数字温湿计

仲恺农业工程学院机电工程学院2012-2013学年
学生科技竞赛作品说明书
参赛项目：电子设计竞赛
作品名称：电子温湿计
团队名称：大叔MUKI
团队负责人：XXX
团队成员：XXX XXX XXX XXX
联系电话：X
电子邮箱：tamayura@
提交日期：2013年4月13日
作品简介：以STC89C52作为数字控制单元，与DHT11温湿传感器建立单工通信，获取环境的空气湿度与温度信息，利用单片机P0端口的A/D转换功能和光敏电阻以及简单的放大电路对环境的亮度进行采样。

采用动态扫描的方式将温度，湿度，预报，工作状态等信息在8×8LED点阵上显示。

特点：本团队独创的洞洞板三棱柱连接方式，美观而且省材料。

显示温湿度之外，还加入天气预报功能，贴近生活，适应广州的多变气候。

设计思路
[1]布线：由于本设计的电路并不复杂，所以选择在洞洞板上用单股铜线布线。

为了节省空间，并且练习锡焊技术，经过设计者与制作者的讨论，决定把3块相同规格（50mm×70mm）的洞洞板焊接成一个三菱柱形状，美观起见，元件向外，线路向内。

如下图所示：
[2]电路：整个系统由5个模块组成，分别是单片机最小系统(右图)，锂电池供电及充电模块（中图），DHT11传感器模块，光敏电阻的模数转换模块（左图），LED显示模块。

[3]温湿传感器：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与卓越
的长期稳定性。

传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，产品为四针单排引脚封装，引脚分别为电源正，数据总线，悬空，电源地。

性能参数如下：
DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式。

即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。

其数据包由5Byte（共40Bit）组成。

一次通讯时间最大3ms,数据分小数部分和整数部分，顺序是：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和
通信时序如下：
主机发送请求
‘1’的表示方法（时序）
‘0’的表示方法（时序）
我们设计的读取温湿度数据子程序如下，调用时要用到”LCALL”指令，其中DIO已经声明，为数据总线引脚,而DelayM是延迟子程序。

ORG 0600H
; MOV A,#00H
; MOV R2,#00H
DT11_RD: CLR DIO
MOV R_DelayM,#20H ;发送通信请求
LCALL DelayM
SETB DIO
Wait_L: JB DIO,Wait_L ;等待响应
Wait_H: JNB DIO,Wait_H
Wait_L2: JB DIO,Wait_L2
Wait_H2: JNB DIO,Wait_H2
;
MOV R2,#00H ;读取湿度整数部分
MOV A,#00H
LCALL RD_1
MOV 08H,A ;保存到08H地址
;
MOV A,#00H ;读取湿度小数部分，但不保存
MOV R2,#00H
LCALL RD_1
;
MOV R2,#00H ;读取温度整数部分
MOV A,#00H
LCALL RD_1
MOV 09H,A ;保存到09H地址
RET
;
RD_1: MOV R1,#00H
RD_2: INC R1
JB DIO,RD_2
MOV R0,A
MOV A,#20
SUBB A,R1
RD_3: JNB DIO,RD_3
MOV A,R0
RL A
MOV 0E0H,C
INC R2
CJNE R2,#08H,RD_1
RET
;
子程序返回时把湿度和温度的值存放在08H和09H的地址中（即第二组工作寄存器的R0和R1）。

[4]关于显示：如果用数码管显示数字，数字会显示得更加清楚，需要的端口更少，编程也相对简单，如果使用译码器，电路的走线将会更简洁，但是数码管只能显示数字所以传递的信息量有限，因此我们选择用LED点阵，并且采用动态扫描的方式显示，使用单片机的P1和P2的I/O端口作为LED的电源。

因为I/O端口的电流本身有限制，所以并不需要限流电阻，电路简洁，锡焊难度不大。

为了显示出图案，在程序中先做好数字的字模和几个图案，比如说数字“2”用如下方法保存在ROM中，需要显示时由程序读取。

D B01100000B
D B10010000B
D B10010000B
D B00010000B
D B00100000B
D B11000000B
D B10000000B
D B11110000B
而摄氏温度符号的图案用如下方法保存在ROM中，
D B11001110B
D B11010001B
D B00100000B
D B00100000B
D B00100000B
D B00010001B
D B00001110B
由于显示两位数字时需要将两个字模组合，与显示图案不同，所以两个显示子程序是不同的，在程序段中，“ORDERA”和“ORDERN”子程序是为了调整端口与LED布线顺序而设置的，是对线路分布进行软件调整，如果不使用该子程序，则需要在布线时调整顺序，线路会显得杂论无章，所以这是必要的。

由于程序段比较复杂，在说明书中就不详细说明了，如果有需要，请阅读与说明书一起提交的.asm文件
同样地，在需要时用LCALL指令调用，并且每一次调用扫描一次，因此如果要进行显示就需要反复调用，并且通过控制调用次数来调整显示得时间，而刷新的频率则是在上述程序中调整，以上显示程序的刷新率是150HZ（用示波器测得）。

[5]电源与充电模块：采用旧手机电池作为电源不但做到废物利用还可以使得温湿计可移动（但必须充电）。

充电孔选择的是3.5mm的DC电源插座，插座共有3引脚，分别是电源正，电源地以及开关（机械式的触点）。

当没有插上电源线时开关引脚与电源地短路当接上充电线时该引脚悬空（断路）。

该引脚与P3.4端口相连。

为了查询供电方式，在主程序的每一次循环，向端口发送一个高电平的信号，稍作延迟后再检查端口状态，如果使用电池供电，则得到的是低电平，如果充电线以插上，则得到的是高电平（因为引脚属于悬空状态，端口由单片机控制）。

在电池供电状态下，显示电池图案，在充电状态下，显示充电提示。

为了避免在供电模式转换的过程中电压突变，并联了一个电容器。

子程序请看附件，由于比较简单，这里没有说明的必要。

[6]光敏电阻检测环境亮度：这是一个简单的放大电路及分压电路，光敏电阻接在NPN型三极管的基极，再串联一个限流电阻，3只电阻串联在集电极。

当环境光照低时电阻值大，电流极小，属于截止状态，分压电阻分压得到的是高电平，当环境光照大时，电流增大，三极管在放大区工作，靠近集电极的电阻正极是低电平。

这些分压的电平信号由单片机P0端口检测，由于该测量及采样方式不可靠，所以光照状态只用于天气预报功能的参考。

[7]程序编写：本设计用汇编语言编写，不但贴近硬件层而且执行效率比C语言要高。

又构思到编写再到烧写以及调试都是本团队完成，决不抄袭！程序的系统采用单循环结构，上电复位显示制作人后进入循环。

刷新温湿度数据→显示温湿度→简单算法计算预测天气→显示天气→所有历史数据入盏后出栈去掉最旧的数据，历史队列中保存新数据→充电检测并显示→进入下一次循环。

详情请见asm。

[8]制作方法：
材料
工具
步骤：
1.在实验板上测试DHT11的通信子程序。

2.在3快洞洞板上分别布置好原件并焊接好。

3.把洞洞板裂解成三棱柱。

4.烧写程序并调试。

由于能力不足，整个系统分成3个阶段完成。

在第一阶段(Version_1)，完成温湿度读取以及静态文字显示功能，但只是在实验板上调试。

第二阶段(Version_2)，加入文字的滚动显示功能，充电检测功能，把系统移植到作品上。

第三阶段(Version_3)，加入天气预测功能，并优化部分算法，修复显示错误。

5.作品演示请看提交的视频
总结：在本说明书中，能在网上轻易能搜索到的资料我就不引用了，避免信息冗余。

提交的文件一共有3个：
设计说明书.PDF
电子温湿计演示.wmv
Tamayura_FOR_DHT11_V3.asm
作品简单但是保证原创，在众多优秀的作品面前深知能力不足，而且在设计和实现的过程中遇到很多难题。

但经过不断试验和改进终于解决。

这次制作虽然简单，但是整个作品按照我的想法实现，虽然不值得为之而欢欣，但是这次尝试给我带来一个信息：我们必须有自己的想法，于此同时，还必须具备实现自己想法的能力。