基于51单片机的环境监控系统的设计.docx

摘 要环境和每个人的生活息息相关，环境温湿度是影响人们生活的两个重要因素。目前环境监控系统大多用于大型生产行业及环境保护方面，对中小型生产及普通生活环境温湿度的监测重视度相对不足。随着近几年科技产品的爆发，单片机（Microcontrollers）以其低成本、高性能、小而集成度高的特点得到了快速发展，基于单片机的低成本的环境温湿度监控系统得到了广泛关注。本次毕业设计的系统注重性能好、成本低、系统操作简单、适用性广等特点，设计了基于51单片机的环境监控系统。该系统采用AT89S52单片机（C51内核）做为系统的微控制器，借助温湿度传感器、液晶显示器、蜂鸣器及独立按键等几个外围模块，实现对环境温湿度的实时监控。其中，温湿度传感器的精度为±2/±5%RH，液晶显示器能够同时显示环境的温度和湿度，独立键盘用来自定义限值，蜂鸣器用来超限报警，最终使系统系统拥有对环境温湿度的实时监测、智能报警的功能。AT89S52单片机是一种8位CPU和寄存器的微控制器，8K的Flash存储器，使用方便，编程简单；DHT11温湿度传感器能够同时采集环境的温度和湿度，并自动进行模数转换及数据传输，具有精度高、实时性好的特点；LCD1602是一种16*2的液晶显示器，即共2行，每行可以显示16个字符，因此能够同时显示温度和湿度，是一种价格便宜、使用方便的显示设备；通过四个独立按键，能够自定义温湿度的报警上下限值；蜂鸣器作为系统的发声报警装置；单片机通过对各个模块的程序调用，实现对环境温湿度的监控。本文主要介绍了所设计系统的电路原理、软件编写方法和系统仿真，对各个器件做了详细的原理分析和规格说明，对各个模块的程序编写方法做了详细的流程图，最终，设计出了一套功能完善环境的系统。由于本系统应用于小型生产活动与日常生活中，因此本系统在设计时以可靠性高、实时性好、价格便宜、操作简单为原则设计。本设计根据单片机系统的设计方法和编程原理，编写了完整的系统程序。该系统运行过程如下：单片机上电后首先执行各模块初始化程序，之后由用户通过四个独立按键对温度、湿度上下限值设定，单片机判断限值合法后将限值存入自身内部Flash存储器，随后执行温度采集程序、液晶显示程序、比较限值程序、是否报警程序。通过使用Proteus仿真工具仿真完成，确定程序完整，可以良好的运行，具有操作方便、成本低廉、线路简单、可靠性高、实时性好的优点，有良好的应用价值。关键词：AT89S52单片机；温湿度传感器；LCD1602显示器；蜂鸣器ABSTRACTEnvironmental factors are closely related to our life, among which ambient temperature and humidity are two vital factors. Recent years, with the e*plosion of technological products, Microcontrollers is developed rapidly for its characteristics of low costs, high-performance, small but high integration; ambient temperature and humidity monitoring alarm system that based on Microcontrollers is one of the hot research areas. Using Temperature and humidity sensor, LCD monitor, buzzer and independent keyboard and some other modules this paper designed environmental monitoring system that based on Microcontrollers. When it is necessary to monitor ambient temperature and humidity in some small and medium industry or our normal life, it is often being ignored, because so far, environmental monitoring system is mostly used by large industry or in environmental protection. The system designed here can be widely used because of its high-performance, low-cost, simple operation, wide applicability. The system using AT89S52 Microcontrollers with C51 kernel, the collection of ambient temperature and humidity date is sensor DHT11 with an accuracy of ±2/±5%RH, the date is showed on a 16*2 LCD monitor. Furthermore, the date can be limited through independent keyboard, thus realizing auto-alarm when over-limit. It makes real-time monitoring of ambient temperature and humidity and smart alarm function e true.It uses AT89S52 that with 8-bit CPU and registers, flash Member with 8k which makes it easy to use and easy to program and good enough to meet the need of high-performance, low-cost, simple operation, wide applicability. Temperature and humidity sensor DHT11 can collectambient temperature and humidity at the same time and can realize analog-digital conversion and data transmission by itself. it has the characteristics of high precision and real-time monitoring, it has 2 lines, 16 characters on each line so it can show the data of both temperature and humidity on one screen. It is an ine*pensive and easy to use display device. Four independent keyboard can set temperature and humidityalarm to the limits. The buzzer can alarm by itself when the data is over-limited. By controlling different modules, Microcontrollers realized monitoring ambient temperature and humidity. The design process is firstly to define Microcontrollers foot, then define function keyboard respectively. And software programing the module of the drive. This system is designed for small industry and for daily use, so it is reliable, good real-time performance, ine*pensive and easy to operation.This paper based on the design method of Microcontrollers, control theory of Microcon-trollers and usage of peripheral module besides Microcontrollers writing driver of each ponent,this system is simulated by Proteus. Eventually, download the system process to Microcontrollers. It is proved that this system has well-functioned and has application value of simple operation, low cost, simple circuit, reliable and perfect real-time monitor.Keywords：AT89S52 Microcontroller; DHT11 sensor;LCD1602; buzzer目 录摘要IIIABSTRACTIV目录V第1章绪论11.1 本课题的研究内容和意义11.1.1 内容简介11.1.2 研究意义11.2 国内外的发展概况21.2.1 国内发展状况21.2.2 国外发展状况21.3 本课题应达到的要求2第2章系统总体方案设计52.1 系统功能设计和技术指标52.1.1 功能设计52.1.2 技术指标52.2 系统设计思路与设计原则52.2.1 设计思路52.2.2 设计原则52.3 系统整体设计62.3.1 系统整体设计框图62.3.2 系统硬件选择62.3.3 系统工作过程72.4 本章小结7第3章硬件系统设计93.1 概述93.2 单片机主控模块概述93.2.1 AT89S52单片机简介93.2.2 单片机主控系统103.3 DHT11温湿度采集模块设计113.3.1 DHT11温湿度传感器简介113.3.2 DHT11温湿度传感器的使用123.4 LCD1602液晶显示模块设计133.4.1 LCD1602液晶器显示模块简介13LCD1602液晶显示模块的使用143.5 报警模块设计173.5.1 蜂鸣器简介173.5.2 蜂鸣器的使用173.6 按键系统设计183.6.1 按键开关简介183.6.2 按键的设计183.7 硬件系统整体电路原理图193.8 本章小结20第4章软件系统设计214.1 软件系统概述及流程图214.1.1 软件系统概述214.1.2 软件整体流程图214.2 模块化程序设计224.2.1 DHT11温湿度采集模块程序设计224.2.2 LCD1602液晶显示模块程序设计224.2.3 按键及报警模块程序设计234.3 程序编写与仿真调试244.3.1 程序编写244.3.2 仿真与调试274.4 本章小结28总结与展望29致谢31参考文献33第1章 绪论1.1本课题的研究内容和意义内容简介温湿度是环境中的两个重要因素，也是影响人们生活方式和身体健康的直接因素；环境温湿度在农业，工业生产方面也有着很重要的影响；人们迫切希望能方便的知道自己生活的环境状况，但大多数人只有依靠天气预报才能了解到本地区的环境状况；因此，现代社会迫切需要一套可靠性高、使用简单、价格便宜的环境温湿度监控系统，本课题基于这种状况，设计了具有实时检测、灵敏度高、超限报警功能的环境监控系统。单片机（Microcontrollers）是一种诞生于20世纪70年代的集成电路芯片，经历了SCM、MCU、SOC三大发展阶段，采用了超大规模的集成电路技术将多种I/O口和具有数据处理能力的CPU（中央处理器）、ROM（只读存储器）、RAM（随机存储器）、中断系统、计数器、定时器等多种功能集成到了一块硅片上，构成了一个小而完善的微型计算机系统1。其在智能仪器仪表，自动检测控制系统，机电一体化，家居生活，工业控制等领域得到了广泛的应用。本课题主要内容是设计以单片机为微控制器的环境监控系统。该系统以单片机为核心控制模块，依靠四个独立按键调整温湿度上下限值，温湿度传感器模块采集、转换、传送环境温湿度数据，通过液晶显示模块显示，蜂鸣器报警，实现对环境温湿度的监控；具体包括：设计单片机与各模块的电路连接原理图、仿真图；编写通过四个独立按键来设定温湿度上下限值程序、温湿度传感器的驱动程序、液晶显示程序，将采集到的温湿度实际值与设定限值比较程序，蜂鸣器报警程序。该系统无需人工干预，即可实现对环境的监控，具有操作简单、价格低廉、实用性强、安全可靠、智能化程度高等优点，可广泛应用于生活以及工业生产领域。研究意义传统环境参数的监测需要相关专业的仪器设备，测量设备体积较大，实时性差，精度低，还需花费较大的人力，已不再适应现代经济的快速发展的要求2；通过人工不间断测量、记录大量数据的方式来实现环境监测的方式不仅需要耗费大量的人力物力，监控信息也会随着季节的更替变得不准确。本系统采用单片机作为核心控制模块，其重要意义在于：它完全不同于传统控制系统的设计方法和设计思路。传统的控制系统必须依靠大量的模拟电路或者数字电路技术来实现*些硬件的功能，现在可以通过单片机使用软件的方法来实现。这种由软件来替代硬件的控制技术被为微控制技术，是传统控制技术的一次重大突破3。研究基于单片机的环境温湿度监控系统能够准确、及时的知道环境温湿度的变化；与传统环境温湿度监控的方式相比，本系统不仅可以节省大量人力物力，且准确度高，集成度高，使用更方便。1.2 国内外的发展概况国内发展状况环境温湿度是评估环境状况的两大重要因素，国家建设了中国环境监测总站用于环境的监控，在各行业部门也已建立起初具规模的环境监测体系；较大规模的环境监控系统在我国已经非常成熟；但规模较大，应用并不广泛，小规模、智能化的环境监控系统有待开发。环境监测是我国环境保护中的一项基础工作。经历了几十年的发展，我国现有的环境监测技术已经非常的成熟；和其他发达国家的监测技术逐渐接近；但还需要相关的人员对监测过程进行不断的监督查看，占用了技术人员的大量时间和精力4。现阶段，国内对于温湿度检测使用的检测器件种类繁多、应用*围也比较广泛，但随着单片机和集成电路技术的不断提高，出现了低成本、高性能、高可靠性的单片机数据采集系统5。由于目前我国对基于单机片的环境温湿度监控系统的设计研究较少，因此该系统应用还不广泛，数据分析方面也未完成自动化，在未来的环境监控过程中，大型仪器会逐渐向自动化、高智能化、实时在线监控等全自动化方向发展。这种高级技术能大大减少技术人员的监测时间，有效缓解目前技术人员缺少的问题。国外发展状况国外很多国家都非常重视对环境的监测。目前，一些发达国家在环境监测技术方面一般具有两个特点：一是仪器仪表比我国先进，二是监控技术的自动化水平较高6。例如在大气、噪声、地表水及污染源等方面的监测技术上，全自动化在线监控的技术非常高，基本上做到了仪器自动进行采样、分析、数据处理及传输；并且能够用大型显示板自动显示*一地区的环境质量状况；同时，在区域环境质量监测技术上还有一些如遥感系统，地理信息系统和卫星定位系统7。例如：美国omega公司设计的小型温湿度采集系统，该系统集成到一块如U盘大小的设备上，采用USB接口，设计成U盘的样式，可直接接入到电脑或工控机，运行专门的软件即可查看温湿度曲线，历史温湿度数据，历史温湿度曲线；还可以设置温湿度上下限；同时，还能够接入短信报警系统，可以实现短信报警或者铃声报警，可随时查看现场环境参数。广泛应用于医疗制药、药品存储及运输、食品加工、农业研究、档案管理、生化试验等环境参数监测控制系统。虽然国外的环境温湿度监控系统较为成熟，但大多较为专用，*一行业的温湿度监控系统专门用于此行业；由于大多数的设备都用于生产行业，故制作要求很高，生产成本较高，价格较为昂贵，并不适用于普通生活中。1.3 本课题应达到的要求由于单片机是一种集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统的集成电路微控制器，因此该系统较传统控制系统最大的区别就是集成度高，摆脱了过去主要依靠大量复杂的线路来控制的束缚8；因此要求该系统在自动化、智能化方面要比传统的监控技术有较大的进步。而且，随着高科技产品的爆发，人们对科技产品的性能也提出了更高的要求，为了让该设计具有实用价值，能够被更多的人认可，对本系统提出如下几点具体要求：1.该系统的硬件电路简单，测量的数据结果精度高、可靠性高；2.该系统需要数据保护和存储功能，保证断电后数据不丢失；3.该系统可以人为设定报警限值，且可以自由调节，以适应不同场合的需求；4.该系统需实时性好，能够实时检测、实时显示、及时报警；5.该系统能够同时显示温度和湿度，及时提供最新温湿度信息。第2章 系统总体方案设计2.1 系统功能设计和技术指标2.1.1 功能设计1.温湿度监控：设计该系统具有温湿度监控功能，能够采集周围的环境，并进行温湿度的循环检测，数据处理，显示；实现环境温湿度的智能检测。2.智能报警：设计该系统具有智能报警的功能；当采集到环境的温湿度不在预设的限值*围内时，系统将自动使用蜂鸣器报警。3.可自定义限值，限值可调：该系统要求适用性广，因此设计该系统具有自定义限值，限值可调的功能，以满足各行各业，在不同环境下的使用。2.1.2 技术指标1.测量*围：湿度20.90%RH，温度0502.测量精度：湿度±5%RH，温度±23.分辨率：湿度1%RH，温度14.电源电压：3.35.5V(DC)2.2 系统设计思路与设计原则2.2.1 设计思路本系统总体结构：以Atmel公司生产的AT89S52单片机为核心，控制外围DHT11温湿度传感器模块、LCD1602液晶显示模块、蜂鸣器模块、开关模块等几部分，组成一个完整的系统，来实现本课题的功能需求。该系统的设计思路采用结构化、分模块设计的方法，其中，AT89S52单片机是一种使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造的CMOS8位微处理器；DHT11是一个数字式温湿度传感器，内置模数转换模块，可将模拟量转换为数字量传送给单片机系统；LCD1602是一种工业字符型液晶显示器，可以同时显示32（16*2）个字符，具体显示内容由单片机控制；蜂鸣器由单片机系统直接控制，启动则发声报警，不启动则不工作。由单片机AT89S52作为核心控制系统，控制DHT11传感器采集温湿度、模数转换以及数据传送，控制LCD1602液晶显示器显示及蜂鸣器的启动。通过对按键的功能设定，为四个按键赋予不同的功能，实现限值调整及设定的功能，当电路接通后，单片机工作，执行各模块的驱动程序，控制各模块的工作，实现系统设定的功能。设计原则1.实时性好：随着科技发展迅速，智能化产品的进步越来越快，较传统环境监控，本系统必须以有较准确的实时性为原则。在本系统设计过程中，为提高实时性主要从两方面努力：软件和硬件。软件方面：高效准确的软件设计能够提高系统的运行效率；硬件方面：良好的硬件性能，简洁的电路设计也能够提高系统的实时性。因此，本系统需以实时性好为原则进行设计。2.可靠性高：可靠性是决定一个系统设计成功与否的最重要因素。只有可靠性高的产品才会得到使用者的认可。本系统在设计过程中，需将可靠性作为重要设计准则；且应以提高可靠性为目标。本设计主要采取以下方法提高可靠性：使用高可靠性的元器件，系统线路设计合理，布局简单，电源电压稳定性好。3.操作简单，维护方便：操作简单，维护方便是系统能否被广泛使用的重要因素，系统应从操作者的角度考虑，设计简单方便操作的系统，使使用者能够快速学会系统的使用，为系统的推广和应用打下良好的基础。4.性价比高：随着单片机的广泛应用，微控制器及元器件的价格也越来越低廉，本系统应在不影响性能的前提下尽量降低系统的成本，避免性能过剩；提高性价比的一般方法如：简化不必要的外围电路，尽量使用软件控制的方法替代硬件；选择价格便宜，满足性能的其他型号替代品。2.3系统整体设计系统整体设计框图根据本系统的设计思路、设计原则、相关功能要求，同时，考虑到要尽量降低系统的硬件成本，提高系统的适用性及降低整个系统的复杂性，最终确定整体设计框图如图2.1所示。按键输入模块液晶显示模块P1.0 P0.0AT89S52单片机P3.0 P2.0蜂鸣器报警模块晶振及复位系统DHT11温湿度传感器图2.1 环境温湿度监控系统总体设计方案图2.3.2 系统硬件选择本系统在硬件方面主要有以下模块组成：单片机控制器模块、温湿度采集模块、温湿度显示模块、报警模块、按键模块。1.单片机微控制器模块：在单片机系统中，微控制器直接控制整个系统的运行，因此，微控制器在整个单片机系统中有着至关重要的作用。AT89S52单片机是一种低能耗、高性能的S8位微控制器，采用C51内核，与工业80C51 单片机产品指令和引脚完全兼容；本系统选择AT89S52单片机作为本系统的微控制9。2.温湿度采集模块：本系统设计基于51单片机的环境监控系统，环境的温湿度是本系统中的监控量，因此温湿度采集传感器必须具有精度高、响应快、稳定性好、抗干扰能力强的特点。DHT11传感器由于将温湿度传感器、信号调理、标定参数、模数转换器、I2C总线接口全部集成到了传感器内部，因此，在各方面都有良好的性能。本系统采用DHT11传感器作为温湿度采集模块。3.温湿度显示模块：显示模块是传递信息的渠道，LCD1602液晶显示器的内部存储器中存储了160个点阵字符图形，主要包含：阿拉伯数字、26个英文字母的大小写、常用符号等；由于本系统需要显示的内容为温湿度数字化信息，LCD1602液晶显示内置的160个字符足够清晰表达出温湿度数字信息，考虑系统成本，故本系统采用LCD1602作为温湿度显示模块。4.报警模块和按键开关：本系统具有监控功能，能够在超限时报警，综合报警设施，以声报警的方式最能够清晰快速的传达信息，最为简单明了，也比较节约成本，故本系统采用蜂鸣器作为报警模块。单片机常用按键开关一般有独立式按键开关和矩阵键盘两种按键开关，矩阵键盘按键较多，采用4*4连接结构，相比于独立按键，能节省很多单片机I/O口，因此适用于需要很多按键开关的地方；而独立按键则是一个按键对应一个单片机I/O口，较浪费单片机的I/O口，但由于本系统需求的按键开关不多，且考虑到电路简单以及按键成本问题，因此本系统选用独立按键作为调节限值的开关。 2.3.3 系统工作过程1.电源上电后，系统执行初始化程序，通过按键进行设定温湿度上下限报警值；2.DHT11温湿度采集模块工作，采集环境温湿度，进行模数转换，将数字信息通过串口通信的方式传送给AT89S52控制器；3.微控制器数据分析处理完毕，将处理结果发送到液晶显示模块显示同时进行和设定的上下限值比较；4.比较结果后，微控制器确定是否启动蜂鸣器报警。2.4 本章小结本章规划了整个系统的功能设计和技术指标，确定了系统的设计思路和设计原则。在本章中，主要介绍了系统的总体设计方法与设计思路，画出了整体设计框图，阐述了整个系统的运行过程以及各个模块的硬件选择。通过对以上整体设计方案的分析，初步确定了该系统的整体架构以及该系统的设计思路和设计方法。在该系统设计过程中，将以此框图蓝本，按照本章给出的设计方法和设计路线，在设计过程中以设计原则为要求，通过对各模块软硬件的结合，一步步设计该系统，最终将各部分整合为一个整体，得到本次毕业设计所需的系统，让该系统拥有环境监控功能，实现功能设计中规划的系统功能，完成本次毕业设计。第3章 硬件系统设计3.1 概述本系统在硬件方面主要有以下模块组成：单片机主控模块、温湿度采集模块、温湿度显示模块、报警模块、按键模块。其中，单片机控制系统通过引脚电路控制着整个系统的运行；DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，负责环境温湿度的实时监测，可直接与单片机引脚连接使用；LCD1602液晶显示器可通过与单片机引脚直接相连使用，其内置了160个点阵字符，负责将单片机处理的温湿度结果显示；蜂鸣器作为报警模块，由单片机将处理结果与上下限值比较决定是否启动；如数据结果在限值内则不启动，此时蜂鸣器不工作，超出限值，单片机启动蜂鸣器，蜂鸣器工作；各个模块通过引脚电路与主控模块相连，单片机主控模块是整个系统的核心，通过控制单片机引脚的通断完成对整个系统的控制，实现本系统需求功能；3.2单片机主控模块概述3.2.1 AT89S52单片机简介AT89S52是使用Atmel公司发明的高密度、非易失性存储器技术制造的一种低功耗、高性能的8位微控制器，具有如下标准功能：1.兼容MCS.51指令系统；2.8位的寄存器，8k字节Flash，256字节RAM；3.1000次擦写周期；4.全静态工作模式：0Hz 33MHz，全双工串行UART通道；5.40/44引脚（本系统选用40引脚，PDIP封装方式），32个可编程双向I/O口；6.三个16位定时器/计数器；7.六个中断源：一个串行中断、两个外部中断INT0和INT1、定时器0、定时器1、定时器2中断。AT89S52实物图如图3.1所示。图3.1 AT89S52实物图3.2.2 单片机主控系统单片机最小系统主要包括电源、晶振电路、复位电路三大部分。1.电源系统：单片机使用直流电压供电，电源一般分为5V电压和3.3V电压两个标准，AT89S52单片机需要5V直流电压供电。2.复位系统：复位系统作用是：在单片机系统运行过程中出现故障时恢复系统。由一个开关和一个电阻串联组成，一般将开关和一个电容并联保证上电自动复位。引脚9（RST）是单片机的复位端，当出现2个机器周期以上的高电平时，单片机执行复位程序，程序从头开始运行。3.晶振系统：晶振又叫晶体振荡器，晶振的作用是为单片机系统提供基准时钟信号，单片机内部所有工作都是以这个时钟信号为步调来进行工作的。我们选择的AT89S52单片机接了一个11.0592M的晶振（即每秒钟振荡11059200 次），其中，两个20pF的电容的作用是帮助晶振起振，维持振荡信号稳定。单片机最小系统的电路原理图如下图3.2所示。图3.2 单片机最小系统电路原理图及各引脚名称3.3 DHT11温湿度采集模块设计3.3.1 DHT11温湿度传感器简介DHT11是*奥松（aosong）公司生产的一款温湿度复合传感器，在DHT11内部含有已校准数字信号输出器，该器件采用了专门的温湿度采集和温湿度传感技术，且能够自动数模转换，可靠性高，稳定性好10；实物图封装及电路原理图如图3.3所示。图3.3 DHT11实物与封装信息图DHT11温湿度传感器内含有一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件，因此，测量精度较高；由于其响应快、性价比高、抗干扰能力强、功耗低、稳定性好等优点。在暖通温度自动控制、机房温湿度监控、除湿器等领域有着广泛的应用11。DHT11采用单总线进行通信，只需要一个I/O口，就能将传感器内部的湿度和温度数据（40Bit的数据）一次性传送给单片机，这种通信方式简易快捷；且该产品采用4针单排引脚的封装方式，连接方便，典型应用电路如图3.4所示。图3.4 典型应用电路3.3.2 DHT11温湿度传感器的使用1.DHT11温湿度传感器引脚说明Vcc 正电源 3 5V电压；Dout 数据通信I/O口；NC 空脚；GND 接地。DHT11温湿度传感器采用单总线通信方式，所以产品是4个单排引脚封装的结构，连接极为简单，第一个Vcc引脚接电源正极3 5V电压，第二个引脚Dout直接与单片机I/O相连接即可实现与单片机的数据传送，第三个引脚为空脚，使用时直接悬空；第四个引脚为接地引脚，也是电源负极引脚；在使用过程中，为提高稳定性，可在Vcc和Dout之间接一只4.7K的上拉电阻。2.DHT11温湿度传感器数据传输时序图DHT11温湿度传感器采用单总线通信的方式，即一个I/O完成数据的输入与输出双向传送，数据格式为未编码的二进制数据。时序图如图3.5所示。 数据传输结束主机发出DHT 数据“0” 上拉电阻将VCC开始信号响应 总线置于高电平GND单总线拉高并拉高 数据“1” 从机拉低延时等待 延时准备传输总线50微秒图3.5DHT11通讯时序图3.DHT11的通信方式首先，总线状态为高电平：在单片机读取DHT11传送的测量数据前，单片机先把单总线里的电平拉低至少18ms，表明单片机发出了开始信号。主机将单总线拉低至少18ms后重新拉高2040s，这个状态表示“开始信号”结束；之后，DHT11往单总线上发送80s的低电平信号用于检测单总线上的“开始信号”和“开始信号结束信号”。单片机机发送完“开始信号”后，再将单总线拉高并延时等待2040s后，开始从单总线上读取DHT11发出的响应信号。读取结果：如果单片机接收到响应信号为高电平，说明DHT11并没有对单片机做出响应，通信未开始；如果单片机接收到响应信号为低电平，说明DHT11已应答，开始通信。DHT11将响应信号发送单片机后，就将单总线拉高80s，之后，开始传输数据。在一次通信的最后一位数据传输完成后，由DHT11将单总线拉低50s，随后再由上拉电阻将单总线拉高，这时，单总线变为空闲状态12。通信方式和如下图3.6所示。主机拉高2040sDHT11拉高80s开始传输数据VCC GND单总线 主机至少DHT11响应拉低18ms80s图3.6 主机复位信号和DHT11响应信号单总线每次以“50s的低电平时隙”为单位传送一位二进制数据，通过判断高电平时隙的时长来区分数据位，若时隙时长为2628s的高电平，就表示数据位为“0”；若时隙时长为70s的高电平，就表示数据位为“1”，电位表示如图3.7和图3.8。 2628s表示0VCC70s表示1GND单总线 一位开始 一位开始50s50s图3.7 数字“0”表示方法 图3.8 数字“1”表示方法4.DHT11温湿度传感器的单总线数据传输内容DHT11使用单总线的通信方式与微处理器通信，即单个数据引脚端口实现数据的输入输出双向传输，每一次通讯输入输出40Bit数据包，40Bit数据（8Bit=1Byte）包含：8Bit湿度的整数位；8Bit湿度的小数位；8Bit温度的整数位；8Bit温度的小数位；8Bit校验和。由于传感器传输的是二进制数据。40Bit二进制数据应该分开处理。由最高位起，每八位二进制数据为一部分。例如：如果传感器传送的40Bit数据如下：Byte4 Byte3 Byte2 Byte1 Byte0 00101101 00000000 00011100 00000000 01001001 整数 小数 整数 小数校验和湿度 温度 校验和根据以上的数据，计算湿度和温度的方法：Humi (湿度)= Byte4 . Byte3=45.0 (RH)；Temp (温度)= Byte2 . Byte1=28.0 ( )；Check(校验)= Byte4+ Byte3+ Byte2+ Byte1=73(=Humi+Temp)(校验正确)；注意：DHT11一次通讯时间最大为3ms，主机连续采样间隔不应小于100ms。3.4 LCD1602液晶显示模块设计3.4.1 LCD1602液晶器显示模块简介目前常用的字符型液晶显示模块主要有16*1（即共1行，每行16个字符型）、16*2、20*2和40*2等不同类型的液晶显示模块。由于本系统显示内容主要有温度和湿度两个变量，且考虑到系统成本，综合比较后，课题选用16*2型液晶显示模块作为本系统的显示器，实物图如图3.9所示。图3.9 LCD1602液晶显示器实物图3.4.2 LCD1602液晶显示模块的使用1.LCD1602液晶显示器也叫1602字符型液晶显示器，点阵式的LCD；其内部存储器中存储了160字符，包括常用符号、英文字母的大小写、阿拉伯数字和日文假名等，每个字符都有一个固定的代码，输入字符代码，就可在1602上显示其对应字符13。由于LCD1602具有体积小、功耗低、重量轻、数字式接口等优点，使得LCD1602广泛应用于各行各业的信息显示。LCD1602液晶显示器内部存储的160个字符如图3.10所示。图3.10 LCD1602标准字符库及字符代码对照表2.根据厂家提供的数据手册，查找到LCD1602液晶显示器的规格封装信息如下图3.11所示。图3.11 LCD1602封装信息图3.LCD1602液晶显示器共有16个电路引脚，包括每个引脚的功能都可以通过厂家给出的数据手册查询得到，LCD1602液晶显示器与单片机的电路连接原理图如下图3.12所示。图3.12LCD1602与MCU的引脚连接图4).根据LCD1602的数据手册，查询到LCD1602液晶显示器的16个电路引脚的符号、功能在表3.1中说明。表 3-1 LCD1602引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据编号符号引脚说明编号符号引脚说明3VL/V0液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D