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1 前言

在单片机应用系统的传统开发方式中，对系统的硬件电路进行设计完成后，需要制作成实物的电路板，并结合单片机仿真器进行软硬件的联合调试。如果遇到设计中需要修改，则往往需要对电路板重复制板，系统功能的验证不能够及时得到反映[1]。Proteus7.5仿真软件是一款可以在单片机应用系统仿真研发上应用的EDA软件，是由英国的Labccnter Electronics公司推出的单片机集成开发软件，可通过此软件搭建各种复杂的电路，并通过加载软件程序实现硬件仿纠乱本软件能够仿真51系列、AVR、PIC、ARM等主流单片机，软件集成了虚拟示波器、逻辑分析仪等从而建立起了完备的电子设计开发环境，能够为产品开发节约大量的硬件成本和调试周期[2]。结合Keil C51，对数字温湿度测量演示系统进行了设计和仿真。本系统设计采用的Keil5l高级语言集成开发环境一Keil uVision 3 IDE，是由美国Keil Software公司推出的一款主流单片机程序开发软件，它提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。Proteus与Keil软件能够实现良好的联合调试功能，即：通过Proteus绘制硬件原理图，Keil软件编写软件代码，在良好配置的前提下通过Keil软件调用Proteus软件进行仿真及预调试。

在工业生产中，需要对多种环境指标进行监控以确保工业生产安全、经济、有效的进行。在检测这些环境参数时往往需要很多设备独立使用, 造成资源的浪费。温湿度测量系统就是针对这一现象而设计的、以单片机为核心的、对温度、湿度同时进行检测的装置[6]。该装置可以通过传感器采集温度、湿度等环境参数，并进行检测和显示，能够实现对空气中温度以及湿度进行实时测量，所设计环境参数温度控制精度稳定在O.1℃范围之内，湿度的误差可控制在±2.0％RH以内[7]。

2 整体方案设计

2.1 湿温度测量系统的基本构成

本系统主要由STC89C51单片机、DHT11温湿度传感器、晶振电路和1602液晶等部分构成。首先，以STC89C51单片机系统位核心，温湿度传感器为温度、湿度数据采集端，通过LCD数码管显示，并进行实时记录，最后通过Protues与Keil连调的方式进行仿真运行。

2.2 温湿度测量系统原理

温湿度测量系统的设计包括以下几个主要功能模块

(1)温湿度检测模块: 系统温湿度的采集用DHT11数字温湿度传感器，它是一款含有

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已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。其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。传器器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。

（2）数据处理模块：：该模块采用微处理器来实现，微处理器模块式整个系统的核心部分，微处理器选用89C51系列单片机，该处理器具有运用灵活、迅速、低功耗的特点。

（3）显示模块：采用常用的LCD1602显示器

（4）电源模块：本模块为直流供电，当有电源供电时，直流5V的电源模块，或直接使用USB供电，亦可使用三到四节电池供电。

2.3 系统框图

本次设计的温湿度测量系统主要核心就是单片机STC89C51，首先通过DHT11进行数据的采集，并进行放大、A\\D转换，后通过接口电路将数据传送给单片机，后由单片机传送命令给LED进行数据显示。晶振电路主要是控制单片机的工作频率，若想调节单片机的频率的话，主要就是要看晶振电路的情况。当然电源电路，一直为整个系统提供工作电压，

该电路是将220V的交流电通过变压器、桥式整流电路、稳压器变换成5V的直流电。

传感器单液晶显示接口电路片电源电路晶振电路机

图1 系统框图

3 硬件电路设计 3.1 温湿度传感器模块 3.1.1 DHT11简介

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

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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。

3.1.2、传感器性能说明 如下表1所示：

参数 分辨率 重复性 精度 互换性 量程范围 响应时间 迟滞 长期稳定性 分辨率 重复性 精度 量程范围 响应时间 0℃ 25℃ 50℃ 1/e(63%)25℃，1m/s 空气 典型值 条件 25℃ 0－50℃ Min Typ 湿度 1 1 8 ±1 ±4 可完全互换 30 20 20 6 温度 1/e(63%) 1 8 ±1 0 6 1 8 ±1 1 8 ±2 50 30 ℃ Bit ℃ ℃ ℃ S 10 ±1 ±1 Max 1 ±5 90 90 80 15 单位 %RH Bit %RH %RH %RH %RH %RH %RH S %RH %RH/yr 3.1.3 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。

MCU

5KDATAVDDVDDDHT11GND图2 典型应用电路

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3.1.4 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。

3.1.5 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,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,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+8bit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。

1.通讯过程如图3所示

图3 通讯过程

总线空闲状态为高电平,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,保证DHT11能检测到起始信号。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,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。

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