其温、湿度值。

本设计可以手动设置温度／湿度的上、下限值，只要有一样与设定的值不符合时，即温度／湿度过高或过低，则该系统会发出语音报警，同时继电器立即切断电源，实现系统的保护。

本文所研究的主要内容有以下几个方面：

（1）深入分析影响仓库温湿度的各种因素，确定检测方案；

（2）系统能够测量温度、湿度；

（3）超出设定值时系统能够自动报警；

（4）能够通过键盘设定温湿度值及复位操作；

（5）系统能够将结果显示在LCD显示器上；

（7）绘制总体原理图；

第2章温湿度测量系统方案设计

2.1系统总体设计

温湿度测量系统设计主要是基于单片机对数字信号的高敏感性和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号等，本系统主要包括主控模块、温湿度采集模块、显示模块、报警模块、键盘模块以及系统软件等部分的设计。

将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。

对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。

传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。

工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。

2.2系统总体框架

本系统采用本系统采用美国Atmel公司生产的AT89S52单片机作为控制核心，对温湿度传感器采集到的温湿度数字信号进行分析处理，然后输出到LCD液晶显示器显示其温、湿度值。

本设计可以通过键盘手动设置温度／湿度的上、下限值，该设定值为系统阈值。

温湿度传感器将检测到的值传输给单片机，通过单片机的分析比较，当检测到的数值超出所设定阈值时，则驱动蜂鸣器报警，以便管理人员及时切断电源，实现系统的保护。

系统硬件结构框图见图2-1。

2.3系统硬件设计

本设计的硬件系统主要由主控模块、显示模块、温湿度采集模块、串口通信模块、键盘模块和报警模块组成。

硬件电路设计见仓库温湿度检测系统整体原理图（附录图三）

单片机是整个系统的控制核心[14]，它空值周围器件协调工作，从而完成特定的功能。

方案一：

采用AT89C51单片机。

AT89C51是美国ATMEL公司生产的，片内含4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C51不支持ISP（在线更新程序）功能，且4个时钟周期完成一个指令周期，处理速度较慢，适用于要求时时性不高的系统中。

方案二：

采用AT89S52。

AT89S52是美国Atmel公司生产的一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器,采用的工艺是Atmel公司的高密度非易失存储器技术；片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器；在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52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，具有价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强等特点。

综合本系统需要满足的技术指标以及硬件设计的性价比我们选择方案二。

1、单片机AT89S52介绍

AT89S52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。

使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52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。

由于此单片机应用在仓库温湿度检测上，所以本设计选用了低功耗、高性能、低价格。

小管脚（40脚）的AT89S52单片机。

如图3.2所示：

图3.2AT89S52芯片引脚图

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，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，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52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。

AT89S52最小系统原理图：

图3-1AT89S52最小系统原理图

引脚功能介绍：

1.Vcc：

电源电压。

2.GND：

地。

3.P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

4.3.1所示：

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

表3.1P1口的第二功能

引脚号

第二功能

P1.0

T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.5

MOSI（在系统编程用）

P1.6

MISO（在系统编程用）

P1.7

SCK（在系统编程用）

5.P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

6.P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3.2所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

表3.2P3口的第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INTO（外中断0）

P3.3

INT1（外中断1）

P3.4

TO（定时/计数器0）

P3.5

T1（定时/计数器1）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通）

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

2.3.2显示模块

液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法比拟的优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。

单片机可以通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式、I/O设备访问形式控制该液晶显示模块。

本设计采用1602液晶屏，液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，通电后就可以显示出图形、文字。

1、显示器的选择

方案一：

采用LED数码管。

系统采用动态显示方式驱动6个数码管工作,其中4个数码管用来显示温度值,2个用来显示检测到的湿度值。

用74LS138的输入端来选择位码,单片机的P1口控制数码管的断码。

如果检测到的温度与湿度发生变化时,数码管即会发生相应的变化,起到实时显示功能。

LED数码管亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定，从而得到了广泛的应用。

方案二：

采用1602液晶屏。

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。

液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。

相对而言，液晶显示器显示质量高、体积小、功耗低等特点，而且其电路设计简单，操作更加方便。

因此我们选择方案二。

2、1602液晶简介

1602字符型液晶是工业字符型液晶，能够同时显示16×2即32个字符（16列2行）。

注：

为了表示的方便，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。

3、1602液晶显示特性

（1）单5V电源电压，功耗低、寿命长、可靠性高；

（2）内置192种字符（160个5×7点阵字符和32个5×10字符）；

（3）具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义八个5×8点阵字符；

（4）显示方式：

STN、半透、正显；

（5）驱动方式：

1/16DUTY,1/5BIAS；

（6）视角方向：

6点；

（7）背光方式：

底部LED；

（8）通讯方式：

4位或8位并口可选；

（9）标准的接口特性，适配MC51和M6800系列MPU的操作时序。

4、1602液晶与AT89S52接口电路

图3-21602LCD与单片机接口电路图

2.3.3温湿度采集模块

1、传感器的选择

传感器是实现测量与控制的首要环节，是检测系统的关键部件。

方案一：

采用热电阻温度传感器和HOS-201湿敏传感器。

热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。

现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。

其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。

铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。

缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。

铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。

在工业中用于-50～180℃测温。

HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ～1KHZ，测量湿度范围为0～100%RH，工作温度范围为0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）时为1MΩ。

这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。

然而，这种传感器只限于一定范围内使用时才具有良好的线性，从而有效地利用其线性特性，而且它还不具备在本设计系统中对温度-30～50℃的要求。

方案二：

采用DHT11温湿度传感器。

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接，因此，该产品具有品质卓越、超快响应，抗干扰能力强、性价比极高等优点。

综上所述，我们选择方案二来作为本系统的温湿度传感器。

2、DHT11温湿度传感器简介

DHT11传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。

校准系数以程序的形式储存在OTP（OneTimeProgramable）内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。

超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，产品为4针单排引脚封装，连接简单方便，使其成为各类应用场合的最佳选择。

3、DHT11引脚及接口

图3-3DHT11引脚及接口原理图

表3-4DHT11引脚功能

引脚

名称

注释

VDD

供电3—5.5VDC

DATA

串行数据，单总线

空脚，请悬空

GND

接地，电源负极

键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘。

在本设计中由于按键较多，因此选用矩阵式键盘。

1、键盘控制电路

本系统中键盘的作用是实现人机交互功能，通过键盘设置温度／湿度的上、下限值。

键盘控制电路如下图所示：

图3-4键盘控制电路

2、各功能键作用分配

（1）开/关机键：

主要控制硬件系统的开/关机。

（2）数字设置键：

S0和S1分别为温度1+和温度1-，用来设置温度的下限值；

S2和S3分别为湿度1+和湿度1-，用来设置湿度的下限值；S4和S5分别为温度2+和温度2-，用来设置温度的上限值；

S6和S7分别为湿度2+和湿度2-，用来设置湿度的上限值。

当传感器采集到的温度、湿度值中有一样超出所设定的区间，即温度／湿度过高或过低，则该系统会发出蜂鸣报警。

（3）复位键：

在测温湿度过程中，若需要中断正在运行的测试状态，则按下复位键，系统重新初始化。

另外，在设定仓库允许的温湿度上、下限值时，若一不小心输入错误，想重新输入，则亦可按复位键进行修改。

（4）开报警键：

SE为开报警键，当温/湿度值超过设定值而报警时，则可以按该键取消报警。

（5）关报警键：

SF为关报警键，用来关闭蜂鸣报警。

2.3.5报警模块

1、报警模块的选择

方案一：

采用语音芯片ISD1420。

ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，它由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。

该芯片具备分段录音功能,其工作电压在4.5V～5.5V范围,使用直接电平/边缘存储技术,省去了A/D、D/A转换

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