I溫濕度測定是現(xiàn)代智能家居工作環(huán)境中最基本本文主要研究內容之一是通過系統(tǒng)的軟件設計開發(fā)研究一并使用一個基于stc89c52單片機、dht11傳感器電路控制管理模塊、1602液晶顯示屏電路控制管理模塊和一個繼電器電路控制模塊系統(tǒng)管理模塊，設計出一個基于室內空氣總體溫濕度值的測量系統(tǒng)控制管理系統(tǒng)，簡單地說來講就已經(jīng)基本達到了對基于室內空測量數(shù)據(jù)結果采集得來的空氣信息實時傳輸過來到一分別進行了數(shù)據(jù)分析和信號處理，準確地將它們通過顯示連接到一個液在本設計中，硬件部分根據(jù)系統(tǒng)功能選取了每個模塊些器件的特性還完成了它們的硬件電路設計與 2 3Ⅱ2.1系統(tǒng)總框圖 32.2硬件選擇 42.2.1單片機的選擇 42.2.2傳感器的選擇 42.2.3顯示器的選擇 2.3本章小結 5第3章系統(tǒng)硬件電路的設計 63.1系統(tǒng)硬件概述 63.2主控模塊設計 63.2.1單片機引腳介紹 63.2.2單片機最小系統(tǒng) 73.3液晶顯示模塊設計 93.3.1液晶顯示屏簡介 93.3.2液晶顯示模塊電路設計 93.4DHT11傳感器模塊設計 3.4.1DHT11傳感器簡介 3.4.2DHT11傳感器模塊電路設計 3.5按鍵模塊設計 3.6閥值設定模塊設計 3.6.1AT24C02簡介 3.6.2閾值存儲模塊電路設計 3.7繼電器模塊電路設計 3.8蜂鳴器報警模塊設計 3.9本章小結 第4章系統(tǒng)軟件程序的設計 4.1系統(tǒng)的主程序流程 4.2按鍵程序設計 4.3EEPROM存儲程序設計 4.4液晶顯示程序設計 214.6本章小結 21第5章系統(tǒng)制作調試與功能實現(xiàn) 25.1系統(tǒng)實物的制作 25.1.1實物焊接 25.1.2程序調試及下載 23 245.2.1溫濕度實時檢測及顯示功能 245.2.2閾值設置與掉電保存功能 245.2.3溫濕度報警及調節(jié)功能 245.4本章小結 25Ⅲ 26 27附錄1原理圖 281第1章緒論當今世界，隨著我國的現(xiàn)代科學和信息技術的進一步飛速發(fā)展與不斷的進步以及我國國民經(jīng)濟的不斷健康增長，人們在日常生活中的物質上和精神條件水平也已經(jīng)開始得到巨大的提升和改善，人們對于自己的家庭生活服務品質也越來越多地認識和更加重視，在智能家居其中的生活環(huán)境質量檢測也逐漸發(fā)展成為了當今人們密切共同關注的一個熱點話題。溫度濕度檢測是智能家居環(huán)境中最基本的環(huán)境參數(shù)?？諝庵懈鞣N溫濕度的高低會直接關系到我們身體的健康以及舒適程度和心理情緒，所以對于溫濕度的高低進行監(jiān)測與控制也是非常必要的。使用51單片機設計一個自動對室內溫濕度進行控制的系統(tǒng)，可以即時準確地反應室內的溫濕度進而通過負載調節(jié)室內的溫濕度以便達到舒適的環(huán)境。本設計要實現(xiàn)以下的功能：1.溫濕度顯示進行實時測溫監(jiān)控和屏幕顯示。可以通過液晶實時的將由采用濕度傳感器檢測得來的空氣溫濕度測量數(shù)據(jù)。2.可以通過手動進行調節(jié)溫濕度限定范圍?？梢酝ㄟ^鍵盤來進入控制設定溫濕模式使用按鍵來輕松完成對室內溫濕度的上下限設定。3.斷電下的閾值數(shù)據(jù)保存可以由外部EEPROM存儲，實現(xiàn)斷電數(shù)據(jù)保存。4.當溫度或者濕度已經(jīng)超出溫濕度控制系統(tǒng)所設置規(guī)定的范圍時，蜂鳴器報警及信號燈就會點亮，并且儀器相應的繼電器電路吸合。繼電器驅動開關同時打開或者是切斷所有風扇、加熱器、抽濕機、加濕器、等外部控制裝置。總體而言，本次設計主要涉及了溫濕度的測量、顯示以及實現(xiàn)簡單控制。通過溫濕度傳感器檢測可以得到當前環(huán)境下的溫濕度，將所有的需要及時檢測的溫度數(shù)據(jù)及時提供反饋給單片機，然后對其數(shù)據(jù)進行了信號分析和數(shù)據(jù)處理，并分別將其儲存在不同的數(shù)組中，以便在數(shù)據(jù)顯示使用。再通過采用驅動繼電器元件來進行控制負載，在空氣溫度或者空氣濕度已經(jīng)超出了控制范圍的時候繼電器可以直接2通過驅動控制負載正常運行工作，及時自動開啟風扇等外部第1章：先是詳細分析了這個選題的歷史背景、研究課題的含義與目的、還第3章：設計與連接了各個主要電路，并且對電路的設計原則和注意事項進行了交代，包括DHT11的連接電路、第4章：對系統(tǒng)的軟件設計和編程進行了介紹。第5章：對溫濕度控制器制作過程、最終實現(xiàn)功能進行介紹。3本章主要介紹了整個系統(tǒng)的組成框架，實現(xiàn)方案的設計與實現(xiàn)，以及所選取的硬件。本系統(tǒng)從其總體的功能角度劃分為可以認定為三個組成部分，第一個組成部分主要目的是對各種環(huán)境中的溫濕度信息進行自動采集，其中主要包括環(huán)境溫濕度信息采集模塊；第二個主要組成部分為溫濕度數(shù)據(jù)的分析和數(shù)據(jù)處理，包括單片機控制模塊、按鍵電路模塊、顯示模塊和報警電路模塊；第三部分為溫濕度的調節(jié)，包括溫濕度調節(jié)模塊。硬件主要特點就是系統(tǒng)中采用了包括以stc89c52型號的單片機作為系統(tǒng)的基本設計和核心，通過一個利用lcd1602的液晶顯示器進行實時地監(jiān)視和顯示由空氣中的溫度傳感器dht11檢測得到的室內空氣中各種溫濕度的數(shù)據(jù)，設定好的斷電數(shù)據(jù)的保存值經(jīng)at24c02存儲，實現(xiàn)了對斷電后的數(shù)據(jù)存儲。最后還有超出閾值后對的空氣溫濕度可以進行報警及自動調節(jié)的裝置。本文設計的溫濕度控制系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。LCD顯示警單片機6第3章系統(tǒng)硬件電路的設計方案的設計主要由五個模塊共同組合而成，分別是為單片機的主控模塊、傳感器控制模塊、lcd型液晶顯示控制模塊、溫濕度測量范圍的設定模塊及繼電器控制模塊。其中在主控系統(tǒng)的控制模塊中所采用的控制芯片就是stc89c52芯片，它直接被應用來控制整個系統(tǒng)的正常工作和維護系統(tǒng)的運行，利用其各個I/O□分別對其他各個模塊的功能進行了自動控制，使其他各個模塊都能夠直接地組合在一起來形成一個完整的集成系統(tǒng)，滿足了各種功能的不同需要。在dht11溫濕度傳感器中，讀取室內空氣的溫度及室內空氣的相對濕度，在一個lcd1602液晶屏上實現(xiàn)即時測量溫濕度的顯示。液晶屏上同時也可以顯示出溫濕度設定的范圍，該屏的溫濕度設定顯示范圍被直接存放在系統(tǒng)外部的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器at24c02中，進行自動掉電數(shù)據(jù)的保存，并且每個溫濕度設定顯示范圍的值都可以直接經(jīng)過四個控制按鍵可以分別進行手動上調或者是手動下調。當相對溫度或者相對濕度測量數(shù)值超出系統(tǒng)所需的規(guī)定范圍，則輸出報警信號將報警燈點亮，同時用三極管單片機各引腳分配情況如下：PO□(P0.0~P0.7)作為與液晶的數(shù)據(jù)傳輸□;P1.0和P1.1分別接AT24C02的SCL和SDA以實現(xiàn)與AT24C02芯片之間的數(shù)據(jù)P1.2與液晶的RS端相連P1.3和E接，以控制液晶顯示；P1.7傳感器DHT11數(shù)據(jù)□相連。P2.0~P2.3作為閾值模塊中四個按鍵的接口；P3.2、P3.3、P3.4、P3.6分別接四個繼電器驅動電路，用于控制調節(jié)溫濕度。P3.5接蜂鳴器控制端，以控制報警模塊工作。3.2.1單片機引腳介紹STC89C52有40個引腳：主電源引腳2根別是VCC(+5V)和GND外接晶振引腳2根分別是XTAL1和XTAL2控制引腳4根以及32根可編程輸入/輸出引腳7123456789O讓單片機工作首先得接好它的最小系統(tǒng)，這可以啟動單片機的必要條件，也電源：接+5V晶振：在本次設計使用在芯片中，在18和19引腳外接晶振，單片機內部產生時鐘脈沖信號。圖中兩個30PF的電容C2和C3起到穩(wěn)定頻率和快速起振的作用。本設計晶振選的是12MHZ,采用12MHz晶振能夠比較好的預測時間。復位：本設計采用上電自動復位，通過外部復位電路平時，其狀態(tài)為高阻態(tài)而并不是5V電壓，沒有足夠的驅動電流。因此需要在PO□連接上拉電阻，電阻另一端連接VCC。由VCC通電流。單片機最小系統(tǒng)如圖3.2所示：9LCD1602A是一種字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。(16列2行),可以清楚的顯示字母、數(shù)字、符號等。相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多5。(1)引腳說明：編號符號引腳說明編號符號引腳說明電源地數(shù)據(jù)電源正極數(shù)據(jù)液晶顯示偏壓數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)R使能信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)背光源正極數(shù)據(jù)背光源負極由上面的的引腳說明可完成對其與單片機的連接，電路中液晶連接圖如下。在后續(xù)程序功能中只需往液晶寫數(shù)據(jù)，所以R/W腳直接接地，3號引腳調節(jié)液晶對比度的，查資料所得液晶3腳的電壓在0.8V左右顯示的亮度比較清晰，所以3名稱2串行數(shù)據(jù)，單總線空腳，請懸浮4(2)接口說明：正之間接一只5K的上拉電阻。引腳三為空腳，此管腳懸空不用。如下圖3.5所根據(jù)上述接口說明，我們可以搭建出傳感器與單片機的電路。引腳2是數(shù)據(jù)DHT11傳感器原件的電路連接圖如下圖3.6所示：A?48765管腳描述：管腳名稱功能器件地址選擇?串行數(shù)據(jù)串行時鐘寫保護地3.6.2閾值存儲模塊電路設計溫濕度閾值存儲在EEPROM芯片AT24C02中，SCL管腳接單片機的P1.0腳，SDA接單片機的P1.1腳，因為I2C接口的輸出端是漏極開路的，所以必須在接口外接上拉電阻，電阻選10K。如圖3.9所示是這個芯片的電路連接圖：872402_SDA5A1A2l234繼電器在電路中起導通、切斷外部設備的作用。(1)因為單片機輸出電流能力有限，如果繼電器直接接到單片機的I/O□上，達不到驅動繼電器的電流，所以無法直接驅動繼電器，所以接了三極管來驅(2)電路中的繼電器由PNP型三極管驅動，當溫濕度值不在設定范圍時，(3)三極管選用的是PNP型三極管，因為單片機的I/O□剛上電時會輸出(4)繼電器并聯(lián)兩個二極管一個發(fā)光二極管用于指示該繼電器動作，另的電阻。由于選用的繼電器電流在45mA-100mA才會正常工作，即三極管發(fā)射極電流Ie要在45mA-100mA這個范圍內，所以在基極接電阻，至于接多大的電阻才能讓流經(jīng)繼電器的電流I內，我的做法采用試測法，分別接了幾個不同阻值的電阻，測出相應的電流，最終選定的是1K的電阻。驅動去濕繼電器電路連接如圖3.10所示，降溫、升溫、加濕的繼電器電路一致，D7D7一J3.8蜂鳴器報警模塊設計蜂鳴器電路的連接和繼電器電路的連接類似，單片機足以直接驅動蜂鳴器，所以也接了三極管來驅動。蜂鳴器正常工作再電壓2.2V~7.1V、電流10mA~35mA之間，經(jīng)過試測選擇了在基極連上2.2K的電阻。機最小系統(tǒng)電路、DHT11的連接電路、按鍵電路、AT24C02芯片連接電路、繼電器模塊電路的設計及蜂鳴器報警電路的連接，且還針對這些電路設計的一些基本原理和其中的注意事項進行作了詳細的設計介紹，其中主要包含了一些模O第4章系統(tǒng)軟件程序的設計在對整個設計系統(tǒng)硬件模塊進行了一個比較整體的硬件設計和電路搭建之后，還需要根據(jù)系統(tǒng)功能需求，首先建立了一個程序設計框架的整體設計流程框圖，再劃分后成為多個系統(tǒng)模塊，按照逐個系統(tǒng)模塊要求進行程序設計實現(xiàn)它們的功能，最終把各個子系統(tǒng)模塊的程序設計合理地相互連接了組合起來，構成一個總的主程序首先要對整個系統(tǒng)進行初始化，然后將采集到的溫濕度指令傳給系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4.1所示：開始延時定集顯示N圖4.1主程序流程圖(1)程序開始時，首先初始化主程序。(2)調用AT24C02的程序給定溫濕度范圍。(3)調用溫濕度傳感器DHT11子程序以對環(huán)境溫濕度進行采集。(4)調用液晶顯示子程序，把溫濕度信息放到LCD顯示屏上。按鍵程序作為子程序供主程序調用，根據(jù)系統(tǒng)設計的功能需求設置了4個按鈕。其中，按鍵S1對應的是設置，通過進行再按一下S1鍵就可以進入到下一項；;按下按鍵S2對應的是增加數(shù)值一；按下按鍵S3對應的是減小數(shù)值一；按下按鍵S4對應的功能確定并保存，當溫濕度上下限設定完成時，按一下此鍵在使用按鍵時還需要進行鍵盤的去抖，不然會系統(tǒng)引起是檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，產生延時，讓前沿抖動消失后，再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為真正有鍵消抖流程如圖4.2所示：開始開始否鍵是否按下是否是執(zhí)行按鍵相應功能圖4.2消抖程序流程圖AT24C04存儲程序的編寫主要是先對IC總線初始化，然后往AT24C04寫數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)，最后顯示，程序一直循環(huán)。開始程序流程圖如圖4.4所示：LCD初始化設第一行顯示位置顯示第一行內容設第二行顯示位置顯示第二行內容DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如下圖4.5所示：延時數(shù)據(jù)輸出本章主要介紹了系統(tǒng)的軟件設計，包括主程序軟件設計、按鍵程序軟件設計、EEPROM存儲程序設計、液晶顯示電路軟件設計、傳感器電路軟件設計。第5章系統(tǒng)制作調試與功能實現(xiàn)在基本上完成了系統(tǒng)的硬件和軟件設計以后，還要針對整個系統(tǒng)的各個組成部分做出相應的調試和測試，并把程序下載到實物中，如果各部分都滿足設計要求，那么該設計也就完成。這章將對系統(tǒng)的各個重點組成部分進行功能性的測試，查看一下本文中系統(tǒng)的各項功能是否符合要求。焊接實物前我們得知到各個器件的參數(shù)，如工作電壓、電流等，有些可以直接在說明書上可以直接找到，有些則沒有，需要我們自己測量，以下是測量的數(shù)?電壓電流正常紅LED蜂鳴器2.2~7.1V小風扇有了這些參數(shù)之后，對應之前一章各部分的硬件電路設計，選用合適的的電阻完善電路連接。在器件和參數(shù)都有之后，我們根據(jù)功能將各個模塊的器件合理的在板子上進行布局，確保所有部件都能合理的放下再接下來的逐一焊接工作。焊接前實物硬件各模塊大致布局如圖：圖5.1系統(tǒng)模塊布局焊接好后系統(tǒng)的實物連接如圖5.2、圖5.3所示：實物制作完成后需要對單片機進行編程和調試，本設計是在KeilC環(huán)境下開發(fā)的，所以嚴格按照KeilUvision下載步驟將編譯好的程序.hex文件下載到單片機在完成對程序的調試及燒錄之后，對系統(tǒng)的各項功能進行測試檢驗，看是否達到預期。5.2.1溫濕度實時檢測及顯示功能制作完成后的控制器可以進行室內環(huán)境下進行溫濕度的實時測量和顯示，不足之處是液晶顯示屏在不同光度的環(huán)境下無法調節(jié)，人眼看的不是很舒服，比如我在相對暗的環(huán)境下測試時液晶的亮度就顯得很亮，而在相對明亮的環(huán)境下測量時又顯得亮度不足，如圖5.3所示：5.2.2閾值設置與掉電保存功能通過按鍵進入設置模式實現(xiàn)溫濕度上下限設定，S1為選擇設定項，S2為上限增加，S3下限減小，S4為確定。設置好溫濕度范圍后確認，關掉電源并再次開啟電源，當前溫濕度范圍沒有改變，說明該功能可以實現(xiàn)。如圖5.4所示：5.2.3溫濕度報警及調節(jié)功能溫濕度調節(jié)模塊采用了四個由單片機控制的繼電器，繼電器用來控制增加、減少房間溫度和濕度的電器設備的電源開關。當室內的溫濕度不在范圍內時，蜂鳴器會發(fā)出嘀嘀的聲音，以此來提示用戶，同時繼電器吸合，相應的設備也會啟動，從而對室內的溫濕度進行調節(jié)。在設定溫濕度恰好就在溫濕度范圍內，這樣哈氣或者用東西捂著傳感器，讓它的溫、濕度的顯示超出設定范圍。經(jīng)過測試，功能可以正常實現(xiàn)。因而簡單的實現(xiàn)了對溫、濕度的控制。但由于經(jīng)費有限，調節(jié)溫濕度的外圍設備僅裝了一個用于降溫的風扇，其他設備通過二極管指示燈來模擬相應設備的動作。如圖5.5中所示，溫度25℃超過設定溫度(21℃-23℃),濕度也超出設定范圍(45%-50%),所以蜂鳴器報警，風扇啟動，控制抽濕器的本章主要對控制器的制作過程，制作完成后的功能進行了介紹，并對各功能進行了測試。功能的介紹主要包括了溫濕度實時檢測及顯示本設計是一種以單片機作為主要核心的溫濕度控制系統(tǒng)，利用軟件進行編程，最終基本實現(xiàn)了所有的要求。雖然該系統(tǒng)還是存在許多缺點和不足，但是它的設計總體上已經(jīng)很好地反映了出來的設計目標和技術要求，與所預期的效果的結果相差不多。溫濕度是智能家居環(huán)境中最基本的環(huán)境參數(shù)，對溫濕度的監(jiān)測和控制系統(tǒng)的研究就具有實際的理論及實用價值，是進一步智能家居環(huán)境系統(tǒng)研究的基礎。本文主要完成了以下工作：(1)對智能家居的環(huán)境檢測方法進行研究；(2)對單片機、傳感器以及液晶顯示進行了分析選擇。設計出的溫濕度控制系統(tǒng)能夠可靠的檢測并調節(jié)室內溫濕度；(3)完成了溫濕度控制器的結構設計，電路設計，各個模塊之間的硬件連接。(4)完成了控制系統(tǒng)電路設計和各功能軟件編程；(5)完成了最后實物的焊接及各功能測試；限于本人能力，此次畢業(yè)設計的系統(tǒng)做的不是特別的完善，有很多提高和待改進的地方。本設計中存在的不足之處：(1)本設計只是解決了智能家居環(huán)境檢測的部分問題(2)在顯示模塊設計上，液晶顯示屏的亮度在不同光照的環(huán)境下無法調節(jié)。(3)因在實物焊接時采用的是飛線的方式進行連接，連接點之間容易斷開且后續(xù)查找非常麻煩。后期會嘗試學習如何設計PCB。(4)沒有上位機顯示。參考文獻[1]季作亮.基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的設計[D].山東師范大學，2014[2]張漢權，黃月紅，王培聲，等.一種基于單片機的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設計[J].科學與財[4]樊家順.機房溫濕度監(jiān)測報警器的設計與制作[J].數(shù)字化用戶，2017,23(47):266.DOI:10.3969/j.issn.1009-0843.2017.47.240.DOI:10.3969/j.issn.1003-0522.2013.15.099.[6]吉彥平，孟實，王小明，等.基于單片機的家庭環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)[J].百科論壇電子雜[7]余彥瓊.以STC12C5A60S2單片機為基礎的智能家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設計探討[J].科學[8]莫先.基于STM32單片機家電控制及家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].重慶理工大[9]陳榮坤.基于STC12C5A