脑膜刺激征室内温湿度检测器的设计与实现

2021年1月31日发(作者：罗湖男科医院)
青岛农业大学

毕

业

论

文（设计）

题




目：


室内温湿度检测器的设计与实现




姓




名：


































学




院：







理学与信息科学学院









专




业：









电子信息工程













班




级：


































学




号：


































指导教师：


































2012
年





6
月




15

日

室内温湿度检测器设计与实现

电子信息工程



指导教师






摘要
：< br>温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工农业生产中最常见最基本的工艺参数。随着< br>人们生活水平的提高，
人们对自己的生存环境越来越关注，
而空气中温湿度的变化与人体 的舒适度和情绪都有直
接的关系，所以对温度、湿度的检测就非常有必要了。本设计中的温湿度检测器与 传统的温湿度计相比，具有读
数方便，测量范围广，测量相对准确等优点，其输出温度采用数字显示，该 设计配用全数字型温湿度传感器
DHT11
，温度测量范围
0
℃
-- 50
℃，湿度测量范围
20%RH
—
95%RH
，可以满足一般需要 。若要求更宽测量范围，
只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。温湿度测量响应时间 快、长期稳定性好。采用先进的
专用微处理器芯片
STC89C52
，可靠性高，抗干 扰能力强。配用
EEPROM
芯片
AT24C04
，使存储的温度上限和湿度上限断电后不丢失。
可以通过四个按键方便地实现温湿度上限的调整。
当温度或湿度超 限后，
报警信号点亮
相应报警灯。

关键词
：
STC89C 52
单片机；温湿度检测器；
LCD
显示

Design and Implementation on Indoor Detector of Humiture
Student majoring in Electronic information engineering


Tutor




Abstract
：
Temperature
and
humidity
is
not
only
having
close
relationship
with
human
production
and
life,
but
also
playing
the
most
common
and
basic
role,
as
process
parameters
,in
industrial
and
agricultural
production .

With
the
improvement
of
people’s
living
standards,
people
increasingly
pay
attention
to
their
own
living
environment.
While
changes in air temperature and humidity made a direct impact on human feelings of comfort and emotion, the detection
of temperature and humidity becomes seriously necessary. The design of temperature and humidity detector in compared
with the traditional, its to be convenient in reading, the temperature measuring range, and its date to be accurate, and so
on.
The
design
shows
outputs
in
a
digital
display.
The
design
with
all-digital
temperature
and
humidity
sensor
DHT11,temperature
measuring
range
is
between
zero
degrees
Celsius
and
five
degrees
Celsius,
humidity
measuring
range is 20%RH to 95%RH,can meet the general needs. If it required expanding the scope of measurement, simply by
changing
the
models
of
temperature
and
humidity
sensor,
to
make
its
hardware
electric
and
the
software
procedure
entirely
compatible.
The
measurement
of
humiture
with
fast
response
time
and
long- term
stability,
used
advanced
special-
purpose
microprocessor
chip
’s
more,
it
has
the
character
of
highly
reliability
and
strongly
anti-jamming ability.
With EEPROM chip AT24C04,it to make the upper and lower storage temperature and humidity in
the upper and lower permanent preservation be saved in the case of power outages.
In addition,
through four pressed
keys
to realize the humiture bound adjustment conveniently,
the
alarm lightens the corresponding newspaper warning
light when the temperature or the humidity over the ultra limit..
Key words
:
STC89C52
Single-chip machine
；
Temperature and humidity detector
；
LCD display

目录

1
绪论
.................................. .................................................. ..............................................
3

1.1
选题的背景及意义

.
....... .................................................. .................................
3

1.2
温湿度检测的发展状况以及存在的问题

.
........ ..............................................
4

1.3
本文的主要内容和结构安排

.
... .................................................. .....................
4

2
主要硬件的对比选择
................................ .................................................. ...................
5

2.1
单片机的选择

.
................... .................................................. .............................
5

2.2
温湿度传感器的选择

.
................ .................................................. ....................
5

2.3
输出显示设备的选择

.
................ .................................................. ....................
6

3
温湿度检测器的硬件设计
.............................. .................................................. .............
6

3.1

单片机电路
.................................................. .................................................. ..
7

3.2

温湿度检测电路
......... .................................................. ...................................
8

3.3

显示电路
......................... .................................................. ...............................
9

3.4

温度上限存储电路
..................... .................................................. .................
1
0
3.5

报警电路
..................................... .................................................. .................
1
0
3.6
供电及程序下载电路

.
................ .................................................. ..................
1
0
4
软件编程
. .................................................. .................................................. ..................
1
0

4.1

软件流程图
.................................... .................................................. ..............
1
0
4.2
主程序的相关内容

.
......................................... ...............................................
1
1
4.2.1
程序的相关定义
............. .................................................. ......................
1
1
4.2.2 main()
函数

.
........................ .................................................. .....................
1
2
5
下载与调试
.................................... .................................................. .............................
1
5

5.1

USB
转串口驱动安装
............... .................................................. ...................
1
5
5.2

下载程序与运行
.................................. .................................................. ........
1
5
总结
................... .................................................. .................................................. ............
1
6

致谢
........... .................................................. .................................................. ....................
1
6

参考文献
. .................................................. .................................................. ......................
1
6

1
绪论

1.1
选题的背景及意义

随着科学技术 的快速发展，人类社会已取得了巨大进步！在居家生活、工农业生产、环保、气
象、国防、科研、航天等 部门，经常需要对环境中的湿度和温度进行测量及控制。传统的方法是用
温度表、毛发湿度表、
双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，
通过人工进行检测，对不符合温度
和湿度要求的场所进 行换气、降温和去湿等工作。
这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的
温度及湿度误差大 ，
随机性相对较大。
随着生产的发展急需一个含有微型计算机或微处理器的测量
仪器， 由于它拥有对数据存储，
运算逻辑判断及自动化的功能，
有着智能作用等优点，一个低成本和具有较高精度的温度湿度检测器将在许多领域代替人工操作，自动不间断检测环境温度和湿度。
目 前市场上普遍存在的温湿度检测仪器大都是单点测量，
而且温湿度信息传递不及时，
精度达不到
要求，不利于控制者根据温度、
湿度变化及时做出决定。
为此，本设计开发了一种能够 同时测量多
点，并实时性高、精度高，通过显示器显示温湿度信息，并能进行温湿度超限报警的测控产品 。

本文设计的是基于单片机的室内温湿度检测与报警系统，
运用温湿度传感器进行温 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，可测试一定 范围室内环境
温湿度的特点。
省去了人工检测的繁琐、
耗时的过程，
随时通过 检测器的显示器进行读数，
既方便，
又快捷。

1.2
温湿度检测的发展状况以及存在的问题

测量温度的方法主要分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。


接触式 测温法的特点是测
温元件直接与被测对象接触，
两者之间进行充分的热交换，
最后达到 热平衡，
这时感温元件的某一
物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。

非接触式测温法是一种比较新式的测量方法，它的
特点是感温元件不与被测对象相接触，
而是通 过辐射进行热交换，
故可以较远距离对被测对象进行
测温，具有较高的测温上限。
[1 ]
湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。
一个看似简单的量值，
深究起来 ，
涉及相当
复杂的物理及化学理论分析和计算。
现代湿度测量方法最主要的有两种：< br>干湿球测量法，
电子式湿
度传感器测量法。

早在
18
世纪人类就发明了干湿球湿度计，干湿球湿度计的准确度取决于干球、湿球两支温度
计本身的精度。湿 度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才能达
到规定的准确度。干湿球 湿度计的准确度只有
5
％一
7
％
RH
。测量过程比较繁琐和 复杂，而且读数
的过程会产生人为的误差。


电子式湿度传感器产品及湿度测量属于
90
年代兴起的行业
,
经过 几十年的发展，国内外在湿
度传感器研发领域取得了长足进步。
湿敏传感器正从简单的湿敏元件 向集成化、
智能化、
多参数检
测的方向迅速发展，
为开发新一代湿度测控系统 创造了有利条件，
也将湿度测量技术提高到新的水
平。
电子式湿度传感器生产厂在产品 出厂前采用标准湿度发生器来逐支标定，
电子式湿度传感器的
准确度可以达到
2
％一
3
％
RH
，精确度较高。
[1]
近年来，
随着智能检测系统的飞速发展，
基于单片机的温湿度检测系统将多传感器系统结合在
一起。如何把多传感器集中于一个检测控制系统，
综合利用来自多传感器的信息，
获得对被测对象
的可靠了解和解释，
以利于系统做出正确的响应、
决策和控制，
是智能检测控 制系统中需要解决的
首要问题。
在温湿度要求严格的场合，
利用多传感技术可以提高系 统的可靠性和精度，
亦可以提高
系统的时间空间的覆盖范围。

1.3
本文的主要内容和结构安排

本文将介绍以单片机为核心的温湿度检测 器来对多点温湿度进行实时巡检。
温湿度检测器包含
的主要部分为控制电路，显示电路，温度和 湿度采集电路，键盘电路，报警电路。要求各检测单元
能独立完成各自功能，
同时能根据控制电 路的指令对温湿度进行不间断采集，
并将采集来的信息通
过显示器清晰的呈现给用户，
如果采集的信息超出了预设范围，
闪烁灯将给出报警示意用户，
以便
使用者根据需要及 时作出决定。

本文结构安排如下：

第
1
章
< br>绪论，介绍了温湿度对人们生活、生产、工作的影响，传统的温湿度测量方法的诸多
缺点，本文设 计的温湿度检测器的目的和意义，以及温湿度检测的发展状况以及存在的问题。

第
2
章

主要硬件的对比选择，介绍了单片机、温湿度传感器、输出 显示设备的不同型号硬件
之间优缺点的对比，通过性能，价格等方面选择本次设计所需硬件。

第
3
章

温湿度检测器的硬件设计，介绍了各部分电路的原理及设计电路等

第
4
章

软件编程，介绍了软件编程的主流程图以及相关的程序设计信息。

第
5
章

下载与调试，介绍了
USB
转串口驱动的 安装，程序的烧录，以及设备的调试。

2
主要硬件的对比选择

温湿度检测器各主要部件的选择不仅要考虑性能稳定性，
还要考虑价格，
实现条件及使用要求< br>等。

2.1
单片机的选择

在单片机的选择上硬件的初步有两个选择芯片，

（
1
）
采 用
AT89C51
芯片作为硬件核心，
采用
Flash ROM
，
内部具有
4KB ROM
存储空间
,
能于
3V
的超低压工作
,

而且与
MCS-51
系列单片机完全兼容。

（
2
）
STC89C52
是一种低功耗、高性能
CMOS
八位微控制器，具有8K
在系统可编程
Flash
存储器，
使用
ATMEL
公司高密度非易失性存储器技术制造，
与工业
80C51
产品指令和引脚完全兼
容。片上
Flash
允许
ROM
在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯 片上，拥有灵巧的
8
位
CPU
和在系统可编程
Flash
， 使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案。
[2]
第一种芯片
AT89C51
运用于电路设计中时由于不具备在线编程技术
,
当在对电路进行调试时，
由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，
对 芯片的多次拔插会对芯片造成一定的
损坏。所以本次设计中不采用这种芯片。本次设计中采用
S TC89C52
作为主控芯片。

2.2
温湿度传感器的选择
（
1
）
HTF3223
是基于独特工艺设计的电容元件，
专利的 固态聚合物结构电容
HS1101
做的频率
输出湿度模块，测量的数据较为精确。
（
2
）
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。
[3]
由于
DHT11
相对于
HTF3223
具有更小的体积、
极低的功耗，< br>价格更便宜等优点，
所以本次设
计中采用
DHT11
作为温湿度采集模 块。

2.3
输出显示设备的选择

（
1
）
LED
数码管是现在电子设计中使用相当普遍的一种显示设备，每个数码管由
7
个发 光二
极管按照一定的排列结构组成，
根据七个发光二极管的正负极连接不同，
又分为共 阴极数码管和共
阳极数码管两种，
选择的数码管不同，
程序设计上也有一定的差别。< br>数码管显示的数据内容比较直
观，通常显示从
0
到
F
中的任意 一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多
位，
在显示位数比较少的电路中 ，
程序编写，
外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对
多的时候，数码管操 作起来十分烦琐，
显示的速度受到限制。
并且当硬件电路设计好之后，系统显
示能力基 本也被确定，系统显示能力的扩展受到了限制。

（
2
）
LCD液晶显示屏具有体积小、
功耗低、
显示内容丰富等特点，
用户可以根据自己的需求 ，
显示自己所需要的、
甚至是自己动手设计的图案。
当需要显示的数据比较复杂的时候 ，
它的优点就
突现出来了，
并且当硬件设计完成时，
可以通过软件的修改来不 断扩展系统显示能力。
外围驱动电
路设计比较简单，
显示能力的扩展将不会涉及到硬件 电路的修改，
可扩展性很强。
字符型液晶显示
屏已经成为了单片机应用设计中最常用的 信息显示器件之一。
[4]
虽然
LCD
显示器价格相对较高，但是本设计需 要显示温度值和湿度值，还可显示设置温湿度
数值报警数值，显示数字较多，因此采用
LCD< br>作为显示模块的主要部件。

3
温湿度检测器的硬件设计

本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性的性能，
以
STC89C52
基本系 统为核心的一
套检测系统，包括单片机电路、温湿度检测电路、显示电路、温湿度上限存储电路、报警电 路、供
电及程序下载电路。系统总体方框图如图
3-1
。
[5]
DHT11
温湿度传感器

温度、湿度数据

LCD
显示

温湿度值

STC89C52
单片机

温湿度上限

外部
EEPROM
按键键入

过阀警报


图
3-1
系统总体方框图

3.1
单片机电路

本设计选用宏晶公司高性能单片机
STC89C52
，其管脚如图
3-2所示。

图
3-2

STC89C52
单片机管脚图

SCT89C52
的主要特性：

(1)
与
MCS-51
单片机产品兼容；
(2) 8K
字节在系统可编程
Flash
存储器；
(3) 1000
次擦写周期；
(4)
全静态操作：
0Hz
～
33Hz
；
(5)
三级加密程序存储器；
(6)
32
个可编程
I/O
口线；
(7)
三个
16
位
定时器
/
计数器；
(8 )
八个中断源；
(9)
全双工
UART
串行通道；
(10 )
低功耗空闲和掉电模式；
(11)
掉
电后中断可唤醒；
(12)
看门狗定时器；
(13)
双数据指针；
(14)
掉电标识符。
[6]
STC89C52
管脚的作用：

P 0
口：
8
位漏极开路的双向
I/O
口。作为输出口，每位能驱动8
个
TTL
逻辑电平。对
P0
端口
写“
1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，
P0
口也被作为低
8
位地址
/
数据复用。在这种模式下，
P0
具有内部上拉电阻。在< br>Flash
编程时，
P0
口也用来接收指令字节；
在程序校验时，输出 指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1
口：具有内部上拉电阻的
8
位双向
I/O
口，
P1
输出缓冲器能驱动
4
个< br>TTL
逻辑电平。对
P1
端口写“
1
”时，内部上拉电阻把端 口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外
部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电 流（
IIL
）。在
Flash
编程和校验时，
P1
口接收低
8
位地址字节。

P2
口：具有内部上拉电阻的
8
位双向
I/O
口，
P2
输出缓冲器能驱动四个
TTL
逻辑电 平。对
P2
端口写“
1
”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口 使用。作为输入使用时，被外
部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（
IIL
）。在方位外部程序存储器或用
16
位地址读
取外部数据存储器时，
P2口送出高八位地址。在
Flash
编程和校验时，
P2
口也接收高
8
位地址字
节和一些控制信号。

P3
口：
P3
口是一个具有内部上拉电阻的
8
位双向
I/O
口，
P2
输出 缓冲器能驱动四个
TTL
逻
辑电平。对
P3
端口写“
1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入
使用时，被外部拉低的引脚由 于内部电阻的原因，将输出电流（
IIL
）。
P3
口亦作为
STC8 9C52
特
殊功能（第二功能）使用
RST
：复位输入。晶振工作时，
RST
脚持续
2
个机器周期高电平将使单
片机复位。
DISRTO
默认状态下，复位高电平有效。

P3
口也可作为
STC89C52
的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0 RXD
（串行输入口）

P3.1 TXD
（串行输出口）

P3.2 /INT0
（外部中断
0
）

P3.3 /INT1
（外部中断
1
）

P3.4 T0
（记时器
0
外部输入）

P3.5 T1
（记时器
1
外部输入）

P3.6 /WR
（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD
（外部数据存储器读选通）

P3
口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
[7]
3.2
温湿度检测电路

图
3-3

DHT11
温湿度传感器外型及管脚

DHT11
温湿度传感器外型 及管脚如图
3-3
所示。其中电源引脚的供电电压为

3.5-- 5.5V
。传感
器上电后，要等待

1s
以越过不稳定状态在此期 间不要发送任何指令。电源引脚（
VDD
，
GND
）
之间可增加一个
100nF
的电容，用以去耦滤波。


DHT11
典型 应用电路如图
3-4
所示，
其连接电路简单，
只需要占用控制器一个
I/O
口即可完成
上下位的连接。

图
3-4

DHT11
典型应用电路

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
（
40Bit
）组成。一次通讯时间最大
3ms,
数据分小数部分和整数部 分。

一次完整
的数据传输为
40bit
，高位先出。
[8]

数据格式如表
3-1
。

表
3-1

DHT11
数据格式