基于单片机的湿度计设计

目录

0 前言0

1 总体方案设计1 2硬件电路设计2单片机系统2本次设计采用STC89C52单片机作为核心，

2 DHT11湿度传感器系统4

3 软件设计6

晶振电路7复位电路7数字显示电路8报警电路8湿度采集电路9

4 调试分析9

5 结论及进一步设想10参考文献10课设体会11附录1 电路原理图12附录2 程序清单13

基于单片机的湿度计设计

杨少书沈阳航空航天大学自动化学院

摘要：本文设计了一种基于单片机控制的数字式湿度计，主要由湿度检测部分、单片机数据采集处理部分、显示部分和报警电路组成。硬件以STC89C52单片机为核心，外接晶振、复位电路、电源、DHT11湿度传感器、LED显示电路组成。本设计利用DHT11湿度传感器能耗低、响应速度快、稳定性强、可靠性高、抗干扰能

力强、信号传输距离长、可随时掌握周围环境温度等优点，可以检测周围环境湿度，并且与人体适宜湿度相比较，若超出人体适宜湿度范围则会发出警报。

关键词：单片机；DHT11湿度传感器；湿度检测

0 前言

1.设计背景：湿度是基本的环境参数，人们生活与湿度息息相关。在日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域，经常需要对环境湿度进行测量和控制。准确测量湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。因此，研究湿度的测量方法和装置具有重要的意义。随着科技的不断发展，单片机技术已经普及到我们的工作、生活、科研等各个领域。已经成为一种比较成熟的技术。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便等优点，目前已经渗透到我们工作和生活的方方面面。本设计介绍了一种以STC89C51为主要控制器件，以DHT11为数字湿度传感器的新型数字湿度计。

2.设计意义：最近几年来，随着科技的飞速发展，单片机领域正在不断的走向社会各个角落，还带动传统控制检测日新月异更新。在实时运作和自动控制的单片机应用到系统中，单片机如今是作为一个核心部件来使用，仅掌握单片机方面知识是不够的，还应根据其具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。现代社会越来越多的场所会涉及到温度与湿度并将其显示。由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，例如：冬天温度为18至25℃，湿度为30%至80%；夏天温度为23至28℃，湿度为30%至60%。在此范围内感到舒适的人占95%以上。在装有空调的室内，室温为19至24℃，湿度为40%至50%时，人会感到最舒适。如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响，最适宜的室温度应是工作效率高。18℃，湿度应是40%至60%，此时，人的精神状态好，思维最敏捷。所以，本课程设计就是通过单片机驱动LED数码管，数码管显示湿度，通过此设计，可以发现本设计有一定的扩展性，而且可以作为其他有关设计的基础。

3.设计内容：本设计要求设计的湿度计以单片机为核心，通过湿度传感器对环境湿度进行采样处理，单片机对检测到的湿度与人体的适宜湿度值（38%~65%）进行比较，若不在此范围内，则报警。

4.设计要求：

（1）按设计内容制定设计方案，并绘制出系统工作框图；

（2）按设计内容设计湿度计的电路，并与单片机仿真器、单片机实验箱、电源等硬件正确可靠地连接，给出电路原理图；

（3）用仿真器及单片机实验箱进行程序设计与调试；

5.设计特点：本设计采用DHT11湿度传感器，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 的可靠性与长期的稳定性。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储存在OTP 内存中，传感器内部在检测信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。同时还具有体积小、功耗低，信号传输距离长等优点。 1 总体方案设计

针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次设计用湿度传感器进行湿度的测量，转化了的湿度信号由传感器得到数字信号。本次设计采用STC89C52单片机作为主机，DHT11湿度传感器作为从机，当要开始测量时，从主机发出信号给从机，此时从机DHT11湿度传感器开始测量周围环境的湿度，并将湿度信号转换为数字信号发送给主机，再由主机发送信号给数码管显示测量湿度。

该湿度计的设计，在总体上大致可分为以下几个部分组成：1湿度检测部分；2晶振部分；3复位电路部分；4 LED 显示电路部分。系统原理框图如图1所示。

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图1 系统原理框图

整个电路的工作原理是：整个湿度检测系统以STC89C52单片机为核心，对整个测试系统进行控制，包括湿度的测量、数据的处理、湿度的显示、声音报警等。

湿度传感器DHT11将测量到的湿度进行数据处理经由单片机发送给LED显示输出。当湿度计开始工作时，单片机对所检测到的湿度与人体的适宜湿度值（38%～65%）进行比较，若低于38%或高于65%，则报警。单片机由外接12MHz标准晶振提供时钟电路。

湿度传感器的非电量(湿度)到电量(电压)是非线性的关系，故考虑先将湿度传感器输出的电压信号用A/D转换采样到CPU，CPU再对采样所得的数字信号进行查表计算处理，得到相应的数字量，再将数字量由D/A转换成电压信号输出，最后只要根据输出的电压值即可得出湿度。因DHT11湿度传感器的校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的过程中直接调用这些校准系数，所以不用经过A/D转换，更加简易快捷。

根据设计要求，设计前分别采用了电容式相对湿度传感器HS1101的方案一和采用湿度传感器DHT11的方案二，其中方案一的优点是HS1101传感器具有适应电压范围广、支持多点组网功能、测温范围广等特点。方案二的优点是DHT11传感器具有稳定性高、能耗低、传输距离长、抗干扰能力强、相应速度快、性价比高等特点。综合各方面的因素，DHT11传感器可靠性更高，连接更加方便，调用数据更加简洁，所以本次设计采用了方案二。

2硬件电路设计

单片机系统

本次设计采用STC89C52单片机作为核心，对整个测试系统进行控制。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工。另外STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

STC89C52参数如下：

1. 增强型8051单片机，6 时钟/和12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.[2]

2. 工作电压：～（5V单片机）/～（3V 单片机）