单片机课程设计-温度自动控制系统

课 程 设 计设计名称 温度自动控制系统 .全套设计加扣 3012250582 学年学期 2014-2015（上） 课程名称 单片机课程设计 专业年级 电气112班 姓 名 学 号 提交日期 2014年6月11日 成 绩 指导教师 水利与建筑工程学院摘 要温湿度是影响货物存储质量的重要因素，温湿度的控制已成为当今社会研究的热门项目。现代生产要求，人们需要对仓库进行智能化管理，而仓库温湿度监测系统是一种性能良好的调控方式，可以非有效，快捷，方便的检测出仓库的温湿度数据，从而对提高仓库中的货物存储质量。传统的温湿度控制则利用湿度表、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库房进行通风、降温、去湿等操作。这种人工测试方法费时费力，效率低。切随机性较大。误差大。因此就需要一种造价低廉、使用方便且计算精确的温湿度控制仪器。利用单片机对温、湿度控制，具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求。本文通过使用STC89C51单片机、DHT11传感器模块、LCD1602液晶显示屏模块以及报警模块。简单明了的实现的可提要求。DHT11数字温湿度传感器把采集到的温湿度数据传给单片机。经过单片机的处理。准确的显示到液晶屏上。并对温湿度设置上下限，越限报警。关键词：单片机DHT11传感器LCD1602液晶显示屏STC89C51报警目 录第一章 绪论11.1 课题研究的背景及其意义11.2 课题研究的主要内容11.2.1 基本工作11.2.2 要求达到的技术指标11.3 课题研究的工作原理2第二章系统的总体设计32.1 设计要求32.2 设计总体思路32.3 方案选择32.3.1 传感器方案选择32.3.2 显示器方案选择42.3.3 单片机主芯片方案选择42.4 总体设计框图5第三章系统硬件设计63.1 概述63.2 主要控模制块设计63.2.1 STC89C51芯片63.2.2 主要控制模块接口电路图93.3 1602液晶显示模块设计103.3.1 1602液晶显示屏103.3.2 LCD1602液晶显示模块电路原理图113.4 传感器模块设计123.4.1 DHT11传感器123.4.2 DHT11传感器模块电路设计143.5 报警模块153.5.1 蜂鸣器介绍153.5.2 蜂鸣器工作原理15第四章系统软件设计164.1传感器模块设计174.2 1602液晶显示模块设计18第五章系统仿真与调试19总 结20谢 辞21参考文献22附 录23西北农林科技大学单片机课程设计第一章 绪论1.1课题研究的背景及其意义随着经济和社会的不断发展，人们对生活质量要求显著提高，对货物存放也越来越严格，如何保证物品质量，一直是人们研究的话题。而基于单片机的温湿度控制系统对解决这些问题有着重大的意义。防潮、防霉、防腐是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、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库房进行通风、去湿和降温等工作。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，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。 使用单片机设计温湿度检测控制系统，可以及时、精确的反映仓库内的温度以及湿度的变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度上下限范围内保持恒温等多种控制方式，在湿度控制方面也是如此。将此系统应用到仓库当中无疑为货物的存储提供了更加适宜的环境。该系统电路简单、工作稳定、集成度高、调试方便、测试精度高。1.2课题研究的主要内容设计内容主要是采用51系列单片机实现对仓库内温度和湿度进行检测和简单控制,系统具有自动检测温度和湿度，实时显示数值，并进行控制与调整。1.2.1 基本工作1）人性化的设计。界限温度值及湿度值能够由用户根据不同的各种需求设定。 2）能够实时、准确的显示采样温度值与湿度值。3）通过采集温度及湿度值，准确的判断标准值与当前值之间的差异，及时的启动报警装置（包括警报灯的提示功能以及提示音等）进行报警，并采取相应的方案。4）能够根据在不同时间段内对温湿度的不同要求，用户可随机更改温度及湿度值，以满足用户不同的需求。1.2.2 要求达到的技术指标 1）测温范围： 0。C- 99。C 2）测温精度： 1.0（12位） 3）测湿范围： 2095 %RH 4）测湿精度： 5.0%RH（12位） 5）温度显示：范围：099。分辨率：1 6）湿度显示：范围：099%RH。分辨率：1%RH 7）电源：DC:35v1.3课题研究的工作原理该电路的最关键部分是关于温度和湿度的采集以及检测、显示。主控电路芯片采用STC89C51单片机学习板。STC单片机执行指令的速度很快，对工作环境的要求比较低；传感器模块我选择了DHT11数字温湿度传感器。告别了以前的单独测量温度以及湿度的方式，更简洁，更方便。连接好外围电路。通过DHT11准确的检测出当前环境下的温湿度，并且将所测数据交给STC单片机进行分析和处理。再将所得数据有单片机发送给LCD1602液晶屏。成功完成显示。控制模块采用蜂鸣器报警方式。预先设置好所需温度和湿度的限值（一个上限一个下限），将蜂鸣器接入电路。通过温度和湿度的上下限值控制蜂鸣器的报警。若逾越限值，实现蜂鸣器鸣响。提醒工作人员此时温度湿度数据出现异常、需及时调整，及时启用升温器、加湿器、降温风扇以及喷雾器来有效的调整实验室内温湿度。从而简单实现了控制。总体来说，本次设计主要涉及了温湿度的测量以及实现简单控制。硬件方面有四个模块，即传感器模块、STC89C51单片机主控模块、LCD1602液晶显示模块以及报警模块，从硬件制作方面。也相对简便。原理清晰、连线方便，不需要额外的焊接等技术。给硬件的制作带来了极大的便捷。第二章系统的总体设计2.1设计要求1、通过数字温湿度传感器DHT11采集温湿度数据，即时传输给单片机；2、单片机将收到的信号进行分析和处理，将采集到时温湿度实时数据送给1602液晶显示屏；3、通过LCD1602实时地显示传感器DHT11检测到的温湿度值，并且固定时间（5s）检测更新显示一次；4、用C语言在程序中设置温度湿度上下限数值，接入蜂鸣器，通过蜂鸣器发出声音实现越限报警，以提醒用户做出相应的改进措施。2.2设计总体思路电路总体上分为温湿度采集部分、中央处理器、显示模块以及报警模块部分。以STC89C51单片机最小系统作为核心控制电路，控制DHT11传感器采集的温湿度的转换，控制1602液晶屏的显示，以及蜂鸣器的报警。具体显示内容及方式由软件来完成。采集温湿度方面由DHT11传感器来完成，它是一个数字温湿度传感器、内置模数转换，可以直接与单片机相连接。而1602液晶屏是插针式，也可以直接与单片机相连接。因此不需要手动焊接等复杂的过程。具体步骤是：按照原理图将传感器、1602液晶显示屏分别接入单片机。通过DHT11传感器采集当前的温湿度值、再经单片机，将处理后的数据传送到液晶屏上显示出来。并且接入蜂鸣器。用C语言在程序中设置温度的上下限值，实现越限报警。2.3方案选择2.3.1传感器方案选择方案一：选用DS18B20温度传感器作为温度检测模块。DS18B20是一线式数字温度传感器。具有独特的单线式接口方式。测量范围在55125，1085，误差范围在-+0.5。最高精度可达0.0625。HS1101是电容式湿度传感器。可测量相对湿度范围在0%100%RH。误差为-+2%RH。方案二： 选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。DHT11是一款集成型的数字温湿度一体传感器。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。测量范围20%90%RH，050。测温精度为-+2，测湿精度为-+5%RH。完全符合本次毕业设计的要求。经上述分析，方案一虽然精度更精确。却稍显复杂。方案二即便不能实现方案一的高精度测量。却也能满足设计要求。且简便易行。可靠稳定。具有超高的性价比。故选择方案二22。2.3.2显示器方案选择方案一：采用12864液晶显示屏。液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。方案二：采用LCD1602液晶显示屏。LCD1602 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个字符。（16列2行）。1602只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，但寄存器不止32个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单。总结：在编程使用方面，两者难度差不多，原理差不多，都是写指令、写地址、写数据等等。当然12864液晶屏显示更全面、字符更多。相比于1602液晶屏、12864能更形象具体的实现显示功能。不过1602液晶屏也能实现设计的要求。网上买比较廉价，最低的六块钱左右。而12864液晶显示屏最便宜的也要四十块钱。从造价方面考虑，当然是价格低廉的优先。而LCD1602就是最好的选择10。2.3.3单片机主芯片方案选择方案一：AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS型8位单片机，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大。其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。再者，AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅需lOms。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。PO口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作4。方案