湿度和温度检测报警系统设计.wps

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目目录录摘要.111选题的背景和意义.21.1国内现状.21.2选题的背景.31.3本文研究的主要内容.42设计任务分析及方案论证.52.1设计任务分析.52.2设计方案论证.53器件选定.64硬件设计.154.1主控制电路和测温时控制电路.154.2晶振电路.164.3显示电路.174.4传感器电路.174.5复位电路.184.6系统的蜂鸣器电路.195软件设计.205.1系统流程图.205.2编程思想.21结论.22参考文献.24致谢.25附录源程序.26附录原理图：

.3710摘要摘要本作品采用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，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：

关键词：

温湿度检测仪AT89S51单片机DHT11温湿度传感器11选题的背景和意义选题的背景和意义1.1国内现状国内现状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。

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发挥着越来越重要的作用。

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，针对新一代传感器的探究显得尤为重要。

1.2选题的背景选题的背景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，雾霾天天弥漫在城市中间，适宜人们2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。

所以我们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。

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。

31.3本文研究的主要内容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。

42设计任务分析及方案论证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。

2.1设计任务分析设计任务分析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，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。

2.2设计方案论证设计方案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，5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3-1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器件选定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温湿度传感器单片机LCD温湿度显示键盘蜂鸣器6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典型的应用电路图3-3DHT11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7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：

8图3-6信号1表示方法电气特性VDD=5V，T=25，除非特殊标注，其中主要的电气特征如表3-1所示：

表3-1电气特征参数条件mintypmax单位供电DC355.5V测量0.52.5Ma平均0.21Ma供电电流待机100150Ua采样周期秒1次注：

采样周期间隔不得低于1秒钟性能说明9如表3-2所示：

表3-2性能说明参数条件MinTypMax单位8Bit分辨率111%RH精度254%RH重复性1%RH温度0-505%RH温度03090%RH502080%RH量程范围252090%RH长期稳定性典型值1%RH/yr迟滞1互换性可完全互换888Bit分辨率111重复性1响应时间1/e（63%）630S量程范围050精度12DHT11引脚说明如表3-3所示表3-3DHT11引脚说明pin名称注释1VDD供电35.5V2DATA串行数据，单总线3NC空脚，悬空4GND接地，电源负极应用信息电阻式湿度传感器暴露在化学物质中会受到干扰，导致灵敏度下降，当处于极限状态时，传感器可以通过程序处理，回复到初试的校准状态，在不符合规范10的范围内使用传感器，不仅会导致几乎3%的临时漂移信号，而且会加速产品的老化，转为正常的使用范围后，会渐渐恢复校准状态；温度是影响气体相对湿度的关键，因此测量时最好让湿度传感器工作温度相同。

封装信息如图3-7：

如图3-7DHT11的封装信息单片机单片机描述描述AT89S51是美国ATMEL生产的一款低功耗、高性能CMOS的8位单片机，其单片机片内含有4K的可编程的Flas存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚，它不仅基于使用传统的方法进行程序的下载，还可以使用在线编程的方式非常利于使用。

ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制的领域【7】。

引脚图如下图3-8所示：

图3-8AT89S51引脚图VCC：

11单片机芯片的正极电源输入VSS：

单片机的电源地。

XTAL1，XTAL2：

单芯片的晶振引脚。

RESET：

单片机的复位引脚EA/Vpp：

其引脚分配如下：

P3.0：

RXD，串行通信输入。

P3.1：

TXD，串行通信输出。

P3.2：

INT0，外部中断0输入。

P3.3：

INT1，外部中断1输入。

P3.4：

T0，计时计数器0输入。

P3.5：

T1，计时计数器1输入。

P3.6：

WR：

外部数据存储器的写入信号。

P3.7：

RD，外部数据存储器的读取信号。

3.2.3LCD字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块LCD1602主要技术参数：

，如图表3-4所示表3-41602的主要技术参数工作电压:

4.55.5V容量162个字符最佳工作电压5.0V工作电流2.0mA字符尺寸2.954.35（WH）mm引脚功能说明如下图表3-5所示：

表3-5引脚接口说明表1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表编号符号引脚说明121VDD正极2VSS地3VL液晶显示偏压4RS数据/命令选择5R/W读/写选择6E使能信号7D0数据8D1数据9D2数据10D3数据11D4数据12D5数据13D6数据续表2.51602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表编号符号引脚说明14D7数据15BLA背光源正极16BLK背光源负极1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

管脚图，如图3-9所示：

图3-9LCD1602的管脚图13图3-101602字符型液晶显示器实物图LCD1602主要有两种，主要区别在于是否背光，它的控制器主要为HD44780，带背光的比不带背光的厚，在应用中是否带背光并不影响使用，两者尺寸差别如下图3-11所示：

图3-111602LCD尺寸图1602LCD的RAM地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个比较慢的显示器件，因此在执行指令之前要首先确认模块的忙标志处于低电平，表示空闲，不然此指令失效，输入显示字符地址后会显14示字符，图3-12是1602的内部显示地址。

图3-121602LCD内部显示地址4硬件设计硬件设计在本次系统设计中，单片机可以说是是整个温湿度检测报警系统的控制核心，依靠它实现与周围器件的沟通和联系，并协调各个器件的工作状态。

本次设计按照模块来说的话，主要可以分为单片机核心控制模块，电源供电模块，LCD显示模块，温湿度传感器模块，报警模块，晶振模块等等。

所有模块共同组成了整个系统。

4.1主控制电路和测温时控制电路主控制电路和测温时控制电路本次硬件的核心就是AT89S511，其他的外围电路都是围绕它所设计的。

数字温湿度传感器的DHT11的DATA口连接单片机AT89S51的P3.0口。

显示电路就是把LCD1602和单片机的P0口分别相连，当温度或湿度高于预设值的时候蜂鸣器蜂鸣报警，增加单片机的输出能力，增加单片机的输出电流，故使用电阻排来完成。

本系统采用的是上电复位，充电之后，RST被拉至高电平，单片机进入工作状态9。

AT89S51中有一个用于构成内部正当其的放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器构成自激振荡器，他们与电容C1，C2接在放大器的反馈电路中构成并联震荡电路，虽然电容没有一个严格的要求，但是电容的大小会轻微影响振荡频率的高低、温度稳定性以及振荡器工作的稳定性10。

具体的原理图如图4-1：

15图4-1系统电路原理图4.2晶振电路晶振电路在所有的单片机系统里，晶振可以说是不可或缺的。

它给单片机的工作提供了工作的基准。

可以说单片机工作的速度绝大程度上取决于晶振的大小。

我们通常为单片机在选择晶振时，会考虑其工作速度，工作频率等等。

晶振有有源和无源之分，本次设计中，主要采用无源晶振。

故需要如下图所示，为其匹配两个匹配电容。

图4-2系统电路原理图164.3显示电路显示电路在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生，它已作为很多电子产品的通过器件，比方在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。

显示模块选用1602字符型液晶模块，它是目前工控系统中使用最广泛的液晶屏之一，由于它显示的质量高，电路图如图4-3所示，1602字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便，经过编程后显示内容多样化。

图4-3显示电路4.4传感器电路传感器电路本次设计对于温湿度传感器采用的是DHT11，该芯片是集成的数字型芯片，单片机可以通过按照其规格书的通信协议要求，编写相关程序，然后直接读取温湿度传感器DHT11采集到的当前环境的温湿度。

该芯片最为方便的是，除了电源供电之外，温湿度传感器DHT11是单总线通信协议，单片机与其只要一个管脚就可以。

其电路如图4-5所示：

17图4-5传感器电路4.5复位电路复位电路由于51单片机本身是高电平触发的系统复位，故本次系统设计时设计的上电复位电路采取了上电复位的形式，当复位引脚RST出现多个周期以上的高电平时，单片机本身就会触发内部复位，这里的EA端与复位电路无关，由于数据都放在了内部存储器，所以连接EA只是直接拉高引脚，如图4-6所示：

图4-6复位电路184.6系统的蜂鸣器电路系统的蜂鸣器电路微型计算机控制系统中，为了安全起见，对于一些重要的参数或系统，都设定有紧急状态报警系统，以便于提醒操作人员注意，或者采取紧急措施，本设计采用把计算机采集的数据进行数据处理、标度变换、数字滤波之后，与该参数上下限与给定值进行比较，如果高于上限值则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示11。

本设计采用峰鸣音报警电路。

如图4-7所示。

蜂鸣器额定电流30Ma,而对于AT89S51单片机，P3口的灌电流为15mA,由此可见，仅靠单片机的P3口电流是不能驱动蜂鸣器的，必须使用晶体管放大电路，为了使单片机的功率更小，所以使用PNP型晶体管,当外部环境的温度或者湿度超过预设值的时候，基级变为低电平，蜂鸣器导通鸣叫12。

图4-7蜂鸣器电路195软件设计软件设计软件设计是本次设计中不可缺少的环节，贯穿了整个毕业设计，是本次设计能够完成的最重要的环节之一。

5.1系统流程图系统流程图根据温湿度监控系统功能，系统软件流程图如图5-1所示；图5-1系统软件流程图按键检测过程中，流程如下图5-2所示：

图5-2按键检测的流程图205.2编程思想编程思想本次设计主要是能够实时显示出当前确切的温湿度，并且在高于预设值的时候能够发出蜂鸣。

一旦接通电源，蜂鸣器首先蜂鸣，接着LCD初始化，采用八位的数据端口，两行显示，5*7的点阵，其中第一行显示的湿度预设值，根据键盘我们可以加减数值，第二行显示的是实时的温湿度值，在程序设计中，分别定义温湿度参数，根据数据转换过来的数值，判断是否超过了预设值，本次设计温度初试值设定为32，湿度初始设定为34%，等待传送的数值连续20次都超过预设值的话，蜂鸣器便会蜂鸣警报，1602显示当前的温湿度值，再次循环判断，如果没有超过预设值，蜂鸣器不会蜂鸣，1602正常显示，也同样再次循环。

21结论结论大学的学习中，毕业设计是一个很重要的环节，是我们步入社会参与社会实践的很好锻炼，从最初的选题，开题构思，绘图，编程，仿真直到完成设计，这中间，查找资料，老师指导，同学交流，编写程序，直至仿真调试，以及硬件焊接，每一个过程都是一次成长和对自己的一次的检验。

本次设计是基于单片机的摘要.11选题的背景和意义.21.1国内现状.21.2选题的背景.21.3本文研究的主要内容.42设计任务分析及方案论证.52.1设计任务分析.52.2设计方案论证.53器件选定.64硬件设计.154.1主控制电路和测温时控制电路.154.2晶振电路.164.3显示电路.174.4传感器电路.174.5复位电路.184.6系统的蜂鸣器电路.195软件设计.205.1系统流程图.205.2编程思想.21结论.22参考文献.24致谢.25附录源程序.26附录原理图：

.37温湿度设计，包括硬件电路和软件两部分。

设计初对于单片机的应用并不是很了解，本科学习中初步接触过C语言，由于本次设计需要硬件和软件两部分，因此我是从软件部分先开始的，然后才开始硬件电路的设计，是由于软件的不完美影响了硬件电路设计的不是很美观。

在软件设计过程中，我基本是一步步开始学起的，在学习中遇到很多问题，经过张老师的指点和同学的讨论，我学到了很多编程技巧，同时也掌握了一些编程思想。

由于原器件的局限性，硬件电路不是很美观，其中一些电容和电阻并不是原理图中设计的大小，但是这并不影响结果，再画原理图的过程中我又进一步掌握了protel的基本应用，并有了较为深入的了解。

由于电路设计比较简单，所22以并没有涉及PCB板，直接手动焊接完成电路。

通过本次设计，对于主要芯片AT90S51有了基本的了解，基本掌握了该芯片的基本功能。

经过软件在硬件电路的挑时候，基本功能均能实现，如果把手放在传感器上面，温度和湿度会立即发生变化。

23参考文献参考文献1张敏.基于单片机的多通道温湿度检测系统设计.J.机电产品开发与创新，2007.2李俊.基于单片机的温湿度检测与控制系统研究.J.微计算机信息.2010，（21）：

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