基于STC89C52單片機(jī)的多功能溫濕度報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:當(dāng)今時(shí)代發(fā)展已經(jīng)在多功能化，無(wú)論是什么設(shè)計(jì)，都需要滿足很多種要求，實(shí)現(xiàn)很多種功能。多功能溫濕度報(bào)警系統(tǒng)就是其中的一個(gè)體現(xiàn)，多種環(huán)境參數(shù)中最基本也最重要的就是溫度和濕度，在我們的生活中要時(shí)刻關(guān)注溫度和濕度的變化，只有很好的把握好環(huán)境的差異變化，我們才能獲取最大效益。例如養(yǎng)殖場(chǎng)等、牲畜的成長(zhǎng)都是與溫度和濕度是分不開(kāi)的。只有環(huán)境適宜才能有最大的收益。準(zhǔn)確測(cè)量并掌握溫濕度在食品加工、生物藥學(xué)等方面都有至關(guān)重要的作用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)想要制作的，是以STC89C52單片機(jī)作為微控制器，完成一個(gè)多功能溫濕度報(bào)警系統(tǒng)，主要以應(yīng)用廣泛的DHT11溫濕度傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù)，由于傳感器可以把各種物理量化學(xué)量等轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，使人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息處理、自動(dòng)控制和測(cè)量。掌握各種傳感器的結(jié)構(gòu)性能和指標(biāo)也是我們所需要的。溫濕度傳感器發(fā)展速度快、應(yīng)用范圍廣泛，還有很大的發(fā)展?jié)摿?，本?xiàng)目也本著為了提高對(duì)傳感器尤其是溫濕度傳感器的認(rèn)識(shí)和深入研究的初心，基于實(shí)時(shí)、廣泛、準(zhǔn)確的原則進(jìn)行了設(shè)計(jì)。我們會(huì)預(yù)先設(shè)定一個(gè)上下閾值，當(dāng)檢測(cè)到溫度或濕度不符合設(shè)定的范圍時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警。本設(shè)計(jì)具有掉電保存的功能，數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)內(nèi)部。檢測(cè)到的環(huán)境溫濕度會(huì)時(shí)刻顯示在1602液晶上。我們采用3節(jié)5號(hào)干電池來(lái)作為電源模塊。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)DHT111602液晶1引言1.1研究背景國(guó)內(nèi)外研究狀況：目前國(guó)外對(duì)環(huán)境控制系統(tǒng)大多數(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)及自動(dòng)化校準(zhǔn)，也就是對(duì)溫濕度傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行高精度溫濕度傳感器進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)由于技術(shù)條件的限制，還沒(méi)有研制出溫濕度一體綜合校準(zhǔn)的溫濕度發(fā)生器，現(xiàn)有的大多數(shù)溫濕度發(fā)生器都只有一個(gè)測(cè)量室，并且其規(guī)格不能滿足溫濕度一體傳感器的溫度檢定環(huán)境要求。目前國(guó)內(nèi)許多高校、科研院、生產(chǎn)廠家等相機(jī)開(kāi)始研究溫濕度現(xiàn)場(chǎng)一體化校準(zhǔn)技術(shù)。為保障生產(chǎn)環(huán)境和溫濕度檢測(cè)設(shè)備，此方面的研究還有很長(zhǎng)的路要走。隨著現(xiàn)代電子、通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器的發(fā)展也逐漸集成化、數(shù)字化。溫濕度傳感器的研發(fā)受到國(guó)內(nèi)外高度重視。很多國(guó)外政府為此投入了大量資源。例如美國(guó)的“國(guó)家納米技術(shù)”計(jì)劃、AD/MAXIM等知名芯片制造商，他們產(chǎn)出了多種溫濕度傳感器產(chǎn)品，這些產(chǎn)品采用數(shù)字化技術(shù)，測(cè)量值以數(shù)字形式直接輸出，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、能遠(yuǎn)距離傳播等優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)一些公司例如JUCSAN公司也開(kāi)始有了這方面的研究，獲得了一些重要結(jié)果。近年來(lái)，基于溫濕度傳感器的報(bào)警系統(tǒng)的研究發(fā)展迅速。國(guó)際上先進(jìn)的測(cè)控技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、傳感器技術(shù)等都為溫濕度傳感器的研發(fā)提供了便利條件，使溫濕度的設(shè)定和出現(xiàn)時(shí)更加直觀，精度更高，穩(wěn)定性更強(qiáng)，更加智能化?，F(xiàn)代溫濕度數(shù)據(jù)采集測(cè)控報(bào)警系統(tǒng)逐漸取代了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，他們不斷改進(jìn)技術(shù)，添加諸多功能，來(lái)滿足各種惡劣環(huán)境下完成精準(zhǔn)測(cè)量的目的。溫濕度采集系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、冶金、化工、日常生活等方面有著廣泛的應(yīng)用，但這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)貪穸炔杉到y(tǒng)的要求并不相同。目前為滿足不同方面的需求，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)主要有以下幾種單片機(jī)系統(tǒng)控制的溫濕度采集系統(tǒng)；基于PLC的溫濕度采集系統(tǒng)；集散型溫濕度采集系統(tǒng)；基于FPGA的溫濕度采集系統(tǒng)；DSP控制的溫濕度采集系統(tǒng)。盡管已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種不同種類的溫濕度數(shù)據(jù)采集報(bào)警系統(tǒng)，但是還是一般常用單片機(jī)或者DSP作為主控制器。單片機(jī)又稱作微控制器，有內(nèi)置CPU（中央處理器）的單片集成芯片、存儲(chǔ)器、I/接口電路等功能。單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)有很多，它的體積小、可靠性高、功能豐富、方便快捷，所以可以廣泛在各種領(lǐng)域應(yīng)用。單片機(jī)對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代有著重要作用。比如只能儀器儀表、實(shí)時(shí)控制和機(jī)電一體化等都有著廣泛應(yīng)用。DSP也稱為數(shù)字信號(hào)處理器，是有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，隨著通信、計(jì)算機(jī)等快速發(fā)展，采用PC（上位機(jī)）與單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器連接構(gòu)成的小型控制系統(tǒng)在現(xiàn)代智能溫濕度數(shù)據(jù)測(cè)控領(lǐng)域應(yīng)用愈加廣泛。它們的價(jià)格低、功能強(qiáng)，有著種種優(yōu)勢(shì)，所以被應(yīng)用十分廣泛?？傊?，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外溫濕度數(shù)據(jù)采集、測(cè)控系統(tǒng)的研究都向著微型化、數(shù)字化、智能化發(fā)展，我們需要不斷改進(jìn)技術(shù)滿足市場(chǎng)需求，滿足人們對(duì)美好生活的需求。1.2研究目的溫度、濕度這兩個(gè)變量與我們的生活息息相關(guān)，無(wú)論是日常生活我們所關(guān)注的環(huán)境指標(biāo)，還是工業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，溫度和濕度都是需要注意的重要因素。人的體感也并不是單純受這兩者其一的影響，而是他們綜合作用的結(jié)果。例如農(nóng)業(yè)研究的溫室大棚、石油化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)，都是與溫度和濕度分不開(kāi)的。只有有適宜的溫濕度條件，我們才能獲得最大的效益。隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)的精度要求越來(lái)越高。本設(shè)計(jì)產(chǎn)品有著低成本、方便快捷、精確度高等優(yōu)勢(shì)，不僅能用于室內(nèi)溫濕度的報(bào)警，也可用于制作智能風(fēng)扇、智能浴室系統(tǒng)、溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，很好地滿足大眾要求。1.3研究意義隨著科技的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越成熟，人們對(duì)美好生活需求越來(lái)越高，無(wú)論家用電器還是工業(yè)應(yīng)用的器械都越來(lái)越智能化和人性化，目前市場(chǎng)上大部分溫濕度報(bào)警器都采用傳統(tǒng)機(jī)械按鍵控制、不能遠(yuǎn)距離報(bào)警也不能調(diào)節(jié)溫濕度，功能過(guò)于單一，不夠智能、人性化。本設(shè)計(jì)制作的溫濕度報(bào)警器，采用單片機(jī)作為控制器、藍(lán)牙通信技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度的顯示和一定程度的控制，可以手動(dòng)設(shè)置上下限溫濕度，通過(guò)藍(lán)牙短信的方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警。本設(shè)計(jì)采用了模塊化的硬件搭建方式，其最小系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路組成。C語(yǔ)言軟件編程，便于進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)選擇方案一：可以選擇使用CPLD作為系統(tǒng)的主控制器，讓CPLD來(lái)控制和處理整個(gè)系統(tǒng)。CPLD處理數(shù)據(jù)能力強(qiáng)，運(yùn)行速度良好，編輯程序容易，它還有著其他很多優(yōu)勢(shì)。雖然它需要的VHDL語(yǔ)言相較于單片機(jī)所需要的C語(yǔ)言復(fù)雜程度相似，但是單片機(jī)在控制系統(tǒng)的功能上還是有著比較明顯的優(yōu)勢(shì)。我們做的多功能溫濕度報(bào)警系統(tǒng)要求主控制器有著更好的控制能力多余處理信息的速度，如果我們選用CPLD作為主控制器，會(huì)增多很多控制方面的問(wèn)題。所以我們否定了這個(gè)方案。方案二：選用51單片機(jī)來(lái)做溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的主控制器。單片機(jī)是一種集成電路芯片，單片機(jī)采用了超大規(guī)模集成電路技術(shù)。它把負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的CPU,RAM、ROM，多種I/O口和中斷系統(tǒng)等功能集成在一塊硅片上構(gòu)成了微小但完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。我們制作的溫濕度報(bào)警系統(tǒng)充選用51單片機(jī)系列里的STC89C52單片機(jī)作為主控制器，通過(guò)DHT11溫濕度傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù)，并預(yù)先設(shè)定符合要求的溫濕度的上下限數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到的環(huán)境的溫濕度高于設(shè)定的上限或是低于設(shè)定的下限，就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)會(huì)通過(guò)我們?cè)O(shè)置的無(wú)線通信模塊發(fā)送報(bào)警短信到遠(yuǎn)端用戶的手機(jī)，并且會(huì)根據(jù)報(bào)警情況做相應(yīng)的處理。需要完成這么多的步驟，這就能顯現(xiàn)出選用單片機(jī)的妙處，單片機(jī)可以流暢的控制這一系列功能。選用51單片機(jī)也是有因?yàn)?1單片機(jī)的價(jià)格比較低，性價(jià)比很高，可以降低實(shí)驗(yàn)成本，51單片機(jī)的I/O口數(shù)量和程序空間也足夠完成我們所需要的功能。51單片機(jī)中選用STC89C52單片機(jī)作為控制器也是因?yàn)檫@種型號(hào)的單片機(jī)更好地發(fā)揮了51單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，和我們選用的DHT11溫濕度傳感器十分契合，處理數(shù)據(jù)能力更強(qiáng)，可以更好的完成所需要的功能，系統(tǒng)十分靈活，還能通過(guò)KEIL軟件編輯C語(yǔ)言的方式控制每個(gè)模塊的運(yùn)作，使本十分復(fù)雜的功能在簡(jiǎn)單的電路上就能夠?qū)崿F(xiàn)，方便快捷又節(jié)約成本，這都是溫濕度報(bào)警系統(tǒng)所追求的目標(biāo)。因此我們選擇STC89C52來(lái)作為系統(tǒng)的主控制器是很理想的。2.2電源模塊我們?cè)O(shè)計(jì)的溫濕度報(bào)警系統(tǒng)中的各個(gè)模塊，單片機(jī)，傳感器等工作電壓大多都在3-5V，所以我們選擇用電池供電，具體方案有以下兩種。方案1：本系統(tǒng)采用蓄電池來(lái)供電。蓄電池的電壓輸出十分穩(wěn)定，可以滿足本系統(tǒng)的需要。但是蓄電池體積很大，價(jià)格也很貴，不符合我們的設(shè)計(jì)理念，也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)很多不便，使用上也不如干電池方便，所以蓄電池不是很理想。方案2：我們選擇三節(jié)電池座，讓1.5V的干電池串聯(lián)在一起給系統(tǒng)提供共4.5V電壓，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，硬件電路每個(gè)模塊都能夠正常工作，只需要在硬件電路中引出電源和地，接在排針上，再用杜邦線把電池組和整個(gè)硬件電路相連即可。電池座的方式使用很方便，可以隨時(shí)更換電池。方案2更加適合本系統(tǒng)。2.3顯示模塊關(guān)于溫濕度報(bào)警器中傳感器采集到的溫濕度數(shù)據(jù)，我們希望能夠直觀、實(shí)時(shí)地反應(yīng)給用戶，所以我們需要選擇大小合適、顯示簡(jiǎn)潔清晰的LCD1602來(lái)完成這樣的目的，顯示的數(shù)據(jù)時(shí)刻會(huì)發(fā)生變化，LCD液晶顯示快速的優(yōu)勢(shì)便得到了發(fā)揮，并且LCD1602的封裝大小、管腳口都契合我們的控制器和硬件電路，所以選擇LCD1602.2.4溫濕度采集模塊方案1：分別采集溫濕度數(shù)據(jù)采集溫度數(shù)據(jù)我們可以選擇用鉑電阻作為模擬溫度傳感器來(lái)測(cè)溫，也稱為非線性校正的方法。選用一個(gè)熱敏電阻，用硬件電路的方式測(cè)量經(jīng)過(guò)熱敏電阻的電流電壓，再用放大電路將這個(gè)信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，再設(shè)計(jì)硬件顯示電路，通過(guò)這種方式測(cè)量溫度。這種測(cè)溫方法需要大量硬件技術(shù)，會(huì)大大提高成本，同時(shí)，模擬傳感器得到的數(shù)據(jù)B不是很精確，所以放棄了鉑電阻測(cè)溫的方案。測(cè)量溫度還可以選用我們熟悉的DS18B20溫度傳感器，這種溫度傳感器的體積很小，它和本系統(tǒng)的單片機(jī)很契合，多種項(xiàng)目例如溫度計(jì)等都用到這種傳感器，它還有很強(qiáng)的抗干擾能力，采集數(shù)據(jù)方便，可以直接將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)來(lái)集中處理。封裝形式體積小的特點(diǎn)也能夠滿足本系統(tǒng)的硬件要求，它還可以多個(gè)進(jìn)行串聯(lián)使用，并且都可以接在同一個(gè)I/O口，能節(jié)省很多硬件空間，用于檢測(cè)多個(gè)環(huán)境溫度非常合適。圖2-4-1鉑電阻橋式測(cè)溫電路采集濕度數(shù)據(jù)采用一個(gè)電壓輸出電路，由兩個(gè)555定時(shí)器產(chǎn)生，圖2中的第一個(gè)定時(shí)器給第二個(gè)定時(shí)器提供一個(gè)連續(xù)的定時(shí)脈沖來(lái)觸發(fā)使其工作，它工作在脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式。第二個(gè)定時(shí)器頻率輸出進(jìn)入低通\t"/article/88/142/2019/_blank"濾波器（LPF）和由雙LM2904\t"/article/88/142/2019/_blank"運(yùn)算放大器組成的\t"/article/88/142/2019/_blank"放大器。該采集濕度電路方法稱為一點(diǎn)校準(zhǔn)電壓輸出。這使得電壓輸出采集到的濕度的精度小于±2.7%RH。圖2-4-2電容電壓轉(zhuǎn)換架構(gòu)中的單點(diǎn)校正電路方案2：選用DHT11溫濕度復(fù)合傳感器來(lái)同時(shí)采集溫濕度數(shù)據(jù)，直接將數(shù)據(jù)傳送給控制器進(jìn)行處理。圖2-4-3DHT11實(shí)物圖圖2-4-4溫濕度報(bào)警器系統(tǒng)框圖方案比較鉑電阻測(cè)溫的方法屬于模擬溫度傳感器，信號(hào)容易失真并且采集到的數(shù)據(jù)精確度不高。并且分別采集溫濕度會(huì)加大成本和工作難度。采用DHT11做溫濕度數(shù)據(jù)采集，并且DHT11收集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，DHT11模塊封裝也十分簡(jiǎn)單，硬件電路僅有一個(gè)三個(gè)引腳的零件就能解決所有該模塊的問(wèn)題，還可以測(cè)試不同環(huán)境的溫濕度。該傳感器和控制電路相連，可以進(jìn)行閾值的控制，使溫濕度參數(shù)控制在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，不需要人為參與。本系統(tǒng)還通過(guò)RS-232連接上位機(jī)，下載程序方便。數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11測(cè)量溫度范圍為-20—+60℃，精度為0.2℃、測(cè)量濕度范圍為5%—95%RH，精度為5%RH。不僅精度和范圍優(yōu)于其他方案，還節(jié)約了成本。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的數(shù)字信號(hào)輸出已經(jīng)校準(zhǔn)，DHT11為復(fù)合傳感器，該復(fù)合傳感器應(yīng)用了專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和特有溫濕度傳感技術(shù)，該傳感器具有很高的可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器的溫度采集通過(guò)一個(gè)NTC測(cè)溫元件來(lái)完成，濕度采集由一個(gè)電阻式感濕原件完成。該傳感器與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。由此，奠定了該傳感器品質(zhì)卓越、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)。每個(gè)DHT11傳感器都經(jīng)過(guò)精確的校準(zhǔn)，它們?cè)跇O為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)來(lái)確保了質(zhì)量。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應(yīng)用中，在苛刻應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。DHT11模塊封裝僅有三針單排引腳，硬件連接方便。2.5串口通信模塊本系統(tǒng)選用了STC89C52單片機(jī),該單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)端口即TXD，接收數(shù)據(jù)端口即RXD僅有一對(duì)，由于本設(shè)計(jì)希望實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警功能需要采用GSM無(wú)線模塊，該模塊我們選用了SIM800L芯片，該芯片需要一對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)端口，本系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)的功能也都需要通過(guò)這兩個(gè)端口進(jìn)行RS232轉(zhuǎn)換下載程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)模塊不能并行使用所以有如下幾種方案來(lái)解決。方案1：通過(guò)軟件來(lái)解決，將MAX232芯片與SIM800L芯片連接在一起使用，用不同地址編號(hào)來(lái)區(qū)分兩個(gè)模塊，該方案過(guò)于復(fù)雜對(duì)軟件要求過(guò)高且不易實(shí)現(xiàn)，所以放棄了此方案。方案2：采用兩路六腳自鎖開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合，電路接通MAX232芯片及其所在支路，可以在此時(shí)下載程序，程序下載過(guò)后，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，電路接通GSM無(wú)線模塊再由該模塊實(shí)現(xiàn)短信警報(bào)功能。自鎖開(kāi)關(guān)原理如下圖。圖2-5-1開(kāi)關(guān)未按下的狀態(tài)圖2-5-2開(kāi)關(guān)按下的狀態(tài)采用自鎖開(kāi)關(guān)方案簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)并且節(jié)約成本，因此我們采用方案2。3硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)3.1主控制模塊STC89C52單片機(jī)作為主控制器，其最小系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振和復(fù)位電路構(gòu)成。最小系統(tǒng)圖如下圖3-1圖3-13.2電源模塊電源電路作為單片機(jī)最小系統(tǒng)中的重要組成部分，采用3節(jié)1.5V五號(hào)干電池串聯(lián)共4.5V給系統(tǒng)供電，該電壓值經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)滿足本設(shè)計(jì)的要求，沒(méi)有電源電路就不能給單片機(jī)提供電源，單片機(jī)也不能正常工作，如果電源的輸出電壓波動(dòng)過(guò)大，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，為了是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確就需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行濾波。USB接口電源自身沒(méi)有濾波電路，所以在USB器件上連接一個(gè)電容作為一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波電路。電源模塊實(shí)物選用電池盒來(lái)完成三節(jié)電池的串聯(lián)，實(shí)物圖如下圖3--2圖3-2-1圖3-2-2電源電路圖3.4顯示模塊顯示模塊選用了LCD1602液晶顯示，硬件如圖3-4圖3-4各引腳的功能介紹如下。引腳1要接地，引腳2要連接電源電壓。引腳3作用為v調(diào)整該顯示器的對(duì)比度，對(duì)比度調(diào)整過(guò)程中連接電源正極時(shí)為最弱，連接地電源時(shí)為最強(qiáng)，對(duì)比度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響最終的顯示，所以需要再在引腳口串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)調(diào)整對(duì)比度防止顯示器出現(xiàn)問(wèn)題。引腳4的作用是選擇寄存器，當(dāng)接收到高電平時(shí)選擇為數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)接收到低電平時(shí)選擇為指令寄存器。引腳5名為R/W，也成為讀/寫(xiě)信號(hào)線，當(dāng)接受高電平時(shí)，進(jìn)行讀操作，當(dāng)接受低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。引腳4（RS）選擇為指令寄存器時(shí)，引腳5可以選擇讀或?qū)懼噶钚盘?hào)，當(dāng)引腳4（RS）選擇為數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，引腳5就只能讀或?qū)憯?shù)據(jù)信號(hào)。引腳6標(biāo)注E端也稱作使能端，該模塊會(huì)在使能端電平由高變低時(shí)執(zhí)行命令。引腳7-引腳14都是雙向數(shù)據(jù)線，需要連接在單片機(jī)I/O口，引腳4-14都直接連接在單片機(jī)I/O口即可。引腳15需要接電源正極，給背光源提供電壓。引腳16要接地，代表背光源負(fù)極接地。3.5單片機(jī)最小系統(tǒng)3.5.1晶振晶振在最小系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。STC89C52單片機(jī)的引腳18和引腳19分別串聯(lián)一個(gè)22PF的電容，再并聯(lián)一個(gè)晶振在兩條支路中間，該電路稱為單片機(jī)最小系統(tǒng)的晶振電路。本系統(tǒng)中電容、電阻等原件都封裝為直插型方便焊接。圖3-5-1晶振電路3.5.2復(fù)位電路單片機(jī)每一次重新啟動(dòng)，只有經(jīng)過(guò)復(fù)位使各個(gè)模塊回到初始狀態(tài)，才能進(jìn)行下一次的工作。單片機(jī)的RST引腳使復(fù)位引腳，需要連接復(fù)位電路工作。復(fù)位電路可以設(shè)置一個(gè)按鍵來(lái)達(dá)到手動(dòng)按鍵復(fù)位的目的。當(dāng)單片機(jī)每一次停止工作時(shí)，RST引腳會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定維持的高電平，每當(dāng)CPU檢測(cè)到這個(gè)高電平，就會(huì)進(jìn)行復(fù)位。圖3-5-2復(fù)位電路3.6溫濕度傳感器(DHT11)電路DHT11基本介紹DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款溫濕度復(fù)合傳感器，為確保精度，它內(nèi)部含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，它的內(nèi)部由一個(gè)8位單片機(jī)控制采集溫度和濕度，濕度的采集由一個(gè)電阻式感濕元件完成，溫度的采集由一個(gè)NTC測(cè)溫元件完成。DHT11雖然也是采用的單總線協(xié)議與DS18B20溫度傳感器的單總線協(xié)議有所不同。數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11測(cè)量溫度范圍為-20—+60℃，精度為0.2℃、測(cè)量濕度范圍為5%—95%RH，精度為5%RH。相比于DS18B20只能測(cè)量溫度，DHT11既能檢測(cè)溫度又能檢測(cè)濕度，不過(guò)DHT11測(cè)量出的溫度的精度和測(cè)量范圍都要低于DS18B20，其溫度測(cè)量范圍為0~50℃，誤差在±2℃；濕度的測(cè)量范圍為20%~90%RH（RelativeHumidity)相對(duì)濕度—指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比），誤差在±5%RH。DHT11電路很簡(jiǎn)單，只需要將Dout引腳連接單片機(jī)的一個(gè)I/O即可，不過(guò)該引腳需要上拉一個(gè)5K的電阻，DHT11的工作在3~5.5V的電壓下，我們所選擇的電源恰好滿足要求。DHT11協(xié)議及其數(shù)據(jù)格式DHT11與單片機(jī)之間的通信是以單總線協(xié)議的方式，DHT11溫濕度傳感器在每次單片機(jī)發(fā)送復(fù)位信號(hào)后從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式。DHT11傳感器在等待主機(jī)復(fù)位結(jié)束后發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，并拉高總線準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)。一次完整的數(shù)據(jù)為40bit，按照高位在前，低位在后的順序傳輸。數(shù)據(jù)格式為：濕度整數(shù)數(shù)據(jù)、濕度小數(shù)數(shù)據(jù)、溫度整數(shù)數(shù)據(jù)、溫度小數(shù)數(shù)據(jù)、校驗(yàn)各8bit，一共5字節(jié)（40bit）數(shù)據(jù)。由于DHT11分辨率只能精確到個(gè)位，所以小數(shù)部分是數(shù)據(jù)全為0。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性需要進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)和為前4個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)相加。DHT11會(huì)在接收到開(kāi)始信號(hào)后觸發(fā)一次溫濕度采集。DHT11不會(huì)在沒(méi)接收到主機(jī)發(fā)送復(fù)位信號(hào)的情況下主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢且無(wú)開(kāi)始信號(hào)后，DHT11進(jìn)入到低速模式。DHT11的初始化過(guò)程同樣分為復(fù)位信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)。首先主機(jī)拉低總線至少18ms，然后再拉高總線，延時(shí)20~40us，取中間值30us，此時(shí)復(fù)位信號(hào)發(fā)送完畢。傳感器發(fā)送響應(yīng)信號(hào)傳感器檢測(cè)到復(fù)位信號(hào)后，觸發(fā)一次采樣，并拉低總線80us表示響應(yīng)信號(hào)；然后DHT11拉高總線80us，之后開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。這時(shí)CPU如果檢測(cè)到低電平則說(shuō)明傳感器正常工作，如果是高電平，說(shuō)明傳感器線路連接有問(wèn)題導(dǎo)致沒(méi)有初始化，不能正常工作。當(dāng)復(fù)位電路發(fā)送復(fù)位信號(hào)后，CPU檢測(cè)到低電平，就應(yīng)該開(kāi)始采樣，采樣間隔為1us，最終低電平時(shí)間為響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)采樣到高電平時(shí)，開(kāi)始重新計(jì)數(shù)，采集到響應(yīng)信號(hào)有大約20-100us高電平，就可以認(rèn)為響應(yīng)成功。3.7蜂鳴器、發(fā)光二極管報(bào)警電路報(bào)警電路主要元件有蜂鳴器、發(fā)光二極管，封裝都為直插式方便焊接，該報(bào)警電路只能實(shí)現(xiàn)短距離報(bào)警，當(dāng)溫濕度達(dá)到設(shè)定值時(shí)傳遞短距離信號(hào)，遠(yuǎn)距離報(bào)警由無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)。圖3-7蜂鳴器、發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)引腳圖3.8串口通信模塊本系統(tǒng)的串口通信主要指的是單片機(jī)和計(jì)算機(jī)、手機(jī)用戶直接通過(guò)有線或無(wú)線的方式進(jìn)行通訊。串口通信模塊主要說(shuō)STC89C52單片機(jī)的通信接口與計(jì)算機(jī)通訊、接收計(jì)算機(jī)燒寫(xiě)的程序的途徑。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部所用的時(shí)TTL電平，我們常用的燒寫(xiě)程序的接口采用RS-232封裝，它們采用的電平模式不相同，所以我們選用MAX232芯片來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，解決在接口時(shí)產(chǎn)生的電平不同的問(wèn)題，該芯片保證了串口通信的正常進(jìn)行，而且硬件封裝簡(jiǎn)單，體型小滿足系統(tǒng)的硬件要求。3.9語(yǔ)音模塊語(yǔ)音模塊主要是每次復(fù)位電路發(fā)送復(fù)位信號(hào)后播報(bào)實(shí)時(shí)溫濕度，該模塊我們采用WT588D語(yǔ)音芯片，這款語(yǔ)音芯片封裝簡(jiǎn)單，硬件電路連接容易，音質(zhì)好，性能好。圖3-9語(yǔ)音模塊WT588D是一款具有單片機(jī)內(nèi)核的語(yǔ)音芯片也稱WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)。WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)是\t"/item/WT588D%E8%AF%AD%E9%9F%B3%E8%8A%AF%E7%89%87/_blank"廣州唯創(chuàng)電子有限公司聯(lián)合臺(tái)灣華邦共同研發(fā)出來(lái)的集單片機(jī)和語(yǔ)音電路于一體的可編輯語(yǔ)音芯片。豐富的功能、較好的音質(zhì)、廣泛的應(yīng)用范圍和穩(wěn)定的性能是WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，它具備了MP3控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制控制端口擴(kuò)展輸出模式。完全支持6K～22KHz采樣率的音頻加載也是它作為一款語(yǔ)音為基礎(chǔ)的芯片的優(yōu)勢(shì)之一，芯片的獨(dú)到之處便是將加載的音頻音質(zhì)幾乎完整無(wú)損的展現(xiàn)出來(lái)。WT588D語(yǔ)音芯片封裝很靈活，本系統(tǒng)為了方便焊接和節(jié)約成本我們都選擇直插式的封裝，芯片的內(nèi)部?jī)?nèi)置有SPI-FLASH芯片、振蕩電路和復(fù)位電路的封裝。在此基礎(chǔ)上，只需要把該模塊與單片機(jī)連接就能組成一個(gè)語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)。后續(xù)可以連接一個(gè)揚(yáng)聲器來(lái)增強(qiáng)語(yǔ)音效果。因此采用WT588D作為語(yǔ)音模塊主控芯片。3.10鍵盤(pán)模塊硬件鍵盤(pán)主要有獨(dú)立式鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)，本系統(tǒng)的鍵盤(pán)設(shè)計(jì)只需要功能轉(zhuǎn)換、增加、減少三個(gè)功能，所以我們選用獨(dú)立式鍵盤(pán)總開(kāi)關(guān)：主要控制硬件系統(tǒng)開(kāi)機(jī)或關(guān)機(jī)。數(shù)字設(shè)置鍵：S2是模式選擇鍵，按一次為開(kāi)閾值和濕度設(shè)置模式，按兩次為溫度設(shè)置模式，按三次關(guān)閾值。S3和S4只有在濕度和溫度設(shè)置模式下才有效，分別為閾值的增加和減小。圖3-10按鍵電路開(kāi)關(guān)S2，S3，S4，分別連接單片機(jī)I/O口的P3.5，P3.6，P3.73.11風(fēng)扇接口為追加控制溫度功能，增設(shè)了風(fēng)扇接口。主要用來(lái)控制環(huán)境溫度，主要有繼電器控制開(kāi)啟及關(guān)閉。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，控制加熱片發(fā)熱來(lái)達(dá)到升溫的目的，溫度過(guò)高時(shí)，通過(guò)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到降溫的效果。圖3-11風(fēng)扇接口3.12GSM無(wú)線發(fā)射模塊無(wú)線發(fā)射采用SIM800L模塊，該模塊在本系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)向用戶發(fā)送警報(bào)信息。當(dāng)溫濕度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，通過(guò)該模塊發(fā)送短消息到監(jiān)控的目標(biāo)手機(jī)上。該模塊體積小，能夠滿足該設(shè)計(jì)焊接空間要求，SIM800L短信模塊通過(guò)串行接口連接到單片機(jī)芯片并用程序控制。SIM800L模塊在未與單片機(jī)芯片連接時(shí)使用的是TTL電平，與單片機(jī)自身在通信時(shí)使用的電平相同，所以本設(shè)計(jì)中并不需要對(duì)串口信號(hào)進(jìn)行RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換。所以該模塊RX引腳與單片機(jī)TXD引腳相連，該模塊TX引腳與單片機(jī)RXD引腳相連，該模塊與單片機(jī)共用GND，就能實(shí)現(xiàn)模塊與單片機(jī)的通訊。如圖為SIM800L模塊接口設(shè)計(jì)電路。圖3-12無(wú)線發(fā)射模塊4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序結(jié)構(gòu)分析主程序調(diào)用了5個(gè)子程序，分別是LCD1602液晶顯示程序、溫濕度信號(hào)采集和處理子程序、按鍵設(shè)定報(bào)警溫濕度程序、GSM無(wú)線模塊和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)子程序。溫濕度信號(hào)處理程序：對(duì)溫濕度傳感器采集到的溫濕度信息進(jìn)行處理。LCD1602液晶顯示程序：向LCD1602液晶的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。按鍵設(shè)定程序：主要負(fù)責(zé)溫濕度上下閾值的設(shè)定和存儲(chǔ)，無(wú)線模塊和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)子程序：用來(lái)完成對(duì)報(bào)警電路和風(fēng)扇的控制。溫濕度控制系統(tǒng)的主程序也叫主函數(shù)，在給主函數(shù)充電后，主函數(shù)啟動(dòng)溫濕度檢測(cè)電路，通過(guò)檢測(cè)收集數(shù)據(jù)再由單片機(jī)接受和處理這些數(shù)據(jù)，然后1602負(fù)責(zé)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)加以判斷，如果溫濕度不符合設(shè)定的要求，對(duì)應(yīng)的繼電器會(huì)吸合反應(yīng)來(lái)進(jìn)行有效處理。4.2系統(tǒng)程序流圖主程序?yàn)閱纹瑱C(jī)工作的主體，系統(tǒng)初始化過(guò)后會(huì)對(duì)溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和處理，在用按鍵設(shè)定溫濕度的上下限后，系統(tǒng)會(huì)判斷當(dāng)前環(huán)境是否滿足設(shè)定的要求，溫濕度數(shù)據(jù)每秒鐘都會(huì)刷新，和預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行對(duì)比，給予相應(yīng)的處理，再實(shí)時(shí)反應(yīng)給用戶。其程序流程見(jiàn)圖4-2所示。通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分開(kāi)分存放在不的的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)。圖4-2系統(tǒng)主程序流程圖4.3下圖4-3為傳感器工作流程圖圖4-3傳感器工作流程圖4.4讀溫濕度子程序流程圖讀溫濕度子程序的主要功能是從傳感器中讀出溫度數(shù)據(jù)，移入溫濕度暫存器保存。其程序流程圖如下：圖4-4讀溫濕度子程序流程圖4.5鍵盤(pán)模塊流程圖鍵盤(pán)模塊控制溫濕度模式選擇和設(shè)置閾值軟件圖4-5鍵盤(pán)模塊流程圖4.6LCD1602液晶顯示圖4-6液晶顯示模塊流程圖4.7小結(jié)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，先對(duì)溫度和濕度進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集處理后，讓1602液晶實(shí)時(shí)顯示當(dāng)時(shí)的溫濕度數(shù)據(jù)。報(bào)警、無(wú)線及風(fēng)扇模塊只需要連接上單片機(jī)的I/O口，在對(duì)相應(yīng)的接線口編程即可。當(dāng)溫濕度超過(guò)閾值是啟動(dòng)各個(gè)相應(yīng)模塊達(dá)到報(bào)警和控制環(huán)境溫濕度的目的，以此完成對(duì)環(huán)境溫濕度的監(jiān)測(cè)和控制。本設(shè)計(jì)完成在硬件電路的設(shè)計(jì)和焊接的基礎(chǔ)上，通過(guò)