本科毕业设计论文基于单片机的凝露检测仪.docx
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本科毕业设计论文基于单片机的凝露检测仪
基于单片机的凝露检测仪
Xxx
Xx大学，江苏南京210000
摘要：
本设计采用的是STC89C52单片机、DHT11智能温湿度数字传感器、1602液晶显式示屏以及继电器等电子元器件组成。
DHT11数字温湿度传感器采集到数据后传给单片机。
经过单片机简单的的处理。
将数据信息显示在液晶式显示屏幕上，若超过预定的值，会驱动和继电器工作，继电器将驱动抽风扇开始工作。
使用人力去测试方法费时费力，而且精确度不高。
所以我们需要找出一种性价比较高的检测方式代替这种人工的检测方式，利用单片机控制温湿度传感器从而达到检测的目的，这样的精确度高切省时方便。
关键词：
DHT11智能式温湿度传感器，单片机，凝露检测仪
Londetectordesignbasedonsinglechipmicrocomputer
Xxx
xx，Nanjing210000，China
Abstract:
Inthispaper, byusingtheSTC89C52 SCM, DHT11 sensormodule,1602liquidcrystaldisplay moduleand relaycontrol module. Simplerealizationofthe controlof temperatureandhumidity requirements.DHT11digitaltemperatureandhumidity sensor to temperatureandhumiditydata collected tomicrocontroller. Aftera single treatment.Accurate totheliquidcrystaldisplay screen. If thetemperatureexceedsthethreshold, will drivetherelaytowork. Therelaywill drivetheload correspondingwork.
Keywords:
Sensor, temperatureandhumidity, MCU, intelligentcontrol
第一章绪论
1.1课题的选题背景
基于温湿度参数的凝露检测仪器的设计与人们的日常生活生产有着很大的连系，比如机械加工、精密电子仪器制作、石油开采加工制作、化工产品的制作等工业生产领域广泛需要对环境的温湿度进行检测，并且进行相应的调整[1]。
伴随着生活水平的相对提高，人们对于生活的要求在逐步的提高，人们对于所处的生活环境要求就不得而知的越来越高，然而空气中温湿度的变化将会直接影响到人们的情绪等，因此，基于温湿度的凝露检测仪的设计就显得更有必要了。
本次设计所使用的89C52单片机性能稳定，价格低廉，而且易于操作，在智能控制方面更是令人拍手称赞[2]。
冷凝温度和湿度控制89C52芯片设计的检测系统，可以随时改变反应环境温度和湿度系数，空气形成凝胶可以。
时的温度湿度在特定的范围内进行变化。
把此系统应用到温室中对于农作物的生长起到很大的作用。
对于大棚里的花卉，秧苗等的温湿度进行时时监控，并作出相应的调整。
本设计除了对环境的温湿度进行检测外，还对它们是否有凝结成凝露的标准进行探究，而且本次设计而外附加超过阈值自动启动应急处理装置的抽风扇。
1.2 课题研究的意义
89C52单片机经常应用于智能控制方面的设计，在工业检测，日常生活等方面取得了令人赞不绝口的成绩[2]。
它具备更高的稳定性能，且操作简单，可靠性好，所以被应用到好多领域，使用89C52单片机易于学习。
采用89C52单片机设计温湿度监测凝露的检测仪器[3]，能够精确的反应数据的变化从而做出相应的调整，将此系统应用到人们的生产生活当中，可以减少不必要的经济损失，为国民的生活生产创造良好的生活空间。
例如，温室中温湿度的检测，库房中温湿度的控制，火灾等领域的预警装置。
所以我们对于温湿度控制的凝露检测仪的设计研究就更加有意义。
1.3 本论文主要研究内容
本系统所要实现的功能是：
1.基于温湿度的凝露凝结参数的实时检测及显示。
利用液晶显示屏将温湿度传感器收集的参数显示在屏幕上，而且每隔2秒的时间刷新一次。
2.报警阈值的手动设置。
通过按键对系统的阈值进行设定，使得系统更具人性化，有更强的操作性能，具有很好的实用价值。
3.当温湿度超过所设定的阈值是继电电路会作出相应的处理，达到预设的效果。
用户还可以通过调节阈值实现断电保护。
4.本设计的系统适合在粮仓等工作环境中实现智能控制；当湿度超出预设的值时可以抽湿，从而降低空气中水分的凝结的改进措施。
1.4 系统的工作原理简介
总的来说，本次设计主要是通过对空气中温湿度系数的测量，并显示在屏幕上实现的简单的智能控制[4]。
硬件方面有五个部分，它们分别是STC89C52单片机的主控部分、传感器部分、LCD1602液晶显示部分、继电器部分以及阈值设定部分[5]。
传感器部分使用的是DHT11温湿度传感器。
使用此传感器将气体中的温湿度系数提交给单片机进行分析处理，然后在显示在显示屏幕上。
使显示稳定了许多，系统会每隔2秒会重新更新一次数据，送入单片机系统。
本系统采用的是继电保护设置，无论是温度还是湿度超过阈值所设定的参数值，就会驱动继电器进行工作，从而达到系统预设的参数值。
所以本系统更适合粮仓温室等密闭空间的温湿度监测。
第二章 系统总体方案设计
2.1 系统总框图
硬件主要通过89C52单片机为中心，将温湿度传感器收集到的数据参数分析处理，显示在液晶显示屏上，人工进行阈值的设定，通过继电器对阈值进行时时监控和调整。
本次研究的温湿度控制器件框图如图1所示。
图1温湿度控制器方框图
2.2 方案选择
2.2.1单片机的选择
方案一：
CMOS美国ATMEL公司的8位单片机，利用ATMEL的电子装置的临时存储技术的使用，和高密度，兼容MCS-51指令，使用一个8位的微处理器、闪存存储单元，功能更强大。
[5]缩短了开发时间。
写入单片机的程序可以进行加密设置，他将更好地保障劳动者的合法权益。
此外，AT89C51目前，其价格低于8031，在供应量，方便购买。
AT89C51可以做成单片机最小系统，缩小体积，增加可靠性，性能稳定，且价格低廉。
当程序长度小于8K，四I/O接口将它提供给用户。
可以使用五伏电压进行编程序，10毫秒的擦写时间。
AT89C51提供高级别的保密措施很难被复制使用，保密工作可以得到很好的保护[6]。
方案二：
STC89C52单片机指令系统和AT89C52兼容，但是实际应用中却又存在很大的问题：
（1）AT89C52要使用下载器下载，STC89C52直接用USB下载。
（2）STC单片机运行速度非常快，反应速度快是很好的，但如果是这样的话，使用在程序STC好并不一定容易使用，例子就是那些对时序要求严格的程序就没得用了，用STC时注意延时效应，调试一下就会得出结论。
（3）STC单片机的工作要求条件很低它在3到5伏的电压下都可以正常工作，然而AT就不能，所以STC单片机更好使用，使用AT不工作的时候，要看看它是否供电正常。
比较这两种方案的可行性，综合我们大学期间所学习的C语言课程，以及单片机原理等基础电路设计，得出结论是选择用STC系列芯片完成。
并且学校可以提供相应的硬件操作平台，让我们操作起来将会更加方便。
本系统采用的是STC89C52单片机，操作简单，运行简洁，价格低廉。
2.2.2 传感器的选择
方案一：
选用DS18B20为检测仪器。
DS18B20是数字式智能传感器，具有很特殊的接口。
测量范围在—55℃~125℃，—10℃~85℃，误差范围在-\+0.5℃。
最高精度可达0.0625℃。
HS1101电容式传感器。
0%~100%相对湿度测试范围。
错误-+2%相对湿度。
方案二：
选用DHT11为检测元器件。
DHT11是一种集成度很高的数字温湿度监测器件[8]。
DHT11温湿度传感器，稳定性强，可靠性高，测量数据精确，而且更新数据的时间间隔符合要求，测量范围符合要求。
完全符合本次毕业设计的要求[7]。
经过以上的分析论证，我们本次设计选用DHT11温湿度传感器作为测量仪器，具有性能好，稳定性强，可靠度高等特点，因此选用方案二。
2.2.3 显示器选择方案
方案一：
使用12864液晶。
液晶器件是128×64的图形型液晶，可以用来展示图形等。
可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：
8-位并行及串行两种连接方式。
功能为：
光标显示、图画的移动、睡眠等。
方案二：
用LCD1602液晶显示装置。
LCD1602A是工也是用的液晶显示器件，可以同时显示16x02即32个字符。
1602能用来展示字母、数字和标志能显示16*2个字符，但是寄存装置拥有高于31个，字符一个一个的显示、字符从左边到右边的展示等，展示效果简单。
总结：
在编程方面两者难度系数差不多，12864具体显示形象，但是1602显示器也能实现上述设计的要求，而且价格比12864液晶显示器低廉，从价格方面考虑的话，而LCD1602A就是最好的选择。
第三章系统硬件电路的设计
3.1系统硬件概述
这次设计主要是由5各模块组成的，包括主控单片机，温湿度传感器，液晶显示屏，继电器及阈值设定，实现功能的需要，在DHT11智能温湿度传感器中得到温度和湿度，在液晶屏上即时展示[8]。
液晶屏幕上显示的数据通过按键可以查出它的数值，并且调节这些阈值，使之达到预警的上下限，从而实现智能控制系统。
3.2主控模块设计
单片机的出现和微型计算机的发展。
自从第一单芯片微型计算机tms-10001975美国德克萨斯电子仪器公司成功了，到现在为止微型计算机已经成为一个独立的微型计算机分支结构，单片机应用非常广泛，特别是应用在智能化微型控制检测方面具有很强的适应性，可靠性高，价格低廉，所以在测量仪器的分析中有着举足轻重的地位。
它不仅是其运行环境要求的优点是相对宽松的[9]。
如果将八位的单片机作为初始阶段，那么单片机可以分以下阶段：
第一阶段（1976—1978）：
在供应链管理的早期阶段。
公司向英特尔MCS-48为主导。
提出了应用MCS的空的手，在公司和摩托罗拉探索参与，优化等。
这是单片机的诞生。
第二阶段（1978—1982）：
完美阶段。
英特尔公司提出了更全面和完善基于MCS51单片机。
（1）完善的外部总线。
MCS-51应用规范的8位单片机的总线结构，包含8位总线、16位总线、总线及含有多机通信功能接口[10]。
（2）CPU外围功能的统一管理。
（3）体现控制特性的地址和操作方式。
（4）指令系统比较完善，并增加了好多特别的指令。
第三阶段（1982—1990）：
由8位的16位单芯片微控制器改变阶段，去控制的发展方向。
Intel做出的MCS-96单片机，将应用于数据转换、程序的监测、脉冲宽度的调节等应用到芯片中，注重体现了单片机的控制特性[11]。
第四阶段（1990—）：
成熟发展阶段。
随着应用的发展，在各个领域的深度，速度，寻址范围广，操作能力强的典型单片机，价格低廉。
单片机是集成电路上的微型计算机控制系统，元件包含有中央处理器，中断器，时钟以及输入输出接口等。
由于单片机体积小价格低廉携带方便等的特点，因此在现代电子技术方面应用的特别广泛，在控制领域，它的稳定性好控制灵活，因此智能化的操作系统都会应用此类单片机[12]。
3.2.1单片机引脚介绍
单片机主要特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）单片机集成度高，体积小，系统可靠，单片机把各种芯片集中到一起，易于使用，方便连接，减少链接导线增强抗干扰能力，适合在恶劣的环境中工作。
（3）控制功能强。
由于工业控制的要求繁多，单片机满足这方面的要求，而且运行速度相当的快捷。
（4）能耗低，体积小，便于携带。
（5）增加外部I2C总线、SPI总线串行模式，进一步减小芯片尺寸，简化结构。
（6）单片机系统比较规范，易于形成各种应用系统。
1）集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机集成度高，体积小，系统可靠，单片机把各种芯片集中到一起，易于使用，方便连接，减少链接导线增强抗干扰能力，适合在恶劣的环境中工作。
此外，程序采取凝固模型，提高单片机系统的可靠性。
2）控制功能强。
由于工业控制的要求繁多，单片机满足这方面的要求，而且运行速度相当的快捷。
研究和推广，系统规范的单片机系统，可以很容易地使各种操作系统[13]。
VCC：
STC89C52接入正5伏供电器。
GND：
接地端。
XTAL1:
单芯片反相放大输入端。
XTAL2：
系统向相反的方向发出信号，此外在两个引脚加上电容器，可以增强系统的稳定性，过大噪声干扰，会使其死机。
RESET：
STC89C52，用作高电平，当要对晶片专心的方法设定的时候，对引脚的电平升降的时候保持两个周期以上的时间时段，AT89S51单片机复位系统的顺序，和地址0000H开始阅读代码的程序[14]。
EA/Vpp：
强制操作，低电平表示，该引脚将进入低级别的操作系统将使用外部程序代码来执行这样的程序。
在8031和8032，EA引脚应使用低级别的系统，由于没有内部程序存储空间。
如果您使用的是8751的内部程序，使用高销。
程序烧录到8751内部EPROM时，使用USB接口输入21V的烧录高压。
ALE/PROG：
ALE表示地址锁存器开始使用信号。
STC89C52使用这个引脚驱动8位锁存器，将地址总线端口0锁定寄存器，因为STC89C52可以转移，以任何方式的地址信号。
通常在程序ALE引脚的频率是系统的1/6倍。
除了烧8751的程序代码，该引脚将被作为在系统中的应用特点。
PSEN：
启用程序存储，外部程序把8051读出代码，送出此程序代码，经常这支脚是收到EPROM的OE脚。
STC89C52使用PSEN和RD启用内存和存储器，数据存储器和程序存储器共享64K寻址。
PORT0：
端口0是一个8位宽的开路双向，其有8个位，P0.0表示位0。
其他三个I/O接口，但有意提升电路，P0作为I/O可以促进8LSTTL器件。
PORT2：
端口2是内部电路的双向推针，TTL元素4LS端口，高水平的2。
P2时，I/O端口使用，如果STC89C52记忆，高字节A8~A15，然后P2不能作为一个I/O使用。
PORT1（P1.0～P1.7）：
端口1内部I/O接口提供双向，输出缓冲器能促进4LSTTL的负面因素，如果端口1输出高电平，从而输入数据。
如8052使用，P1.0和定时器2外部输入引脚，P1.1可以T2EX效果，做为外触发。
PORT3（P3.0到P3.7端口3）：
内部双向I/O接口，输出驱动4个TTL元素，但也有各种各样的外部功能，包括写读或通信控制功能，外部中断，定时器和数据存储[15]。
引脚如下：
P3.0：
RXD，串行输入。
P3.1：
TXD，串行输出。
P3.2：
INT0，外部中断输入。
P3.3：
INT1，外部中断输入。
P3.4：
T0，计时计数器输入。
P3.5：
T1，计时计数器输入。
P3.6：
WR：
外部存储器的写入信号。
P3.7：
RD，外部存储器的读取信号。
RST：
复位输入，要保持RST脚高电平时间。
ALE/PROG：
执行外部存储器命令时在平时，ALE脉冲信号输入数据，为1/6倍的振荡器的频率。
然而，数据存储器，将ALE脉冲。
如可以让ALE的FR8EH为0。
此时，ALE进行MOVX，MOVC操作ALE才会有用。
别的，该引脚变成高位。
如果智能型微处理器执行外部指令ALE禁止，不起任何作用[15]。
PSEN：
为外部程序信号。
外部程序的阅读过程中，机器周期2/PSEN。
执行外部数据存储器PSEN信号不再会出现。
EA/VPP：
当EA是低，中，外部程序存储器，内部程序存储器没有影响。
1加密，/EA将内部锁复位；当/EA保持高水平。
单片机引脚图如图2所示：
图2单片机引脚图
3.2.2单片机的最小系统
单片机是一种重要的内容是并行输入/输出接口[20]。
STC89C51有4个8位的输入和输出端口，P0，P1，P2，P3。
每个接口锁存器，驱动缓冲器。
事实上，他们被称为专用寄存器，以字节寻址位寻址功能。
在访问寄存器时，低8位地址和数据由P0传出，高8位地址由P2传出。
扩展存储器的系统，这4个接口的均可作为双向的I/O接口被使用。
4个I/O接口芯片是8位双向接口，该接口的功能大致相同，但各有特点。
STC89C52时钟两种方式：
内部和外部有两种。
单片机的振动，只要XTAL1和XTAL2冲击脉冲。
电容1和2用来是稳定频率，电容值5-30pF，典型时为30pF。
1.2-12mhzCys的频率，12MHz和11.0592MHZ。
当在单片机的RST放入高电平周期时，单片机进行复位操作[18]。
复位为自动复位和手动复位。
简单的自动复位是通过电容来实现的，控制电容的大小实现电路的震荡。
VCC区间的上升是小于1ms，它可以实现自动复位。
C22uF的6MHz频率。
要求使用手动复位操作。
手动复位分电平和脉冲。
水平的降低是通过RST端通过电阻与电源连通来掌控的。
最小系统原理图如图3所示
图3单片机最小系统原理图
3.3DHT11传感器模块设计
3.3.1 DHT11传感器简介
DHT11智能数字温湿度传感器是一种已经调整好的复合型传感器元件[21]。
它有专门的收集和感应技术，因此该传感器具有稳定性可靠性等特点。
该传感器是由一个电阻型湿敏元件和NCT测温元件，由于高性能微处理器连接。
所以该产品具有品格杰出、超快反应、抗干扰、性价比特高等益处。
每一个DHT11传感器都在极其精准湿度校验器中校准。
校准参数保存在OPT的内存空间里，传感器在进行测量工作的时候会调用这些校准参数。
单线串接接口，使得该系统简洁明了，易于操作可靠性强，可以应用于很多复杂的气候条件下。
该传感器的4针单排引脚装拼，使用起来方便可行。
DHT11传感器的实物图如下图4所示。
图4 DHT11传感器实物图
（1）引脚介绍：
1脚：
3的供电电位差为5.5V。
2脚：
串行总线。
。
3脚:
空脚。
4脚：
接地端。
（2）接口说明：
长度短于20米的使用5K上拉电阻，长度大于20米的使用的上拉电阻要视情况而定。
如下图5所示：
图5 DHT11典型应用电路
（3）数据帧的描述：
DATA与DHT11传感器之间指令操作，用总线的数据格式，每次是4ms上下，数据分小数和整数，在以下的解释当中，小数部分作为拓展部分，现在读数为零。
操作流程如下:
数据完整性是40个字节，高先出。
数据格式：
十进制整数8字节和8字节的湿度。
数据传递精确的校验和数据即是8字节湿度的整数数据和8字节湿度的小数数据和8字节的温度整数数据和8字节的温度小数数据，也就是数据的最后八位[16]。
（4）VDD=5V，T=25℃
表3-1DHT11的电气特性
参数
条件
Min
typ
max
单位
供电
DC
3
5
5.5
V
供电电流
测量
0.5
2.5
mA
平均
0.2
1
mA
待机
100
150
uA
采样周期
秒
1
次
注:
采样周期间隔不得低于1秒钟。
（5）时序描述：
当使用MCU发出开始时收集的信号时，DHT11温湿度传感传感器从低耗能模式进入高速运转的模式，DHT11发送相应的数据参数，送出的信号为40字节，和信号采集触发时间，用户可以读取数据所需的参数，在这种情况下，DHT11温湿度传感器接收一手信号，如果没有接收一手数据，就不会进行数据的收集，收集数据后转入低速运转模式[17]。
总线的空闲状态设置为高的电平，为了确保能收集到信号，主机必须将总线拉低和DHT11保持同样的节奏。
DHT11接收主机的低电平信号，信号开始很快开始收集信号传输的主机和80微秒，主机发送停止信号，延迟20至40毫秒，读出DHT11的信号，主机又发起信号，可以转变输入办法，有可能输出的是高电平的信号，总线上的上拉电阻要调节的高一点。
总线控线状态时主机要保持与DHT11一直，所以总线把上拉电阻调整需要时间，从而确保传感器能够检测到信号。
DHT11接收主机启动指令，主机停止信号，也有一个低电平信号80微秒的响应。
主机命令结束延时20到40毫秒，DHT11读信号的采集，在主机命令，输入，总线由电阻和拉高[18]。
总线是低电平，DHT11从低电平开始的[19]。
电平高低定了数据位是0或1.见下面图.假果DHT11没有响应读信号为高电平，当通过最后一个字节的搜索电路后连接正确，DHT11拉低总线50毫秒，上拉电阻开始计入空闲的状态。
3.3.2 DHT11传感器模块电路设计
前面分析了DHT11的数据格式及意义以及介绍了STC89C52单片机与DHT11的连接方式，对DHT11的操作是我们本次设计的核心，只有获取真实的环境温度、湿度值我们才能保证后续的操作，因此本部分的设计是根本，对于这部分的程序设计，我们是严格按照DHT11的时序要求来设计的。
DHT11为单总线设备，我们可以通过单片机的I/O口来模拟相关时序实现数据的采集，当获取到DHT11的40位数据后，单片机将该数据进行解析，高16位为湿度传感器值，进行转换并显示（LCD显示需要ASCII码，因此数据要加0x30），后面紧接着16位为温度的值，可以按照同样的方式进行处理[19]。
DHT11原理图如下6所示：
图6DHT11电路原理图
3.4液晶显示模块设计
3.4.1液晶显示屏简介
液晶显示器在仪器表中重要的是显示单片机的输出数据、状况等，于是，是外围典型器件，液晶显示器是反应体系输出和操作输入的有用器件。
液晶显示器以其体积小耗能低，显示内容丰富等特点，在许多的复杂系统中得到广泛的应用。
晶液显示器有以下几个优点：
由于液晶显示器收到的信号保持一定的颜色和光泽，持久发光，其它的显示器那样抽象难以看懂。
因此液晶显示器更加受到好评。
数字液晶显示，单片机连接，简单可靠，易于操作。
液晶显示器将画质清澈明朗的显示在屏幕上面，形象生动，且富有真实感。
对比而言，液晶显示器功能强大，显示稳定，且价格低廉。
（1）引脚说明：
脚1：
VSS接地。
脚2：
VDD接正5伏电压。
脚3：
VL端口接入正电源时候对比度比较弱，当接入负电源时候对比度比较强，可能此时会出现“鬼影”现象，对比度低的话可能会导致屏幕上面模糊不清晰，所以要使用一个10K的上拉电阻来调节。
脚4：
RS寄存器，数据寄存器、指令寄存器。
脚5：
R/W的读和写信号线，高水平低的读操作，写操作。
当RS和R/W是低可以写指令，当RS是低的R/W高读忙信号，当RS高R/W低读写信号。
脚6：
E使终端，电子终端由高跳变低。
脚7到14：
D0的D7是14~8位双向数据线。
脚15：
背光源正极。
脚16：
背光源负极。
（2）1602LCD显示标准字体
LCD1602显示内存中产生（CGROM）可能有160种不同的字符点阵图形，这些特点是：
阿拉伯数字，英文字母，标记，经常使用的和日本文化的名字，每个字符分配一个代码。
它读取和写入光标通过编程实现。
指令1：
指令01H，光标到00H处。
指令2：
光标回到00H端。
指令3：
光标和显示模式：
光标移动。
屏幕上的所有人物的走动。
高效，低水平没有影响。
指令4：
显示开关。
D：
显示的开与关。
C：
利用光标的开与关。
B：
左右光标的闪烁，高电平为闪烁。
指令5：
光
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