單片機(jī)控制的大棚溫度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u19934單片機(jī)控制的大棚溫度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例 15692第1章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1140971.1總體設(shè)計(jì) 1266131.1.1方案設(shè)計(jì) 1224121.1.2硬件框圖 232471.2單片機(jī)模塊 23861.2.1單片機(jī)簡介 2180571.2.2最小系統(tǒng)電路 3113601.3傳感器模塊 3158121.1.1DHT11簡介 3234991.1.2接口說明 4313141.1.3DHT11模塊電路圖 4100791.4液晶電路 5284161.2.1液晶顯示屏 5127231.2.21602液晶引腳 5192091.2.3指令簡述 541391.2.4顯示模塊電路 6115261.5報(bào)警模塊 7293391.6按鍵模塊 727291第2章程序設(shè)計(jì) 843012.1程序語言 8313152.2程序流程圖 9218582.2.1整體程序框圖設(shè)計(jì) 9147202.2.2液晶程序設(shè)計(jì) 10145132.2.3傳感器程序設(shè)計(jì) 11220592.2.4按鍵程序 12第1章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.1總體設(shè)計(jì)1.1.1方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了51單片機(jī)作為核心器件，其型號為STC89C52。同時(shí)，我們選用了了DHT11集成式溫濕度傳感器來進(jìn)行系統(tǒng)的溫濕度測量。其工作模式為信號輸出,即以數(shù)字信號的形式傳送到系統(tǒng)顯示屏中。顯示裝置采用了1602液晶屏,它可以輸出2行的標(biāo)準(zhǔn)字符,每一行總共有16個(gè)字符。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，集成溫濕度傳感器DHT11負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，然后將其收集到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)，再通過LCD顯示出來[4]。按鍵部分是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置輸入的一個(gè)模塊，我們采用我國目前使用率最高的輕觸式按鍵，通過按鍵可以調(diào)節(jié)溫濕度大小的范圍，如果超出了所規(guī)定的大小，蜂鳴器+LED就會發(fā)出聲響引起人們警覺，從而達(dá)到報(bào)警的目的。1.1.2硬件框圖全部硬件包括STC89C52單片機(jī)、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器、按鍵模塊、顯示模塊、蜂鳴器模塊、LED指示燈等。硬件框圖如圖3-1所示：3-1硬件框圖1.2單片機(jī)模塊1.2.1單片機(jī)簡介（1）簡述STC89C52作為我國新型的微控制器具有耗能低、功效高等優(yōu)點(diǎn)，其芯片具有可編譯的存儲器，并且含有512字節(jié)RAM。采用了我國最高端的制造技術(shù)把它的全部功能集中在了這個(gè)芯片上。當(dāng)然，它也包含計(jì)算機(jī)運(yùn)行的大部分軟件，如CPU、可調(diào)試內(nèi)存卡、系統(tǒng)銜接裝置等。（2）單片機(jī)的引腳圖該微控制器通常使用40個(gè)引腳[5]。它的引腳圖如圖3-2所示：圖3-2STC89C52引腳圖1.2.2最小系統(tǒng)電路最小系統(tǒng)由振蕩器電路，復(fù)位電路，電源電路等部分組成。本次系統(tǒng)選用了P0口來進(jìn)行液晶數(shù)據(jù)的輸出,并p0的構(gòu)成具有10歐的電阻,這可以使p0口更為廣泛的用于人們的日常生活中。引腳里需要注意的是，31腳(EA),因?yàn)槌绦虼嬖贛CU中，31腳應(yīng)該是連到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)如圖3-3所示，圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)1.3傳感器模塊1.1.1DHT11簡介DHT11數(shù)字溫濕度傳感器如圖3-4，其連接方式為4針單排封裝,連接方便。作為溫濕度復(fù)合式的傳感器,它的組成元件與其他的傳感器不同,它是由電阻式的濕度傳感元件組成[6],并且擁有穩(wěn)定性強(qiáng)、功率消耗低、性價(jià)比高、使用持久高效等優(yōu)點(diǎn),所以在各類場合都廣泛得到應(yīng)用,比如在家電、醫(yī)療、汽車、氣象站等領(lǐng)域。圖3-4DHT11數(shù)字溫濕度傳感器1.1.2接口說明 DHT11設(shè)備的聯(lián)通構(gòu)成簡單，它僅僅通過一根單線就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與控制。這個(gè)單線通常與電阻相連，我們也稱它為單總線。當(dāng)單總線不工作時(shí)，它的電壓呈現(xiàn)高電位，在這種情況下，用主設(shè)備呼叫從設(shè)備，從設(shè)備才能回答，因此，當(dāng)我們需要用主設(shè)備訪問器件時(shí)，首先要進(jìn)行單總線順序的調(diào)控，如果存在序列異常，器件將不能正常工作。DHT11設(shè)備與單片機(jī)連接接線圖如3-5所示：圖3-5DHT11與單片機(jī)連接接線圖1.1.3DHT11模塊電路圖DHT11模塊有四個(gè)引腳，第一引腳VCC為電源引腳，正極，可用于接5V電壓；第二引腳IO可以對溫濕度進(jìn)行傳送，直接傳送到主機(jī)；第三引腳NC為空腳可直接懸??；第四引腳GND為電源負(fù)極，其連接方式為接地式。能夠儲運(yùn)電能很好的提供電量。其工作原理如圖3-6所示：圖3-6傳感器連接圖1.4液晶電路1.2.1液晶顯示屏LCD作為液晶顯示屏的顯示設(shè)備，它具有質(zhì)量好、耗電能力低、體積小等功能[7]。并且由于它的低功耗、顯示質(zhì)量高、對人體沒有傷害、使用便捷、不易損壞等優(yōu)勢使其在人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)顯示使用了工業(yè)型的液晶模塊1602，它的顯示范圍很廣，并且可以同時(shí)顯示中英文以及字符的大小寫等。1.2.21602液晶引腳液晶的引腳圖如3-7所示：圖3-71602液晶引腳圖第一個(gè)引腳：VSS為接地電源。第二個(gè)引腳：VCC連接5v的電源正極。第三個(gè)引腳：VO負(fù)責(zé)電源的調(diào)控，通過對電源的控制來進(jìn)行對比度的調(diào)整。第四個(gè)引腳：RS是一種寄存器，可分為數(shù)據(jù)寄存器和指令寄存器。第五個(gè)引腳：RW是一種讀寫線，通過對信號的讀取來進(jìn)行讀寫操作。第六個(gè)引腳：EN端為操控端，當(dāng)數(shù)據(jù)通過EN端時(shí)，開始執(zhí)行數(shù)據(jù)。第七到十四個(gè)引腳：8位雙向數(shù)據(jù)端。1.2.3指令簡述（1）清空屏幕各指令如表3-1所示表3-1功能表指令功能指令編碼運(yùn)行時(shí)間/msRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0清屏00000000011.64功能：1）能夠把顯示屏內(nèi)容進(jìn)行移除；2）使光標(biāo)回到原始位置；（2）進(jìn)入設(shè)置指令指令如表3-2所示表3-2進(jìn)入設(shè)置指令功能表指令功能指令編碼運(yùn)行時(shí)間/μsRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0模式設(shè)置00000001I/DS40功能：設(shè)置一位數(shù)據(jù)后，將設(shè)置光標(biāo)移動的方向。參數(shù)設(shè)置情況如下：位置設(shè)置I/D零表示寫入新數(shù)據(jù)時(shí)光標(biāo)將向左移動一是寫入新數(shù)據(jù)時(shí)光標(biāo)將向右移動S零表示寫入新數(shù)據(jù)時(shí)顯示不會移動一是寫入新數(shù)據(jù)時(shí)顯示屏將向右移動一個(gè)字符1.2.4顯示模塊電路第一和第二pin分別連接到電路的GND和VCC，這兩個(gè)是電源引腳。第三pin通過10K電位器接地，通過調(diào)整電位器來調(diào)整LCD對比度。第四pin是LCD控制寄存器pin連接到單片機(jī)的p12pin。第五pin是LCD讀寫控制pin。第六pin是LCD的啟用引腳，連接單片機(jī)的P14pin。pin7至14是連接到單片機(jī)P0端口的8位LCD數(shù)據(jù)總線/地址。第15、16pin是直接連接到VCC和GND系統(tǒng)的LCD背光。該液晶模塊的電路連接如圖3-8所示：圖3-81602電路連接圖1.5報(bào)警模塊蜂鳴器結(jié)構(gòu)配有直壓電源系統(tǒng)來維持其供電功能。日常生活中很多地方都有應(yīng)用，經(jīng)常被用在報(bào)警器，各種玩具以及定時(shí)器里面，可以作為一個(gè)發(fā)出聲音的器件。蜂鳴器也有很多種，如壓電蜂鳴器和電磁蜂鳴器，在這兩種里面，本次系統(tǒng)使用的是電磁式蜂鳴器[8]。它是通電后，振蕩器會產(chǎn)生信號，由音頻的形式傳向線圈，當(dāng)線圈接受到信號后產(chǎn)生聲音并且其聲音具有周期性。另外，還包括有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。也可以這樣說，有源蜂鳴器里面具有一個(gè)振蕩源，所以只要打開電源，就會發(fā)出嘀嘀嘀的蜂鳴聲。本次系統(tǒng)使用的是有源蜂鳴器。其電路如圖3-9所示:圖3-9蜂鳴器電路1.6按鍵模塊日常生活中，按鍵是人與機(jī)器交流的途徑，必不可少。單片機(jī)具有各種功能，最受人們歡迎的莫過于獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤[9]。其中，獨(dú)立鍵盤的結(jié)構(gòu)簡潔，編程也不復(fù)雜。在操作遇到困難時(shí)，系統(tǒng)不會自動延遲，卡機(jī)，我們可以及時(shí)的解決問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，所以在此選用了此鍵盤。另外，系統(tǒng)可以幫助我們判斷程序的對錯(cuò)，當(dāng)程序錯(cuò)誤時(shí)，將會出現(xiàn)紅色預(yù)警，直至能夠正確運(yùn)行。在進(jìn)行本系統(tǒng)的研究時(shí)，使用到的按鈕沒有太多，所以只選用了“設(shè)置”，“-”和“+”按鈕，并且對它們進(jìn)行了單獨(dú)的安裝。連接如圖3-10所示：圖3-10按鍵電路1.7顯示電路LED即人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫陌l(fā)光二極管，它由半導(dǎo)體材料組成，其工作原理為電能轉(zhuǎn)化成光能[7]。在日常生活中有著極為廣泛的應(yīng)用，如它可以在電路中作為照光燈，因?yàn)樗哂袉蜗驅(qū)щ娦?，可以在正極加入電子產(chǎn)生熒光的效果。不同二極管將產(chǎn)生不同的顏色，有紅色、綠色、黃色、藍(lán)色。但是發(fā)光二極管的導(dǎo)電能力不穩(wěn)定，要使其能穩(wěn)定的流向，就應(yīng)該對其串聯(lián)一個(gè)電阻來進(jìn)行串聯(lián)。本系統(tǒng)使用了兩種不同顏色的LED燈。紅色代表高，綠色代表低。電路連接如圖3-11所示：圖3-11LED電路第2章程序設(shè)計(jì)2.1程序語言C語言是計(jì)算機(jī)最基礎(chǔ)的語言，不僅具備高級語言的優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠自主的進(jìn)行語言的編程。它是1972年由丹尼斯·里奇實(shí)驗(yàn)得出的，并且在1978年之后，C語言的應(yīng)用更為廣泛，在全國甚至國外的中小型企業(yè)中都備受青睞。它是一種編寫程序的高級設(shè)計(jì)語言，并且它具有獨(dú)立的變成系統(tǒng)，可以不依賴其他應(yīng)用而獨(dú)立運(yùn)行[10]。C語言程序的成功開發(fā)，使我國的計(jì)算機(jī)技術(shù)有了進(jìn)一步的提升，為以后我國計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。KeilC51是由美國KeilSoftware生產(chǎn)的軟件開發(fā)系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)與C語言相似。但是，對其具體功能比較來看，C語言在應(yīng)用、作用、后期處理等方面都有著突出的優(yōu)點(diǎn)。因此在人們的使用中，C語言更受人們的喜愛，并且它還包含Keil軟件WIN98，NT，WIN2000，WINXP等操作系統(tǒng)。2.2程序流程圖2.2.1整體程序框圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)main函數(shù)部分代碼如圖4-1所示：圖4-1main函數(shù)代碼圖主程序?qū)崿F(xiàn)流程是先通過調(diào)用LcdInit()，LcdShowInit()函數(shù)進(jìn)行初始化，從EEPROM地址里把四個(gè)報(bào)警值讀出來,進(jìn)行報(bào)警值初始化。然后進(jìn)入while()循環(huán)，通過ReadDhtData()讀取溫濕度的數(shù)據(jù)，定位到需要顯示的地方，然后通過AlarmJudge()判斷是否超出上下限需要報(bào)警，超限的話就會啟動報(bào)警程序，通過for()循環(huán)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器嘀嘀嘀的報(bào)警。程序流程圖如圖4-2所示：圖4-2程序流程圖2.2.2液晶程序設(shè)計(jì)液晶部分程序代碼如圖4-3所示：圖4-3液晶部分程序代碼圖首先執(zhí)行main函數(shù)，調(diào)用LcdInit()進(jìn)行液晶的初始化，在開始顯示之前，需要確定好顯示的行列位置，這樣在完成坐標(biāo)定位之后就可以顯示內(nèi)容了，在此調(diào)用了光標(biāo)定位函數(shù)LcdGotoXY（0，3）。液晶屏在顯示內(nèi)容的時(shí)侯，它不是一下全部顯示完，而是一個(gè)一個(gè)顯示出來的。如果是顯示單個(gè)字符，那么如調(diào)用LcdWriteData(‘a(chǎn)’)即可；如果是顯示字符串的話，例如“abc”,會先顯示“a”，再依次一個(gè)一個(gè)往后，那么通過創(chuàng)建voidLcdPrintStr(uchar*str)函數(shù)輸出字符串，經(jīng)過while循環(huán)判斷字符串是否顯示完，直到循環(huán)結(jié)束，退出函數(shù)；如果是顯示采集到的數(shù)字，則通過函數(shù)LcdWriteData(num/10+0x30);LcdWriteData(num%10+0x30);while(1);顯示。流程圖如圖4-4所示：圖4-4液晶流程圖2.2.3傳感器程序設(shè)計(jì)DHT11傳感器部分代碼如圖4-5所示：圖4-5DHT11傳感器代碼圖先調(diào)用ReadDhtData()函數(shù)，函數(shù)里定義了五個(gè)變量保存讀到的內(nèi)容，由單片機(jī)發(fā)送一個(gè)起始信號給傳感器，起始信號在傳送過程中會產(chǎn)生略微的延遲，并且當(dāng)讀取器收到信號后發(fā)送完之后，才會讀取真正的溫度、濕度數(shù)據(jù)和