基于51单片机的温湿度采集系统设计毕业设计说明书

毕业设计说明书基于51单片机的温湿度采集系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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教研室（或答辩小组）及教学系意见

中文摘要

温湿度控制系统早已经成为当代社会研究的热门领域之一，同时温湿度也是现今工农业生产生活中必须要首先考虑的重要因素之一。因此现今社会生产生活中就迫切需要一种价格较便宜、易操作而且精确度高的温湿度控制系统。本系统设计就是利用ST89C52单片机对温湿度参量进行检测进而实现对温湿度参量的控制。

本系统设计通过使用单片机ST89C52、DHT11传感器模块、LCD1602液晶显示屏模块以及蜂鸣器报警模块。简易的系统设计就能够基本上满足本系统设计的系统设计要求。DHT11数字温湿度传感器负责把采集到的温湿度信号传送给单片机ST89C52。温湿度经过ST89C52单片机处理，然后ST89C52O把温湿度信号发送到LCD1602液晶显示屏模块，温湿度数据就可以准确地显示到LCD1602液晶屏上面，同时我们可以分别对温度和湿度设置上下值限，超越限值蜂鸣器报警。

关键字：单片机；DHT11温湿度传感器； LCD1602显示

Abstract

Temperature and humidity control system has already become one of the most popular areas of today's social research, one of the factors of temperature and humidity is also today's industrial and agricultural production life must first consider important. Therefore the social production and living an urgent need for a cheap, easy operation and high precision temperature and humidity control system. The system design is the use of the ST89C52 microcontroller temperature and humidity parameters for testing so as to realize the control of temperature and humidity parameters.

This design by using ST89C52 microcontroller, the DHT11 sensor module, LCD1602 LCD module buzzer module. Simple design can be substantially meet the design requirements of the design. DHT11 digital temperature and humidity sensor is

responsible for the collected temperature and humidity signal is transmitted to the ST89C52 microcontroller. Temperature and humidity after ST89C52 single-chip processing, and then ST89C52 accurate temperature and humidity signal is sent to the LCD1602 LCD display module, temperature and humidity data can accurately display the LCD1602 LCD screen above, and we can set upper and lower limits of temperature and humidity, the more limiting buzzer flashing alarm.

Keywords:ST89C52 microcontroller, the DHT11 sensor module, 1602 LCD module,

目录

中文摘要 (2)

绪论 (5)

1.1选题背景 (5)

1.2选题的意义 (6)

1.3设计的任务 (6)

1.4设计工作原理 (6)

第2章系统总体方案系统设计 (7)

2.1系统设计分析 (7)

2.2系统主要模块的选择与论证 (8)

2.2.1温湿度检测模块的选择与论证 (8)

2.2.2单片机控制模块的选择与论证 (8)

2.2.3显示模块的选择与论证 (9)

2.3总体系统设计框图 (9)

第3章系统硬件系统设计 (10)

3.1概述 (10)

3.2控制模块 (10)

3.2.1 STC89C52单片机简介 (10)

3.2.2单片机主控电路设计 (13)

3.3测量模块系统设计 (15)

3.3.1 DHT11简介 (15)

3.3.2 操作过程 (16)

3.3.3 温湿度测量模块电路设计 (18)

3．4显示模块 (19)

3.4.1 1602液晶简介 (20)

3.4.2 指令说明 (21)

3.4.3 显示电路原理图 (22)

3.5 报警模块 (22)

第4章系统软件系统设计 (24)

4.1 LCD1602液晶显示模块系统设计 (24)

4.2传感器模块系统设计 (25)

第5章系统分析与调试 (27)

结论 (29)

附录 (30)

绪论

1.1选题背景

温湿度的检测与控制是工农业生产中较为典型的应用之一，随着传感器在生

活与生产中的应用越来越广泛。在生产中，温湿度的高低对产品的品质影响很大。

由于温湿度的检测控制不良或不准确，可能使我们在生产过程中造成程度不一的

损失。为保证日常工作的顺利展开与进行，首要问题是加强生产车间内温度与湿

度的监测工作，在过去传统的及包括现在小形且并不科学的作坊中方法过于粗

糙，通过人为进行评估检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和

降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率差，且测试的温度及湿度误差大，

随机性大也不科学。目前，在低温条件下(通常指100℃以下)，温湿度的测量已

经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更

快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提

供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化

控制方向发展。所以本次系统设计对类似项目具有普遍意义。

本文设计的是基于单片机STC89C52的温湿度检测和控制系统，主要以广泛

应用的DHT11作为温度和湿度的检测，该仪器具有测量精度较高、硬件电路简单、

并能很好的进行显示，可测试不同环境温湿度的特点。另外和控制电路相连，可

以进行加湿电路和除湿电路的控制，使温度和湿度参数在预先设定的范围内，不

需要人的直接参与。

单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此

单片机的选择，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。本设计中，

最终选用的集成温度传感器DHT11，采集到的温湿度信号送至单片机，实现温湿

度的显示与控制。

1.2选题的意义

STC89C52单片机是现代工农业生产生活中非常常见用于控制系统设计的应用芯片，同时在大学期间，在我们的实践生活中，我们大部分接触的也是STC89C52这类简单实用的单片机芯片。用STC89C52单片机作为温湿度控制系统的例子也很多，主要是因为用STC89C52作为系统设计的核心可以使制作简单，而且使系统价格低廉，易于操作。本系统设计主要使用STC89C52单片机来系统设计控制进而实现温湿度的检测，显示，上下限报警，

本系统设计中包括单片机最小系统、DHT11传感器模块的温湿度检测、独立键盘及LCD1602液晶显示、蜂咛器报警电路、系统软件编程系统设计等部分的系统设计。本系统设计预期的基本功能是能够准确地检测出场所温度和湿度；LCD1602模块能够准确显示温湿度；温度和湿度超过设定范围时能够报警提醒人们场所的温湿度变化已经不适合场所的温湿度要求。将本系统设计应用到温室之类的场所当中毫无疑问可以更好地满足工农业生产生活的具体温湿度要求。本系统设计可以及时、精确的反映场所的温湿度的变化，能够很好地满足工农业生产生活对温湿度的控制要求。

1.3设计的任务

本系统所要完成的任务是：

1.LCD1602能够实时、准确的显示STC89C52采样温度值和湿度值。

2.DHT11采集温度及湿度值，STC89C52能够将DHT11输送过来的采集信息，准确的判断标准值与设定值之间的差异，及时的启动报警装置（蜂咛器）进行报警，告诉工作人员应该采取相对的方案。

1.4设计工作原理

主控电路芯片选择STC89C52单片机，STC89C52单片机的优点很多，例如执行指令的速度很快，对工作环境的要求比较低；温湿度传感器模块我选择了DHT11数字温湿度传感器，DTH11传感器能同时检测温湿度的变化，比以前单纯分别使用DS12B20检测温度，使用湿度传感器检测湿度更加方便简单。根据电路原理连

接好外围电路。通过DHT11传感器准确地检测出当前场所下的温湿度，并且将所测数据信号传递给STC89C52单片机进行分析和处理。STC89C52单片机再将所得数据发送给LCD1602液晶屏，LCD1602成功完成显示。报警模块采用蜂咛器报警方式。系统设计软件编辑中分别预先设置好所需温度和湿度的限值（一个上限一个下限）。通过温度和湿度的上下限值控制蜂咛器报警。若温湿度逾越限值，则烁蜂咛器报警，提醒工作人员此时温度湿度数据已经出现异常、需及时调整来实现场所温湿度变化，从而实现了对温湿度简单控制。整体上来说，本系统设计主要涉及了温湿度的测量以及实现对温湿度的简单控制。硬件方面有四个模块，即传感器模块、STC89C52单片机主控模块、LCD1602液晶显示模块以及蜂咛器报警模块。在硬件方面，制作也相对简便。

第2章系统总体方案系统设计

2.1系统设计分析

设计一个温湿度测量显示电路系统，首先应该有温湿度数据收集的装置，即为温湿度传感器，本实验采用集成数字传感器DHT11,它将采集来的温湿度信号转换为电路中不同形式的电信号；电信号不能直接反映温度和湿度的大小，这时就需要一个控制器件，来把我们测量的电信号处理成我们所熟悉的温度、湿度数值；当信号处理完后，我们应该在显示模块上显示出来。经过分析，系统的结构框图如图2.1

图2-1

2.2系统主要模块的选择与论证

2.2.1温湿度检测模块的选择与论证

方案一：选用DS18B20温度传感器和HS1101湿度传感器。

DS18B20是一线式数字温度传感器，具有独特的单线式接口方式，测量温度范围在-55℃—125℃，-10℃—85℃，误差为±0.5%。最高精度可达0.0625℃。HS1101是电容式湿度传感器，可测相对湿度范围在0%—100%RH，误差为±2%RH。

方案二：选用DHT11作为温湿度检测模块。DHT11是一款数字输出的复合传感器，包含一个电阻式干事元件和NTC式温度检测元件，可测20—90%RH湿度，误差为±5%RH，0—50℃，误差范围±2℃。

上述分析，方案一虽然精度更精确。却稍显复杂。方案二虽然DHT11传感器没怎么使用过，但由于本设计所测试的是一般的环境温度和湿度，选取方案二的DHT11温湿度传感器已经能够满足设计的要求，并且，DHT11复合了温湿度传感器，且价格便宜，而且更加简单，更加容易实现，也更加稳定可靠。所以我选择方案二。

2.2.2单片机控制模块的选择与论证

方案一：采用传统的STC89S52单片机作为主控芯片。此芯片价格便宜、操作简便，低功耗，比较经济实惠。

方案二：采用TI公司生产的MSP430F149系列单片机作为主控芯片。此单片机是一款高性能的低功耗的16位单片机，具有非常强大的功能，且内置高速12位ADC。但其价格比较昂贵，而且是TPFQ贴片封装，不利于焊接，需要PCB 制板，大大增加了成本和开发周期。

考虑到此系统需要不用到ADC，从性能和价格上综合考虑我们选择方案一，即用STC89S52作为本系统的主控芯片。

2.2.3显示模块的选择与论证

方案一：采用12864液晶显示屏。12864液晶显示模块自身内置8192个中文汉字、128个字符及64X256点阵显示RAM。可以显示汉字以及图案。

方案二：选择使用LCD1602液晶显示屏。LCD1602能够显示16列2行,但是只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，不能显示汉字。由于LCD1602寄存器不止32个，所以软件编写可以使字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果比较简单。

经过上述分析，在编程使用方面，12864液晶显示屏和LCD1602难度差不多，虽然12864液晶屏可以显示更多的字符，汉字，乃至图案，有更多LCD1602不具备的功能。但是LCD1602液晶屏也能实现系统设计的要求，而且LCD1602价格比较便宜一点点，我们接触的比较多。综上所述，显示器模块选择方案二的LCD1602。

2.3总体系统设计框图

按照温湿度控制系统功能的具体设计要求，在保证实现其功能的基础上，尽可能降低制作成本和提高系统设计的稳定性和准确性，该系统设计方案总体上围绕上述思想，最终确定系统的方案如图2-2所示。

图2-2

从图2-2中可以看出，系统STC89C52单片机处理模块、LCD1602液晶显示

模块、DHT11传感器模块和蜂咛器报警模块组成。在方案系统设计中，我们应始终遵循简洁至上的原则，因此我将所有的外围模块与STC89C52模块接口全部采用串行方式。本系统设计以STC89C52单片机为控制核心，实现温湿度采集及显示的基本功能。在系统设计系统时，为了更好地采用模块化系统设计法，分步的系统设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为DHT11传感器部分、STC89C52单片机控制部分、LCD1602液晶显示部分和实现蜂咛器报警部分。

第3章系统硬件系统设计

3.1概述

本次的毕业系统设计主要由4个模块构成，分别是STC89C52单片机主控模块、DHT11传感器模块、LCD1602液晶显示模块及报警模块。其中STC89C52单片机主控模块是本系统设计的核心模块，核心模块主要是指STC89C52芯片，它控制整个系统的运行，利用STC89C52单片机各个口分别控制其它模块，使DHT11传感器，LCD1602液晶显示器，蜂咛器形成一个稳定运行的系统，进而满足本系统设计的功能需要；报警模块主要是指将蜂咛器接入单片机电路。通过对任何时间温湿度的检测，并由软件编写给蜂咛器报警所需要的温湿度区间，即给定蜂咛器报警上下限值，实现越限报警；DHT11传感器模块主要用于场所的温湿度的检测、由于DHT11集成了模数转换等模块，所以DHT11模块直接接STC89C52单片机即可。LCD1602液晶显示模块同样直接接入STC89C52单片机即可，LCD1602主要的功能就是完成对单片机处理后的数据进行显示。

3.2控制模块

CPU是STC公司的8051系列单片机STC89C52。

时钟电路由一个频率为11.0592MHz的晶振和两个22pF的电容组成。

复位电路由一个10uF的电容和一个10k的电阻组成。

3.2.1 STC89C52单片机简介

（1）概述

STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的ST89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，ST89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

（2）主要功能特性

◆兼容MCS51指令系统

◆ 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM

◆32个双向I/O口 256x8bit内部RAM

◆3个16位可编程定时/计数器中断 ? 时钟频率0-24MHz

◆2个串行中断

◆可编程UART串行通道

◆2个外部中断源

◆共8个中断源

◆2个读写中断口线

◆3级加密位

◆低功耗空闲和掉电模式

◆软件设置睡眠和唤醒功能

（3）8051单片机的引脚功能

MCS-51系列单片机一般采用40个引脚，双列直插式封装，用HMOS工艺制造，其外部引脚排列如图3.1所示。其中，各引脚的功能为：

(a) DIP引脚图 (b) 逻辑符

号

图3.1 8051单片机外部引脚排列

○1主电源引脚

Vcc（40脚）：接＋5V电源正端

Vss（20脚）：接＋5V电源地端

一般Vcc和Vss间应接高频去耦电容和低频滤波电容。

○2外接晶体或外部振荡器引脚

XTAL1（19脚）：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器OSC。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。

XTAL2（18脚）：接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输出端和内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器的输出端。○3控制信号线

RST/VPD（9脚）：复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端ALE/ （30脚）：地址锁存允许/编程脉冲输入。用ALE锁存从P0口输出的低8位地址；在对片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入。

（29脚）：外部程序存储器读选通信号，低电平有效。

/VPP（31脚）：访问外部存储器允许/编程电压输入。EA为高电平时，访问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。对片内EPROM编程时，此脚接21V编程电

压。

○4多功能I/O口引脚

8051单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O口线都可以独立地用作输入或输出口，其中：

P0口（32～39脚）——双向口（三态），可作为输入/输出口，可驱动8个LSTTL 门电路。实际应用中常作为分时使用的地址/数据总线口，对外部程序或数据存储器寻址时低8位地址与数据总线分时使用P0口：先送低8位地址信号到P0口，由地址锁存信号ALE的下降沿将地址信号锁存到地址锁存器后，再作为数据总线的口线对数据进行输入或输出。

P1口（1～8脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。用作输入线时，口锁存器必须由单片机先写入“1”，每一位都可编程为输入或输出线。 P2口（21～28）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。可作为输入/输出口，实际应用中一般作为地址总线的高8位，与P0口一起组成16位地址总线，用于对外部存储器的接口电路进行寻址。

P3口（10～17脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。双功能口，作为第一功能使用时，与P1口一样；作为第二功能使用时，每一位都有特定用途，其特殊用途如表3.1所示：

表3.1 P3口特殊功能

3.2.2单片机主控电路设计

单片机主控电路原理图如图3.2所示

图3.2 单片机主控电路

单片机主控模块包括了振荡电路、复位电路，同时接入了下载接口，方便下载程序，保证了整个系统的灵活性。

单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每个模块只实现特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系统设计的复杂性。其中下图为电源开关部分