温湿度检测系统设计at89c51单片机和dht11温湿度传感器可编辑.docx
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温湿度检测系统设计at89c51单片机和dht11温湿度传感器可编辑
摘要
此次设计主要是通过使用AT89C51单片机和DHT11温湿度传感器来实现的检测系统。
此次设计主要是针对两个方面的设计：
硬件电路方面的设计和系统软件方面的设计。
硬件电路是通过单片机、温湿度传感器、显示器、报警器和键盘等组合在一起的，系统显示器通过DHT11温湿度传感器和LCD1620字符型液晶模块构成。
本次设计使用的电路相对而言比较简单、工作状态比较稳定、并且具有相对较高的集成度和测量误差较小的特点。
另外，此设计方便使用者进行调试，具有一定的使用价值和实用价值。
使用者可以先设定自己想预订的数值，一旦检测实际的结果比预设的数值高时，蜂鸣器就会发出报警信号，测试电路主要将温湿度传感器检测的实际值和预先的设定数值进行比较、然后通过报警电路实现的。
软件方面主要由主程序、显示模块的程序、检测温湿度程序组成。
此次设计主要通过使用DHT11传感器和AT89C51单片机来实现。
DHT11温湿度传感器具有专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，使得产品有极高的稳定性和可靠性；它是主要由一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件构成的，它通过与一个高性能8位单片机相连接来工作；因而DHT11传感器具备抗干扰能力强、响应快、以及性价比很高的优点。
由于AT89C51单片机是一种高性能、低消耗CMOS8位单片机，因此在许多领域都使用它。
【关键词】温度测量湿度测量AT89C51DHT11
ABSTRACT
ThisdesignismainlythedetectionsystemisrealizedbyusingAT89C51MCUandDHT11temperatureandhumiditysensor.Thisdesignismainlyaimedattwoaspectsofdesign:
designandsystemdesignaspectsofthehardwarecircuit.Thehardwarecircuitisthroughthemicrocontroller,temperatureandhumiditysensor,display,alarmandkeyboardcombinationtogether,displaysystemthroughDHT11temperatureandhumiditysensorandtheLCD1620characterLCDmodule.Characteristicsofcircuitsusingthisdesignisrelativelysimple,theworkofrelativelystablestate,andhasarelativelyhighdegreeofintegrationandlessmeasurementerror.Inaddition,thisdesignisconvenientforausertodebug,hascertainusevalueandpracticalvalue.Theusercansetyouwanttobookvalue,oncetheactualtestingresultsthannumericalispreset,thebuzzerwillalarmsignal,testcircuitismainlytheactualtemperatureandhumiditysensordetectionandnumericalpresetvalueswerecompared,thenthroughthealarmcircuitrealization.Thesoftwareiscomposedofmainprogram,displaymoduleoftheprogram,thetemperatureandhumiditytestingprogram.
ThedesignismainlythroughtheuseofDHT11sensorandAT89C51singlechiptoachieve.DHT11temperatureandhumiditysensorhasaspecialdigitalmoduleacquisitiontechnologyandthetemperatureandhumiditysensingtechnology,theproducthashighstabilityandreliability;itismainlycomposedofaresistancetypehumiditysensitiveelementandaNTCtemperaturecomponents,itisconnectedwithahighperformance8bitMCUtowork;sothisDHT11sensorhavestronganti-interferenceability,fastresponse,andhighcostperformance.SincetheAT89C51isahighperformance,lowconsumptionCMOS8microcontroller,souseitinmanyareas.
【Keywords】TemperaturemeasurementHumiditymeasurementAT89C51DHT11
前言
现在在人类的生活中温度已成为非常重要的数据，人们的许多行业都离不开对温度的检测。
伴随着科技的进步，人们对数字化、智能化的温湿度检测技术需求也愈加的迫切，对智能化温湿度检测技术应用也越来越广泛。
由于人们的生活水平和生活质量愈来愈高，人们对环境的要求也在不断提高，因而对环境的控制已成为人们生活、生产中不可缺少的必要条件；随着人类的生活节奏不断的加快，很多人们都存在着亚健康的身体状态，为了不让温湿度影响人类的健康状况，智能化的温湿度检测系统已变得越来越重要，甚至可以说刻不容缓。
就对于目前的状况，我们需要研究一种最佳的家庭式温湿度以便满足人们的生活需求，此种设计可以让人们在一年四季中根据不同需求进行不同的设置和调整，此设计不仅可以检测温湿度，而且还需对人们的不同需求作出判断并作出提醒，以便为人们提供最佳的生活环境。
所以为了体现现在科技的进步和生活水平的提高，对环境的控制需求不仅仅关系人们的生活，也是构建现代化生活必不可少的条件。
1、问题的提出
随着国内各种科技的不断飞速发展，人们的生活水平有了很大的改变，与此同时人们对生活的安逸与舒适也提出了更高的要求，为了满足人们的生活需求，为了让人们的生活更加健康，检测与控制温湿度也变得尤为迫切。
目前人们大量的使用着单片机，单片机应用于温湿度检测在近年发展的非常迅速，它具有方便、快捷、准确等优点，因而成为了现代温湿度检测的发展趋势。
最近，随着全球气候逐渐变暖，自然环境正在不断地恶化，环境污染在不断加剧，人口的不断增长，人们的生活环境在不断变差，适合人类居住生活的气候温湿度也越来越少。
为了满足人们对生活环境的要求，我们需要有效的对环境作出改变，让人们在不同的季节中都能有适宜的环境过着舒适生活。
2、研究的意义
由于现代化文明的飞速发展，人们不仅只关注经济的收入，同时也关注自身的健康发展，为了能够更好地生活。
人们对生活环境也有着更高的需求，更高要求的生活环境不仅是豪宅，也包括自己的小环境中有着调节温湿度的效果，能够反映自然界的变化自然界各个时节最佳的气候环境。
因而，能够自我调节温湿度的气候十分的重要，智能化的研究温湿度的检测与控制是十分必要的，他不只是科技的进步，也为我们的生活带来了便利，提高了社会的生活水平，优化了服务以及社会的资源，推动了各行业的发展，为社会提供了新的商机。
一、国内外现状
目前常用的测量方法是将随温度变化而变化的物理参数，通过温湿度传感器转变为其他信号或电信号，传给电路，然后由温湿度显示器显示数值。
但随着各方面人才的不断努力，不断地取得突破性的进步，温湿度传感器正不断的走向智能化，集成化，国际上有很多国家已取得巨大的成就。
由于科技不断地发展，不断地发生日新月异的变化，温湿度传感器也随之发生巨大的变化。
就目前而言，温湿度传感器的测量系统主要由虚拟仪器、数字化仪器、智能仪器等组成，其实用性，整体的稳定性，测量的准确性都有很大的改变。
在实际的检测中温湿度传感器，以数据采集结构为主体，能够不断的适应各方面的需求更好的为人们服务。
在20世纪末，许多地方出现了应用于温湿度传感器的集成测量系统的新科技，这些新技术在很大程度上推动了传感器的发展，伴随着科技的不断发展，现在的很多公司都致力于完善和发展，以保障传感器的适应性以及公司本身的竞争性。
现在，国内的许多机构都在不断地开发、研究心得传感测试装置。
比如在设计研发多种动态测试系统。
气体传感器等一些智能测试系统是用传统电子器件进行开发，这表明国内在这些技术上已有了一些成就，对于一种产品来说，人们不仅会考虑他的价格、性能等更重要的时会考虑到，它是否方便人们的生活。
所以
我们在生活中要考虑它的实用性，不能盲目选择。
就目前而言，市场对新一代传感器的研究很看重，在精度及稳定性方面传统的传感技术已无法满足社会的要求，所以必须不断地开发新的技术，不断地完善技术。
二、本文研究的方向和目的
1、本设计研究的目的
鉴于目前人们对居住环境的温湿度有着较高要求，为了解决这些问题我们对传感器做出了一定的改善，让人们可以随意的改变那些让自己不舒适的温湿度，通过智能化的感应对人们的居住环境进行显示和提醒，让人们在适宜的温湿度中过着美好的生活。
2、本设计研究的主要内容
首先，作为研究者我们要更好地了解人们对温湿度的需求，以及适宜的温湿度对人们的生活有何重要的影响，其次，为了帮助使用者解决他们所遇到的问题，我们必须对他们的需求有更加深度的了解。
在此处我们主要探讨温湿度的检测系统。
当我们周围的环境发生了一定的变化时，智能化的温湿度检测就会随之发生一定的变化，与此同时温湿度的改变对温湿度传感器有着很大的影响。
每当温湿度传感器接收到环境中的变化时，传感器就会将这些变化通过转换电路转成模拟信号，然后由A/D转换将模拟信号转成数字信号送给单片机，接下来就是要处理这些数字信号，并通过显示器将它们显示出来，让人们可以清楚的了解温湿度的值，看到这些变化。
此系统通过检测系统接受传感系统提供的信息，并对其作出判断，当检测到的信息超过了所设定的适宜的温湿度时，使用者就会听到报警器发出蜂鸣声，从而对设备进行相应的调整。
三、本次设计的章节安排
本次论文只要有四章，其中第一章主要介绍了本次论文，特别是软件设计方面需要几种软件的主要介绍和功能特点，分别是C语言Proteus,Prote1;第二章主要主要是对设计总体方案的论述，同时仔细介绍了几个主要的元器件，分别是：
单片机的选择，温度传感器，湿度传感器，以及LCD；第三章主要介绍了硬件设计及其内容，首先介绍了本次设计所要达到的目的和要实现的功能，然后分为四个部分，分别介绍了原理图的设计，然后各个主要模块：
蜂鸣器电路，晶振电路以及显示电路；第四章主要介绍了软件流程的过程以及介绍了一些主要模块的程序。
四、本章小结
本章主要介绍了本次设计的研究意义，国内外的现状，以及本次研究的主要研究目的和方向，并且介绍了本次设计的主要章节安排和每章节所要实现的内容。
第一章工具简介
系统单片机代码采用C语言编写，proteus为仿真环境，prote1为原理图画图工具软件。
第一节C语言
一、C语言的优点
C语言是一种运用非常广泛的编程语言，它具有着很高的编程效率。
同时，C语言还包含着广泛的运算类型，拥有着各种各样的表达方式，在高级语言中它能够实现一些较为复杂的运算，地址、字节等也可以通过C语言进行操作；图形编译、显示器等也可以通过C语言进行操作。
另外，C语言对语法的要求不是很严格，让人很容易理解，见名知意，设计起来非常的方便，让使用者编辑出来的结构感更加的鲜明，能很清楚的看出层次感；此外，C语言对硬件的操作及访问物理地址也可以直接进行，由此可见，C语言是被人们广泛认可的高效率编程语言被用于很多方面，因此，在很多方面利用C语言都有着很大的突破，为人们提供了非常大的帮助。
二、C语言的缺点
C语言和其他语言相比相对来说比较难熟练掌握，它在某些方面由于在语法上不够严格，因而在安全性上不能够让使用者满意，所以在很多领域上虽然C语言有着很高的效率，但却没有广泛的被推广被人们广泛的使用。
第二节Proteus
单片机的教学以及实验教学的虚拟平台上，proteus是主要的比较先进的手段，在资金以及设备维护的问题上，它能够在硬件设备有限的情况下采用不同的方法，步进能将实例形象化，也可以使得运行过程形象化，能够得到传统演习方式无法达到的效果；它能够提供27000多的仿真器件，同时能够模拟仿真和数字仿真，能够直接在原理图上进行虚拟编程，然后显示输出想要达到的效果；它能够使得仿真软件使得抽象的程序和原理图变得形象化，同时提供了虚拟的控制按钮，可以控制程序的运行，停止；目前它是我们课程设计毕业设计中最普遍应用的工具，时间花接种，提供了许多实际中无法满足的元件库，同时我们可以无限次，随机的修改电路设计。
第三节Prote1
一、软件介绍
Prote199SE主要是由原理图设计、信号仿真、PCB设计、PLD设计以及布线器等几个子模块组成。
它具备这一些特点：
能够生成超过30种的电气连接网络表，体内更是具有很强的编辑功能，原理图以及PCB中同样的期间可以同样的被选中，允许在原理图和PCB进行双向查找元件。
引脚等。
与国际化的标准保持一致，能够混合仿真，同时具有智能的覆铜和放置汉字的功能，而且还可以与AUTOCAD等软件进行数据交换，在我们需要打印的时候能够提供打印预览，它具有的3D功能让我们在制版前看到想要装配的结果等等。
二、仿真特点
它具有着很系统的对电路分析的能力，例如，对交流信号的动态分析，以及对它的输入函数进行分析；此外，他还拥有着巨大的数据库，以及很多的仿真元件库，能够让人们随意的使用，满足人们对电路元件的需求，能够让使用者轻松入门完成所想设计的电路；它还具有丰富的仿真信号源，同时还提供了完整的线性以及非线性受控源。
第四节本章小结
本章主要介绍了设计过程中所需要的软件，主要有三个，分别是：
C语言,Proteus.Prote1,本章对于各个软件、功能等做了详细的解释说明。
第二章设计任务分析及方案论证
本章主要介绍此次设计的目标，及分析要具体实现的内容，同时详细的介绍了主要元器件的选择，以及各自的特性。
第一节设计任务要求和温湿度控制的发展
一、设计的步骤及其效果要求
根据所要实现的要求，设计一个温湿度检测系统，要求以51单片机为主题。
1.此设备能够根据所处的环境，准确的检测出温湿度并显示出来。
温度的测量误差为：
±2℃；湿度的测量误差在：
±5％RH；此外，他的测量范围也应有一定的标准。
2.此设备可以根据预先设定的数值对测量的实际值进行智能化的调节。
别外，在此设备上设计了对温湿度进行调节的按钮，可以随意的根据使用者的想法调高后调低温湿度从而满足人们的具体需求。
3.此设备上装有报警设备，每当检测到实际的温湿度值不满足预先设定的值。
报警器便会发出蜂鸣声。
4.本次设计通过三极管驱动报警器发出蜂鸣声。
5.此次设备使用LCD1620字符型液晶模块显示。
二、设计温湿度计的根据和意义
从古至今人类的生活都离不开环境的变化，就目前看来温湿度早已和人们追求适宜的生活紧紧的结合在一起了，在我们现实的生活生产中，很多行业都已离不开温湿度的检测。
例如，在现代的工农业生产部门，气象，环保，国防，科研等部门，经常需要对环境温度及湿度进行测量，准确测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显示的，虽然结构简单，价格便宜，但是精度不高，而且不易计数，但是采用单片机进行控制，不仅具有控制方便，简单灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标，用LCD显示起来会更加的直观方便。
采用DHT11数字温湿度传感器作为检测元件，能够同时检测温度和湿度，它不仅仅易于焊接，而且只有四个管角，减少了外围电路的设计。
DHT11传感器包括一个电容式聚合体测湿原件和一个能隙式测温元件。
DHT11能够直接独处被测温湿度值，同时单片机可以把测量的数据通过串口传到计算机，来完成控制。
带来了极大的方便，用单片机控制的温湿度不仅硬件电路相对简单，而且测量精度高。
总之无论是在日常生活中还是在工业，农业方面都离不开温湿度的测量，因此研究温湿度的测量具有相当重要的意义。
第二节设计总体方案及其方案论证
一、设计总体方案及其论证
使用者可以根据自身的需求，通过传感器提前设定自己想要的数值，一旦实际检测的温湿度数值不匹配蜂鸣器就会发出报警声，而本次设计就是为达到这种要求。
根据我们之前的需求分析，大概可以判断出此次设计可以分为以下几个方面：
1.对温湿度的收集功能的实现；
2.对所得到的数据进行处理；
3.使用者可以自由的操控，对温室进行调节；
从中我们可以了解到对温湿度收集功能的实现，可以使用DHT11温湿度传感器。
因为此传感器使用方便、接线简单、不需要使用者过多的对其进行检测校验，而且它可以能够实现日常生活中的温湿度检测效果。
对于数据处理方面，我们需要完成对温室的收集，运算并作出相应的操作可以控制它，这里我们可使用AT89C51单片机去实现。
最后的操作方面，我们可以通过将按键、报警器和显示器组合使用，通过设定温湿度的阀值，来实现智能化检测，1602用来显示、报警器用于提醒使用者。
根据我们对此设计的总体分析，我们能得出此次设计的功能，及其设计的任务，要能够满足一定的要求。
温湿度检测系统原理图如下图2.1所示：
图2.1温湿度检测系统原理图
由上面的原理图可以看出，此设计以单片机作为中心控制器件，用来处理温湿度传感器收集来的数据，当处理完这些数据时，单片机就会将这些数据传送给显示器显示出来；而收集温湿度的信息就要由温湿度传感器来实现了，它将收集来的数据再送给单片机；要想设定温湿度初始值就需要使用者来操纵电键来实现，单片机的复位也是通过这种方式来实现的。
最后，报警器（蜂鸣器）主要作用就是对周围环境的温湿度值做检测，判断是否符合要求，显示器就是用来显示当前温度的。
二、选择器件
每当有信号输入通道时，单片机先检测是否为被测信号，然后由计算机提取需要的信息。
对条件的检测和如何精准的收到被测信号，是检测系统非常重要的环节，而实现检测与接收的第一步就是要合理的利用传感器，只有当传感器收集到准确的信号，我们才能继续后面的动作。
在现实中很多检测的前提就是要收集到非常准确的信息，为了让设备有着高效率和质量，很多检测设备就是根据那些传感器来检测和控制以及处理收集到的各种数据量，现在这种方法在很多领域都被使用。
1、选择温湿度传感器
DHT11温湿度传感器具备着很多优点：
1.它具有自动对信号校准的特点；2.它可以同时对模拟和数字信号进行收集；3.它具有十分稳定的性能并且很可靠；4；它具有很强的抗干扰能力。
对于传感器的选择，需要根据具体的测量对象来进行具体的分析，一般会根据一些具体因素而定：
1.量程问题2.传感方式是接触还是非接触3.传感信号输出以有线方式还是以无线方式4.被测东西对传感器是否有具体的要求等等。
综合所有的因素最后决定选用哪种传感器。
而本次设计最好选用DHT11温湿度传感器，因为DHT11传感器具备着很多优点：
1.它具有自动对信号校准的特点；2.它可以同时对模拟和数字信号进行收集；3.它具有十分稳定的性能并且很可靠；4；它具有很强的抗干扰能力性价比较高。
典型的应用电路如图2.2下：
DHT11实物图如下图2.3：
图2.3DHT11实物图
（1）串行接口
DHT11和处理器间的通信使用单总线数据格式，大约通信一次时间为4ms，数据传输分为小数和整数类。
通讯过程如图2.4所示
图2.4通讯过程
等待DHT11响应总是被空闲状态的主机拉低总线，只有总线被拉低，DHT11才能检测到原始信号，拉低时间至少大于19ms。
当主机的开始信号被接受时，DHT11就会等待开始信号的结束；只有等到开始信号结束，并延迟40us，就可以获取到DHT11的响应信号了，在这个时间便可以切换到输入状态，上拉式电阻便会被总线拉高。
只有当总线为低电平时，DHT11才能够发出响应信号，当响应信号发送完，DHT11就会把总线拉高80us。
数据的发送都会以每bit50us低电平的间隙开始发送，高电平的长短将会直接决定数据位数是0还是1。
如果DTH11无响应，但是读取的响应信号却为高电平，这就可能是线路的不正常连接造成的。
总线被DHT11拉低50us，然后又被上拉式电阻拉入空闲状态，此时传输结束。
数字0信号表示方法如图2.5所示
图2.5数字0信号表示方法
数字1信号表示方法.如图2.6所示：
图2.6信号1表示方法
（2）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2.1所示：
表2.1电气特征
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
（3）性能说明
如表2.2所示：
表2.2性能说明
参数
条件
Min
Typ
Max
单位
分辨率
8
±
Bit
1
1
1
%RH
精度
25℃
±4
%RH
重复性
±1
%RH
温度
0-50℃
±5
%RH
温度
量程范围
0℃
30
90
%RH
50℃
20
80
%RH
25℃
20
90
%RH
长期稳定性
典型值
±1
%RH/yr
迟滞
±1
℃
互换性
可完全互换
分辨率
8
8
8
Bit
1
1
1
℃
重复性
±1
℃
响应时间
1/e（63%）
6
30
S
量程范围
0
50
℃
精度
±1
±2
℃
（4）DHT11引脚说明，如表2.3所示
表2.3DHT11引脚说明
pin
名称
注释
1
VDD
供电3－5.5V
2
DATA
串行数据，单总线
3
NC
空脚，悬空
4
GND
接地，电源负极
⑤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
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