温湿度检测系统

DH11数字温湿度测量系统设计

1.1.1项目背景介绍

随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，本文参考了一种基于单片机并采用数字化单总线技术的温度测控系统应用于仓库车间的的设计方案，根据实用者提出的问题进行了改进，提出了一种新的设计方案,在单总线上传输数字信号。即采用DHT11温湿度传感器解决传输模拟量误差大的问题，以及采用高技术的无线收发模块来代替之前大量的电缆，具有更好的经济与实用价值。

1.1.1功能要求

采用8051单片机和DHT11传感器设计一个数字温-湿度测量系统，温湿度测量范围为-20~100℃相对湿度测量范围为0~100%，采用LED数码管显示器，同时二极管作为工作正常指示灯和出错指示灯。

1.1.2 硬件电路设计

图1.1温湿度检测原理示意图

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。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。

技术参数

供电电压： 3.3~5.5V DC

输出：单总线数字信号

测量范围：湿度20-90%RH，温度0~50℃

测量精度：湿度+-5%RH，温度+-2℃

分辨率：湿度1%RH，温度1℃

互换性：可完全互换，

长期稳定性：<±1%RH/年

图1.2DH11通讯过程

图1.3部分硬件

1.1.3上位机界面：

上位机可方便地实现与单片机之间进行信息传递交互，能够更加容易对执行机构进行控制，实现操作可视化，更加直观，保存重要数据等功能。我们利用Visual Basic6.0(以下简称VB)来编制上位机，VB是一种功能强大、简单易学的程序设计语言。

界面是软件和用户交互最直接的层，界面的好坏决定了用户对软件的第一印象，目前流行的界面风格有三种：单窗体、多窗体一届资源管理器风格，无论是哪种风格以下规则是应该被重视的。

易用性，规范性，合理性，美观和协调性，独特性，快捷性，安全性，多窗口的应用与系统资源。

1.登录界面设计

图1.4温湿度检测系统登录界面设计

窗体代码如下：

Private Sub Form_Load()

Dim I As String

Me.Top = 2500

Me.Left = 5000

Me.Width = 10000

Me.Height = 6500

Me.AutoRedraw = True

End Sub

Private Sub Form_Resize()

Me.PaintPicture Me.Picture, 0, 0, ScaleWidth, ScaleHeight

End Sub

Private Sub Command1_Click()

If Combo1.Text = "zzh" And Text2 = "zzh123" Then

frmMain.Show

ElseIf Combo1.Text = "zzh3" And Text2 < "zzh123" Or Text2 > "zzh123" Then MsgBox "密码有误或该用户名不存在", vbOKCancel, "提醒！"

Text2 = ""

End If

End Sub

Private Sub Command2_Click()

Form1.Hide

Unload Form1

End Sub

2.登录界面运行如下图所示：

图1.5正常登录界面

登录成功后自动跳转到温湿度显示数据监控界面。

1.1.4主要上位机子界面及对应代码程序介绍

一.温湿度数据监控界面设计

监控界面设计思路：

（1）温度湿度实时数据要随时间一起动态显示在文本框中。这样可以及时查看当前温湿度值。

（2）仓库车间内温度变化较湿度变化范围大因此对温度数据应绘制出曲线图以方便了解温度变化趋势并可在需要时利用原始曲线做进一步分析。（3）同时能将你温湿度值保存下来以便查询，所以设置一个日志管理按钮，通过该按钮切换到日志记录界面查看数据列表。

（4）通讯状态的正常与否关系到数据传输的有效性，因此观测数据的同时需要对照通讯状态，本设计中通信端口设置为1，波特率设置为9600，在数据传输要保证通讯正常，所以设置系统状态显示文本框，只有文本框显示通讯正常，所观测到的数据才有效。

（5）接收采样数据需要以一定频率进行来，所以在界面中设置时钟控件。

图1.6温湿度数据监控界面

监控界面显示当前时刻、相对湿度值和摄氏温度值，温、湿度利用DH11模块检测数据并通过单片机I/O口输送到上位机VB的MSComm控件接收。1．MSComm控件介绍：

MSComm控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能，每个MSComm控件对应于一个串行端口。

MSComm控件的主要属性及说明如下。在工具栏中找到“工程”选项里的——“部件”，选中Microsoft Comm control6.0，“确定”完成MSComm控件的添加。然后从左边控件工具箱里往窗体添加MSComm控件就可以了，本设计中因为有温度、湿度两组数据需要通信所以添加两个MSComm控件，分别命名为tempMSComm和humiMSComm。

图1.7添加MSComm控件

点击按钮通过MSComm控件接收下位机数据的程序代码如下：

Private Sub cmdReceive_Click()

If binReceiveflag Then

frmMain.cmdReceive.Caption = "开始接收"

Else

If Not frmMain.tempMSComm.PortOpen Or frmMain.humiMSComm.PortOpen Then

frmMain.tempMSComm.PortOpen = True

frmMain.humiMSComm.PortOpen = True '打开串行口

End If

frmMain.tempMSComm.InputLen = 0

frmMain.tempMSComm.InputMode = 0

frmMain.tempMSComm.InBufferCount = 0

frmMain.tempMSComm.RThreshold = 1

frmMain.humiMSComm.InputLen = 0

frmMain. humiMSComm.InputMode = 0

frmMainhumiMSComm.InBufferCount = 0

frmMain. humiMSComm.RThreshold = 1

frmMain.cmdReceive.Caption = "停止接收"

End If

binReceiveflag = Not binReceiveflag

2.接收读取数据程序代码

Private Sub Timer1_Timer()

Dim a As Integer

Dim str1 As String

Static x As Long

Static y As Long

Dim y1 As Integer

Text1.Text = ""

Text2.Text = ""

a = 0

Text4.Text = Time$()

If tempMSComm.InBufferCount > 0 And humiMSComm.InBufferCount > 0 Then '程序检查输入缓冲区中是否有数据，若有数据

a = tempMSComm.Input

b = humiMSComm.Input

End If

If a > 155 Then

t0 = a \ 100

t1 = t0 \ 10

a = t0 + t1 - 1

Else

a = a

End If

If b > 155 Then

h0 = b \ 100

h1 = h0 \ 10

b = h0 + h1 - 1

b = b

End If

Text1.Text = Str(a) + "°C" '则将此数据读取后，指定给文本框的Text 属性

Text2.Text = Str(b) + "%"

y1 = Picture1.ScaleHeight / 2 - (a * Picture1.ScaleHeight) / 200

Picture1.Line (x, y)-(x + ((Picture1.ScaleWidth - 600 - Picture1.ScaleLeft)) / 60, y1) x = x + (Picture1.ScaleWidth - 600 - Picture1.ScaleLeft) / 60

If x >= Picture1.ScaleWidth Then

SavePicture Picture1.Image, "c:\temp.bmp" '保存图画，可以根据实际需要命名图片

x = Picture1.ScaleLeft + 300

Picture1.Cls '清屏重画

3.温度曲线图

图1.2温湿度数据监控界面中右边Fram显示的是温度数据曲线图，出于分析预测温度数据变化趋势的需要，我们在实时显示数据时还应反映历史数据曲线。

数据曲线图绘制的程序如下：

Picture1.ScaleMode = 1 '以VB的基本单位作为建立坐标轴以及绘制图形的单位;

Picture1.Refresh

Picture1.CurrentX = Picture1.ScaleWidth - 100

Picture1.CurrentY = Picture1.ScaleHeight / 2 - 30

Picture1.Print "T"

Picture1.CurrentX = Picture1.ScaleLeft + 20

Picture1.CurrentY = Picture1.ScaleTop + 20

Picture1.Print "C"

'***************************************************************

'画纵坐标

'***************************************************************

For I = Picture1.ScaleLeft + 300 To Picture1.ScaleWidth -300 Step (Picture1.ScaleWidth - Picture1.ScaleLeft - 600) / 6

Picture1.CurrentX = I

Picture1.Line (I, Picture1.ScaleTop)-(I, Picture1.ScaleHeight - 300)

Picture1.CurrentX = I - 100

CurrentY = Picture1.ScaleHeight - 300

Picture1.Print (I * 60) \ (Picture1.ScaleWidth - Picture1.ScaleLeft - 600) - 2

Next I

'***************************************************************

'画上半平面的横坐标

'***************************************************************

For j = Picture1.ScaleTop To Picture1.ScaleHeight / 2 Step ((Picture1.ScaleHeight / 2 -Picture1.ScaleTop) / 10)

Picture1.CurrentY = j

Picture1.Line (Picture1.ScaleLeft + 300, j)-(Picture1.ScaleWidth - 300, j)

Picture1.CurrentX = Picture1.ScaleLeft + 80

Picture1.CurrentY = j

Picture1.Print ((Picture1.ScaleHeight / 2 - j) * 200) \ (Picture1.ScaleHeight)

Next j

'****************************************************************

'画下半平面的横坐标

'****************************************************************

For k = Picture1.ScaleHeight / 2 To Picture1.ScaleHeight Step ((Picture1.ScaleHeight -Picture1.ScaleHeight / 2) / 10)

Picture1.CurrentY = k

Picture1.Line (Picture1.ScaleLeft + 300, k)-(Picture1.ScaleWidth - 300, k)

Picture1.CurrentX = Picture1.ScaleLeft + 80

Picture1.CurrentY = k

Picture1.Print -((k - Picture1.ScaleHeight / 2) * 200) \ (Picture1.ScaleHeight)

Next k

End Sub

'绘制坐标系

'********************************************************************* Picture1.ScaleMode = 1 '以VB的基本单位作为建立坐标轴以及绘制图形的单位; Picture1.Refresh

Picture1.CurrentX = Picture1.ScaleWidth - 100

Picture1.CurrentY = Picture1.ScaleHeight / 2 - 30

Picture1.Print "T"

Picture1.CurrentX = Picture1.ScaleLeft + 20

Picture1.CurrentY = Picture1.ScaleTop + 20

Picture1.Print "C"

'***************************************************************

'画纵坐标

'***************************************************************

For I = Picture1.ScaleLeft + 300 To Picture1.ScaleWidth -300 Step (Picture1.ScaleWidth - Picture1.ScaleLeft - 600) / 6

Picture1.CurrentX = I

Picture1.Line (I, Picture1.ScaleTop)-(I, Picture1.ScaleHeight - 300)

Picture1.CurrentX = I - 100

CurrentY = Picture1.ScaleHeight - 300

Picture1.Print (I * 60) \ (Picture1.ScaleWidth - Picture1.ScaleLeft - 600) - 2

Next I

'***************************************************************

'画上半平面的横坐标

'***************************************************************

For j = Picture1.ScaleTop To Picture1.ScaleHeight / 2 Step ((Picture1.ScaleHeight / 2 -Picture1.ScaleTop) / 10)

Picture1.CurrentY = j

Picture1.Line (Picture1.ScaleLeft + 300, j)-(Picture1.ScaleWidth - 300, j)

Picture1.CurrentX = Picture1.ScaleLeft + 80

Picture1.CurrentY = j

Picture1.Print ((Picture1.ScaleHeight / 2 - j) * 200) \ (Picture1.ScaleHeight)

Next j

'****************************************************************

'画下半平面的横坐标

'****************************************************************

For k = Picture1.ScaleHeight / 2 To Picture1.ScaleHeight Step ((Picture1.ScaleHeight -Picture1.ScaleHeight / 2) / 10)

Picture1.CurrentY = k

Picture1.Line (Picture1.ScaleLeft + 300, k)-(Picture1.ScaleWidth - 300, k)

Picture1.CurrentX = Picture1.ScaleLeft + 80

Picture1.CurrentY = k

Picture1.Print -((k - Picture1.ScaleHeight / 2) * 200) \ (Picture1.ScaleHeight)

Next k

End If

'**************************************************************

'日志管理

'*************************************************************** Private Sub Cmdrecord_Click()

frmLog1.Show

frmlog2.Show

End Sub

4.温度湿度日志记录界面

如前所述，要了解温湿度数据完整变化过程需要对原始数据进行保存并以列表的形式记录。系统运行时从图1.3界面点击“日志管理“按钮即可进入到温湿度日志界面”

首先来看温湿度日志记录界面的设计：

图1.8温度日志记录上位机界面程序代码如下：

Dim no As Integer

Private Sub Command2_Click()

no = List1.ListIndex

List1.RemoveItem no

End Sub

Private Sub Command3_Click()

frmLog1.Hide

Unload frmLog1

End Sub

Private Sub Command4_Click()

frmMain.Timer1.Enabled = False

List1.Clear

Open "temp.txt" For Input As #1

Do While Not EOF(1)

Line Input #1, inputdata

List1.AddItem inputdata

Loop

Close #1

frmMain.Timer1.Enabled = True

End Sub

图1.9湿度日志记录界面程序代码如下：

Dim no As Integer

Private Sub Command3_Click()

no = List1.ListIndex

List1.RemoveItem no

End Sub

Private Sub Command2_Click()

frmlog2.Hide

Unload frmlog2

End Sub

Private Sub Command1_Click()

frmMain.Timer1.Enabled = False

List1.Clear

Open "humi.txt" For Input As #2

Do While Not EOF(2)

Line Input #2, inputdata

List1.AddItem inputdata

Loop

Close #2

frmMain.Timer1.Enabled = True

End Sub

系统正常运行时的温湿度日志管理界面状态

图1.10日志管理界面运行图

1.1.5下位机KEIL语言程序

由于时间紧迫DH11模块尚未来得及接通硬件电路，以下的KEIL程序语言实际上

是利用18b20测温模块测量温度的程序，供参考。

以下是下位机Keil程序语言：

#include

#include

#include

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit DQ = P1^0; //温度传送数据IO口

sbit RS=p1^1; //湿度传送数据IO口

uchar temp_value; //温度值

uchar TempBuffer[5];

uchar humi_value;

uchar HumiBuffer[7]

/***********1602液晶显示部分子程序****************/

// ********************Port Definitions**************************************

sbit LcdRs= P2^5;

sbit LcdRw= P2^6;

sbit LcdEn = P2^7;

sfr DBPort = 0x80;//P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口unsigned char LCD_Wait(void)

{

LcdRs=0;

LcdRw=1;_nop_();

LcdEn=1;_nop_();

LcdEn=0;

return DBPort;

}

//向LCD写入命令或数据

************************************************************

#define LCD_COMMAND0 // Command

#define LCD_DATA 1 // Data

#define LCD_CLEAR_SCREEN0x01 // 清屏

#define LCD_HOMING 0x02 // 光标返回原点

void LCD_Write(bit style, unsigned char input)

{

LcdEn=0;

LcdRs=style;

LcdRw=0;_nop_();

DBPort=input;_nop_();//注意顺序

LcdEn=1;_nop_();//注意顺序

LcdEn=0;_nop_();

LCD_Wait();

}

// *******************设置显示模************************************** #define LCD_SHOW0x04 //显示开

#define LCD_HIDE0x00 //显示关

#define LCD_CURSOR0x02 //显示光标

#define LCD_NO_CURSOR0x00 //无光标

#define LCD_FLASH0x01 //光标闪动

#define LCD_NO_FLASH0x00 //光标不闪动

void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)

{

LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode);

}

//**************设置输入模式*************************************** #define LCD_AC_UP0x02

#define LCD_AC_DOWN0x00 // default

#define LCD_MOVE0x01 // 画面可平移

#define LCD_NO_MOVE0x00 //default

void LCD_SetInput(unsigned char InputMode)

{

LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x04|InputMode);

}

//初始化LCD************************************************************

void LCD_Initial()

{

LcdEn=0;

LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); //8位数据端口,2行显示,5*7点阵

LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);

LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); //开启显示, 无光标

LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); //清屏

LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE); //AC递增, 画面不动

}

//液晶字符输入的位置************************

void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y)

{

if(y==0)

LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x);

if(y==1)

LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40));

}

//将字符输出到液晶显示

void Print(unsigned char *str)

{

while(*str!='\0')

{

LCD_Write(LCD_DATA,*str);

str++;

}

}

/***********ds18b20子程序*************************/

/***********ds18b20延迟子函数（晶振12MHz ）*******/

void delay_18B20(unsigned int i)

{

while(i--);

}

/**********ds18b20初始化函数**********************/

void Init_DS18B20(void)

{

unsigned char x=0;

DQ = 1; //DQ复位

delay_18B20(8); //稍做延时

DQ = 0; //单片机将DQ拉低

delay_18B20(80); //精确延时大于480us

DQ = 1; //拉高总线

delay_18B20(14);

x=DQ; //稍做延时后如果x=0则初始化成功x=1则初始化失败

delay_18B20(20);

}

/***********ds18b20读一个字节**************/

unsigned char ReadOneChar(void)

{

uchar i=0;

uchar dat = 0;

for (i=8;i>0;i--)

{

DQ = 0; // 给脉冲信号

dat>>=1;

DQ = 1; // 给脉冲信号

if(DQ)

dat|=0x80;

delay_18B20(4);

}

return(dat);

}

/*************dh写一个字节****************/

void WriteOneChar(uchar dat)

{

unsigned char i=0;

for (i=8; i>0; i--)

{

DQ = 0;

Rs=0;

DQ = dat&0x01;

RS= dat&0x01;

delay_dh11(5);

DQ = 1;

dat>>=1;

}

}