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目 錄 第一章 緒論 1.1 課題的選題背景 1.2 課題研究的意義 1.3 本論文主要研究內容 1.4 系統的工作原理簡介 第二章 系統總體方案設計 2.1 系統總框圖 2.2 方案選擇 2.2.1 單片機的選擇 2.2.2 傳感器的選擇 2.3.2 顯示器選擇方案 第三章 系統硬件電路的設計 3.1 系統硬件概述 3.2 主控模塊設計 3.2.1 單片機引腳介紹 3.2.2 單片機最小系統 3.3 DHT11傳感器模塊設計 3.3.1 DHT11傳感器簡介 3.3.2 DHT11傳感器模塊電路設計 3.4 液晶顯示模塊設計 3.4.1 液晶顯示屏簡介 3.4.2 液晶顯示模塊電路原理圖 3.5 繼電器模塊 3.6 閥值設定存儲模塊 第四章 系統軟件程序的設計 4.1 液晶顯示模塊設計 4.2 傳感器模塊設計 第五章 系統分析與調試 第六章 結論與展望 參考文獻 附錄 A 致謝 中文摘要溫濕度控制已成為當今社會研究的熱門項目。是工農業生產過程中必須考慮的因素。作為最常見的被控參數。溫度和濕度已經不再是相互獨立的物理量，而應在系統中綜合考慮。廣泛應用于實驗室、大棚、花圃、糧倉乃至土壤等各個領域。而傳統的溫濕度控制則利用濕度表、毛發濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材。通過人工進行檢測。對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、降溫、去濕等操作。這種人工測試方法費時費力，效率低。切隨機性較大。誤差大。因此就需要一種造價低廉、使用方便且計算精確的溫濕度控制儀器。利用單片機對溫、濕度控制，具有控溫、濕精度高、功能強、體積小、價格低，簡單靈活等優點，很好的滿足了工藝要求。 本文通過使用STC89C52單片機、DHT11傳感器模塊、1602液晶顯示屏模塊以及繼電器控制模塊。簡單明了的實現的溫濕度的控制要求。DHT11數字溫濕度傳感器把采集到的溫濕度數據傳給單片機。經過單片機的處理。準確的顯示到液晶屏上。如果溫濕度超過閥值，將會驅動繼電器工作。繼電器將驅動負載相應的工作。
第一章 緒論 1.1課題的選題背景溫度、濕度和人類的生產、生活有著密切的關系，同時也是工業生產中最常見最基本的工藝參數，例如機械、電子、石油、化工等各類工業中廣泛需要對溫度濕度的檢測與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環境越來越關注。而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對溫度濕度的檢測及控制就非常有必要了。 8051單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度控制系統的實力也很多。使用8051單片機能夠實現溫濕度全程的自動控制，而且8051單片機易于學習掌握，性價比高。 使用8051型單片機設計溫濕度控制系統，可以即時精確的反應溫室內的溫度以及適度的變化。完成諸如升溫到特定的溫度、降溫到特定的溫度。在溫度上下限范圍內保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統應用到溫室當中無疑為植被生長提供了更加適宜的環境。對于大棚種植和花圃、花卉栽培，必須在某些特定環境安裝溫濕度裝置對其進行監控。本系統可以及時、精確的反映室內的溫度以及濕度的變化，能夠滿足溫濕度的控制要求。 1.2 課題研究的意義8051單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度控制系統的實力也很多。使用8051單片機能夠實現溫濕度全程的自動控制，而且8051單片機易于學習掌握，性價比高。 使用8051型單片機設計溫濕度控制系統，可以即時精確的反應溫室內的溫度以及適度的變化。完成諸如升溫到特定的溫度、降溫到特定的溫度。在溫度上下限范圍內保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統應用到溫室當中無疑為植被生長提供了更加適宜的環境。對于大棚種植和花圃、花卉栽培，必須在某些特定環境安裝溫濕度裝置對其進行監控。本系統可以及時、精確的反映室內的溫度以及濕度的變化，能夠滿足溫濕度的控制要求。 1.3 本論文主要研究內容本系統所要實現的功能是： 1.溫濕度實時檢測及顯示。通過LCD1602實時地顯示傳感器DHT11檢測到的溫濕度值，并且固定時間（2s）檢測更新顯示一次。 2.報警閾值的手動設置。通過四個按鍵實現溫濕度閾值的設置，使得系統更加人性化、智能化，具有更高的實用價值。 3.當溫濕度超出閾值時能自動開啟相應的繼電器驅動負載。通過小燈指示哪一路工作，以提醒用戶。閥值可以通過AT24C02存儲，實現斷電保存。 4.系統主要可以應用在糧倉的智能控制，當溫度超限通風降溫；當濕度超限可以抽濕。 的改進措施。 1.4 系統的工作原理簡介總體來說，本次設計主要涉及了溫濕度的測量、顯示以及實現簡單控制。硬件方面有五個模塊，即STC89C52單片機主控模塊、傳感器模塊、LCD1602液晶顯示模塊、繼電器模塊以及閾值設置模塊。 傳感器模塊使用的是DHT11數字溫濕度傳感器。通過DHT11檢測出當前環境下的溫濕度，將所測數據交給AT單片機進行分析和處理，并分別存入不同數組以便顯示時候用。其中，為了顯示穩定，本系統每間隔2s采集一次數據送入單片機。 本系統采用的是繼電器驅動負載，因此無論溫度還是濕度超出范圍繼電器均可以驅動負載工作，及時啟用降溫風扇以及抽濕風扇來有效的調整糧倉等應用場所內的溫濕度。
第二章 系統總體方案設計
2.1 系統總框圖硬件主要以STC89C52型單片機為核心，通過LCD1602實時地顯示傳感器DHT11檢測到的溫濕度值，閥值可以通過AT24C02存儲，實現斷電保存。過閥相應的報警驅動。本研究設計的溫濕度控制器框圖如圖2-1所示。 圖2-1 溫濕度控制器方框圖 2.2 方案選擇2.2.1單片機的選擇方案一：AT89C52是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS型8位單片機，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大。其片內的8K程序存儲器是FLASH工藝的，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護我們的勞動成果。再者，AT89C52目前的售價比8031還低，市場供應也很充足。AT89C52可構成真正的單片機最小應用系統，縮小系統體積，增加系統的可靠性，降低系統的成本。只要程序長度小于8K，四個I/O口全部提供給用戶。可用5V電壓編程，而且擦寫時間僅需lOms。AT89C51芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統不被仿制。PO口是三態雙向口，通稱數據總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。 方案二：STC89C52系列單片機的指令系統和AT89C52系列的完全兼容，但實際操作起來卻存在很多問題： （1）AT89C52不帶ISP下載，要用下載器才行，STC89C52可以用你的USB轉串口下載，下載軟件可以到STC廠家網上去下。 （2）STC單片機執行指令的速度很快，大約是AT的3-30倍，盡管快是好事，但這樣一來，你在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些對時序有嚴格要求的模塊，用STC時注意得加長延時，大約是AT的10—30倍就差不多，這一點自己調試就知道了。 （3）STC單片機對工作環境的要求比較低，電壓低于5伏時仍然正常工作，甚至3伏到4伏之間都還可以工作，然而這樣的環境下AT肯定不行了，所以當一個系統用STC單片機好用，但用AT的單片機不工作時，直接查最小系統，看單片機的供電是否正常。 比較這兩種方案，由于在學校期間學過數字電路、單片機原理、C語言程序設計，綜合考慮單片機的各部分資源和作為學生能夠獲得的資源，經過對比此次設計要求，我選擇用STC系列芯片完成。而且學校也提供了相應的硬件操作平臺，實際操作起來比較方便，故STC為更合理的選擇。本系統選擇STC89C52單片機作為主控芯片。足夠本設計運行，且價格便宜，下載程序方便。 2.2.2 傳感器的選擇方案一：選用DS18B20溫度傳感器作為溫度檢測模塊。DS18B20是一線式數字溫度傳感器。具有獨特的單線式接口方式。測量范圍在—55℃~125℃，—10℃~85℃，誤差范圍在-\+0.5℃。最高精度可達0.0625℃。 HS1101是電容式濕度傳感器。可測量相對濕度范圍在0%~100%RH。誤差為-\+2%RH。 方案二： 選用DHT11作為設計的溫濕度檢測模塊。DHT11是一款集成型的數字溫濕度一體傳感器。 它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。測量范圍20%~90%RH，0℃~50℃。測溫精度為-\+2℃，測濕精度為-\+5%RH。完全符合本次畢業設計的要求。 經上述分析，方案一雖然精度更精確。卻稍顯復雜。方案二即便不能實現方案一的高精度測量。卻也能滿足設計要求。且簡便易行。可靠穩定。具有超高的性價比。故選擇方案二。 2.3.2 顯示器選擇方案方案一：采用12864液晶顯示屏。液晶顯示模塊是128×64點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）及64X256點陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機：8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。 方案二：采用LCD1602液晶顯示屏。LCD1602A 是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02 即32個字符。（16列2行）。1602只能顯示字母、數字和符號能顯示16*2個字符，但寄存器不止32個，有一些顯示效果，如字符一個個顯示、字符從左到右或從右到左顯示等等，顯示效果簡單。 總結：在編程使用方面，兩者難度差不多，原理差不多，都是寫指令、寫地址、寫數據等等。當然12864液晶屏顯示更全面、字符更多。相比于1602液晶屏、12864能更形象具體的實現顯示功能。不過1602液晶屏也能實現設計的要求。網上買比較廉價，最低的六塊錢左右。而12864液晶顯示屏最便宜的也要四十塊錢。從造價方面考慮，當然是價格低廉的優先。而LCD1602A就是最好的選擇。
第三章 系統硬件電路的設計
3.1系統硬件概述此次的畢業設計主要由五個大的模塊構成，分別是主控模塊、傳感器模塊、LCD液晶顯示模塊、繼電器模塊以及閾值設置模塊。其中主控模塊是此次畢業設計的核心模塊，主要是指STC89C52芯片，它控制整個系統的運行，利用其各個口分別控制其他模塊，使其他模塊能夠成為一個整體，實現功能的需要，從DHT11溫濕度傳感器中讀入溫度和濕度，在液晶屏上即時顯示。液晶屏上同時顯示溫濕度上限值，該上限值保存外外部EEPROM存儲器中，掉電不失，并且可以通過四只按鍵上調或下調。當溫度或濕度值超過上限值時，報警信號點亮相應報警燈。該報警信號可以通過三極管驅動繼電器，以控制外部風機或制冷器。 3.2主控模塊設計單片微型計算機是隨著微型計算機的發展而產生和發展的。自從1975 年美國德克薩斯儀器公司的第一臺單片微型計算機（ 簡稱單片機）TMS-1000 問世以來，迄今為止，單片機技術已成為計算機技術的一個獨特分支，單片機的應用領域也越來越廣泛，特別是在工業控制中經常遇到對某些物理量進行定時采樣與控制的問題，在儀器儀表智能化中也扮演著極其重要的角色。 如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發展歷史大致可以分為以下幾個階段： 第一階段（1976—1978）：單片機的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola、Zilog等。都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機”一詞即由此而來。 第二階段（1978—1982）：單片機的完善階段。Intel公司在MCS-48基礎上推出了完善的、典型的單片機系列MCS-51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構。 （1）完善的外部總線。MCS-51設置了經典的8位單片機的總線結構，包括8位數據總線、16位地址總線、控制總線及具有多機通信功能的串行通信接口。 （2）CPU外圍功能單元的集中管理模式。 （3）體現工控特性的地址空間及位操作方式。 （4）指令系統趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 第三階段（1982—1990）：8位單片機的鞏固發展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機，將一些用于測控系統的模數轉換器、程序運行監視器、脈寬調制器等納入片中，體現了單片機的微控制器特征。 第四階段（1990—）：微控制器的全面發展階段。隨著單片機在各個領域全面、深入地發展和應用，出現了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。 單片機是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計算機，這些元件包括中央處理器CPU、數據存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時/計數器、中斷系統、時鐘部件的集成和I/O接口電路。由于單片機具有體積小、價格低、可靠性高、開發應用方便等特點，因此在現代電子技術和工業領域應用較為廣泛，在智能儀表中單片機是應用最多、最活躍的領域之一。在控制領域中,現如今人們更注意計算機的底成本、小體積、運行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，提高計算機的運算速度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比。 3.2.1單片機引腳介紹單片機主要特點： （1）有優異的性能價格比。 （2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內部采用總線結構，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環境下工作。 （3）控制功能強。為了滿足工業控制的要求，一般單片機的指令系統中均有極豐富的轉移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 （4）低功耗、低電壓，便于生產便攜式產品。 （5）外部總線增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結構。 （6）單片機的系統擴展和系統配置較典型、規范，容易構成各種規模的應用系統。 優異的性能價格比。 1）集成度高、體積小、有很高的可靠性。 單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內部采用總線結構，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環境下工作。 此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。 2）控制功能強。 為了滿足工業控制要求，一般單片機的指令系統中均有極豐富的轉移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 單片機的系統擴展、系統配置較典型、規范，容易構成各種規模的應用系統。 VCC：STC89C52電源正端輸入，接+5V。 GND：電源地端。 XTAL1: 單芯片系統時鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2： 系統時鐘的反相放大器輸出端，一般在設計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統更穩定，避免噪聲干擾而死機。 RESET：STC89C52的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，AT89S51便能完成系統重置的各項動作，使得內部特殊功能寄存器之內容均被設成已知狀態，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執行程序。 EA/Vpp："EA"為英文"External Access"的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因為其內部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內部EPROM時，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。 ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。STC89C52可以利用這支引腳來觸發外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0～A7）鎖進鎖存器中，因為STC89C52是以多工的方式送出地址及數據。平時在程序執行時ALE引腳的輸出頻率約是系統工作頻率的1/6，因此可以用來驅動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時，此引腳會被當成程序規劃的特殊功能來使用。 PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫，其意為程序儲存啟用，當8051被設成為讀取外部程序代碼工作模式時（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。STC89C52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數據存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。 PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態，而是內部有一提升電路，P0在當做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。 PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是具有內部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2除了當做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52擴充外接程序存儲器或數據存儲器時，也提供地址總線的高字節A8～A15，這個時候P2便不能當做I/O來使用了。 PORT1（P1.0～P1.7）：端口1也是具有內部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數據。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當做定時器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發腳位。 PORT3（P3.0～P3.7）：端口3也具有內部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數控制及外部數據存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。 其引腳分配如下： P3.0：RXD，串行通信輸入。 P3.1：TXD，串行通信輸出。 P3.2：INT0，外部中斷0輸入。 P3.3：INT1，外部中斷1輸入。 P3.4：T0，計時計數器0輸入。 P3.5：T1，計時計數器1輸入。 P3.6：WR：外部數據存儲器的寫入信號。 P3.7：RD，外部數據存儲器的讀取信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。 EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。 單片機引腳圖如圖3-1所示： 圖3-1 單片機引腳圖 3.2.2單片機最小系統單片機芯片內還有一項主要內容就是并行I/O口。STC89C51共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。每個口都包含一個鎖存器、一個輸出驅動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節尋址和位尋址功能。在訪問片外擴展存儲器時，低8位地址和數據由P0口分時傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴展存儲器的系統中，這4個口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。 單片機的4個I/O口都是8位雙向口，這些口在結構和特性上是基本相同的，但又各具特點。 STC89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產生：一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。在單片機內部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振），就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩定頻率和快速起振，電容值在5-30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2-12MHz間選擇，典型值為12MHz和11.0592MHz。 當在STC89C51單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內部就執行復位操作（若該引腳持續保持高電平，單片機就處于循環復位狀態）。 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現自動上電復位。時鐘頻率用6MHZ時C取22uF,R取1KΩ。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST端經過電阻與電源Vcc接通而實現的。最小系統圖如圖3-2所示 
圖3-2 單片機最小系統原理圖 3.3 DHT11傳感器模塊設計3.3.1 DHT11傳感器簡介DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據用戶需求而提供。 DHT11傳感器實物圖如下圖3-3所示： 圖3-3 DHT11傳感器實物圖 （1）引腳介紹： Pin1：(VDD)，電源引腳，供電電壓為3~5.5V。 Pin2：（DATA），串行數據，單總線。 Pin3:（NC），空腳，請懸浮。 Pin4（VDD），接地端，電源負極。 （2）接口說明 ： 建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據實際情況使用合適的上拉電阻。如下圖3-4所示： 圖3-4 DHT11典型應用電路 （3）數據幀的描述： DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數據格式,一次通訊時間4ms左右,數據分小數部分和整數部分,具體格式在下面說明,當前小數部分用于以后擴展,現讀出為零.操作流程如下: 一次完整的數據傳輸為40bit,高位先出。 數據格式:8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據 +8bi溫度整數數據+8bit溫度小數數據 數據傳送正確時校驗和數據等于“8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bi溫度整數數據+8bit溫度小數數據”所得結果的末8位。 （4）電氣特性：VDD=5V，T = 25℃，除非特殊標注 表3-1 DHT11的電氣特性 注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。 （5）時序描述： 用戶MCU發送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發送響應信號,送出40bit的數據,并觸發一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數據.從模式下,DHT11接收到開始信號觸發一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數據后轉換到低速模式。 總線空閑狀態為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發送80us低電平響應信號.主機發送開始信號結束后,延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應信號,主機發送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。 總線為低電平,說明DHT11發送響應信號,DHT11發送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發送數據,每一bit數據都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數據位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最后一bit數據傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態。 3.3.2 DHT11傳感器模塊電路設計DHT11傳感器連接STC89C51系列單片機相對比較簡單。單片機的P2.0口用來發收串行數據，即數據口。連接傳感器的Pin2（單總線，串行數據）。由于測量范圍電路小于20米，建議加一個5K的上拉電阻，因此在傳感器的Pin2口與電源之間連接一個5K電阻。而傳感器的電源端口Pin1和Pin4分別接單片機的VDD和GND端。傳感器的第三腳懸浮放置。DHT11傳感器原件的電路原理圖如下3-5所示： 圖3-5 DHT11電路原理圖 3.4 液晶顯示模塊設計3.4.1 液晶顯示屏簡介LCD1602A 是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02 即32個字符。（16列2行）。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。發光管和LED數碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。 在單片機系統中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優點： 由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。 液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統顯示器要輕得多。 相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 （1）引腳說明： 第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平 R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。 第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負極。 （2）1602LCD的RAM地址映射以及標準字庫表 LCD1602液晶模塊內部的字符發生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符圖有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母。 它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的（說明：1為高電平，0為低電平）。 指令1：清顯示，指令碼01H，光標復位到地址00H位置。 指令2：光標復位，光標返回到地址00H 。 指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 。 指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示。 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標。 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 。 指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 。 指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線。 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示。 F：低電平時顯示5X7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 （有些模塊是 DL：高電平時為8位總線，低電平時為4位總線）。 指令7：字符發生器RAM地址設置 。 指令8：DDRAM地址設置 。 指令9：讀出忙信號和光標地址。 BF為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙，模塊就能接收相應的命令或者數據。 指令10：寫數據 。 指令11：讀數據 。 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。 1602 內部顯示地址如圖3-6所示： 圖3-6 1602內部顯示地址 例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H 就可以將光標定位在第二行第 一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1，所以實際寫入的數據應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H) 。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態。1602 液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，如下圖所示，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。 3.4.2 液晶顯示模塊電路原理圖液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性， 通過電壓對其顯示區域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規模集成電路直接驅動、易于實現全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。電路中液晶接口圖如圖3-7所示： 圖3-7 1602顯示模塊 3.5繼電器模塊電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。 電路中繼電器室通過PNP型三極管驅動，當閥值超過設定時，單片機會由高電平跳變成低電平，三極管導通繼電器吸合，繼電器起開關作用，可以驅動負載。硬件電路如圖3-8所示：  
圖3-8 按鍵控制電路圖 3.6閥值設定及存儲模塊溫濕度閾值存儲在EEPROM芯片AT24C02中，并可以通過K1—K4按鍵調節并保存，其中K1為溫度上限增加，K2為溫度上限減小，K3為濕度上限增加，K4為濕度上限減小。AT24C02是IIC芯片，其電路如圖3-9所示：
圖3-9 AT24C02的芯片引腳圖 AT24C02提供電可擦除的串行1024位存儲或可編程只讀存儲器(EEPROM)128字(8位/字)。 芯片在低壓的工業與商業應用中進行了最優化。AT24C01的封裝為8腳PDIP、8腳JEDEC SOIC、8腳TSSOP，通過2線制串行接口進行數據傳輸。另外,整個系列有2.7V(2.7V至5.5V)和1.8V (1.8V至5.5V)兩個版本。 設備操作： C L O C K 和 D A T A 變化：SDA管腳通常外都要拉高。SDA管腳上的數據只能在SCL低期間改變。數據在SCL高期間改變定義為一個開始或停止信號。 開始狀態：在任何操作之前必須有一個開始信號----在SCL為高時SDA上產生一個下降沿。 停止狀態： SCL為高時SDA產生一個上升沿是停止信號，停止信號后將停止所有通信。 在一個讀的序列之后，停止信號將讓EEPROM進入備用電源模式。 I2C(Inter－Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線產生于在80年代，最初為音頻和視頻設備開發，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件狀態的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統的配置或掌握組件的功能狀態，如電源和系統風扇。可隨時監控內存、硬盤、網絡、系統溫度等多個參數，增加了系統的安全性，方便了管理。 1 I2C總線的硬件結構 I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線設備上的串行數據SDA都接到總線的SDA上，各設備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。 為了避免總線信號的混亂，要求各設備連接到總線的輸出端時必須是開漏輸出或集電極開路輸出。設備上的串行數據線SDA接口電路應該是雙向的，輸出電路用于向總線上發送數據，輸入電路用于接收總線上的數據。而串行時鐘線也應是雙向的，作為控制總線數據傳送的主機，一方面要通過SCL輸出電路發送時鐘信號，另一方面還要檢測總線上的SCL電平，以決定什么時候發送下一個時鐘脈沖電平；作為接受主機命令的從機，要按總線上的SCL信號發出或接收SDA上的信號，也可以向SCL線發出低電平信號以延長總線時鐘信號周期。總線空閑時，因各設備都是開漏輸出，上拉電阻RP使SDA和SCL線都保持高電平。任一設備輸出的低電平都將使相應的總線信號線變低，也就是說：各設備的SDA是“與”關系，SCL也是“與”關系。 總線的運行（數據傳輸）由主機控制。所謂主機是指啟動數據的傳送（發出啟動信號）、發出時鐘信號以及傳送結束時發出停止信號的設備，通常主機都是微處理器。被主機尋訪的設備稱為從機。為了進行通訊，每個接到I2C總線的設備都有一個唯一的地址，以便于主機尋訪。主機和從機的數據傳送，可以由主機發送數據到從機，也可以由從機發到主機。凡是發送數據到總線的設備稱為發送器，從總線上接收數據的設備被稱為接受器。 開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數據。 結束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。 應答信號：接收數據的IC在接收到8bit數據后，向發送數據的IC發出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。CPU向受控單元發出一個信號后，等待受控單元發出一個應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實際情況作出是否繼續傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現故障。如圖3-10所示： 
圖3-10開始、結束信號圖
目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監控芯片等也提供I2C接口。 總線基本操作： I2C規程運用主/從雙向通訊。器件發送數據到總線上，則定義為發送器，器件接收數據則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發送狀態。 總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。SDA線上的數據狀態僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態的改變被用來表示起始和停止條件。 控制字節：在起始條件之后，必須是器件的控制字節，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當為1時為讀操作，為0時為寫操作。 寫操作：寫操作分為字節寫和頁面寫兩種操作，對于頁面寫根據芯片的一次裝載的字節不同有所不同。 讀操作：讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時序圖。應當注意的是：最后一個讀操作的第9個時鐘周期不是“不關心”。為了結束讀操作，主機必須在第9個周期時發出停止條件或者在第9個時鐘周期內保持SDA為高電平、然后發出停止條件。
第四章 系統軟件程序的設計
在對我們所要設計的課題有了整體的了解之后，需要先建立程序框架的流程圖，對整個設計劃分模塊，逐個模塊實現其功能，最終把各個子模塊合理的連接起來，構成總的程序。主程序首先要對整個系統進行初始化，然后將采集到的溫濕度指令傳給系統的主流程圖如圖4-1所示： 圖 4-1 主程序流程圖 4.1 液晶顯示模塊設計液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，在執行每條指令之前要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，則此指令失效，要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，告訴模塊在哪里現實了字符。1602液晶顯示模塊可與STC89C52直接接口的。軟件流程圖如圖4-2所示： 圖4-2液晶顯示模塊程序流程圖 4.2 傳感器模塊設計溫濕度模塊DH11數字溫濕傳感器加濕器溫濕度傳感器隨著科技的不斷發展，汽車、空調、除濕器、烘干機等種類繁多的電器都已進入人們的日常生活，而這些電器設備很多都離不開對溫度、濕度等環境因素的要求。因此，溫度、濕度傳感器用途越來越廣泛。新一代的數字傳感器不再需要外置的A D轉換模塊，并具有標準接口，使用方便，得到了越來越多的應用。DHT11作為一種新型的單總線溫濕度數字傳感器，具有更多的優點，它使系統設計更加簡單，控制方便，易于實現。1 單總線通信簡介 目前常用的微機與外設之間進行數據傳輸的串行總線主要有I2C總線、SPI總線和SCI總線。其中I2C總線以同步串行兩線方式進行通信(1條時鐘線，1條數據線)，SPI總線則以同步串行三線方式進行通信(1條時鐘線，1條數據輸入線，1條數據輸出線)，而SCI總線是以異步方式進行通信的(1條數據輸入線，1條數據輸出線)。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號線。 DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如下圖4-3所示 圖 4-3 DHT11傳感器模塊程序流程圖 第五章 系統分析與調試 本設計是在Keil C環境下開發的，Keil C軟件支持C語言的編程及調試，運用方便，是做C語言畢業設計者的首選。設計的首要任務是安裝和學習使用這個軟件，在簡單的學習和了解Keil C后，我們便可在此環境下開始了對帶錄音功能的電子琴的設計工作。在編譯完Keil C后，再運用STC_ISP_V480軟件燒錄到開發板上，實現實物與程序的連接。在燒錄前要對STC_ISP_V480進行一些必要的設置。第一步：設置MCU Type為STC89C52RC；第二步：打開編寫好并編譯的程序文件，它是以.hex為后綴的文件；第三步：選擇對應的COM端口，（可在我的電腦的設備管理處查看COM選項）；第四步：點擊Download/下載，等提示 請給MCU上電時，打開開發板上的開關，它就自行燒錄了。 Keil C程序運行如圖5-1所示，下載圖如圖5-2所示： 圖5-1 keil C運行圖 圖5-2 程序燒錄運行圖 在完成對程序的調試及燒錄之后，還需要對其進行演示，把開發板與電腦連上，設置好對應的接口，完成供電及下載。開始供電后、稍帶幾秒等1602液晶屏能正常顯示當前溫濕度了之后。觀察當前溫濕度的變化。并且針對與自己設定的限值相比較。若當前溫度沒有超標，即沒有超過限值。可以用手捂住DHT11傳感器，令其溫度的顯示超標。測試能否達到報警。經過測試。完全可行。因而簡單的實現了對溫度的控制，繼電器也可以控制風扇的轉動。
第六章 結論與展望
本系統以單片機為核心部件的控制系統，利用軟件編程，最終基本上實現了各項要求。雖然系統還存在一些不足，比如溫濕度測量不夠精確，特別是濕度，波動較大。嘗試了各種改進方法。仍然不太理想。不過大體能反映出設計的目的和要求。與預期的結果相差不多。 經過近兩個月的奮斗，從確定題目，到后來查找資料，理論學習，實驗編程調試，這一切都使我的理論知識和動手能力有了很大的提高。了解了單片機的硬件結構和軟件編程方法，對單片機的工作方式有了很大的認知。同時，對一些外圍設備比如傳感器、液晶屏、鍵盤、蜂鳴器等有了一定的了解！學會了對一項工程如何設計：首先，要分析需要設計的系統要實現什么功能，需要什么器件；然后，針對設計購買相應的硬件，選用硬件時不僅要選用經濟的，更重要的是如何能更精確更方便的完成系統的要求；再次，對各個硬件的軟件實現要弄清楚，如何更好的實現各個硬件的協調，更好的通過主控制器件實現硬件的功能。最后，通過各種測試與調試，讓設計更好的完成系統要求。 但因為我們的水平有限，此設計中也存在一定的不足。就比如說對溫濕度下限的設定與控制，應用就更加廣泛。 溫濕度控制已經成為了21世紀熱門研究話題之一。無論是從生產還是生活，與我們人類都是息息相關的。而智能化的控制溫濕度已經發展成為一種必然。隨著世界經濟的發展，人們生活水平的提高以及社會的進步。我們不可能一直墨守陳規，不能在恪守以前利用人力資源來控制溫濕度的方法。不僅浪費大量的人力資源、財力資源，并且控制系統也更加單一化。而采用自動控制的辦法、既節省了人力資源，更體現了與時俱進的思想、世界在進步、而這種進步就該體現在各個方面。
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附錄 A圖A1 系統總體電路圖
致謝在即將結束本文，完成畢業設計的時刻，我要向所有在我畢業設計階段乃至我大學幫助過我的老師和同學致以深深的謝意，感謝他們在學習和生活上給我的幫助。. 通過本次畢業設計，我在指導老師的精心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，并對當前電子領域的研究狀況和發展方向有了一定的了解，單片機領域這對我今后進一步學習計算機方面的知識有極大的幫助。在設計中遇到了很多編程問題，最后在老師的辛勤指導下，在同學的熱情幫助下,終于迎刃而解。同時，在老師的身上我學到很多實用的知識，在此我表示感謝！最后，對給過我幫助的所有同學和各位指導老師再次表示忠心的感謝！ 還有許許多多給予我學業上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！
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