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引言1
1国内外测湿技术及发展趋势1
2单片机与DHT11的介绍2
2.1单片机的介绍2
2.1.1单片机的历史2
2.1.2单片机的分类2
2.1.3单片机的特点和应用3
2.2DHT11的介绍5
2.2.1DHT11的概述5
2.2.2产品特性5
2.2.3外形和管脚排列5
2.2.4数据格式6
2.2.5时序7
2.2.6技术参数说明8
3总体设计10
3.1系统功能原理图10
3.2电路原理图模块10
3.2.1模块图10
3.2.2模块简要说明11
4综合测试12
4.1电路模块调试12
4.2软件调试的基本方法12
4.3软件调试的问题分析12
4.4传感器测试记录12
4.4.1传感器性能初步判断12
4.4.2对传感器实际测量检测12
5实训心得体会13
谢辞14
参考文献15
附录16
引言
温湿度测量是现代检测技术的重要组成部分,在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。
因此,能够确保快速、准确地测量温湿度的技术及其装置普遍受到各国的重视。
近。
本文介绍的湿度检测系统,以智能化数字式湿度传感器与单片机有机结合,构成了一种新型湿度检测系统。
该系统具有性能可靠、测温准确、结构简单、造价低廉等特点,并兼具线路简捷、使用灵活、抗干扰性好、可移植性强等优点,可在工程实际中得到广泛应用。
本课题主要为采用单片机实现数据采集与温湿度检测的制作。
突出民用产品的低成本多动能的特点。
按照选题要求应实现湿度的测量。
1国内外测湿技术及发展趋势
在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。
准确测量湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。
相比之下，测量湿度要比测量温度更复杂，这是因为温度是个独立的被测量，而湿度却受大气压强和温度的影响。
目前，湿度测量领域的新技术不断涌现，新产品也层出不穷。
主要表现在以下两方面：
（1）湿度传感器正从分立元件向集成化、智能化、系统化的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件；
（2）在湿度测量系统中普遍采用线性化处理、自动校准湿度等项新技术。
2单片机与DHT11的介绍
2.1单片机的介绍
单片机是微机发展的一个分支,是为了适应控制系统微型化、集成化的需要而生产和发展起来的。
严格的说，对单片机目前还没有严格确切的定义。
2.1.1单片机的历史
如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段
（1）第一阶段（1976-1978）：
单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS-48为代表。
MCS-48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。
（2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
（3）第三阶段（1982-1990）：
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS–96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS–51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。
（4）第四阶段（1990—）：
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
2.1.2单片机的分类
单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。
根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。
（1）
通用型/专用型
这是按单片机适用范围来区分的。
例如，80C51是通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；
专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。
（2）
总线型/非总线型
这是按单片机是否提供并行总线来区分的。
总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。
（3）
控制型/家电型
这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。
一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；
用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。
显然，上述分类并不是惟一的和严格的。
例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以做工控用。
2.1.3单片机的特点和应用
⑴单片机的特点
①有优异的性能价格比。
单片机的这种高性能，低价格是它最显著的一个特点。
单片机尽可能把应用所需要的存储器，各种功能的I/O口都继承在一块芯片内，使之成为名副其实的单片机。
有的单片机为了提高速度和执行效率，可是采用了RISC流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能明显优于同类型微处理器，有的单片机片内的ROM可达64KB（式中的‘B’表示为字节），片内RAM可达2KB，单片机的寻址已突破64KB的限制，八位和十六位单片机寻址可达1MB和16MB。
单片机另一个显著特点是量大面广，因此世界上个大公司提高单片机性能的同时，进一步降低价格，性能/价格之比是各公司竞争的主要策略
②集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。
③控制功能强。
为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
单片机是电子计算机这个庞大家族中的一个特殊品种，体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适用于专门的控制用途。
为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次微型计算机。
④低功耗、低电压，便于生产便携式产品。
单片机大量应用于携带式产品和家用消费类产品，低电压和低功耗的特性尤为重要。
许多单片机已可在2.2V的电压下运行，有的已能在1.2V或0.9V下工作；
功耗降至为μA级，一粒纽扣电池就可以长期使用。
⑤集成度及可靠性高
单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。
外部总线增加了IC（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。
⑵单片机的应用
单片机的应用范围很广，可以说覆盖了所有领域。
其主要在智能仪器和控制中的应用。
①单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
②单片机在机电一体化中的应用
机电一体化是械工业发展的方向。
机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。
单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。
③单片机在实时控制中的应用
单片机广泛地用于各种实时控制系统中。
例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。
单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。
④单片机在分布式多机系统中的应用
在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。
多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。
单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。
单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。
⑤单片机在人类生活中的应用
自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。
单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。
综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。
另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命
2.2DHT11的介绍
2.2.1DHT11的概述
DHTxx系列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。
传感器包括一个电阻式测湿元件和一个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DHTxx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。
单线制串行输出接口，使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
本产品为4针单排引脚封装，特殊封装形式可根据用户需求而提供。
2.2.2产品特性
⑴湿温度传感器的一体化结构能相对的同时对相对湿度和温度进行测量。
⑵数字信号输出，从而减少用户信号的预处理负担。
⑶单总线结构输出有效的节省用户控制器的I/O口资源。
并且，不需要额外电器元件。
⑷独特的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。
⑸全部校准。
编码方式为8位二进制数。
⑹40bit二进制数据输出。
其中湿度整数部分占1Byte，小数部分1Byte；
温度整数部分1Byte，小数部分1Byte。
其中，湿度为高16位。
最后1Byte为校验和。
⑺卓越的长期稳定性，超低功耗。
⑻4引脚安装，超小尺寸。
⑼各型号管脚完全可以互换。
⑽测量湿度范围从20％RH到90％RH；
测量温度范围从0℃到50℃。
⑾适用范围包括恒湿控制，消费家电类产品，温湿度计等领域。
2.2.3外形和管脚排列
如图2.2.3
图2.2.3外形和管脚图
引脚说明：
Vcc正电源
Dout输出
NC空脚
GND地
2.2.4数据格式
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,具体格式在下面说明。
DATA用于微处理器与DHTxx之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,当前小数部分用于以后扩展,现读出为0。
操作流程如下：
一次完整的数据传输为40bit，高位先出。
数据格式：
8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和
校验和数据为前四个字节相加。
传感器数据输出的是未编码的二进制数据。
数据（湿度、温度、整数、小数）之间应该分开处理。
如果，某次从传感器中读取如下5Byte数据：
byte4byte3byte2byte1byte0
0010110100000000000111000000000001001001
整数小数整数小数校验和
湿度温度校验和
由以上数据就可得到湿度和温度的值，计算方法：
humi（湿度）=byte4.byte3=45.0（％RH）
temp（温度）=byte2.byte1=28.0（℃）
jiaoyan（校验）=byte4+byte3+byte2+byte1=73
2.2.5时序
⑴主机复位信号和DHT响应信号
图2.2.5.1DHT复位时序
用户主机发送一次开始信号（低电平）DHT从低速模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束（拉高）后,DHT发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据。
注意：
总线线空闲状态为高电平，主机把总线线拉低等待DHT响应,主机把总线线拉低必须大于18毫秒，保证DHT能检测到起始信号。
DHT接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送低电平响应信号。
主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后,读取DHT的回应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可，总线线由上拉电阻拉高。
⑵DHT开始发送数据流程
图2.2.5.2读DHT数据流程
主机发送开始信号后,延时等待20us-40us后读取DHT的回应信号，读取总线为低电平,说明DHT发送响应信号，DHT发送响应信号后，再把总线拉高,准备发送数据,每一bit数据都以低电平开始,格式见下面图示。
如果读取响应信号为高电平,则DHT没有响应,请检查线路是否连接正常。
⑶数字‘0’信号表示方法
图2.2.5.3信号‘0’时序图
图2.2.5.3
数字‘0’表示方法为，首先DHT把总线拉低12-14us然后拉高，高电平保持时间在26-28us这个范围内。
则此比特为‘0’电平。
⑷数字‘1’信号表示方法
图2.2.5.4信号‘1’时序图
图2.2.5.4
数字‘1’表示方法为，首先DHT把总线拉低12-14us然后拉高，高电平保持时间在116-118us这个范围内。
则此比特为‘1’电平。
2.2.6技术参数说明
供电电压：
3.3~5.5VDC
输出：
单总线数字信号
测量范围：
20-90%RH
测量精度：
+-5%RH
分辨率：
1%RH
互换性：
可完全互换
3总体设计
3.1系统功能原理图
图1系统功能原理图
3.2电路原理图模块
本系统主要硬件有湿度传感器、蜂鸣器、晶振电路、复位电路、数码管显示电路。
3.2.1模块图
图3.2.1-1湿度传感器图3.2.1-2蜂鸣器电路
图3.2.1-3晶振电路图3.2.1-4复位电路
图3.2.1-5数码管显示电路
3.2.2模块简要说明
⑴蜂鸣器电路部分说明
蜂鸣器额定电流小于30mA,其中使用三极管驱动工作，为了减少功耗本实验采用9012晶体管。
⑵晶振电路部分说明
晶振电路采用11.095MHz的无源晶振，微调电容大小取30PF。
⑶数码管显示电路说明
由于数码管的价格便宜，且画原理图和封装图方便，所以选择四位一体的共阴数码管。
由于数码管的设计相当于二极管，所以要加限流电阻。
3.3系统软件流程图
如图3.3
图3.3
4综合测试
4.1电路模块调试
对于显示电路，由于使用的是数码管显示屏，首先要确定数码管的是共阴还是共阳极。
因此，先用万用表检测是什么极性，然后根据测出来的笔端来画封装。
4.2软件调试的基本方法
软件的设计与调试实行分模块实现方法。
各个独立模块功能调试成功后，将这些模块通过程序合并在一起，最后再对合并后的总程序进行调试。
再烧写进入单片机看能否在实际电路板上正常工作。
编程语言的软件上采用C语言编写设计。
4.3软件调试的问题分析
LED显示问题：
本次设计的最终方案是采用LED数码管实现显示功能，起初数码管显示不正常，出现闪烁现象。
通过调试发现这是由于延时时间选择不当会使人眼产生视觉暂留效果，每一次显示时都必须加入适当的时间延时。
由于一开始所选的延时时间太短，因此出现闪烁和重影现象，在增加显示延时之后，数码管显示又出现轮流显示，那就说明延时过长了，然后在把时间调短，然后数码管显示就很稳定了。
4.4传感器测试记录
4.4.1传感器性能初步判断
在开始整体调试前，首先要对传感器性能作初步判断。
以下是常用的几种方法：
1、一致性判定，同一类型，同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以上，越多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。
若进一步检测，可在24h内间隔一段时间记录，一天内一般都有高、中、低3种湿度情况。
2、用嘴呵气或利用其它加湿手段对传感器加湿，观察其灵敏度、重复性、升湿脱湿性能，以及分辨率，产品的最高量程等。
4.4.2对传感器实际测量检测
电路调试正常后，对传感器在不同时间进行实际测量检测操作。
相对湿度
天气实况
测试数据
误差
7-01早上
67
70
3
7-01中午
72
2
7-01傍晚
77
74
7-02早上
76
6
7-02中午
68
7-02傍晚
71
73
表4.4.2传感器实测记录
5实训心得体会
本次实训时间为两周，主要的工作可分为三个阶段：
前期是确定题目后,查找资料、选择合适的电路组成以及对电路图的仿真；
中期是画原理图及PCB图；
后期是对硬件的制作与软件的编程和调试。
首先,理解好一个题目的真正意图,是进入实训状态的开始.因为它能指引你的下一步工作.其次，画好原理图和PCB是非常重要的，在画的过程中选用的器件、功能、效果都应在你的思考范围内.原理图正确,是发挥电路性能的关键,是判断一个设计的基本.而在画PCB中,这次设
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