1、基于单片机的温湿度检测报警系统讲解目 录基于单片机的温湿度检测报警系统 2摘要 21 引言 41.1 问题的提出 41.2 研究的意义 41.3 国内外现状 41.4 本文研究的目的和研究方向 51.5 本文研究的主要内容 52 工具简介 62.1 C语言 62.2 Proteus 72.3 Protel 73 设计任务分析及方案论证 93.1 设计任务要求和温湿度控制的发展 93.2 设计总体方案及其方案论证 103.3 器件选定 114 硬件设计 224.1 主控制电路和测温时控制电路 224.2 主要模块的电路 234.3 系统的蜂鸣器电路 234.4 晶振电路 234.5 显示电路 2
2、44.6 传感器电路 254.7 复位电路 255 软件设计 275.1 系统流程图 275.2 编程思想 28结 论 29参考文献 30源程序 31原理图 42基于单片机的温湿度检测报警系统摘要；本作品采用MSC-51系列单片机中的AT89S51和DHT11的温湿度的检测系统。本作品主要包括硬件电路的设计制作和单片机程序的设计。硬件电路主要包括单片机、温湿度传感器、显示模块、报警器以及键盘等5部分，由DHT11温湿度传感器及1602字符型液晶模块构成系统显示模块，该作品原件较少、工作稳定、集成度高，测试精度高，具有一定的实用价值。其中测温湿度控制电路由温湿度传感器和预设温度值比较报警电路组成
3、，用户根据需要预先输入预设值，当实际测量的温湿度大于预设的温湿度数值时，发出报警信号（蜂鸣器蜂鸣）。软件部分包括了主程序、显示子程序、测温湿度子程序。 本次设计采用的DHT11温湿度传感器是一款含有已校准数字输出的温湿度复合传感器，传感器包括一个电阻式感湿原件和一个NTC测温元件，并与一个高性能的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、便宜耐用等优点。单片机AT89S51是一款低消耗、高性能的CMOS8位单片机，由于它强大的功能和低价位，也是在教学过程中用的比较多的单片机，因此在作品中选择了AT89S51单片机。关键词：温湿度检测仪 AT89S51单片机 DHT11温
4、湿度传感器Temperature and humidity detection alarm system based on SinglechipABSTRACT：This design is the use of MSC-51 Series MCU AT89S51 and DHT11 in the low-cost temperature and humidity detection system. This design includes the design of hardware and system software design. Hardware circuit includes
5、a microcontroller, temperature and humidity sensors, display module, the alarm and the keyboard 5, the DHT11 temperature and humidity sensor and 1602 constitute a system of character LCD module display module, the system circuit is simple stable high integration commissioning Convenient, high precis
6、ion, has some practical value. Temperature and humidity control circuit in which the temperature and humidity sensors and compare the value of the preset temperature alarm circuit, the user input required pre-default value. when the actual temperature and humidity measurements of temperature and hum
7、idity is greater than the preset value. an alarm signal (bee Buzzer beep). Software part includes the main program, display routines. subroutines side temperature and humidityThe design uses the DHT11 temperature and humidity sensors is a digital output with a calibrated temperature and humidity com
8、bined sensor, the sensor includes a resistance and a sense of the original wet NTC temperature measurement devices, and with a high-performance 8-bit microcontroller connected. Therefore the product has excellent quality fast response anti-interference ability high cost and other advantages. AT89S51
9、 is a low consumption of item-level high-performance CMOS8 bit microcontroller because of its powerful features and low price. so use it in many fields.Key words：Temperature measurement Humidity measurement AT89S51 DHT111 引言现在随着人们的生活水平越来越高，所以对生活质量的要求也越来越高，而生活环境的好坏是生活质量的一个重要指标，成了创造和谐环境的重要环节。尤其是目前生活节奏
10、的加快，许多白领都出现了亚健康的状态，因此家庭温湿度的检测对于现代家庭来说也变得十分必要。因此为了满足最适宜人们生活的最佳温度和湿度，我们需要研究一种家庭式的，操作简单方便、控制温湿度的装置，人们可以根据不同季节以及个人的需要进行不同的调整，以便达到理想的生活环境，这不仅仅是对于生活质量的要求，同时也体现了当今社会的发达与先进。1.1 问题的提出为了更加有效的保证人们生活环境的安逸和舒适，同时也为了人们生活的更加健康，人们已不满于目前的居住环境，对居住环境提出了更高的要求，智能化被引进了家居，并且迅速在全国乃至世界范围内普遍发展开来，由于自然环境污染越来越严重，城市人口越来越多等，雾霾天天弥漫
11、在城市中间，适宜人们生活的温度以及湿度越来越难以达到标准，常见的南北气候差异，北方冬天异常干燥，南方却阴冷潮湿，特别是对于长期居住在外地的朋友很难适应当地的气候。而对于我们来说，我们可以改变一个地区的大气候，但要花费的人力物力要非常多。所以我们可以改变您身边的环境，让你在你的家里住的更舒心。所以我门要在合适的时间内对家居环境作出相应的改变，来满足人们对家居环境的要求。1.2 研究的意义随着城市居民生活节奏的加快以及人民生活水平的不断提高，人们对于亚健康的问题越来越关注，因此对于居住环境的要求也越来越高，舒适的环境已不仅仅限于宽敞豪华的住宅，同时也希望在自己的小家里也会有大自然的调节作用，能够根
12、据人类的需要，设定相应的温湿度。因此研究温湿度的控制非常有必要，它可以优化组合社区资源，提升服务水平，推动反房地产等其他行业的发展，为他们带来新的商机。1.3 国内外现状这几年，国内外温湿度传感器测量系统发展十分飞快，正一步步向着集成化、智能化发展，随着各国科研人员的不断努力，该类型系统取得的非常巨大的成就。现代温湿度传感器测量系统技术主要以数据采集为基础，主要类型包括：虚拟仪器、智能仪器、数字式仪器等等。伴随现代电子科学技术的进一步发展，数据采集系统也发生了天翻地覆的变化，其整体的性能、实用性方面都有很大的改进。所以，依托于数据采集结构而发展的温湿度传感器测量系统在各类应用中也发挥着越来越重
13、要的作用。现在，许多外国大型企业都十分重视传感器的研发工作，例如，日本的Figaro公司、芬兰的vaisala公司等，都致力于传感器的发展和改进，以加强其在整个市场的竞争力。在九十年代，先后出现了集成温度湿度测量套件和应用于湿度传感器的测试系统，这个新的技术的产生都大大刺激了传感器的进一步发展。与此同时，国内许多研究机构也在传感器测试装置的研发上不断探索、进取。例如通过采用传统电子仪器进行设计研发而成的多种动态测试系统、动进样装置的气体传感器智能测试系统等等，这些成绩都体现了我国在传感器领域取得的成就。当然，随着科技的进步，传统的温湿度测试技术在稳定性、精度等方面已经无法满足市场的需求，因此，
14、针对新一代传感器的探究显得尤为重要。1.4 本文研究的目的和研究方向本文研究的目的为满足现代家庭对于居住环境温湿度的不同需求，我们可以随时进行检测和调节，对于不利情况能够及时的作出显示，并能够采取相应的措施提醒用户进行调整，以达到最适宜的温湿度，让用户能住的更加舒心。1.5 本文研究的主要内容首先我们必须了解温湿度控制对于家庭对于现代人们的重要性，其次我们才能够对此做出更好的判断，以求更好的解决用户所需要的问题。温湿度的控制是我们研究的主要内容。数字化温湿度检测的方法为一旦环境中的温湿度发生变化时，随着温湿度的变化湿度传温度感器和湿度传感器的阻值发生变化，然后将变化的电阻通过转换电路和转换信号
15、检测为与之对应变化的电压，然后把模拟电压信号由A/D转换器转换为数字信号并送入到AT89S51单片机中，对采集到的信号单片机进行滤波处理并通过查表得到实际测量的湿度值1，之后通过单片机的各外部接口电路连接到LCD1602显示屏显示该温湿度值。该系统通过键盘设定最适宜的温度和湿度，传感器向中央控制系统输送监测信息，超过预设值的话，蜂鸣器就会报警提醒，用户即可做出调整2。2 工具简介系统单片机代码采用C语言编写， proteus为仿真环境，protel为原理图画图工具软件。2.1 C语言C语言的优点能像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。运算符丰富C语言的运算符
16、包含的范围很广泛，共有34种运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。数据类型丰富C语言的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。能用来实现各种复杂的数据结构的运算。并引入了指针概念，使程序效率更高。另外C语言具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强大。同时对于不同的编译器也有各种。C是结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰
17、，便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。语法限制不太严格，程序设计自由度大虽然C语言也是强类型语言，但它的语法比较灵活，允许程序编写者有较大的自由度。允许直接访问物理地址，对硬件进行操作由于C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，因此它既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元，可用来写系统软件。生成目标代码质量高，程序执行效率高一般只比汇编程序生成的目标代码效率低1020%。适用范围大，可移植性好C语
18、言有一个突出的优点就是适合于多种操作系统，如DOS、UNIX、windows 98windows NT；也适用于多种机型。C语言具有强大的绘图能力，可移植性好，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画，它也是数值计算的高级语言。C语言的缺点C语言它的最大的缺点就是，如果你的项目很复杂，大量的开发人员互相之间需要更新大段代码时，C语言可能会使事情变得异常麻烦。因为C是在面向对象方法流行之前开发的，这大大降低了C语言复杂设计的可能性。输入输出相对很多语言都较为复杂。对于字符串的处理，只能通过字符数组实现。绘图操作较为复杂；C语言的缺点主要表现在数据的封装性上，这一点使得
19、C在数据的安全性上有很大缺陷，这也是C和C+的一大区别C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握指针是C语言的一大特色，可以说是C语言优于其它高级语言的一个重要原因。就是因为它有指针，可以直接进行靠近硬件的操作，但是C的指针操作也给它带来了很多不安全的因素。C+在这方面做了很好的改进，在保留了指针操作的同时又增强了安全性。Java取消了指针操作，提高了安全性类型检查机制相对较弱、缺少支持代码重用的语言结构。2.2 ProteusProteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试
20、到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器3。2.3 Protel软件特色Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD
21、设计。以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多种格式的电气连接网络表；强大的全局编辑功能；在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）； * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件； * PCB可设计32个信号层，16个
22、电源-地层和16个机加工层；强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；提供大量的工业化标准电路板作为设计模版；放置汉字功能；可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；反射和串扰仿真的
23、波形显示结果与便利的测量工具相结合；专家导航帮您解决信号完整性问题4。3 设计任务分析及方案论证本章详细介绍了本次设计的主要任务，以及对于所要实现的内容加以分析，同时详细的介绍了主要元器件的选择，以及各自的特性。3.1 设计任务要求和温湿度控制的发展设计过程及其工艺要求设计一个以单片机为核心的温湿度控制系统，需要实现的功能为：能够准确的显示当前的温度和湿度。温度检测的范围0-60，测温精度：2；湿度检测范围20%-90%RH， 测湿精度：5RH。能够自动调节需要温度和湿度的预设温湿度值，在系统上面有调节按钮，可随时根据需要增加或者减少预设值。一旦环境温度超过了预设值，蜂鸣器蜂鸣报警。报警方式为
24、三极管驱动的蜂鸣音报警。系统的显示方式都是四位显示，采用LCD显示。设计温湿度计的根据和意义温度与湿度与人们的生活息息相关。在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对环境温度与湿度进行测量及控制。准确量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。传统的温度计是用水银柱来显示的，虽然结构简单、价格便宜，但是它的精确度不高，不易读数。传统的湿度计采用干湿球显示法，不仅复杂而且测量精度不高。而采用单片机对温湿度进行控制，不仅具有控制方便，简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。用LED来显示温湿度的数字看起来更加直观。采用DHT11作为湿度传感器，可以同时测温，
25、测湿，用单片机来控制温湿度可以完成温湿度的制动控制，通过单片机的串口与外部电路相连，把采集到的参数跟以设定的比较，最后由单片机向外部电路指示具体的行动。总之，无论在日常生活中还是在工业、农业方面都离不开对周围环境进行温湿度的测量。因此，研究温湿度的控制和测量具有非常重要的意义。露点意义定义或解释露点（Dew point），又称露点温度（Dew point temperature），在气象学中是指在固定气压之下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。在这温度时，凝结的水飘浮在空中称为雾、而沾在固体表面上时则称为露，因而得名露点。单位 习惯上，常用摄氏温度表示。说明人们常常通过
26、测定露点，来确定空气的绝对湿度和相对湿度，所以露点也是空气湿度的一种表示方式，比如当测得了在某一气压下空气的温度是20，露点是12那么，就可从表中查得20时的饱和蒸汽压为17.54mmHg，12时的饱和蒸汽压为lO.52mmHg，则此时空气的绝对湿度p=10.52mmHg， 空气的相对湿度B=(10.52/17.54)100=60。采用这种方法来确定空气的湿度，有着相当重大的实用价值，但很关键的一点就是要求我们需要学会露点的测定方法。露点的测定在农业上意义很大，由于空气的湿度下降到露点时，空气中的水蒸汽就凝结成了露，如果露点在O以下，那么气温下降到露点时，水蒸汽就会直接凝结成了霜，知道了露点就
27、可以预报是否会发生霜冻，以便于农作物受到损害。 气温和露点的差值越小，表示空气越接近于饱和，气温和露点越接近，也就是此时的相对湿度百分比值大，这时候人们会感觉气候潮湿，气温和露点差值大，就说明此时的相对湿度百分比值小，人们会感觉气候干燥，对人体来说最适中的相对湿度是6070。 严格来说露点时的饱和气压和空气当时的水气压强是不相等的，未饱和汽的压强随温度的变化是遵循Pt=P0(1+t/273)，因此在日常的温差下压强的变化很小，我们可以近似地当作不变来处理。3.2 设计总体方案及其方案论证设计总体方案及其论证本作品要实现的功能是：显示当前环境的温湿度，并且允许用户设定温湿度阈值，当环境温湿度超过
28、预定值时，系统会以蜂鸣器鸣响的方式进行报警提示。依据功能设定，本系统主要分为以下三个模块： (1)温湿度采集模块 (2)数据处理模块 (3)用户交互模块 其中温湿度采集模块使用的是DHT11数字温湿度传感器，它使用单总线方式，接口简单，而且无需另外校准。分辨率为8bit，完全能够满足日常环境温湿度的检测要求。 数据处理模块使用的是AT89S51单片机，其完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。 用户交互模块主要由按键、1602点阵液晶和蜂鸣器构成。其中按键用于用户设定温湿度阈值，1602用于数据显示，蜂鸣器用于提示用户。按照系统的设计功能所要求的，温湿度监控系统原理图如下图3-1所示：图3
29、-1 温湿度监控系统原理图单片机作为主控制器，主要负责处理由温湿度传感器送来数据，并把处理好的数据发送给显示器模块，温湿度传感器主要用来采集家居环境的温湿度参数，并把所采集到得数据送向单片机，按键电路主要是用来完成单片机的复位操作和温湿度预警值的设定。蜂鸣器电路就是用三极管来实现的，用来告诉用户可以调整居住环境的温湿度，显示电路主要用来显示当前的温湿度。3.3 器件选定将单片机用作测控系统时，总要有被测信号进入输入通道，由计算机接受必要的输入信息。对于测量系统而言，其核心任务是怎样得到准确的被测信号；而对测控系统来说，必不可少的环节是对条件的监测和对被控对象状态的测试，传感器是实现测量与控制的
30、第一环节，是测控系统的关键部分，一切准确的测量和控制都将在传感器对于原始信号的准确可靠的转换和捕捉，工业生产过程的自动化测量和控制，基本主要依赖各种传感器来控制和检测生产过程中的各种量，使系统和设备在最佳状态正常运行，从而保证生产的高质量和高效率 6。 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和卓越的长期稳定性。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。每个DHT11传感器都
31、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存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数5。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，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。典型的应用电路如图3-2下：图3-2 典型的应用电路DHT11实物图如下图3-3：图3-3 DHT11实物图串行接口(单线双向)采用单总线数据格式,DATA 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分。通讯过程如图3-4所示图3-4 通讯过程总线空闲状态为高电平的时候主机把总线
32、拉低等待DHT11响应, DHT11能检测到起始信号，主机必须把总线拉低，至少大于18ms。DHT11一旦接收到主机的开始信号，接着就等待开始信号的结束,然后发送80us的低电平响应信号，要读取DHT11的响应信号,必须等待开始信号的结束，并延时等待20-40us后才能够接受，主机发送开始信号后,这时候就可输出高电平或切换到输入模式,接着总线由上拉电阻拉高。DHT11发送响应信号的时候总线为低电平 ,DHT11把总线拉高80us之前,必须等到响应信号发送，准备发送数据时,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,数据位是0或1是由高电平的长或短来决定。假如响应信号的读取为高电平,但是DHT11无响应响应,这时候说明路线可能连接不正常，当最后一bit数据传送结束后，DHT11把总线拉低50us,接着总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数字0信号表示方法如图3-5所示图3-5 数字0信号表示方法数字1信号表示方法.如图3-6所示：图3-6 信号
