51单片机的湿度测量系统设计
目 录
一、 引言 1
（一） 湿度测量系统的发展背景 1
（二） 湿度测量系统的国内外现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51单片机芯片概述 3
（三） DHT11湿度传感器概述 5
（四） LCD1602液晶显示器概述 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 硬件结构框图设计 7
（二） 单片机最小系统设计 7
（三） DHT11电路设计 8
（四） LCD1602液晶显示器电路设计 9
四、 软件系统设计 10
（一） 软件系统流程图设计 10
（二） DHT11湿度转换流程设计 10
（三） LCD1602显示流程设计 11
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元件列表 18
附录四 部分程序 19
引言
湿度测量系统的发展背景
湿度控制控制系统指的是能够通过单片机或者其他微处理器的控制而实现适度自动调节的一种自动控制系统，在湿度控制系统中一般包含湿度采集模块、水汽发生模块以及中央处理器等主要部分，高级点的还具有显示功能或者语音提示功能等。传统上的湿度传感器出现的较早，在单片机以及传感器技术成熟之前，湿度控制大多采用人工操作，操作人员根据湿度计测量到的室内适度值，手工喷洒水汽已达到控制目的，这种传统的湿度控制需要人员时时监管并且耗费人力去加湿或者除湿，并且由于人力操作不能准确把握湿度的大小，因此湿度控制不是很精确，湿度控制的稳定性也非常脆弱。在单片机以及其他微处理器迅速发展后，催生了自动控制系统的产生，并且到目前为止已经形成了很多成熟优秀的工业控制系统，所谓自动控制系统就是指系统内部加入了反馈环节，输出信号的一部分能够实时地被反馈到输入环节，从而达到系统稳定输出的目的。
在本湿度控制系统中，湿度采集模块就扮演了反馈环
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
加湿或者除湿，并且由于人力操作不能准确把握湿度的大小，因此湿度控制不是很精确，湿度控制的稳定性也非常脆弱。在单片机以及其他微处理器迅速发展后，催生了自动控制系统的产生，并且到目前为止已经形成了很多成熟优秀的工业控制系统，所谓自动控制系统就是指系统内部加入了反馈环节，输出信号的一部分能够实时地被反馈到输入环节，从而达到系统稳定输出的目的。
在本湿度控制系统中，湿度采集模块就扮演了反馈环节的角色，一般温度采集模块由湿度传感器构成（如常用的DHT11、HX71等常用湿度传感器），湿度传感器在采集到室内的适度情况后，将湿度值以数字信号的形式传送给控制系统的中央处理器，中央处理器在得到室内的湿度情况后，与设定值进行比较，从而控制加湿器或者除湿器的工作，以此来维持室内湿度的稳定。可以发现，湿度自动控制系统的湿度传感器能够时时地监测室内的湿度大小，中央处理器不断地将湿度大小与设定值做比较，不断控制加湿器和除湿器的工作强度，因此室内的湿度能够一直保持稳定，这是传统的人工方法所实现不了的，因此湿度自动控制系统在推向市场后迅速赢得了人们的青睐。
湿度控制系统的控制速递和精度主要由中央处理器和传感器决定，主频高的微处理器往往能实现响应速度更快的湿度控制系统，而湿度传感器的自身精度和采集速度也是影响系统精度和速度的关键，以DHT11型温湿度传感器为例，由于大多数湿度传感器内部已经集成了采样精度可调的AD转换模块，DHT11也不例外，当将DHT11内部AD配置成8位时，其湿度的精确度能够达到1％，湿度采样速度为70ms；而设置装备摆设成9位时，精度可以或许到达0.5％，采样速度为150ms；当设置装备摆设成11位时，精度高达0.1％，可是采样速度却高达800ms，可以看出在同一种型号的传感器中，精度和采样速度几乎不可兼得，必须折中配置。本文选用了湿度控制为课题，以单片机作为主控核心时，探究湿度控制系统的性能和改善。
湿度测量系统的国内外成长现状
湿度控制系统在很早的时候就已经出现在人们的视野中了，并且随着微处理器以及传感器技术的发展，产生了很多优秀实用的湿度控制系统。然而湿度控制系统是否已经没有了可以发展和改善的空间，其实不然，随着单片机以及其他微处理器的主频越来越高，并且稳定性也在不断加强，这样就催生了采用性能更强大的单片机或微处理器作主控核心的湿度控制系统，因为越高的主频能够带来越高的处理速度和更短的响应时间，这样在湿度剧烈变化的场合就能够快速将湿度稳定下来。前不久一个兴趣研究小组设计出了响应时间为1s的高速湿度控制系统，也就是说这款系统能够在1s的时间内将室内湿度稳定到设定值。
本文主要内容
本文主要介绍了湿度系统的发展背景及国内外发展现状，通过对目前市面上的湿度控制系统存在的不足进行观察和统计，来确立本课题的设计目标。通过对成本以及自身知识掌握成都进行了全面评估，选择ATMEL公司推出的AT89C51单片机作为主控核心，设计了一款具有自动湿度调节的控制系统，用于可以通过按键来设定湿度值，系统能够快速的将室内温度稳定到设定值。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
方案一：选择美国ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51作为主控核心，根据ATMEL公司公布的资料显示：在存储器方面，AT89C51内部集成了一个加密型的4k字节容量大小的Flash以及一个128字节的RAM；在外围模块方面，ATMEL设计人员给AT89C51配置了一个性能优秀的UART（通用串口）模块，两个16位的高精度定时器，两个具有外部中断功能的管脚，这些资源使得AT89C51能够被应用于大多数场合，在本本所设计的系统中更能发挥出色的性能。在过往的大学学习中，由于单片机课程主要教授了C51单片机内容，因此根据这些掌握的知识能够轻松的设计51单片机应用系统。另外由于AT89C51单片机采用串口下载程序，无需配置造价昂贵的仿真器或者JTAG口，只需要一根USB转串口的下载线即可烧写程序，大大降低了系统的开发成本。
方案二：采用ATMEL公司的AVR系列单片机，AVR单片机也是一种典型的单片机，有着广泛的使用人群。AVR单片机是ATMEL公司为了改进C51单片机速度慢而开发出的，这种单片机在推出后迅速的赢得了市场，因为很多应用已经无法忍受51单片机的处理速度了。由于51单片机在进入市场时还没有一套完善的稳定措施，为了得到较为稳定的性能，因此51单片机采用了机器周期概念，将主频降地非常的低，只有较低的主频才能保证稳定性。随着电子技术的发展，ATMEL公司的设计人员已经迅速的掌握了一套完善的稳定措施，抛弃了机器周期的概
一、 引言 1
（一） 湿度测量系统的发展背景 1
（二） 湿度测量系统的国内外现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51单片机芯片概述 3
（三） DHT11湿度传感器概述 5
（四） LCD1602液晶显示器概述 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 硬件结构框图设计 7
（二） 单片机最小系统设计 7
（三） DHT11电路设计 8
（四） LCD1602液晶显示器电路设计 9
四、 软件系统设计 10
（一） 软件系统流程图设计 10
（二） DHT11湿度转换流程设计 10
（三） LCD1602显示流程设计 11
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元件列表 18
附录四 部分程序 19
引言
湿度测量系统的发展背景
湿度控制控制系统指的是能够通过单片机或者其他微处理器的控制而实现适度自动调节的一种自动控制系统，在湿度控制系统中一般包含湿度采集模块、水汽发生模块以及中央处理器等主要部分，高级点的还具有显示功能或者语音提示功能等。传统上的湿度传感器出现的较早，在单片机以及传感器技术成熟之前，湿度控制大多采用人工操作，操作人员根据湿度计测量到的室内适度值，手工喷洒水汽已达到控制目的，这种传统的湿度控制需要人员时时监管并且耗费人力去加湿或者除湿，并且由于人力操作不能准确把握湿度的大小，因此湿度控制不是很精确，湿度控制的稳定性也非常脆弱。在单片机以及其他微处理器迅速发展后，催生了自动控制系统的产生，并且到目前为止已经形成了很多成熟优秀的工业控制系统，所谓自动控制系统就是指系统内部加入了反馈环节，输出信号的一部分能够实时地被反馈到输入环节，从而达到系统稳定输出的目的。
在本湿度控制系统中，湿度采集模块就扮演了反馈环
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
加湿或者除湿，并且由于人力操作不能准确把握湿度的大小，因此湿度控制不是很精确，湿度控制的稳定性也非常脆弱。在单片机以及其他微处理器迅速发展后，催生了自动控制系统的产生，并且到目前为止已经形成了很多成熟优秀的工业控制系统，所谓自动控制系统就是指系统内部加入了反馈环节，输出信号的一部分能够实时地被反馈到输入环节，从而达到系统稳定输出的目的。
在本湿度控制系统中，湿度采集模块就扮演了反馈环节的角色，一般温度采集模块由湿度传感器构成（如常用的DHT11、HX71等常用湿度传感器），湿度传感器在采集到室内的适度情况后，将湿度值以数字信号的形式传送给控制系统的中央处理器，中央处理器在得到室内的湿度情况后，与设定值进行比较，从而控制加湿器或者除湿器的工作，以此来维持室内湿度的稳定。可以发现，湿度自动控制系统的湿度传感器能够时时地监测室内的湿度大小，中央处理器不断地将湿度大小与设定值做比较，不断控制加湿器和除湿器的工作强度，因此室内的湿度能够一直保持稳定，这是传统的人工方法所实现不了的，因此湿度自动控制系统在推向市场后迅速赢得了人们的青睐。
湿度控制系统的控制速递和精度主要由中央处理器和传感器决定，主频高的微处理器往往能实现响应速度更快的湿度控制系统，而湿度传感器的自身精度和采集速度也是影响系统精度和速度的关键，以DHT11型温湿度传感器为例，由于大多数湿度传感器内部已经集成了采样精度可调的AD转换模块，DHT11也不例外，当将DHT11内部AD配置成8位时，其湿度的精确度能够达到1％，湿度采样速度为70ms；而设置装备摆设成9位时，精度可以或许到达0.5％，采样速度为150ms；当设置装备摆设成11位时，精度高达0.1％，可是采样速度却高达800ms，可以看出在同一种型号的传感器中，精度和采样速度几乎不可兼得，必须折中配置。本文选用了湿度控制为课题，以单片机作为主控核心时，探究湿度控制系统的性能和改善。
湿度测量系统的国内外成长现状
湿度控制系统在很早的时候就已经出现在人们的视野中了，并且随着微处理器以及传感器技术的发展，产生了很多优秀实用的湿度控制系统。然而湿度控制系统是否已经没有了可以发展和改善的空间，其实不然，随着单片机以及其他微处理器的主频越来越高，并且稳定性也在不断加强，这样就催生了采用性能更强大的单片机或微处理器作主控核心的湿度控制系统，因为越高的主频能够带来越高的处理速度和更短的响应时间，这样在湿度剧烈变化的场合就能够快速将湿度稳定下来。前不久一个兴趣研究小组设计出了响应时间为1s的高速湿度控制系统，也就是说这款系统能够在1s的时间内将室内湿度稳定到设定值。
本文主要内容
本文主要介绍了湿度系统的发展背景及国内外发展现状，通过对目前市面上的湿度控制系统存在的不足进行观察和统计，来确立本课题的设计目标。通过对成本以及自身知识掌握成都进行了全面评估，选择ATMEL公司推出的AT89C51单片机作为主控核心，设计了一款具有自动湿度调节的控制系统，用于可以通过按键来设定湿度值，系统能够快速的将室内温度稳定到设定值。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
方案一：选择美国ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51作为主控核心，根据ATMEL公司公布的资料显示：在存储器方面，AT89C51内部集成了一个加密型的4k字节容量大小的Flash以及一个128字节的RAM；在外围模块方面，ATMEL设计人员给AT89C51配置了一个性能优秀的UART（通用串口）模块，两个16位的高精度定时器，两个具有外部中断功能的管脚，这些资源使得AT89C51能够被应用于大多数场合，在本本所设计的系统中更能发挥出色的性能。在过往的大学学习中，由于单片机课程主要教授了C51单片机内容，因此根据这些掌握的知识能够轻松的设计51单片机应用系统。另外由于AT89C51单片机采用串口下载程序，无需配置造价昂贵的仿真器或者JTAG口，只需要一根USB转串口的下载线即可烧写程序，大大降低了系统的开发成本。
方案二：采用ATMEL公司的AVR系列单片机，AVR单片机也是一种典型的单片机，有着广泛的使用人群。AVR单片机是ATMEL公司为了改进C51单片机速度慢而开发出的，这种单片机在推出后迅速的赢得了市场，因为很多应用已经无法忍受51单片机的处理速度了。由于51单片机在进入市场时还没有一套完善的稳定措施，为了得到较为稳定的性能，因此51单片机采用了机器周期概念，将主频降地非常的低，只有较低的主频才能保证稳定性。随着电子技术的发展，ATMEL公司的设计人员已经迅速的掌握了一套完善的稳定措施，抛弃了机器周期的概
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