前言
1設計的引出在當前社會中，各個行業的發展都極為迅速。尤其是進入21世紀后，整個中國的社會都發生了巨大的變革，社會成分日益復雜，社會利益重新分配，人民生活急劇變化。物質領域和精神領域的生活、醫療、教育、服務等廣泛領域都發生了極大的變化。面對社會變革帶來的新情況、新問題，都要求我們去了解、去解決。其中對于環境溫濕度的檢測也成為了必不可少的一件事。不同人對于溫濕度差異所造成的影響都各不相同，對于夏天的中暑，冬天的感冒等等屢見不鮮。為了讓人們可以更明確的了解溫濕度變化，國家采取了天氣預報的方式。但這只是一種大范圍性的估計，我們需要研究一種簡單的、家庭的裝置方便人們根據所顯示的數據調整自身環境，以達到最佳的居住環境，這是社會發展中不可或缺的一步。
2 設計的意義由于時代的進步，人民生活的極大提高，人們對于生活環境的需求日益提高，而由于溫濕度差異所造成的影響對人們生活造成了極大的不便。對于生活環境溫濕度的檢測已經成了一項必不可少的研修方向。當溫濕度可以把握的情況下，人們可以根據需要調節室內環境。
研究溫濕度的檢測很有必要，它可以讓人們正確把握自身環境，同時也可以據此預測環境的變化等等。具有比較重要的意義。
3 傳感器的發展傳感器是現代信息技術的三大基礎之一。隨著監控系統的自動化、智能化的發展，要求傳感器準確度高、可靠性高、穩定性號，并具備一定的數據處理能力。
傳感器本身是一種物理裝置，能夠探測外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度等）并將彈指的信息傳給其他裝置。隨著繼承化技術的發展，各類混合集成和單片機繼承式壓力傳感器的相繼出現，傳感器得到快速的發展和推廣，并逐步邁向集成化、多功能化、智能化。
其中溫濕度傳感器也是發展中的重要一員，溫濕度傳感器從一開始的板子變成至今的集成塊，歷經很多跨越式的進步，并能夠做到對當前所測數據的檢測。已經具備了一定的智能化。
隨著科技的進步，溫濕度傳感器同樣也要進一步發展，如何能使得其在穩定性、精確性等方面有更大的方面發展顯的尤為重要
4 設計的目的與內容 設計的目的是為了滿足人們對于家居環境溫濕度的不同需求，讓人們可以清楚的了解自身所處環境的不同狀況并作出適當調整。
設計的內容主要是溫濕度的檢測。設計中采取了數字化的溫度檢測，當環境溫度發生改變時，濕度傳感器和溫度傳感器也將同時發生變化、主要是其中的感應電阻會發生阻值的變化，并通過電路將之轉化為電壓型號，再由A/D轉換器變為數字信號送入單片機中，通過單片機進行數據的過濾處理，再由單片機將信號傳出通過外部顯示設備顯示該溫濕度。該系統設置按鍵可以分3種模式顯示溫濕度，并采用簡單的干電池作為電源，方便實用。
第一章 系統設計
1.1 設計任務單片機的溫濕度檢測系統，能夠實時監控當前環境的溫度、濕度。1.2 設計要求1、上電顯示環境溫濕度值。帶溫濕度報警、顯示功能，可超過報警范圍(報警上限值和下限值)，相應的LED燈亮。
2、支持串口通信，把溫度值、濕度值發送串口調試助手。
第二章 總體方案的確定
2.1 設計的總體概略 本設計總體思路為：信息采集→信息處理→信息顯示/報警。它的主要模塊為單片機模塊，溫濕度采集模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，LED報警模塊，電源模塊，閾值設置模塊，設計方塊圖如下：
設計方案模型圖
2.2 設計方案的選定2.2.1 單片機采用STC89C54單片機作為硬件核心。具有8K 在系統可編程Flash 存儲器，可以用3V的比較低壓工作，其能與MCS-51系列單片機完全兼容，AT89C51的功能完全具有，當在對電路進行調試時，由于對程序的錯誤修改或程序的新增功能需要燒入程序時，也不必要對芯片重復拔插，所以很大程度上對芯片造成損壞基本沒有。
2.2.2 溫濕度傳感器 目前傳感器應用非常廣泛，傳感器的品種繁多，本次設計選擇DHT11
DHT11：
濕度測量范圍：20～95%RH；
溫度度測量范圍：0 ~ 50℃；
濕度測量精度：± 5%RH
溫度測量精度：±2℃
DHT11完成能滿足我們日常生活檢測的需求，故本次設計選擇DHT11作為設計溫濕度傳感器。其實物圖如下：
2.2.3 顯示器LCD1602液晶顯示，具有字符發生器ROM，可顯示192種字符（32個5x10點陣字符和160個5x7點陣字符和），具有64個字節的自定義字符RAM，可以自定義4個5x11點陣字符或8個5x8點陣字符。具有80個字節的RAM，標準的接口特性，適配m6800系列mpu的操作時序。模塊結構輕巧、緊湊、裝配容易，像素分辨率高,尺寸小。
對于本次設計，只要同時能直觀地顯示溫度濕度出來就可以了，選擇LCD1602能夠把溫濕度很直觀的顯示出來，而且不占用資源，在設定閾值時更能簡潔明了，1602能顯示兩行字符，恰好對應分配給溫度和濕度，本次設計選擇LCD1602為顯示元件。1602實物圖如下：
2.2.3 溫濕度上限儲存 溫濕度閾值儲存在EEPROM芯片AT24C03中，并可以通過按鍵調節并保存。
第三章 系統硬件設計
3.1單片機STC89C54簡介STC89C54是一種高性能、低功耗的CMOS八位微控制器，具有8K在系統在線可編程Flash存儲器，使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品引腳和指令完全兼容。片上Flash允許ROM在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使其為眾多嵌入式控制應用系統提供靈活的解決方案。
3.1.1主要特性(1) 低功耗空閑和掉電模式；
(2) 全靜態操作：0Hz～33Hz；
(3) 八個中斷源；
(4) 8K字節在系統可編程Flash存儲器；
(5) 掉電標識符；
(6) 三級加密程序存儲器；
(7) 與MCS-51單片機產品兼容；
(8) 全雙工UART串行通道；
(9) 三個16位定時器/計數器；
(10) 看門狗定時器；
(11) 雙數據指針；
(12) 1000次擦寫周期；
（13）32個可編程I/O口線。
3.1.2 引腳功能說明VCC：電源
GND：地
P0口：8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問數據存儲器和外部程序時，P0口也被作為低8位數據/地址復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在Flash編程時，P0口也用來接收指令字節；在程序校驗時，輸出指令字節。程序校驗時，需要外部上拉電阻。
P1口：具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器可以驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1^0和P1^2分別作定時器/計數器的外部計數輸入（P1^0/T2）和定時器/計數器的觸發輸入（P1^1/T2EX），具體如下表所示。在Flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節。
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| T2（定時器/計數器T2的外部計數輸入），時鐘輸出 |
| T2EX（定時器/計數器T2的重載/捕捉觸發信號和方向控制） |
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P2口：具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在方位外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器時，P2口送出高八位地址。在Flash編程和校驗時，P2口也接收一些控制信號和高8位地址字節。
P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動四個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。
P3口亦作為STC89C54特殊功能（第二功能）使用，如表所示。
P3口引腳的第二功能
RST：復位輸入。晶振工作時，單片機復位需要RST腳持續2個機器周期高電平將。看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。AXUR（地址8EH）特殊寄存器上的Disrto位可以使此功能無效。Disrto默認狀態下，復位高電平有效。
ALE/
：控制信號（ALE）訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（
）也用作編程輸入脈沖。
在一般情況下，ALE以晶振1/6的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，ALE脈沖將會跳過，當每次訪問外部數據存儲器時。如果需要，通過將SFR（其地址為8EH）的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執行MOVC或MOVX指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（SFR地址為8EH的的第0位）的設置對微控制器處于外部執行模式下無效。
：外部程序存儲器選通信號（
）是外部程序存儲器選通信號。當S54從外部程序存儲器執行外部代碼時，
在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時，
將不被激活。
/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令。
必須接地。為執行內部程序指令，
應該接VCC。
在Flash編程期間，
也接收12V電壓。
XTAL1：振蕩器反相放大器和內部時鐘發生電路的輸入端。
XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。
3.2 溫濕度傳感器DHT11簡介和電路圖數字溫濕度傳感器DHT11是一款含有已校準熟悉信號輸出溫濕度復合傳感器，它應用專用的溫濕度傳感技術和數字模塊采集技術，確保產品具有卓越的長期穩定性和極高的可靠性。傳感器包括一個NTC測溫元件和一個電阻式感濕元件，并與一個性能高的8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT11傳感器都在即為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式存在OTP內存中，傳感器內部在檢測型號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為給類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。產品為4針單排引腳封裝，連接方便。
典型的應用電路如圖：
DHT11引腳說明:
性能說明:
總線空閑狀態為高電平的時候主機把總線拉低等待DHT11響應, DHT11能檢測到起始信號，主機必須把總線拉低，至少大于18ms。DHT11一旦接收到主機的開始信號，接著就等待開始信號的結束,然后發送80us的低電平響應信號，要讀取DHT11的響應信號,必須等待開始信號的結束，并延時等待20-40us后才能夠接受，主機發送開始信號后,這時候就可輸出高電平或切換到輸入模式,接著總線由上拉電阻拉高。
DHT11發送響應信號的時候總線為低電平 ,DHT11把總線拉高80us之前,必須等到響應信號發送，準備發送數據時,每一bit數據都以50us低電平時隙開始,數據位是0或1是由高電平的長或短來決定。假如響應信號的讀取為高電平,但是DHT11無響應響應,這時候說明路線可能連接不正常，當最后一bit數據傳送結束后，DHT11把總線拉低50us,接著總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態。
3.3 顯示器LCD1602簡介和電路圖1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形
1602LCD是指顯示的內容為16X2即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。
具有80個字節的RAM，標準的接口特性，適配M6800系列MPU的操作時序。模塊結構緊湊、輕巧、裝配容易，像素尺寸小，分辨率高。顏色分單色（黑白）、彩色兩種。
使用時，可將P0與LCD的數據線相連，P2口與LCD的控制線相連，其中，TC1602第4腳RS為寄存器選擇，第5腳RW為讀寫信號線，第6腳E為使能端。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。
相反，因此在編寫軟件時需要做處理，使讀取正確。LCD顯示電路如下圖所示
LCD顯示圖
3.4 報警系統設計 在微型計算機控制系統中，為了安全生產，對于一些重要的系統部位或參數，都設有緊急狀態報警系統，以便提醒操作人員注意采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數據通過過計算機進行數據處理、數字濾波，標度變換之后，與該參數上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。
本設計采用三個LED燈電路。如果溫度和濕度都沒有超過或低于程序設定值時,綠燈常亮.如溫度和濕度沒有在范圍內,則相應的LED燈亮紅色。
3.5 鍵盤設計按鍵是用來設定溫度、濕度上下限報警值，查看溫度、濕度上下限報警值。主要有4個按鍵分別是功能選擇鍵、上鍵、下鍵、確認鍵。
3.6 復位電路設計RST引腳是單片機復位端，高電頻有效。在引腳端輸入至少連續兩個單片機周期的高電頻，單片機復位。使用時，在引腳與VSS引腳之間接一個10KΩ的下拉電阻，與VCC引腳之間接一個約10μF的電解電容，即可保證上電自動復位。本設計中復位電路如圖
3.7 晶振電路設計單片機晶振的作用是為系統穩定提供周期性的時鐘信號，一個晶振通常是一個系統共用，以使系統各部分保持同步，有些通訊系統的射頻和基頻使用不同的晶振，而是通過電子調整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環電路配合使用，以提供系統所需的時鐘頻率，可以用于同一個晶振項鏈的不同鎖相環來提供的。
設計中晶振電路如圖
3.8 AT24C02存儲器電路設計AT24C02是EEPROM，可以配合溫濕度采集控制系統存貯掉電前需要保存的數據，把設定的溫濕度報警上限、下限保存下來。
第四章 系統軟件設計模塊
4.1系統流程圖計算機在完成一項工作時，必須按順序執行各種操作。這些操作是程序設計人員用計算機所能夠接受的語言把解決問題的步驟事先描述好的，也就是事先編制好計算機程序，再由計算機去執行。另外，一個有效率的控制系統還需要完善的算法，由算法繪制出相應的流程圖，這樣根據流程圖編制軟件程序。
根據溫濕度監控系統功能，系統軟件流程圖如下：
系統流程圖
4.2 按鍵掃描子程序左起第一個鍵是功能選擇鍵，按一次進入報警溫度上限設置，此時顯示上一次設置溫度報警上限值（TH36）且光標不斷閃爍，進行上限溫度設置，設置好后按確認鍵。
按第二次，進行下限溫度報警設置，此時顯示上一次設置溫度報警下限值（TL25）且光標不斷閃爍，設置好后按確認鍵。
按第三次，進行上限濕度報警設置，此時顯示上一次設置濕度報警上限限值（HH72）且光標不斷閃爍，設置好后按確認鍵。
再按一次即第四次，進行下限濕度報警設置，此時顯示上一次設置濕度報警下限限值（HH62）且光標不斷閃爍，設置好后按確認鍵。
第二個按鍵是增加鍵，可以對上限溫度或下限溫度進行增大調整
第三個按鍵是減小鍵，可以對下限溫度或下限溫度進行減小調整。
第四個按鍵是確認鍵，可以對溫濕度上下限報警值保持到IIC(AT24C02)中。
4.3編程思想本次設計主要是能夠實時顯示出當前確切的溫濕度。接通電源后將有一定緩沖時間，隨后向模塊發送命令，并接受模塊所發送數據。經檢查校驗后，通過LCD1602顯示。首先是LCD初始化，采用八位的數據端口，兩行顯示，5*7的點陣，然后可以通過按鍵切換，設置溫濕度上限極限報警，報警值存放AT24C02存儲器中。也可以通過按鍵查看報警上下限值。如果沒有特殊情況，LCD會隨著顯示當前濕度與溫度的數值。
結束語
本設計綜合利用單片機技術、傳感器技術、數字電子技術和LCD顯示等科學知識，完成了單片機控制的溫度、濕度和顯示裝置的設計。比較系統地介紹了硬件的組成及設計方法。利用單片機C語言完成了系統軟件的設計。1. 把傳感器技術應用到單片機控制系統中，實現了對環境溫度和濕度的數據采集和讀取。
2. 利用LCD液晶的顯示技術完成了環境溫度、濕度及顯示電路的設計。
3. 外接了蜂鳴器報警模塊，在超過設定溫濕度上下限時自動報警。
4. 在本設計的基礎上皆有繼電器模塊，可以外接調溫調濕電器，把功能擴展延伸為實現對環境溫濕度的控制。
5. 整個系統軟硬件搭配合理，設計、開發、維護方便，性價比高。
由于單片機經濟實用、開發簡便，因而在工業控制、農業自動化、家電智能化等領域占據了廣泛的市場。本文介紹的系統設計有一定的實用性，但該系統在設計過程中還有很多漏洞。還需要在智能化方面加以改進。特別是在提高穩定度和節省功耗等方面。不過，該產品有很好的可擴性能，比如，該設備的測量結果不僅能在本地顯示，而且能利用單片機的RS-485總線通信協議和串行口將采集的數據傳送到主控機，以進行進一步的處理、存檔。主控機負責控制指令的發送，以控制各個從機的溫濕度采集和收集測量數據，并對測量結果（包括歷史數據）進行整理、顯示和存儲。從機與主控機之間也能夠相互協調、相互聯系，從而達到系統整體統一、和諧的效果。
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整個系統原理圖
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單片機溫濕度檢測設計參考論文.doc
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2018-6-28 20:02 上傳
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