课程设计温湿度传感器.docx

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课程设计温湿度传感器

成都学院检测理论及应用课程

摘要：

温湿度使我们生产生活中很重要的参数，本设计为基于 51 单片机的温湿度检测与控制系统，采用模

块化、层次化设计。

如今采纳新技术，使用新式智能的温湿度传感器 DHT11 来实现对温度、湿度的监测，

运用 DHT11 来完成湿度信号的收集并将其转换为数字式信号，接着使用单片机 AT89C52 分析、处置数据，

提供信号给显示电路，从而完成对温湿度的检测与监控。

采纳 LCD1602 液晶显示所测得的温湿度值。

优点

是系统的电路简单、集成度高、运行稳定、调试方便、检测精度很高，有一定的实用价值。

关键词：

单片机；DHT11 温湿度传感器；LCD1602 显示

I

成都学院检测理论及应用课程

摘要：

............................................................................................................................................................................I

目录 ..............................................................................................................................................................................II

第一章 引言 .................................................................................................................................................................1

1.1 课题的研究背景 ...........................................................................................................................................1

1.2 课题的研究内容及目标 ...............................................................................................................................1

1.3 本文的结构组织 ...........................................................................................................................................1

第二章 设计要求及目的 .............................................................................................................................................2

2.1 设计目的 .......................................................................................................................................................2

2.2 设计要求 .......................................................................................................................................................2

第三章 系统方案设计及论证 .....................................................................................................................................3

3.1 总体方案设计 ................................................................................................................................................3

3.2 方案比较与论证 ............................................................................................................................................3

3.2.1 温湿度检测 ........................................................................................................................................3

3.2.2 处理器选择 ........................................................................................................................................4

3.2.3 显示部分 ...........................................................................................................................................4

第四章 系统的硬件设计与实现 .................................................................................................................................5

4.1 单片机介绍 ...........................................................................................................................................................5

4.1.1 单片机主要性能 ...............................................................................................................................................5

4.1.2 单片机各引脚功能介绍 ...................................................................................................................5

4.1.3 单片机特殊功能寄存器介绍 ...........................................................................................................6

4.2  DHT11 数字温湿度传感器介绍 ..................................................................................................................7

4.2.1 DHT11 产品概述 ................................................................................................................................7

4.2.2 串行接口 ...........................................................................................................................................7

4.3 1602LCD 液晶显示器简介 .........................................................................................................................9

4.3.1 1602LCD 的基本参数及引脚功能 ....................................................................................................9

4.3.1.1 1602LCD 主要技术参数：

 ..................................................................................................................10

4.3.1.2. 引脚功能说明 ...................................................................................................................................10

4.3.2 1602LCD 的指令说明及时序 ..................................................................................................................11

4.3.3 1602LCD 的一般初始化（复位）过程 ..................................................................................................12

第五章 软件设计 .......................................................................................................................................................13

5.1 主程序和中断程序 ......................................................................................................................................13

5.2 子程序 ..........................................................................................................................................................13

总 结 ...........................................................................................................................................................................14

附录一 电路图 ...........................................................................................................................................................17

附录二 程序代码 .......................................................................................................................................................18

II

成都学院检测理论及应用课程

第一章 引言

1.1 课题的研究背景

温度与湿度与人们的生活息息相关。

尤其是在工农业生产、气象、国防、科研等部门，

必须经常、精确的对环境温度进行监测和控制。

此外，在制药，造纸准及温湿度测量，食品

加工和其他行业是必要的。

比较传统的温度计使用水银制作显示，构造简单、价格低廉，缺

憾是精确度不高，不宜读数。

传统的干湿球温度计的显示方法，不仅复杂，测量精度不高。

而选用单片机对温湿度实施监控和测量，不单单具有节制便利，单一灵活的特点，而且可以

大大提高温度控制的灵活性的优点。

用 LED 数码管显示温度和湿度值，看起来更直观。

测量温度和湿度最重要的就是传感器。

温度和湿度的测量过去是分离的。

传感器的成长

历经了三个阶段：

传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。

目前，从模拟到数字温度传感器的模型的方向，从集成化向智能化，网络化的发展。

温度传

感器也经历过这样的阶段走向数字化、智能化。

1.2 课题的研究内容及目标

温度和湿度探测器是以 AT89C52 单片机为核心控制芯片，该芯片具有良好的抗干扰能力，

快速响应。

使用此单片机构成的温湿度检测仪能够定时、无误的监测周围的温度和相对湿度。

使用高灵敏度收集湿敏电阻阻值变化，然后经由单片机从而得到相应湿度，这就是本检

测仪的硬件部份的设计；DHT11 数字温度传感器对温度的实时采集和直接控制监测。

并用 LCD

显示屏作为显示设备的硬件设计方案。

软件部分选用模块化的方式分成几个个体，一个个进

行程序设计，最后连接各部分一起协调工作，从而实现实时监测周围温湿度的目的。

1.3 本文的结构组织

本文的组织结构安排如下：

第一章引言，扼要阐明本课题的研究背景、研究目的、研究意义，以及要实现的目标。

第二章设计的要求及目的，阐述要实现的功能，以及主要的参数。

第三章系统设计方案及论证，通过分析论证，选出最合适的设计方案，介绍总体方案。

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第四章主要讲述整个体系硬件的设计及实现，包括单片机的选择、温湿度传感器的选择

以及显示电路的设计。

第五章是软件设计，基于前面的硬件系统，设计程序。

第二章 设计要求及目的

2.1 设计目的

温度、湿度是工业和农业生产的主要环境参数。

是否能够及时、准确地测量很重要。

如

果单片机来对温度进行控制，利用高精度的温度，湿度控制，强湿功能，体积小，价格低，

简单灵活，很好的满足工艺要求。

2.2 设计要求

1、实现温度和湿度的测量；

2、按电源键进行测量；

3、湿度的测量范围：

 0％～100%RH；温度的测量范围：

-40～+85℃；

4、湿度测量精度：

±2.0%RH；温度测量精度：

±0.2℃；

5、在 LCD 显示屏上显示数据和结果；

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第三章 系统方案设计及论证

3.1 总体方案设计

根据课题要求实现，该系统由采集系统和显示系统组成，以 AT89C52 单片机为核心，设

计如图 3-1：

最小

系统

液晶显示

信号采集

图 3-1 系统图

3.2 方案比较与论证

3.2.1 温湿度检测

方案一：

使用 AM2301 数字温湿度传感器。

该型温湿度传感器，采用 3.3-6V 直流电源供电，

它的各部分参数：

湿度测量的范围为 20％～90%RH；温度测量的范围为 0～+50℃；湿度测量精度为

±5.0%RH；温度测量精度为±2.0℃。

虽然它的价格比较便宜，但测温的范围和测湿的范围太小，

温度的精度和湿度的精度太低，不符合设计的要求。

方案二：

使用 AM2302 电容式数字温湿度传感器。

它的各部分参数如下：

由于传感器参数：

湿度 0%

~ 100%相对湿度的测量范围；温度测量范围为 40 ~ + 80℃；湿度的测量精度为±3.0%RH 温度的测

量精度：

±0.5℃。

价格也比较适合，基本可以满足设计要求。

方案三：

使用数字温湿度传感器 DHT11。

湿度测量范围：

0％～100%RH；温度测量范围：

40

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~ + 85℃；湿度测量精度：

±2%相对湿度±0.2℃温度测量精度。

该传感器价格很便宜。

温度

和湿度都达到或超过了标题的精度要求，属于低功率传感器。

经过比较，从系统技术参数要求和低功耗方面考虑，选用方案三。

3.2.2 处理器选择

方案一：

采用 AT89C51 单片机作为处理器，虽能达到要求，但其内存过小，处理精度过

低，不是最好的选择；

方案二：

采用 AT89C52 单片机，既经济又有较大的内存，能很好的达到设计要求，是本

次设计的主选；

方案三：

采用 TI 公司的各种单片机，虽然能很好的达到设计的要求，但其成本过高，且

程序较复杂，不适宜与本次设计。

通过对比，方案二的 AT89C52 的功能完全能够符合题目的各个部分和发挥部分的设计，

故选用方案二。

3.2.3 显示部分

方案一：

采用 LED 数码管，其操作简单，显示直观。

不仅程序的设计简易，而且对周围

的环境要求很低，方便维护。

但是数码管只可以显示阿拉伯数字，不能显示汉字。

而且硬件

设计也相当繁复。

不适用于本设计。

方案二：

使用 LCD 液晶，它具有体积小、低功耗、显示丰富等优点。

电路连接简单，价

格也便宜。

总的来说，LCD 液晶显示更多的内容，所以本设计选用 LCD 液晶显示程序。

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第四章 系统的硬件设计与实现

4.1 单片机介绍

4.1.1 单片机主要性能

AT89C52 是由 ATMEL 公司生产的 51 单片机的一个型号。

它具有高性能 CMOS8 位、低电压

的优点，使用了该公司的高密度、非易失性存储技术生产，完美兼容 MCS-51 指令系统，包括

8 位中央处理器和 Flash 存储单元，AT89C52 功能强大、试用范围非常广。

主要功能特性：

● 引脚完全兼容 MCS-51 产品

● 具有 8K 字节的可重擦写 Flash 闪存

● 1000 次擦写周期

● 2 个读写中断口线

● 全静态操作：

0Hz-24MHz

● 三级加密程序存储器

● 256*8 字节内部 RAM

● 32 可编程双向 I/O 线

● 3 个 16 位定时器/计数器

● 2 个外部中断源，共 6 个中断源

● 可编程串行 UART 通道

● 低功耗的空间和掉电模式

● 软件设置睡眠和唤醒功能

4.1.2 单片机各引脚功能介绍

AT89C52 由 40 脚双列直插包装的 8 位通用微处理器组成，使用常用的 C51 内核，它主

要用于会聚调整功能的控制。

功能主要有对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等部

件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通

信等。

·P0 口：

P0 口是 8 位的漏极开路型双向的 I/O 口，即为地址/数据总线复用口。

如果被当

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作输出口，每位可以吸收电流的形式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“1”时，起作

用变为高阻抗输入。

当需要访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址

（低 8 位）和数据总线复用，期间可以激活内部上拉电阻。

在 Flash 编程时，P0 口负责接

受指令字节，但是在程序校验的时候，需要输出指令字节，校验时需要外接上拉电阻。

·P1 口：

P1 是一个带在内部上拉电阻的 8 位的双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸

取或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。

对端口写“1”，经过里面 的上拉电阻把端口拉至高

电平，就可作输入口使用。

作输入口用时，因为里面存在上拉电阻，某引脚被外部的信号拉

低时会输出一个电流（IIL）。

与 AT89C51 不同之处是，P1.0 和 P1.1 还有作为定时/计数器 2

的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）的功能，Flash编程和程序校验的时候，

P1 接收低 8 位地址。

·P2 口：

P2 是一个带有上拉电阻的 8 位双向的 I/O 口，P2 的输出缓冲级能够驱动（吸收

或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。

将端口 P2 写“1”，通过内部的上拉电阻来港的高水平，

此时，可作为输入，作为输入使用时，因为内部上拉电阻，如果某个引脚被外部信号拉低的

时候就会输出一个电流（IIL）。

当访问外部程序存储器或 16位地址的外部数据存储器时，P2

口送出高 8 位的地址数据。

当访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内

容。

编程或检查，P2 也获得了很高的地址和控制信号。

·P3 口：

P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。

P3 口输出缓冲级可驱动（吸

收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。

对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可

作为输入端口。

此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3 口除了作为一

般的 I/O 口线外，此外，它的第二功能 P3 口还接收一些可以用于 Flash 闪速存储器编程与

程序校验的控制信号才是最重要的。

4.1.3 单片机特殊功能寄存器介绍

·数据存储器：

AT89C52 有 256 个字节内部 RAM，80H-FFH 高 128 个字节与特殊功能寄存器

（SFR）地址是重复的，虽然物理上分开，但是高 128 字节的 RAM 与特殊功能寄存器的地址相

同。

当一条指令访问 7FH以上地址单元的时候，指令中使用不同的寻址方式，即为究竟是访

问高 128 字节 RAM 还是访问特殊功能寄存器是由寻址方式决定的。

直接寻址方式对应的是访

问特