基于51单片机和DS18B20传感器设计的温室监控系统

基于51单片机和DS18B20传感器设计的温室监控系统单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选择，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。单片机种类很多，在众多51系列单片机中，较为常用的是ATMEL公司的AT89C51和AT89S52单片机，AT89C51片内4KROM是Flash工艺的，使用专用的编程器自己就可以随时对单片机进行电擦除和改写，片内有128字节的RAM。而AT89S52含有在系统可编程的Flash存储器，片内有8K闪存，RAM的容量也较AT89C51大，为256字节。显然这种单片机优点更多，开发时间也大为缩短。在本次设计中选用了STC89C52单片机。键盘接口电路较为简单，而显示部分有两种方案供选择：一种为LCD，一种为LED。LCD液晶显示的像素单元是整合在同一块液晶版当中分隔出来的小方格。通过数码控制这些极小的方格进行显像。显示非常细腻但是造价很高。而LED数码显示中每一个像素单元就是一个发光二极管，如果是单色，一般是红色发光二极管。如果是彩色，一般是三个三原色小二极管组成的一个大二极管。这些二极管组成的矩阵由数码控制实时显示文字或图象，造价相对低廉，显示效果也较好。本设计中，最终选用的集成温度传感器DHT11，采集到的温湿度信号送至单片机，实现温湿度的显示与控制。系统主要由以上元器件组成，通过硬件电路和软件程序的设计，实现系统的基本功能。第2章系统总体方案设计本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，此设计以STC89C52基本系统为核心的一套检测系统，其中包括单片机、复位电路、温湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。系统总体方框图如图2.1。2.1温湿度传感器1、DHT11产品概述DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。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。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。2接口说明建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻3、电源引脚DHT11的供电电压为3－5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。4、串行接口(单线双向)DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。5、DHT11引脚说明6、焊接信息手动焊接，在最高260℃的温度条件下接触时间须少于10秒。7、注意事项；(1)避免结露情况下使用；(2)长期保存条件：温度10－40℃，湿度60％；2.2RS232接口；RS232接口是1970年由美国电子工业协会（E；2.3单片机STC89C52；STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS；八位微控制器，具有8K；在系统可编程；Flash存储器，使用ATMEL公司高密度非易失；2.3.1主要特性；(1)与MCS7、注意事项(1)避免结露情况下使用。(2)长期保存条件：温度10－40℃，湿度60％以下2.2RS232接口RS232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。随着设备的不断改进，出现了代替DB25的DB9接口，现在都把RS232接口叫做DB9。2.3单片机STC89C52STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案。2.3.1主要特性(1)与MCS-51单片机产品兼容；(2)8K字节在系统可编程Flash存储器；(3)1000次擦写周期；(4)全静态操作：0Hz～33Hz；(5)三级加密程序存储器；(6)32个可编程I/O口线；(7)三个16位定时器/计数器；(8)八个中断源；(9)全双工UART串行通道；(10)低功耗空闲和掉电模式；(11)掉电后中断可唤醒；图2.3STC89C52芯片的引脚图(12)看门狗定时器；(13)双数据指针；(14)掉电标识符。如图2.3所示STC89C52芯片的引脚图VCC：电源Vss：地P0口：8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。在Flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2口：具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动四个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在方位外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在Flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动四个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当89S52PSEN：从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接地。为执行内部程序指令，EA应该接VCC。在Flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.4LCD1602工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中：寄存器选择控制表第3章系统的硬件设计和连接3.1主控模块采用STC89C52单片机作为系统的控制器。Pl口控制数码管显示温度和湿度值。P2口与DHT11连接．实现湿度模拟电压量转换为数字量便于单片机处理。键盘控制采用PO口．其中PO．O是温度的设置，PO．1是湿度的设置，PO．2／PO．3是分别对温度与湿度的上／下限值进行设置。