基于单片机的温湿度检测毕业论文.doc

重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 编 号： 审定成绩： 重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的温湿度检测学 院 名 称 ：自动化学院学 生 姓 名 ：刘祥保专 业 ：测控技术与仪器班 级 ：0820703学 号 ：07210322指 导 教 师 ：向敏答辩组 负责人 ：填表时间：2011 年 5月重庆邮电大学教务处制- 55 -摘 要随着科学技术的快速发展，人类社会取得了很大的进步。在生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中的温湿度进行测量及控制。本检测仪采用技术成熟的DHT11和 DS18B20作为测量湿度和温度的传感器的一个智能化的温湿度测量装置。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。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。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。控制芯片采用技术成熟，价位低廉的STC89C51单片机。LED显示电路,报警电路都由STC89C51单片机控制。最后设计了检测仪各个功能部分的软件程序。由本设计课题做成的温湿度检测系统结构简单、价格便宜、量程宽，具有较高的可靠性、安全性及实用性。【关键词】STC89C51单片机 DHT11数字温湿度传感器DS18B20温度传感器 LED显示 ABSTRACTWith the development of science and technology, human society has achieved great progress! In the life that occupy the home, industry, agriculture, national defense, weather, environmental protection and scientific research departments, such as aerospace, often need to the environment humidity and temperature measurement and control. The detector of an intelligent humidity measuring device. The Detector adopts the technology DHT11 and DS18B20 as measuring the humidity and temperature sensor and temperature sensor. Each DHT11 sensors are accurate calibration of humidity in calibration. It uses a dedicated digital modules and acquisition of temperature and humidity sensor technology to ensure that products with high reliability and excellent long-term stability。朗读显示对应的拉丁字符的拼音Detector chip adopt mature technology, powerful, price cheap popular STC89C51. LED display circuit, alarm circuit controlled by STC89C51. Finally the design of the system software program each function. By this design task to make the temperature and humidity of the detection detector structure is simple, cheap price, wide range, high reliability, safety and practicality.【Key words】STC89C51 DHT11 DS18B20 LED目 录摘 要IABSTRACTII前 言- 1 -第一章 概述- 2 -第一节 温湿度基本概念- 2 -第二节 温湿度检测的目的及意义- 3 -第二章 电路设计- 5 -第一节 电路总体设计- 5 -一、单片机系统总体设计- 5 -二、单片机简介- 6 -第二节 各模块电路设计- 7 -一、电源电路设计- 7 -二、温度检测电路设计- 7 -三、湿度检测电路设计- 9 -四、显示电路设计- 10 -五、时钟电路设计- 12 -六、复位电路设计- 13 -七报警电路设计- 13 -第三章 本章小结- 14 -第三章 软件设计- 15 -第一节 主程序设计- 15 -第二节DS18B20的模块程序设计- 16 -一、DS18B20工作原理- 16 -二、DS18B20的工作时序- 16 -三、温度检测程序流程- 18 -四、显示模块编程- 18 -第三节 DHT11程序设计- 19 -一、DHT11的检测原理- 19 -二、湿度检测原理- 20 -三、湿度检测的程序框图- 22 -第四节 本章小结- 23 -第四章温湿度测系统测试- 24 -第一节 软硬件调试- 24 -一、keil简介- 24 -二、软件的调试过程- 25 -第二节 本章小结- 27 -结论- 28 -致 谢- 30 -参考文献- 31 -附 录- 32 -一、英文原文：- 32 -二、英文翻译：- 37 -三、工程设计图纸：- 42 -四、源程序：- 42 -四、源程序：- 43 -五、其他：- 54 -前 言温度是指物体冷热程度，微观上是指物体分子热运动的剧烈程度。在整个宇宙当中，温度无处不存在。无论在地球上还是在月球上，也无论是在炽热的太阳上还是在阴冷的海王星上，这一切无不由于空间位置的不同而存在着温度的差异。湿度是表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气就越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。湿度表示气体中的水蒸汽含量,有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米，绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度；相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比，它的值显示空气中水蒸气的饱和度有多高。温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工农业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注。空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测就非常有必要了。第一章 概述第一节 温湿度基本概念温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。在整个宇宙当中，温度无处不存在。无论在地球上还是在月球上，也无论是在炽热的太阳上还是在阴冷的冥王星上，这一切无不由于空间位置的不同而存在着温度的差别。湿度是表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度”。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。湿度表示气体中的水蒸汽含量,有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米，绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度；相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高。绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米。绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度。绝对湿度只有与温度一起才有意义，因为空气中能够含有的湿度的量随温度而变化，在不同的温度中绝对湿度也不同，因为随着温度的变化空气的体积也要发生变化。但绝对湿度越靠近最高湿度，它随温度的变化就越小。下面是计算绝对湿度的公式1.1： . （1.1）公式1.2 （ 1.2） 其中的符号分别是： e 蒸汽压，单位是帕斯卡 ，Rw 水的气体常数=461.52J/(kg K) ，T 温度，单位是开尔文 ，m 在空气中溶解的水的质量，单位是克。一台湿度计正在记录相对湿度相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高。相对湿度为100%的空气是饱和的空气。相对湿度是50%的空气含有达到同温度的空气的饱和点的一半的水蒸气。相对湿度超过100%的空气中的水蒸气一般凝结出来。随着温度的增高空气中可以含的水就越多，也就是说，在同样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度就会降低。因此在提供相对湿度的同时也必须提供温度的数据。通过相对湿度和温度也可以计算出露点。 以下是计算相对湿度的公式1.3。.( 1.3)其中的符号分别是： w-绝对湿度，单位是克/立方米，w,max-最高湿度，单位是克/立方米，e-蒸汽压，单位是帕斯卡，E-饱和蒸汽压，单位是帕斯卡，s-比湿，单位是克/千克，S-最高比湿，单位是克/千克。1 第二节 温湿度检测的目的及意义随着人们的生活及其生产水平的不断提高，对生活环境和生产环境的要求就显得尤为重要，温湿度的控制就是一个典型的例子，因此温湿度检测系统就是现代生产生活中应运而生的一种智能、快捷、方便可靠的检测系统，特别是在工业生产中如果检测得不准确就会发生许多的生产事故。如化工生产中对温度的检测不当就会导致生产效率的的降低和产品质量的下降。而现在所使用的温湿度检测系统通常都是精度为1或0.1的水银、煤油或酒精温度计进行的温度检测和用传统的物理模拟量得方法进行的湿度检测。这些温湿度检测计的刻度间隔通常都很密，不容易准备分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。空气的温度越高,它容纳水蒸气的能力就越高。虽然水蒸气可以与空气中的部分成分进行化学反应，或者被多孔的粒子吸收，但这些过程或反应所占的比例非常小。大多数的水蒸气是溶解在空气中的。干空气一般可以看作一种理想气体，但随着其中水汽成分的增高它的理想性越来越低。这时只有使用范德华方程才能描写它的性能。 在同一温度下真空中的水蒸气的饱和度与空气中的水蒸气的饱和度实际上是一样高的。假如饱和的空气的温度降低到露点以下和空气中有凝结核（比如雾剂）的话（在自然界一般总有凝结核存在），空气中的水就会凝结。云、窗户玻璃和其它冷的表面上的凝结水、露和雾、人在冷空气中哈出的汽等等许多现象就是这样形成的。偶尔（或在实验室中人工造成的）水蒸气可以在露点以下也不凝结。这个现象叫做过饱和。空气中水蒸气的溶解量随温度不同而变化。一立方米空气可以在10下溶解9.41克水，在30下溶解30.38克水。空气湿度是指空气潮湿的程度，可用相对湿度(RH)表示。相对湿度是指空气实际所含水蒸气密度和同温下饱和水蒸气密度的百分比值。人体在室内感觉舒适的最佳相对湿度是，495l，相对湿度过低或过高，对人体都不适甚至有害。在冬天，我国北方采用火炉或暖气取暖，室内空气被加热会导致室内相对湿度降低。特别是北京等大城市一些集中供暖的住宅，由于室温较高，相对湿度常常低至10以下。在这种环境中居住，人易患呼吸道疾病和出现口干、唇裂、流鼻血等现象。这是因为，鼻子内部、呼吸道、肺部连同网状肺泡是由支撑发状纤毛的黏膜覆盖，当空气相对湿度低于40时，纤毛的运动就会变得十分缓慢，于是灰尘易粘在粘膜上，刺激咳嗽，不利于排除病菌，从而导致呼吸道疾病的发生。另外，由于相对湿底低，人体表皮水分大量散失，导致人的皮肤弹性下降，另外，由于相对湿度低，人体表皮水分大量散失，导致人的皮肤弹性下降，加速皮肤衰老，出现表皮粗糙、细胞脱落等现象，一定程度上降低了皮肤抵抗病菌的能力。我国南方妇女皮肤细嫩、光润，主要原因之一是南方相对湿度高。相对湿度过低，还会导致木材水分散失，引起家具或木质地板变形、开裂和损坏；钢琴、提琴等对湿度要求高的乐器不能正常使用；文物、档案和图书脆化、变形。相对湿度过高，又易使室内家具、衣物、地毯等织物生霉，铁器生锈，电子器件短路，地毯、壁纸发生静电现象，对人体有刺激，甚至诱发火灾。 随时了解人们生活环境的温湿度的动态有助于提高人们的生活水平。人们舒适的环境中才能提高工作、生活和休息的质量。第二章 电路设计第一节 电路总体设计一、单片机系统总体设计温湿度是是考虑环境最重要的因素。随着社会的发展，人们的环境的温度和湿度的要求越来越高。尤其温湿度检测系统是在环境试验、科学研究（诸如种植、养殖生物工程、化工工程）、工业生产等领域应用广泛的现场环境控制系统。他能模拟各种环境条件，即按照实际要求精确控制环境的温度和湿度，为研究不同的生化过程创造了良好的环境条件。因此，温湿度监测系统广泛应用在科研、现代农业、医药、冶金、化工、林业、环境科学及生物遗传工程等领域。本检测仪以89C51为核心进行设计，运用单片机最小系统进行设计。首先设计检测电路。先考虑温湿度传感器，我通过资料查找到了DHT11数字式传感器。由于DHT11温度检测范围为050摄氏度，湿度检测范围为2090%RH。由于该传感器的温度检测范文比较小，所以本论文将选用另一个温度传感器，本检测仪选择了DS18B20数字式温度传感器。数字式传感器使用比较简单，由于它们输出的都是数字信号，所以不需要设计AD转换电路。该检测仪的显示用LED显示，LED显示电路简单、方便。本检测仪用4位LED数码管，数码管分为共阴极和共阳极两种。使用数码管需要用锁存器，本系统运用的是74LS245锁存器。2检测后还应该针对特殊情况进行处理。例如当温度过高是就设计了蜂鸣器报警电路。该系统的结果框图为图2.1.温度检测电路湿度检测电路LED显示电路报警电路复位电路时钟电路单片机2.1框图结构二、单片机简介单片机是指一快半导体硅片上集成了微处理器，存储器，各种输入、输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，叫做单片机。89C51单片机是一种常用的51单片机.51单片机性能强大。是一种低功耗、高性能的芯片。扩展功能强大方便，可以通过I/O口进行扩展。单片机的引脚图为如图2.2.图2.2 单片机引脚图引脚功能的说明： 电源引脚Vcc（40脚）：典型值5V。Vss（20脚）：接低电平。外部晶振X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。输入输出口引脚：P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。控制引脚：RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。RST/Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。2第二节 各模块电路设计 一、电源电路设计51单片机的工作电压在5V左右，5V的电源可以有多种设计方式实现。如干电池供电、继电器供电、普通变压器供电、还有USB供电等等。这些供电都是很常用的供电方式。由于USB接口的使用非常方便，它可以直接的于计算机相连或者用变压器相连供电。虽然USB接口的功能非常强大，它可以用作各种通信接口；但是当我们只是单一的用作电源接口时它的使用就非常简单。接口的1、4两线分别表示电源的正极和接地接口。我们使用的电压为5V，但是电压是指有效值。为了使该检测仪工作更加稳定。所以必须设计电源滤波电路，常用的滤波电路为电容滤波。本设计的滤波电路社如图2.3。3图2.3 滤波电路二、温度检测电路设计DS18B20是DALLAS公司生产的数字温度传感器，采用3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生； CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。，主要由以下4部分组成，64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2.4所示，DQ为数字信号输入输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图2.4 DS18B20的管脚排列DS18B20为数字式传感器，1引脚接地，3引脚为电路的电源引脚，2引脚为数字信号的于单片机的接口。具体的设计电路如图2.5.4图2.518B20的接口与MCS电路三、湿度检测电路设计本检测仪的关键在于数字温湿度传感器DHT11，下面是关于DHT11说明：表2.1 DHT11简介型号测量范围测湿精度测温精度分辨力封装DHT112090RH 050±5RH±214针单排直插1、 传感器性能说明 表2.2 传感器性能说明参数条件MinTypMax单位湿度分辨率111%RH16Bit重复性±1%RH精度25±4%RH050±5%RH互换性可完全互换量程范围03090%RH252090%RH502080%RH响应时间1/e(63%)25，1m/s 空气61015S迟滞±1%RH长期稳定性典型值±1%RH/yr温度分辨率111161616Bit重复性±1精度±1±2量程范围050响应时间1/e(63%)630S2、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。图2.6 DHT11接口电路3、电源引脚DHT11的供电电压为35.5V。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。5四、显示电路设计一、显示器的选择在单片机最小系统基础上设计完检测电路。接着将设计显示电路。常用的小系统显示器有LEDL和LCD两种，LCD液晶显示是很常用的显示器，由于它的显示功能比LED强大，它可以显示各种字符汉字图形等等，所以使用就比较复杂，同时价格也比较高。但是LED数码管的功能单一，控制简单，同时价格也比较便宜。当我们在做功能单一的小系统显示时，通常就选择LED数码管显示。LED数码管的使用根据使用要求的不同，选择不同的数码管。数码管分为共阴和共阳两种。这方面可以根据自己的习惯进行选择。他们的区别是使用时候的需要通不同的电平，将其控制。数码管的控制输出是通过数码管的位选和段选来控制。比如我们使用共阴数码管，其显示控制为位选端输入低电平，通过段选给需要显示的数码管断码输入高电平。我们常见的使用数码管有一位、两位、四位、六位、八位等等。我们在使用的过程中我们可以根据我们检测精度的需要等等方面的的要求进行选择。例如本系统我们就选择了四位的共阴极数码管。二、显示电路设计不管将极为数码管连在一起，数码管的显示原理都是一样的，都是靠点亮里面到的发光二级管实现显示。数码管的内部电路如图2.7（a）所示可以看出，一位一位数码管的引脚是十个显示一个8子需要7个小段另外还有一个小数点，3和8为公共端共阴极原理图如图2.4（b）所示。图2.7 数码管内部原理图数码管电路的显示必须有相应的所存器，在LED和数码管显示方面，要维持一个数据的显示，往往要持续的快速的刷新。尤其是在四段八位数码管等这些要选通的显示设备上。在人类能够接受的刷新频率之内，大概每三十毫秒就要刷新一次。这就大大占用了处理器的处理时间，消耗了处理器的处理能力，还浪费了处理器的功耗。锁存器的使用可以大大的缓解处理器在这方面的压力。当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存后，锁存器的输出引脚便会一直保持数据状态直到下一次锁存新的数据为止。这样在数码管的显示内容不变之前，处理器的处理时间和IO引脚便可以释放。可以看出，处理器处理的时间仅限于显示内容发生变化的时候，这在整个显示时间上只是非常少的一个部分。而处理器在处理完后可以有更多的时间来执行其他的任务。这就是锁存器在LED和数码管显示方面的作用:节省了宝贵的MCU时间。常用于输出电路的有74LS164、74LS245、74HC373、74HC573等等。本系统直接用单片机的P0口控制数码管的段选。所以我选择了八位输入和八位输出的74LS245锁存器，74LS245的使用非常简单1控制脚接高电平，19控制脚接低电平。设计电路如图2.8。6图2.8LED显示电路。五、时钟电路设计时钟电路用于产生单片机工作时所必须的时钟控制信号。单片机的内部电路在时钟信号的控制下按照时序执行指令进行工作。时序研究是指令执行中各个信号在时间上的关系。知心指令是CPU首先要到程序储存器中取出需要执行的指令操作码，燃火译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作，时序信号有两种，一是用于片内对各个功能部件的控制，二是片外储存器或I/O端口的控制，这部分时序对于分析和设计硬件电路非常重要。常用的时钟电路有内部时钟方式和外部时钟方式两种。本设计采用的是内部时钟电路。晶振的频率越高，则系统的时钟频率就越高单片机的运行熟读就越快。为了提高系统的温度稳定性，才用温度稳定性能好的电容。常用的是6MHz或12MHz的石英晶振。所以本检测仪选择了12MHz的晶振。51单片机内部有一个构成振荡器的放大器，该高增益反相放大的输入端为XTAL1引脚，输出端为XTAL2引脚。这两脚之间接12MHz的晶振C2和C3为30pF的电容。具体的电路设计如图2.9.2图2.9 单片机的时钟电路六、复位电路设计 复位是单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚加上大于两个机器周期的高电平就可以了。复位时PC初始化为0000H，使单片机从0000H开始执行程序。51的复位是由外部的复位电路来实现的。片内用施密特触发器来构成。复位电路通常采用的两种方式的上电自动复位和按键复位两种方式。本检测仪采用的是按键电平复位方式。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的，按键手动电平复位电路如图2.10所示。2图2.10 复位电路七报警电路设计在检测到相应的温湿度的时候该检测仪能将其显示出来，完成正常的检测。当检测到环境有危情时，检测仪设计了蜂鸣器报警电路。蜂鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多应用场合。蜂鸣器与家用电器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作电流比较大，电路上的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，需要增加一个电流放大的电路才可以，这一点与家用电器中的功放有相似之处。学习板采用了一个很简单的电路来实现蜂鸣器的联接，由上所述，一个管脚很难驱动蜂鸣器发出声音，所以增加了一个三极管来增加通过蜂鸣器的电流，见下方原理图。蜂鸣器的正极性的一端联接到5V电源上面，另一端联接到三极管的集电极，三极管的基级由单片机的P1.7管脚通过一个与非门来控制，当P1.7管脚为低时，与非门输出高电平，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。当P1.7管脚为高时，与非门输出低电平，三极管截止，蜂鸣器不发出声音。在这里与非门是作为非门来用的，这里采用一个非门的作用是为了防止系统上电时峰鸣器发出声音，以为系统复位以后，I/O口输出的是高电平。用户可以通过程序控制P1.7管脚的置低和置高来使蜂鸣器发出声音和关闭。蜂鸣器的声音大小及音调可以通过调整P1.7管脚的置高时间及输出的波形进行控制，这一点可以在调试程序的时候来试验。蜂鸣器的报警电路设计如图2.11所示。7图2.11报警电路第三章 本章小结本检测仪的硬件的设计中，运用了以下方面的知识。51单片机的原理，51系列单片机中单片机各个引脚的基本用途，单片机最小系统的构成。传感器方面的知识。 本检测仪使用的两个传感器都是数字式的传感器，所以设计的检测电路非常简单，设计的时钟、复位、电源电路都是常用的电路。找到其相应的参考书就能完成其硬件电路的设计。显示电路采用的是四位共阴极数码管显示，分别用单片机的P0和P2口控制数码管的段和位。本检测仪运用以上相应的知识成功的完成了所需要实现功能的设计。第三章 软件设计第一节 主程序设计完成本检测仪的硬件设计以后，将进行软件的操作。软件操作就是要对单片机进行编程。本检测仪选择了用C语言对其进行软件编程。C语言是我们运用的最多也最广泛的编程语言。根据设计的硬件电路，本系统设计的工作原理为。首先通过传感器对环境的温湿度进行检测，然后通过单片机对检测信号进行处理，再通过单片机的I/O将处理后的信号送到数码管显示出来。由于该检测仪我只设计了一个数码管，所以我设计了一个按键方式对其分别进行检测显示。设计本检测仪主程序的框图如图3.1所示。开始调用湿度检测子函数调用温度检测子函数是否超限是否超限是否有按键是否有按键湿度检测温度检测结束报警是是是是否否否否图3.1 程序流程图第二节DS18B20的模块程序设计一、DS18B20工作原理DS18B20非常常用的数字式温度传感器，本检测仪也选择了它作为温度检测的温度传感器。DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。例如125的数字输出为07D0H，25.0625的数字输出为0191H，25.0625的数字输出为FF6FH，55的数字输出为FC90H。DS18B20的数字信号的字节表示如下表3.1、表3.2为它们储存形式。表3.1 温度低字节232221202-12-22-32-4表3.2温度高字节SSSSS222425高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下表3.3.表3.30R1R011111R1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。4二、DS18B20的工作时序DS18B20的单线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图3.2（a）（b）（c）所示。8（a）初始化时序（b）写时序 （c）读时序图3.2 DS18B20的工作时序图三、温度检测程序流程根据DS18B20的工作原理和时序图，温度检测的原理框图为如图3.3。DS18B20在检测中的过程为如下过程，首先需要对他进行初始化，然后就是数据采集，然后就是数据处理，数据显示部分。8数据采集开始初始化数据显示是否超限报警结束是数据处理否图3.3温度检测程序框图四、显示模块编程要用数码管显示，就要用就要了解数码管的动态显示。当多为数码管应用于某一系统是，它们的“位选”是可以独立控制，而“段选”是连接在一起的我们可以通过信号控制那几个数码管亮二在同一时刻，位选选通的是一样的，显示也一样。这就叫静态显示。6表3.1 共阴极数码管编码符号编码符号编码00x3f80x7f10x0690x6f20x5bA0x7730x4fB0x7c40x66C0x3950x6dD0x5e60x7dE0x7970x07F0x71在C语言编程是，编程定义方法如下：Unsigned charcode table20=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,/0,1,2,3,4,5 ，6,7,8,9,0x3f|0x80,0x06|0x80,0x5b|0x80,0x4f|0x80,0x66|0x80,0x6d|0x80,0x7d|0x80,0x07|0x80,0x7f|0x80,0x6f|0x80;/ 0.，1.，2.，3.，4.，5.，6.，7.，8.，9.第三节 DHT11程序设计一、DHT11的检测原理DHT11为数字式温湿度传感器，单片机发送一次开始信号（低电平）DHT从低速模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束（拉高）后,DHT发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,在这里我们只选择读取数据的1-8bit和17-24bit作为温湿度的整数部分。总线线空闲状态为高电平，主机把总线线拉低等待DHT11响应,单片机把总线线拉低必须大于18毫秒，保证DHT能检测到起始信号。DHT11接收到单片机的开始信号后,等待单片机开始信号结束,然后发送低电平响应信号。单片机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT的回应信号,单片机发送开始信号后,则输出高电平，总线由上拉电阻拉高。主机发送开始信号后,延时等待20us-40us后读取DHT11的回应信号，读取总线为低电平,说明DHT11发送响应信号，DHT11发送响应信号后，再把总线拉高,准备发送数据,每一bit数据都以低电平开始。如果读取响应信号为高电平,则DHT没有响应。首先DHT把总线拉低12-14us然后拉高，高电平若在30us之后变低，则此比特为0电平，否则为高平。为了确保采集到信息的稳定，本小组采用湿度与温度交叉采集，避免数据的丢失。5二、湿度检测原理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，一次通讯时间大约是4ms，数据分为小数、整数两部分，具体格式在下面进行说明，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零。操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。用户发送一次启动开始信号后,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,并送出40bit的数据,并触发一次信号采集,可选择读取部分数据.从该模式下，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通讯过程如图3.4所示图3.4总线在空闲状态时为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,才能保证DHT11能检测正常的到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号的结束,然后发送80us低电平响应信号。主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平, 总线由上拉电阻拉高。5图3.5总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。在传感器的信号中0和1分别用如下的时序进行表示。数字0信号表示方法如图3.6所示 图3.6数字1信号表示方法.如图3.7所示图3.7三、湿度检测的程序框图本检测仪为数字式传感器，检测仪需要通过软件控制湿度检测的过程。首先需要对单片机进行初始化。然后传感器进行数据采集，数据采集完成后需要对数据进行处理。数据采集开始初始化结束是否超限数据处理取湿度信湿度显示报警是否图3.8 湿度检测框图