毕业设计数字温湿度计的设计论文

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1、数字温湿度计的设计摘 要温度和湿度是两个最基本的环境参数，人们生活与温湿度息息相关。在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对环境温度与湿度进行测量和控制。准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。因此研究温湿度的测量方法和控制具有重要的意义。本论文介绍了一种以单片机AT89C52为主要控制器件，以DHT91为数字温湿度传感器的新型数字温湿度计。本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括主控制器，测温湿控制电路和显示电路等。主控制器采用单片机AT89C52，温湿度传感器采用盛世瑞恩半导体公司生产的DHT91，显示电路采用8位共阳极LED数码管

2、，驱动电路用八个PNP型的小电压大电流三极管（S9012）。测温湿控制电路由温湿度传感器和预置温湿度值比较报警电路组成，当实际测量温湿度值大于预置温湿度值时，发出报警信号（发光二极管点亮）。软件部分主要包括主程序，测温湿度子程序，显示子程序和按键子程序等。本次设计采用的DHT91数字温湿度传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝链接，从而具有超快响应，抗干扰能力强，性价比高等优点。用DHT91与AT89C52做的数字温湿度计不仅外围电路简单，而且测量精度比较高。关键词：温度测量, 湿度测量，AT89C52，DHT91T

3、HE DESIGN OF DIGITAL THERMOMETERS AND HYGROMETERABSTRACTTemperature and humidity are two basic environmental parameters. peoples lives are closely related to temperature and humidity. In the industrial and agricultural production, meteorology, environmental protection, national defense, scientific r

4、esearch, and other departments, we often need to ambient temperature and humidity measurements and control. Accurate measurement of temperature and humidity in the pharmaceutical, food processing, paper making and other sectors is essential. So the temperature and humidity control and measurement me

5、thod is of great significance. This paper presents a new design of digital thermometers and hygrometer. It includes a main control device-microcontroller AT89C52 and a digital temperature and humidity sensor. This design includes hardware and system software .The hardware design includes a main cont

6、roller circuit, Temperature and Humidity measurement and control circuits and show circuit. Main controller uses SCM AT89C52.temperature and humidity sensor uses DHT91 which is yielded by Sensirion (a Semiconductor Corp). Show circuit is a total of eight circuits using digital LED of the anode. Driv

7、er show circuit uses eight of the PNP small voltage high current transistor (S9012). Temperature and Humidity control circuit includes the temperature and humidity sensor and preset temperature and humidity values compared alarm circuit. When the actual measurement of temperature or humidity values

8、is greater than the preset temperature or humidity values, the alarm signal (Light emitting diode is lit) is sent. The major software includes the main routines, temperature and humidity routines, show routines and keys routines. The digital temperature and humidity sensor (DHT91) in this design inc

9、ludes a capacitive polymer sensing element for power consumption makes it the ultimate choice for even relative humidity and a band gap temperature sensor. Both the most demanding applications are seamlessly coupled to a 14bit analog to digital converter with a 14 and the A / D, as well as serial in

10、terface circuits in the same chip on the realization of a Gap link to a super-fast response, anti-interference capability and cost-effective advantages. The design of digital thermometers and hygrometer with AT89C52 and DHT91 not only has a simple external circuit, but also has a high-precision meas

11、urement. KEY WORDS: temperature measurement, humidity measurements, AT89C52, DHT91 目 录前 言1第一章 设计任务要求和温湿度计的发展史2 设计任务及要求21.2 设计数字温湿度计的依据和意义2 温度计的发展史3 湿度计的由来41.5 露点意义4第二章 设计任务分析及方案论证5 设计总体方案及方案论证5 元器件的选择62.2.1 主控制器芯片62.2.2 数字温湿度传感器72.2.3 驱动显示电路82.3 温湿度测量的方法及分析9第三章 硬件电路的设计10 主控制电路和测温湿控制电路10 驱动显示电路11第四章

12、软件设计及分析134.1 DHT91传输时序和指令集134.1.1 通讯复位时序134.1.2 启动传输时序134.1.3 数据传输和指令集144.1.4 湿度的测量时序154.1.5 输出转换为物理量154.1.6 DHT91的DC特性。16 程序流程图174.3 程序的设计184.3.1 通讯复位子程序184.3.2 传输启动子程序184.3.3 写一个字节子程序194.3.4 读一个字节子程序204.3.5 数据处理子程序204.3.6 显示子程序214.3.7 按键子程序234.3.8 中断刷新显示数码管子程序26 软件在硬件上的调试分析27结 论29参考文献30致 谢31附 录32前

13、 言温度与湿度与人们的生活息息相关。在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对环境温度与湿度进行测量及控制。准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。传统的温度计是用水银柱来显示的，虽然结构简单、价格便宜，但是它的精确度不高，不易读数。传统湿度计采用干湿球显示法，不仅复杂而且测量精度不高。而采用单片机对温湿度进行测量控制，不仅具有控制方便，简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。用LED数码管来显示温湿度的数值，看起来更加直观。测量温湿度的关键是温湿度传感器。过去测量温度与湿度是分开的。随着技术的进步和人们生活的需要出现了温湿度传感器。温度传感器

14、的发展经历了3个阶段：传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向发展。湿度传感器也是经历了这样一个阶段逐渐走向数字智能化。现今国内外用的最多的温湿度传感器是SHTxx系列。不过很多客户都反应SHTxx不方便手工焊接，很容易在焊接的时候，由于温度过高造成传感器直接损害，因此利用SHTxx传感器重新在国内封装得到了DHT 9x系列。SHTxx系列单芯片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。它应用专利的工业COMS过程微加工技术（CMOSens），确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定

15、性。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝链接，从而具有超快响应，抗干扰能力强，性价比高等优点。采用DHT91数字温湿度传感器与单片机AT89C52相连外围电路比较简单。 所以，本次设计以DHT91数字温湿度传感器为例，介绍基于单片机的数字温湿度计的设计。第一章 设计任务要求和温湿度计的发展史1.1 设计任务及要求设计一个以单片机为核心的温湿度测量系统，可实现的功能为：（1）测量温度值精度为1，测量湿度值精确1%；（2）系统允许的误差范围为1和1%以内；（3）系统可由用户预设温度值和湿度值，测温范围40125， 测湿

16、范围 0 100%； （4）超出预设值时系统会自动报警，即发光二极管亮；（5）系统采用数码管显示，能显示设定温湿度值和测得的实际温湿度值。 设计数字温湿度计的依据和意义温度与湿度与人们的生活息息相关。在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门，经常需要对环境温度与湿度进行测量及控制。准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要的。传统的温度计是用水银柱来显示的，虽然结构简单、价格便宜，但是它的精确度不高，不易读数。传统的湿度计采用干湿球显示法，不仅复杂而且测量精度不高。而采用单片机对温湿度进行控制，不仅具有控制方便，简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。用LED

17、来显示温湿度的数字看起来更加直观。采用DHT91数字温湿度传感器作为检测元件，能够同时测试温度和湿度。这类传感器不仅易于焊接，而且只有四针管脚，减少了外围电路的设计。DHT91传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝链接，从而具有超快响应，抗干扰能力强，性价比高等优点。DHT91传感器可以直接读出被测的温湿度值。同时单片机可以把测量出的数据通过串口传到计算机上，来完成工业中的自动控制，给工业生产带来了极大的便利。用单片机控制的温湿度计不仅硬件电路简单，而且测量精度比较高。用数码管显示测量值看起来比较美观。总之，无论在日

18、常生活中还是在工业、农业方面都离不开对周围环境进行温湿度的测量。因此，研究温湿度的控制和测量具有非常重要的意义。 温度计的发展史 温度计是测温仪器的总称。根据所用测温物质的不同和测温范围的不同，有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计等。 最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(15641642)发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压

19、强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。 后来伽利略的学生和其他科学家，在这个基础上反复改进，如把玻璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭等。比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0，把纯水凝固时的温度定为32，把标准大气压下水沸腾的温度定为212，用代表华氏温度，这就是华氏温度计。

20、在华氏温度计出现的同时，法国人列缪尔(16831757)也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小，不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现，含有1/5水的酒精，在水的结冰温度和沸腾温度之间，其体积的膨胀是从1000个体积单位增大到1080个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成80份，定为自己温度计的温度分度，这就是列氏温度计。华氏温度计制成后又经过30多年，瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为零度，把水的冰点定为100度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来，就成了现在的百分温度，即摄氏温度，用表示。华氏温度与摄氏温

21、度的关系为： 9/5+32，或59(-32)。现在英、美国家多用华氏温度，德国多用列氏温度，而世界科技界和工农业生产中，以及我国、法国等大多数国家则多用摄氏温度。随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器。 湿度计的由来湿度计是测量空气内含水分多少的仪器。史记天官书中即有测湿的记载。我国汉朝初年就已出现湿度计，它是利用天平来测量空气干燥或潮湿的。天平湿度计的使用方法，是把两个重量相等而吸湿性不同的物体，例如灰和铁，分别挂在天平两端。当空气湿度发生变化时，由于两个物体吸入的分水不同，重量也就起了变化，于是天

22、平发生偏差，从而指示出空气潮湿的程度。 这就是湿度计的由来。 露点意义气温愈低，饱和水气压就愈小。所以对于含有一定量水汽的空气，在气压不变的情况下降低温度，使饱和水汽压降至与当时实际的水汽压相等时的温度，称为露点（Dew point）。露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本是个温度值，可为什么用它来表示湿度呢？这是因为，当空气中水汽已达到饱和时，气温与露点温度相同；当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。在100%的相对湿度时，周围环境的

23、温度就是露点温度。露点温度越小于周围环境的温度，结露的可能性就越小，也就意味着空气越干燥，露点不受温度影响，但受压力影响。 湿球温度的定义是在定压绝热的情况下，空气与水直接接触，达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度。第二章 设计任务分析及方案论证2.1 设计总体方案及方案论证 按照系统设计功能的要求，确定系统由5个模块组成：主控制器，数字温湿度传感器，报警电路，按键电路及驱动显示电路。驱动显示模块模块报警电路按键电路温湿度传感器主控制器图2-1 总体电路框图主控制器的功能有单片机来完成，主要负责处理由数字温湿度传感器送来数据，并把处理好的数据送向显示模块。数字温湿传感器主要用来采集周围环境参数，并

24、把所采集来的参数送向主控制器。按键电路主要用来完成单片机的复位操作和温湿度初始值的设定。这里需要四个按键，一个用来完成单片机的复位操作，一个用来切换显示的数据（是设定值还是实际测得的值），另外两个分别用来设定初始温度和初始湿度的个位和十位。报警电路就是用一个发光二极管来实现的，用来判断周围环境的温度或者湿度是否超出设定值了，任何一个超出设定值发光二极管就会被点亮。驱动显示电路主要用来驱动八位数码管发光的。由于单片机的输出电流太小（只有几mA）不能驱使数码管发光，所以这里必须增加一个驱动显示模块。 元器件的选择.1 主控制器芯片主控制器模块选用单片机AT89C52。AT89C52是美国ATMEL

25、公司生产的低电平，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM ),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，32个可编程I/O口线, 3个16位定时/计数器, 低功耗空闲和掉电模式。功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。AT89C52共有6个中断向量:两个外中断（INT0和INT1），3个定时器中断(定时器0, 1, 2)，串行口中断和四个双向I/0口。 P

26、0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复位，应为输出驱动级的漏极开路，所以必须外接上拉电阻，否则不能正常工作。P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTE逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ILL)。与AT

27、89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P 1.0/T2)和输入(P 1.1/T2EX )。功能特性如下表2-1所示。P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ILL)。P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并

28、可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(ILL)。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示。表2-2 AT89C52的P3口的第二功能 数字温湿度传感器测温湿模块选用数字温湿度传感器DHT91。现今国内外用的最多的温湿度传感器是SHTxx系列。不过很多客户都反应SHTxx不方便手工焊接，很容易在焊接的时候，由于温度过高造成传感器直接损害，因此利用SHTxx传感器重新在国内封装得到了DHT 9x系列。SHTxx系列单芯片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。它应用专利的工业COMS过程微加工技术（CMOSens）,具有极高

29、的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝链接，从而具有超快响应，抗干扰能力强，性价比高等优点。其内部机构图如下图2-2所示。图2-2 DHT91结构图.3 驱动显示电路驱动显示模块选用八位共阳极数码管和八个小功率放大三极管S9012。由于单片机的端口输出电流太小，这里必须由外界电路来驱动数码管显示。S9012就是用来驱动这八位数码管显示的。LED数码管也称半导体数码管，是目前数字电路中最常用的显示器件。它是以发光二极管作段并按共阴极方式或共阳极方式连接后封装而成的。图2-2所示是两种LED数

30、码管的外形与内部结构，、分别表示公共阳极和公共阴极，ag是7个段电极，DP为小数点。LED数码管型号较多，规格尺寸也各异，显示颜色有红、绿、橙等。LED数码管的主要特点如下：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光响应时间极短(小于01s)，高频特性好，单色性好，亮度高。 (3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。 (4)寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。成本低。 因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。图2-3 LED数码管外形和内部结构图小电压大电流的小功率放大三极管S9012的放大倍数共分六级：D级：64-91 E

31、级：78-112 F级：96-135 G级：112-166 H级：144-220 I级：190-3002.3 温湿度测量的方法及分析 DHT91是一个两线串行接口的数字温湿度传感器，一个接口是时钟线，一个接口是数据线（支持双向传输）。它是四针单排封装，一个接电源，一个接地线，另两个直接和单片机的P0_5和P0_6相连。不过数据线和时钟线上需要接两个10K的上拉电阻，因为AT89C52的P0口内部没有上拉电阻。单片机通过P0_5和P0_6向DHT91发送命令，DHT91接收到命令后做出相应的应答。由于DHT91内部包含一个14位A/D转换器，所以单片机接收到就是数字信号，只需要做相应的处理就能得

32、到所需要的数据。这里减少了很多外部的电路的连接，用起来比较方便。第三章 硬件电路的设计 主控制电路和测温湿控制电路本次硬件设计的核心就是TA89C52，其他部件都是围绕它设计的。数字温湿度传感器DHT91的DATA口和SCK口分别与TA89C52的P0_5口和P0_6口相连。因为P0口内部没有上拉电阻，所以这里在DATA和SCK传输线上分别加了一个10K的上拉电阻。预置数电路就是三个按键分别与TA89C52的P0_1,P0_2和P0_3口相连，为了降低AT89C52的功耗在按键和单片机的端口间加了个10K的限流电阻。当有按键按下时单片机收到有效的信号，S1键用来切换显示的模式（分别显示实际所测

33、得的温湿度，预置的温度值和预置的湿度值），S2键用来设置初始温度或者湿度的十位，S3键用来设置初始温度或者湿度的个位。报警电路就是把个发光二极管和TA89C52的P0_4口相连，当P0_4口为低电平时放光二极管被点亮。发光二极管的压降一般为2.0 V，其工作电流一般取1020 mA为宜。使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。I=(5V-2V)/200=15mA 这个电流能使放光二极管正常放光。如果电流小于10mA放光二极管的亮度会减弱，如果电流大于20mA发光二极管亮度会更强，但是会有损发光二级管的寿命有时候甚至会直接烧毁发光

34、二极管。单片机复位有两种：一种是上电复位，一种是按键复位。下图用的就是按键复位，当按键按下时单片机的RST口从低电平变为高电平，从而进入复位状态。当按键松开后，VCC给电容C3充电，从而把RST口拉至电平，单片机进入工作状态。只要把下图的RESET按键和R2电阻去掉就成了上电复位了。AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电

35、容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF士10pF，而如果使用陶瓷谐振器，建议选择40pF士l0pF。这里用到的是12M的石英晶体振荡器和两个30pF的电容。具体原理图如下图3-1所示。图3-1主控制电路和测温湿电路原理图 驱动显示电路数码管的显示有两种方法：一种是静态显示，一种是动态扫描显示。静态显示就是数码管的段选端一对一与单片机的I/O相连，位选端则根据数码管的极型来接地（GND）或者是高电平（VCC）。静态显示实现起来比较简单，但是浪费了单片机的I/O口资源。动态扫描显示就是几个数码管的段选端可以同

36、时接到单片机的I/O口，位选端一对一的接到单片机的其它I/O口，当位选信号选中某个数码管时，那个数码管就被点亮，而其它数码管不亮。动态扫描显示节省了单片机的I/O资源。采用动态显示方案，设计中使用八个共阴极数码管作为显示载体，通过八路并口传输，共使用了十六个I/O口。显示时采用循环移位法，即八位数码管依次循环点亮，利用人眼睛的视觉暂留效果达到连续显示，主程序每运行一遍便调用一次显示子程序，将数据显示出来。显示部分为八位共阳极数码管（四位一组），数码管的段端A,B,C,D,E,F,G和DP与TA89C52的P1口相连，顺序可以根据硬件接线方便而定。数码管的字段通过八个PNP型的小功率放大三极管S

37、9012与TA89C52的P2口相连。因为AT89C52的端口输出电流太小（只有几mA）不能点亮这八位数码管，所以这里用了八个S9012来驱动它们。具体原理图如下图3-2所示。这里用的是S9012H331,放大倍数150倍左右。下图数码管的段选端与单片机的I/O间还有一个470的电阻。=(5V-mA=*150=137mA=(5V-0.3V-2V)/470*8=46mA(足以点亮数码管了)图3-2驱动显示电路原理图第四章 软件设计及分析 DHT91传输时序和指令集 通讯复位时序串行时钟输入 (SCK)用于微处理器与DTH91之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK 频率。

38、串行数据 (DATA) 三态门用于数据的读取。DATA 在SCK 时钟下降沿到来之后改变状态，并仅在SCK 时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK 时钟高电平时，DATA 必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平。如果与DTH91 通讯中断，下列信号时序可以复位串口：当DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟9 次或更多。这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。图4-1通讯复位时序 启动传输时序用一组“启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。它包括：当SCK 时钟高电平时DATA 翻转为低电平，紧接着SCK 变

39、为低电平，随后是在SCK 时钟高电平时DATA 翻转为高电平。在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。启动传输时序如下图4-2所示。图4-2启动传输时序4.1.3 数据传输和指令集后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”），和五个命令位。DTH 91 会以下述方式表示已正确地接收到指令：在第8个SCK 时钟的下降沿之后，将DATA 下拉为低电平（ACK 位）。在第9个SCK 时钟的下降之后，释放DATA（恢复高电平）。发布一组测量命令（00000101 表示相对湿度RH，00000011 表示温度T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320ms ，分别对应8/12/1

40、4bit 测量。确切时间随内部晶振速度的变化而变化，最多可能有-30%的变化。DTH91 通过下拉DATA 至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC 奇偶校验。uC 需要通过下拉DATA 为低电平，以确认每个字节。所有的数据从MSB开始，右值有效（例如：对于12bit 数据，从第5个SCK 时钟起算作MSB；而对于 8bit 数据，首字节则无意义）。用CRC 数据的确认位，表明通讯结束。如果不使用CRC-8

41、校验，控制器可以在测量值LSB 后，通过保持确认位ack 高电平，来中止通讯。在测量和通讯结束后，DTH91自动转入休眠模式。DTH91的指令集如下表4-1所示。表4-1命令集 湿度的测量时序图4-3测量湿度的时序 输出转换为物理量由能隙材料PTAT (正比于绝对温度) 研发的温度传感器具有极好的线性。可用如下公式将数字输出转换为温度值：Temperature = d1 +d2 .SOTd1和d2的值如下表4-2所示。表4-2 温度转换系数为了补偿湿度传感器的非线性以获取准确数据，建议使用如下公式1修正输出数值：RHlinear = c1 + c2 .SORH + c3 .SORHc1,c2和

42、c3值如下表4-3所示。表4-3 湿度转换系数湿度传感器相对湿度的温度补偿实际测量温度与25 (77)相差较大时，应考虑湿度传感器的温度修正系数：RHtrue = (TC -25).(t1 + t2 .SORH) + RHlineart1和t2的值如下表4-4所示。表4-4 温度补偿系数RHtrue就是测量的湿度值。 DHT91的DC特性。DHT91的DC特性如下表4-5所示。表4-5 DHT91的DC特性4.2 程序流程图开始通讯复位启动传输定时器初始化写湿度指令成功error=0失败 error=1读湿度值成功error=0失败 error=1写温度指令成功error=0失败 error=

43、1读温度值成功error=0失败 error=1Error=1?Y数据处理显示处理通讯复位启动传输N定时器时间到中断其它程序设置初始值刷新数码管回到中断点图4-4程序流程图 程序的设计 通讯复位子程序void s_connectionreset(void)unsigned char i;DATA=1;SCK=0;for(i=0;i0;i/=2)if(i&value)DATA=1;elseDATA=0;SCK=1;_nop_();_nop_();_nop_();SCK=0;DATA=1;SCK=1;error=DATA;SCK=0;return error;可以通过写一个字节子程序对传感器进行写

44、指令操作。若想读出湿度值就向传感器写入00000101如想读出温度值就向传感器写入00000011。 读一个字节子程序char s_read_byte(unsigned char ack)unsigned char i,val=0;DATA=1;for(i=0x80;i0;i/=2)SCK=1;if(DATA) val=(val|i);SCK=0;DATA=!ack;SCK=1;_nop_();_nop_();_nop_();SCK=0;DATA=1; return val; 通过读一个字节子程序从传感器读出温度值或湿度值，把相应的数据送到单片机的寄存器中。 数据处理子程序 void calc

45、_sth11(float *p_humidity,float *p_temperature)const float C1=-4.0;const float C2=0.0405; const float C3=-0.0000028; const float T1=0.01; const float T2=0.00008; float rh=*p_humidity; float t=*p_temperature; float rh_lin; float rh_true; float t_c; t_c=t*0.01-40; rh_lin=C3*rh*rh+C2*rh+C1; rh_true=(t_c

46、-25)*(T1+T2*rh)+rh_lin; if(rh_true0.1) rh_true=0.1; *p_temperature=t_c; *p_humidity=rh_true;把从传感器读出的二进制数转换成相应的十进制数。 显示子程序void display(float humi,float temp)int humi1,temp1;humi1=(humi*10); temp1=(temp*10);if(temp1humiset)|(temptempset)P0_4=0;elseP0_4=Z;elseif(cnt=1)if(temph9)dispbuf0=10;elsedispbuf0

47、=11;dispbuf1=temph%10;dispbuf2=templ%10;dispbuf3=11;dispbuf4=11;dispbuf5=11;dispbuf6=11;dispbuf7=11;elsedispbuf0=11;dispbuf1=11;dispbuf2=11;dispbuf3=11;dispbuf4=11;dispbuf5=humih%10;dispbuf6=humil%10;dispbuf7=11;当cnt=0时数码管显示实际的温湿度值，当cnt=1时数码管显示设定温度值，当cnt=2时数码管显示设定湿度值。 按键子程序 void key() if(P0_0=0)for(

48、i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);if(P0_0=0)cnt+;if(cnt2)cnt=0;while(P0_0=0);if(cnt=1)if(P0_1=0)for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);if(P0_1=0)temph+;if(temph=15)temph=0;while(P0_1=0);if(P0_2=0)for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);if(P0_2=0)templ+;if(templ=10)templ=0; while(P0_2=0);elseif(cnt=2)if(P0_1=0)for(i=5;i0;i-

49、)for(j=248;j0;j-);if(P0_1=0)humih+; if(humih=10)humih=0;while(P0_1=0);if(P0_2=0)for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);if(P0_2=0)humil+;if(humil=10) humil=0;while(P0_2=0);if(temph2时cnt=0。当cnt=1时每按一次S2键，temph加1，当temph14时temph=0,当temph为10，11，12，13，14时分别对应的是-，-1，-2，-3，-4，每按一次S3键，templ加1，当templ9时templ=0。当cnt=2时

50、S2,S3键调的是humih和humil。 中断刷新显示数码管子程序void t0(void) interrupt 1 mstcnt+;if(mstcnt=8)mstcnt=0;if(dispbitcnt=2)|(dispbitcnt=6)P1=dispcodedispbufdispbitcnt&0xfb;elseP1=dispcodedispbufdispbitcnt;P2=dispbitcodedispbitcnt;dispbitcnt+;if(dispbitcnt=8)dispbitcnt=0;每2mS刷新数码管一次，人眼的视觉暂留时间大概是0.1S，所以可以让人感觉到每个数码管都在显示

51、。第三和七个数码管分别为温度和湿度的个位，所以让这两个数码管的小数点位一直显示。 软件在硬件上的调试分析软件在Keil里编译通过以后还得在硬件电路上调试，让数码管显示正确的温湿度值，按键能够设定初始值，led发光二极管能够指示报警，这些功能都实现，本设计才能算基本完成。硬件电路是我本着连线简单的原则焊接的，数码管的段选信号端（A,B,C,D,E,F,G,DP）并不是与单片机的P1口（从0-7）正好相互对应的。所以这里我们需要对数码管所要显示的0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，-和“不显示”从新编码。在开始调试的时候我就忽略了这一点，我用的是资料书中常用到那种，所以数码管显示的是乱码。我以

52、为是硬件电路出了错误，我用万用表把每根线从新测了一遍，发现硬件电路一切正常啊。这时我才忽然想到，是编码这边出现了错误。我根据硬件的连线从新对0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，-和“不显示”进行了编码。显示的数值还是不正确，但是数码管中显示的数和我想要显示的数有几分相似。在编码时我又忽略的一点，我们总是习惯性的从左往右写数，我就在纸上从左往右一次写了P1_0, P1_1，P1_2， P1_3， P1_4， P1_5， P1_6和 P1_7 。所以编出的结果与实际所要的结果高位与低位正好错了位置。这次毕业设计让我认识到了一般的设计流程以及设计中所要注意到的一些细节。在设计开始，应该先要认识到

53、这次设计所要完成的功能。接着大致分析一下所要用到的元器件。总体思路清晰以后就要画原理图。根据原理图焊接电路板，焊接的时候应该怎样布线简单怎样焊接，尽量达到布线少，布线短，跳线少，美观大方。在焊接好电路板以后，我用万用表对所有的焊点及连线进行一一检测，看是否有漏焊、虚焊及短路的地方。硬件电路没有任何问题后就可以根据我们所焊接好的电路进行软件编程了。结 论本次设计是基于单片机的数字温湿度的设计，包括硬件电路和软件两部分。开始时自己对单片机的应用了解的不是很多，又由于自己学过c语言，我是先从软件入手的。王老师给我提供了一个开发板，这让我编程顺利多了。我在软件完全通过以后，才开始硬件电路的设计。由于受

54、软件的影响我的硬件电路设计不是很美观。在软件设计过程中我是先从流水灯一步一步学起的，当自己能用按键控制数码显示，能编出数字钟控制程序后，我才开始根据DHT91的时序图进行软件的编写。在软件设计过程中我遇到了很多问题，经过王老师的指点和同学之间的讨论，我学到了很多编程技巧也掌握了一些编程思想。由于元器件的局限性，硬件电路焊接不是很美观。一些电容和电阻的数值并不是原理图中设计的大小，但是不影响结果。由于技术欠佳，电路焊接的不太理想。有很多焊点都不符合要求，还有很多虚焊的地方，用万用表一个一个检测发现不导通的地方又从新焊接。在画原理图和制作PCB版图的过程中我又熟练掌握了ALTIUM designe

55、r的基本应用。由于是初次制作PCB版图，我的PCB版图在布线方面还不够完美。经过软件在硬件电路上的调试后，基本功能都能实现。温度和湿度都是显示到小数点后一位。如果把手放大数字温湿度传感器DTH 9x上，数码管上显示的温度和湿度会立即发生变化。由于时间的仓促没有对系统进一步扩展，其实还可以加上一些计算机串口传输，掉电存储等模块。参考文献1 李光飞，楼然苗，胡佳文等.单片机课程设计实例指导.北京：北京航空航天大学出版社,2004，105-12523 ，2001，12：25-294 靳桅，潘育山，邬芝权.单片机原理及应用.西南交通大学出版社，2002,10（4）: 278-28056 凌玉华.单片机

56、原理及应用系统设计.长沙：中南大学出版社,2006，222-2287 :/ 8 刘华东.单片机原理与应用.北京：电子工业出版社,2003，175-180910 高鹏，安涛，寇怀成等.电路设计与制版-Protel99入门与提高.北京：人民邮电出版社,2004，157-24011 王守刚.电路原理图与电路板设计教程.北京：北京希望电子出版社，2000，180-21712 姚四改.Protel99SE电子线路设计教程.上海：上海交通大学出版社，2000，202-23013 余家春.Protel99SE电路设计实用教程.北京：中国铁道出版社，200414 .北京：清华大学出版社,2004，160-16

57、815 余永权.FLASH单片机原理及应用.北京: 电子工业出版社,1997，20-3616 何立民.单片机应用技术选编.北京: 北京航空航天大学出版社,1996，75-8617 胡汉才.单片机原理及系统.北京: 清华大学出版社,2002，28-3818 张志良.单片机原理与控制技术.北京: 机械工业出版社,2002，56-78致 谢四年的大学生涯渐入尾声，我的毕业设计也顺利的完成了。这里首先向指导我做毕业设计的王新勇老师表示最诚挚的谢意，同时也感谢那些帮助过我的同学。在本次毕业设计中王老师给我提供了极大的帮助，首先他教导我不要盲目追求高分，重要是学到真东西。开始时我对单片机十分陌生，王老师拿来开发板并不厌其烦的教我如何去做单片机的最基本应用。他给我提供了一些参考资料和往年做的毕业设计模板。为了让我们小组的同学能够顺利的更早的完成毕业设计，王老师给我提供了一个便利的学习场所。每天他都在那里陪着