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1、本科毕业论文（设计）论文题目： 数字温湿度计硬件设计作 者： 学号： 学 院： 物理与电子工程学院 年 级： 2008级专 业： 电子信息科学与技术 指导教师： 职称： 工程师日 期： 2011年12月曲靖师范学院教务处制曲靖师范学院 本论文（设计）经答辩小组全体成员审查，确认符合曲靖师范学院本科(学士学位)毕业论文（设计）质量要求。 答辩小组签名主席姓 名工 作 单 位职 称成员 答辩日期：原创性声明本人声明：所呈交的设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，设计（论文）中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所作
2、的任何贡献已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。签名： 日期： 。论文（设计）使用授权说明本论文（设计）作者完全了解曲靖师范学院有关保留、使用毕业(学位)论文（设计）的规定，即学校有权保留论文（设计）及送交论文（设计）复印件，允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。签名： 指导教师签名： 日期： 。数字温湿度计-硬件设计摘 要本论文介绍了一种以单片机STC89C52为主要控制器件，以DHT11为数字温湿度传感器的新型数字温湿度计。硬件电路主要包括主控制器，测温湿控制电路和显示电路等。主控制器采用单片机STC89C52，温湿度传感器采用盛世瑞恩半导体公司生
3、产的DHT11，显示电路采用8位共阳极LED数码管，驱动电路用八个PNP型的小电压大电流三极管。测温湿控制电路由温湿度传感器和预置温湿度值比较报警电路组成，当实际测量温湿度值大于预置温湿度值时，发出报警。本次设计采用的DHT11数字温湿度传感器。具有超快响应，抗干扰能力强，性价比高等优点。用DHT11与STC89C52做的数字温湿度计不仅外围电路简单，而且测量精度比较高。关键字：DHT11；STC89C52；温度测量；湿度测量THE DESIGN OF DIGITAL THERMOMETERS AND HYGROMETERAbstract: This paper presents a new
4、design of digital thermometers and hygrometer. This design includes hardware and system software .The hardware design includes a main controller circuit, Temperature and Humidity measurement and control circuits and show circuit. Main controller uses STC89C52.temperature and humidity sensor uses DHT
5、11 which is yielded by Sensirion (a Semiconductor Corp). Show circuit is a total of eight circuits using digital LED of the anode. Driver show circuit uses eight of the PNP small voltage high current transistor. Temperature and Humidity control circuit includes the temperature and humidity sensor an
6、d preset temperature and humidity values compared alarm circuit. When the actual measurement of temperature or humidity values is greater than the preset temperature or humidity values, the alarm signal (Light emitting diode is lit) is sent. The digital temperature and humidity sensor (DHT11) . As w
7、ell as serial interface circuits in the same chip on the realization of a Gap link to a super-fast response, anti-interference capability and cost-effective advantages. The design of digital thermometers and hygrometer with STC89C52 and DHT11 not only has a simple external circuit, but also has a hi
8、gh-precision measurement. KeyWords: DHT11;STC89C52; temperature measurement; humidity measurements目 录1 绪论12 设计任务的要求和温湿度计的发展史12.1设计任务及要求12.2 设计数字温湿度计的依据和意义22.3温湿度计的发展史32.4湿度计的由来43 系统的硬件设计43.1设计总体方案及方案论证43.2单片机的选择53.2.1 单片机的概述53.2.2单片机的引脚说明63.2.3单片机的最小系统93.3温湿度传感器的选择103.3.1 DHT11数字温湿度传感器概述103.3.2 DHT1
9、1数字温湿度传感器性能说明113.3.3 DHT11数字温湿度传感器使用注意事项123.4 显示模块133.4.1 显示模块的介绍133.4.2 LED数码管的主要特点133.5温湿度的测量及分析144 系统的电路设计154.1主控制电路和测温时控制电路154.2驱动显示电路164.3报警电路175 软件的设计175.1 Keil C 软件概述175.1.1 系统概述185.1.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构185.2 整体系统设计206总结20参考文献21致谢221 绪论温湿度的检测已广泛用于工业、农业、国防科技、生活等各个领域，温湿度对人们生活的影响无处不在，如仓库、实验
10、室环境、水果的保鲜、家禽的孵化过程等都需要对温湿度进行监测和控制，如果温湿度控制不当，将会带来许多不必要的经济损失。传统的湿度测量方法，如十七世纪发明的毛发湿度计和十九世纪发明的干湿球湿度计等，由于它们响应时间长、精度不高、使用不方便，而且无法将湿度值转换成电信号，因此不能适应现代工业发展的要求，同时也不能满足人们日常生活的需要。传统的温度计是用水银柱来显示的，虽然结构简单、价格便宜，但是它的精确度不高，不易读数。而采用单片机对温湿度进行测量控制，不仅具有控制方便、简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。用LED数码管来显示温湿度的数值，看起来更加直观。本论文介绍了一种以单片机
11、STC89C52为主要控制器件，以DHT11为数字温湿度传感器的新型数字温湿度计。本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括主控制器，测温湿控制电路、显示电路、报警电路等。主控制器采用单片机STC89C52，温湿度传感器采用盛世瑞恩半导体公司生产的DHT11，显示电路采用8位共阳极LED数码管，驱动电路用八个PNP型的小电压大电流三极管（S9012）。测温湿控制电路由温湿度传感器和预置温湿度值比较报警电路组成，当实际测量温湿度值大于预置温湿度值时，发出报警信。软件部分主要包括主程序，测温湿度子程序，显示子程序和按键子程序等。采用DHT11数字温湿度传感器与单片机STC89C
12、52相连外围电路比较简单。 所以，本次设计以DHT11数字温湿度传感器为例，介绍基于单片机的数字温湿度计的设计。2 设计任务的要求和温湿度计的发展史2.1设计任务及要求设计一个以单片机为核心的温湿度测量系统，可实现的功能为：（1）测量温度值精度为1，测量湿度值精确1%；（2）系统允许的误差范围为1和1%以内；（3）系统可由用户预设温度值和湿度值，测温范围0100， 测湿范围 0 100%； （4）超过预设值时系统会自动报警；（5）系统采用数码管显示，能显示设定温湿度值和测得的实际温湿度值。2.2 设计数字温湿度计的依据和意义温湿度是与人类关系密切的物理量之一，随着现代工业技术的发展，纺织、食品
13、、电子、制药、军火等工业以及粮食、水果、蔬菜的贮存等都提出了测量温湿度和控制温湿度的要求。适当的温湿度不但能让人们的生活更加舒适，也是生产优质产品的重要保障，而良好的温湿度测量仪器则是实现这一目标的手段。传统的温度计是用水银柱来显示的，虽然结构简单、价格便宜，但是它的精确度不高，不易读数。传统的湿度测量方法，如十七世纪发明的毛发湿度计和十九世纪发明的干湿球湿度计等，由于它们响应时间长、精度不高、使用不方便，而且无法将湿度值转换成电信号，因此不能适应现代工业发展的要求，同时也不能满足人们日常生活的需要。而采用单片机对温湿度进行控制，不仅具有控制方便，简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的
14、技术指标。 随着科学技术不断进步，温湿度传感器也得到迅速发展，采用DHT11数字温湿度传感器作为检测元件，能够同时测试温度和湿度。这类传感器不仅易于焊接，而且只有四针管脚，减少了外围电路的设计。DHT系列的集成湿度传感器性精度高、响应速度快、功耗小、 性价比高、抗干扰能力强等优点。所以本次课题采用芯片为DHT11的集成湿度传感器设计开发一款基于单片机的实用电子湿度计。总之，无论在日常生活中还是在工业、农业方面都离不开对周围环境进行温湿度的测量。因此，研究温湿度的控制和测量具有非常重要的意义。传感器作为检测元件，能够同时测试温度和湿度。这类传感器不仅易于焊接，而且只有四针管脚，减少了外围电路的设
15、计。DHT系列的集成湿度传感器性精度高、响应速度快、功耗小、 性价比高、抗干扰能力强等优点。所以本次课题采用芯片为DHT11的集成湿度传感器设计开发一款基于单片机的实用电子湿度计。总之，无论在日常生活中还是在工业、农业方面都离不开对周围环境进行温湿度的测。 因此，研究温湿度的控制和测量具有非常重要的意义。2.3温湿度计的发展史温度计是测温仪器的总称。根据所用测温物质的不同和测温范围的不同，有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计等。 最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(15641642)发明的。他的第一只温度计是一根一端敞
16、口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。 后来伽利略的学生和其他科学家，在这个基础上反复改进，如把玻璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭等。比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰
17、混合时的温度、盐水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0，把纯水凝固时的温度定为32，把标准大气压下水沸腾的温度定为212，用代表华氏温度，这就是华氏温度计。 在华氏温度计出现的同时，法国人列缪尔(16831757)也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小，不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现，含有1/5水的酒精，在水的结冰温度和沸腾温度之间，其体积的膨胀是从1000个体积单位增大到1080个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成80份，定为自己温度计的温度分度，这就是列氏温度计。华氏温度计制成后又经过30多年，瑞典人摄
18、尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为零度，把水的冰点定为100度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来，就成了现在的百分温度，即摄氏温度，用表示。华氏温度与摄氏温度的关系为： 9/5+32，或59(-32)现在英、美国家多用华氏温度，德国多用列氏温度，而世界科技界和工农业生产中，以及我国、法国等大多数国家则多用摄氏温度。随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器。2.4湿度计的由来湿度计是测量空气内含水分多少的仪器。史记天官书中即有测湿的记载。我国汉朝初年就已出现湿度计
19、，它是利用天平来测量空气干燥或潮湿的。天平湿度计的使用方法，是把两个重量相等而吸湿性不同的物体，例如灰和铁，分别挂在天平两端。当空气湿度发生变化时，由于两个物体吸入的分水不同，重量也就起了变化，于是天平发生偏差，从而指示出空气潮湿的程度。 这就是湿度计的由来。3 系统的硬件设计3.1设计总体方案及方案论证按照系统设计功能的要求，确定系统由5个模块组成：主控制器，数字温湿度传感器，报警电路，按键电路及显示电路。如图3.1所示：显示模块模块报警电路按键电路温湿度传感器主控制器图3.1 总体电路框图主控制器的功能由STC89C52来完成，主要负责处理由数字温湿度传感器送来数据，并把处理好的数据送向显
20、示模块。数字温湿传感器主要用来采集周围环境参数，并把所采集来的参数送向主控制器。按键电路主要用来完成单片机的复位操作和温湿度初始值的设定。这里需要四个按键，一个用来完成单片机的复位操作，一个用来切换显示的数据（是设定值还是实际测得的值），另外两个分别用来设定初始温度和初始湿度的个位和十位。报警电路就是用一个蜂鸣器来实现的，用来判断周围环境的温度或者湿度是否超出设定值了，任何一个超出设定值时蜂鸣器就会发出报警声音。驱动显示电路主要用来驱动八位数码管发光的。由于单片机的输出电流太小（只有几mA）不能驱使数码管发光，所以这里必须增加一个驱动显示模块。3.2单片机的选择3.2.1 单片机的概述 单片微
21、型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。1、单片机的主要特点有:(1) 具有优异的性能价格比；(2) 集成度高、体积小、可靠性高；(3) 控制功能强；(4) 低电
22、压，低功耗。2、单片机的主要应用领域:(1) 工业控制；(2) 仪器仪表；(3) 电信技术；(4) 办公自动化和计算机外部设备；(5) 汽车和节能；(6) 制导和导航；(7) 商用产品；(8) 家用电器。因此，在本课题设计的温湿度测控系统中，采用单片机来实现。在单片机选用方面，由于STC89系列单片机与MCS-51系列单片机兼容，所以，本系统中选用STC89C52单片机。3.2.2单片机的引脚说明图3.2 STC89C52单片机引脚图芯片引脚如图3.2所示：VCC : 电源。GND: 地。P0口：P0口是一个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
23、”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： 是一个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）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2
24、EX），具体如下表1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2口：P2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4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）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高
25、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4 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AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如上表2-1所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。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。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能
26、无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执
27、行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当STC89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89C52，如果EA
28、接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。数据存储器：STC89C52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH 的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）定时器2：定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择（如表2所示）。定时器2有三种工作模式：
29、捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。工作模式由T2CON中的相关位选择。定时器2 有2 个8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2 寄存器都会加1。由于一个机器周期由12 个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。中断：STC89C52 有6个中断源如表3.1所示：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和E
30、XF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。符号位地址功能EAIE.7中断总允许控制位。EA=0,中断总禁止；EA=1，各中断由各自的控制位设定-IE.6预留ET2IE.5定时器2中断允许控制位ESIE.4串行口中断允许控制位ET1IE.3定时器1中断允许控制位EX1IE.2外部中断1允许控制位ET0IE.1定时器0中断允许控制位EX0IE.0外部中断1允许控制位表3.1 中断控制寄存器3.2.3单片机的最小系统图3.3 晶振电路图3.4 复位电路如图3.3、图3.4所示，复位电路和时
31、钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。单片机最小系统是在以51单片机为基础上扩展，使其能更方便地运用于测试系统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。3.3温湿度传感器的选择3.3.1 DHT11数字温湿度传感器概述DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准熟悉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
32、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传感器都在即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，信号传输距离可达20米以上，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。其内部结构及参数下图所示：图 3.5 DHT11内部结构3.3.2 DHT11数字温湿度
33、传感器性能说明参数条件MinTypMax单位湿度分辨率111%RH8Bit重复性1%RH精度254%RH0505%RH互换性可完全互换量程范围03090%RH252090%RH502080%RH响应时间1/e(63%)25，1m/s 空气61015S迟滞1%RH长期稳定性典型值1%RH温度分辨率111888Bit重复性1精度12量程范围050响应时间1/e(63%)630S表3.2 DHT11数字温湿度传感器性能图3.6 DHT11典型应用电路如图3.6，建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。DHT11的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待
34、 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出,数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据,+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的
35、末8位。用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取
36、DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一位数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。测量分辨率分别为 8bit（温度）、8bit（湿度）。3.3.3 DHT11数字温湿度传感器使用注意事项参数条件mintypmax单位供电
37、 DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次表3.3 DHT11电气特性DHT11电器特性如表3.3所示，超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。在一个纯净的环境中，污染物质会缓慢地释放出去。下文所述的恢复处理将加速实现这一过程。高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。在50-60和70%R
38、H的湿度条件下保持 5小时以上。气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。手动焊接，在最高260的温度条件下接触时间须少于10秒。避免结露情况下使用。而且长期保存在温度1040，湿度60以下。3.4
39、显示模块3.4.1 显示模块的介绍显示模块选用八位共阳极数码管和八个小功率放大三极管S9012。由于单片机的端口输出电流太小，这里必须由外界电路来驱动数码管显示。S9012就是用来驱动这八位数码管显示的。LED数码管也称半导体数码管，是目前数字电路中最常用的显示器件。它是以发光二极管作段并按共阴极方式或共阳极方式连接后封装而成的。图3.7所示是两种LED数码管的外形与内部结构，、分别表示公共阳极和公共阴极，ag是7个段电极，DP为小数点。LED数码管型号较多，规格尺寸也各异，显示颜色有红、绿、橙等。3.4.2 LED数码管的主要特点(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电
40、路兼容。(2)发光响应时间极短(小于01s)，高频特性好，单色性好，亮度高。 (3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。 (4)寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。成本低。因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。图3.7 LED数码管外形和内部结构图小电压大电流的小功率放大三极管S9012的放大倍数共分六级：D级：64-91 E级：78-112 F级：96-135 G级：112-166 H级：144-220 I级：190-3003.5温湿度的测量及分析DHT11是一个两线串行接口的数字温湿度传感器，一个接口是时钟线，一个接口是数据线（支持双向传输）。它是四针单排
41、封装，一个接电源，一个接地线，另两个直接和单片机的P0_5和P0_6相连。不过数据线和时钟线上需要接两个10K的上拉电阻，因为STC89C52的P0口内部没有上拉电阻。因为STC89C52的P0口内部没有上拉电阻。单片机通过P0_5和P0_6向DHT11发送命令，DHT11接收到命令后做出相应的应答。由于DHT11内部包含一个14位A/D转换器，所以单片机接收到就是数字信号，只需要做相应的处理就能得到所需要的数据，这里减少了很多外部的电路的连接，用起来比较方便。4 系统的电路设计4.1主控制电路和测温时控制电路本次硬件设计的核心就是STC89C52，其他部件都是围绕它设计的。数字温湿度传感器D
42、HT11的DATA口与STC89C52的P11口相连。由于P0口内部没有上拉电阻，所以这里在DATA传输线上加上一个5.1K的上拉电阻。为了降低STC89C52的功耗在按键和单片机的端口间加了个10K的限流电阻。当有按键按下时单片机收到有效的信号，S1键用来切换显示的模式（分别显示实际所测得的温湿度，预置的温度值和预置的湿度值），S2键用来设置初始温度或者湿度的十位，S3键用来设置初始温度或者湿度的个位。单片机复位有两种：一种是上电复位，一种是按键复位。下图用的就是按键复位，当按键按下时单片机的RST口从低电平变为高电平，从而进入复位状态。当按键松开后，VCC给电容C7充电，从而把RST口拉至
43、电平，单片机进入工作状态。只要把下图的RESET按键和R5电阻去掉就成了上电复位了。STC89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚X1和X2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF士10pF，而如果使用陶瓷谐振器，建议选择40pF士l0pF。这里用到的是12M的
44、石英晶体振荡器和两个30pF的电容。具体原理图如下图4.1所示：图4.1主控制电路和测温湿电路原理图4.2驱动显示电路在单片机应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑。本设计是利用STC89C52 的串行口实现键盘/显示器接口。当STC89C52 的串行口未作它用时，使用STC89C52 RC的串行口来外扩键盘/显示器。应用STC89C52RC串行口方式0 的输出方式，在串行口外接移位寄存器74HC595，构成键盘/显示器接口，其硬件接口电路如图4.2，图4.3所示：图4.2键盘图4.3数码管图中下边的6 个74HC595：74HC595（U7）74HC595（U12）作为6 位段码
45、输出口，74HC595 的Y0 作为键输入线，Y2 作为同步脉冲输出控制线。这种静态显示方式亮度大，很容易作到显示不闪烁。静态显示的优点是CPU 不必频繁的为显示服务，因而主程序可不必扫描显示器，软件设计比较简单，从而使单片机有更多的时间处理其他事务。4.3报警电路 在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值（或低于下限值）则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示和控制。本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过MCS-51 的1 根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10mA 的驱动电流，可以使用TTL 系列集成电路7406 或7407 低电平驱动，也可以用一个晶体
