课设-51单片机+PM2.5+温湿度（程序+原理图+Protel仿真）
2024-05-29 16:26:16
51单片机PM2.5+温湿度（程序+原理图+Protel仿真）
- 一、功能
- 二、模块
- 三、代码程序
- 四、PCB原理图
一、功能
本系统以STC89C52单片机为核心，主要包括传感器温湿度采集，传感器PM2.5采集，LCD液晶显示，声光报警和按键设置等部分。系统通过搭建的传感器元件采集家居中温度、湿度和PM2.5浓度，并实时显示上述采集数据。
二、模块
2.1、PM 2.5模块
模块引脚说明：
采集数据对照：
2.2、DHT11温湿度传感器：
模块接口说明
DHT11数据格式：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。
三、代码程序
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>#define uchar unsigned char // 以后unsigned char就可以用uchar代替
#define uint unsigned int // 以后unsigned int 就可以用uint 代替sfr ISP_DATA = 0xe2; // 数据寄存器
sfr ISP_ADDRH = 0xe3; // 地址寄存器高八位
sfr ISP_ADDRL = 0xe4; // 地址寄存器低八位
sfr ISP_CMD = 0xe5; // 命令寄存器
sfr ISP_TRIG = 0xe6; // 命令触发寄存器
sfr ISP_CONTR = 0xe7; // 命令寄存器sbit LcdRs_P = P1^2; // 1602液晶的RS管脚
sbit LcdRw_P = P1^3; // 1602液晶的RW管脚
sbit LcdEn_P = P1^4; // 1602液晶的EN管脚
sbit KeySet_P = P3^2; // “设置”按键的管脚
sbit KeyDown_P = P3^3; // “减”按键的管脚
sbit KeyUp_P = P3^4; // “加”按键的管脚
sbit Buzzer_P = P1^5; // 蜂鸣器
sbit DHT11_P = P1^1; // 温湿度传感器DHT11数据接入
sbit LedTH_P = P2^0; // 温度过高报警指示灯
sbit LedTL_P = P2^1; // 温度过低报警指示灯
sbit LedHH_P = P2^2; // 湿度过高报警指示灯
sbit LedHL_P = P2^3; // 湿度过低报警指示灯
sbit LedPM_P = P2^4; // PM2.5过高报警指示灯uchar temp; // 保存温度
uchar humi; // 保存湿度
uint pm; // 保存PM2.5uchar gIndex=0; // 串口接收索引
uint Value[20]={0}; // 串口数据缓存区uchar AlarmTL; // 温度下限报警值
uchar AlarmTH; // 温度上限报警值
uchar AlarmHL; // 湿度下限报警值
uchar AlarmHH; // 湿度上限报警值
uint AlarmPM; // PM2.5报警值/*********************************************************/
// 单片机内部EEPROM不使能
/*********************************************************/
void ISP_Disable()
{ISP_CONTR = 0;ISP_ADDRH = 0;ISP_ADDRL = 0;
}/*********************************************************/
// 从单片机内部EEPROM读一个字节，从0x2000地址开始
/*********************************************************/
unsigned char EEPROM_Read(unsigned int add)
{ISP_DATA = 0x00;ISP_CONTR = 0x83;ISP_CMD = 0x01;ISP_ADDRH = (unsigned char)(add>>8);ISP_ADDRL = (unsigned char)(add&0xff);// 对STC89C51系列来说，每次要写入0x46，再写入0xB9,ISP/IAP才会生效ISP_TRIG = 0x46; ISP_TRIG = 0xB9;_nop_();ISP_Disable();return (ISP_DATA);
}/*********************************************************/
// 往单片机内部EEPROM写一个字节，从0x2000地址开始
/*********************************************************/
void EEPROM_Write(unsigned int add,unsigned char ch)
{ISP_CONTR = 0x83;ISP_CMD = 0x02;ISP_ADDRH = (unsigned char)(add>>8);ISP_ADDRL = (unsigned char)(add&0xff);ISP_DATA = ch;ISP_TRIG = 0x46;ISP_TRIG = 0xB9;_nop_();ISP_Disable();
}/*********************************************************/
// 擦除单片机内部EEPROM的一个扇区
// 写8个扇区中随便一个的地址，便擦除该扇区，写入前要先擦除
/*********************************************************/
void Sector_Erase(unsigned int add)
{ISP_CONTR = 0x83;ISP_CMD = 0x03;ISP_ADDRH = (unsigned char)(add>>8);ISP_ADDRL = (unsigned char)(add&0xff);ISP_TRIG = 0x46;ISP_TRIG = 0xB9;_nop_();ISP_Disable();
}/*********************************************************/
// 毫秒级的延时函数，time是要延时的毫秒数
/*********************************************************/
void DelayMs(uint time)
{uint i,j;for(i=0;i<time;i++)for(j=0;j<112;j++);
}/*********************************************************/
// 10us级延时程序
/*********************************************************/
void Delay10us()
{_nop_(); // 执行一条指令，延时1微秒_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}/*********************************************************/
// 读取DHT11单总线上的一个字节
/*********************************************************/
uchar DhtReadByte(void)
{ bit bit_i; uchar j;uchar dat=0;for(j=0;j<8;j++) {while(!DHT11_P); // 等待低电平结束 Delay10us(); // 延时Delay10us();Delay10us();if(DHT11_P==1) // 判断数据线是高电平还是低电平{bit_i=1; while(DHT11_P);} else{bit_i=0;}dat<<=1; // 将该位移位保存到dat变量中dat|=bit_i; }return(dat);
}/*********************************************************/
// 读取DHT11的一帧数据，湿高、湿低(0)、温高、温低(0)、校验码
/*********************************************************/
void ReadDhtData()
{ uchar HumiHig; // 湿度高检测值uchar HumiLow; // 湿度低检测值 uchar TemHig; // 温度高检测值uchar TemLow; // 温度低检测值uchar check; // 校验字节 DHT11_P=0; // 主机拉低DelayMs(20); // 保持20毫秒DHT11_P=1; // DATA总线由上拉电阻拉高Delay10us(); // 延时等待30usDelay10us();Delay10us();while(!DHT11_P); // 等待DHT的低电平结束while(DHT11_P); // 等待DHT的高电平结束//进入数据接收状态HumiHig = DhtReadByte(); // 湿度高8位HumiLow = DhtReadByte(); // 湿度低8为，总为0TemHig = DhtReadByte(); // 温度高8位 TemLow = DhtReadByte(); // 温度低8为，总为0 check = DhtReadByte(); // 8位校验码，其值等于读出的四个字节相加之和的低8位DHT11_P=1; // 拉高总线if(check==HumiHig + HumiLow + TemHig + TemLow) // 如果收到的数据无误{temp=TemHig; // 将温度的检测结果赋值给全局变量temphumi=HumiHig; // 将湿度的检测结果赋值给全局变量humi}
}/*********************************************************/
// 1602液晶写命令函数，cmd就是要写入的命令
/*********************************************************/
void LcdWriteCmd(uchar cmd)
{ LcdRs_P = 0;LcdRw_P = 0;LcdEn_P = 0;P0=cmd;DelayMs(2);LcdEn_P = 1; DelayMs(2);LcdEn_P = 0;
}/*********************************************************/
// 1602液晶写数据函数，dat就是要写入的数据
/*********************************************************/
void LcdWriteData(uchar dat)
{LcdRs_P = 1; LcdRw_P = 0;LcdEn_P = 0;P0=dat;DelayMs(2);LcdEn_P = 1; DelayMs(2);LcdEn_P = 0;
}/*********************************************************/
// 1602液晶初始化函数
/*********************************************************/
void LcdInit()
{LcdWriteCmd(0x38); // 16*2显示，5*7点阵，8位数据口LcdWriteCmd(0x0C); // 开显示，不显示光标LcdWriteCmd(0x06); // 地址加1，当写入数据后光标右移LcdWriteCmd(0x01); // 清屏
}/*********************************************************/
// 液晶光标定位函数
/*********************************************************/
void LcdGotoXY(uchar line,uchar column)
{// 第一行if(line==0) LcdWriteCmd(0x80+column); // 第二行if(line==1) LcdWriteCmd(0x80+0x40+column);
}/*********************************************************/
// 液晶输出数字（PM2.5的）
/*********************************************************/
void LcdPrintNum1(uint num)
{LcdWriteData(num/100+48); // 百位LcdWriteData(num%100/10+48); // 十位LcdWriteData(num%10+48); // 个位
}/*********************************************************/
// 液晶输出数字（温湿度的）
/*********************************************************/
void LcdPrintNum2(uchar num)
{LcdWriteData(num/10+48); // 十位LcdWriteData(num%10+48); // 个位
}/*********************************************************/
// 液晶输出字符串函数
/*********************************************************/
void LcdPrintStr(uchar *str)
{while(*str!='\0')LcdWriteData(*str++);
}/*********************************************************/
// 液晶显示内容初始化
/*********************************************************/
void LcdShowInit()
{LcdGotoXY(0,0); // 液晶光标定位到第0行第0列LcdPrintStr(" PM2.5: ug/m3 "); // 显示内容LcdGotoXY(1,0); // 液晶光标定位到第1行第0列LcdPrintStr("T: C H: %RH"); // 显示内容LcdGotoXY(1,4); // 温度单位摄氏度上面的圆圈符号LcdWriteData(0xdf);
}/*********************************************************/
// 串口初始化
/*********************************************************/
void UartInit()
{SCON = 0x50; // 配置串口寄存器TMOD = 0x20; // 配置定时器寄存器TH1 = 0xf4; // 计算波特率的值为2400TL1 = 0xf4; // 计算波特率的值为2400EA = 1; // 打开总中断ES = 1; // 打开串口中断TR1 = 1; // 启动定时器
}/*********************************************************/
// 按键扫描
/*********************************************************/
void KeyScanf()
{if(KeySet_P==0) // 判断设置按键是否被按下{EA=0;/*将液晶显示改为设置温度的页面****************************************************/LcdWriteCmd(0x01); LcdGotoXY(0,0);LcdPrintStr("Temperature Set ");LcdGotoXY(1,0);LcdPrintStr(" - C ");LcdGotoXY(1,10); LcdWriteData(0xdf); LcdGotoXY(1,4); // 在液晶上填充温度的下限值 LcdPrintNum2(AlarmTL); LcdGotoXY(1,7); // 在液晶上填充温度的上限值LcdPrintNum2(AlarmTH);LcdGotoXY(1,5); // 光标定位到第1行第5列LcdWriteCmd(0x0f); // 光标闪烁DelayMs(10); // 去除按键按下的抖动while(!KeySet_P); // 等待按键释放DelayMs(10); // 去除按键松开的抖动/*设置温度的下限值****************************************************************/while(KeySet_P) // “设置键”没有被按下，则一直处于温度下限的设置{if(KeyDown_P==0) // 判断 “减按键“ 是否被按下 {if(AlarmTL>0) // 只有当温度下限值大于0时，才能减1AlarmTL--;LcdGotoXY(1,4); // 重新刷新显示更改后的温度下限值 LcdPrintNum2(AlarmTL); LcdGotoXY(1,5); // 重新定位闪烁的光标位置DelayMs(350); // 延时}if(KeyUp_P==0) // 判断 “加按键“ 是否被按下{if(AlarmTL<99) // 只有当温度下限值小于99时，才能加1AlarmTL++;LcdGotoXY(1,4); // 重新刷新显示更改后的温度下限值LcdPrintNum2(AlarmTL);LcdGotoXY(1,5); // 重新定位闪烁的光标位置DelayMs(350); // 延时} }LcdGotoXY(1,8);DelayMs(10); // 去除按键按下的抖动while(!KeySet_P); // 等待按键释放DelayMs(10); // 去除按键松开的抖动/*设置温度的上限值****************************************************************/ while(KeySet_P) // “设置键”没有被按下，则一直处于温度上限的设置{if(KeyDown_P==0) // 判断 “减按键“ 是否被按下{if(AlarmTH>0) // 只有当温度上限值大于0时，才能减1 AlarmTH--;LcdGotoXY(1,7); // 重新刷新显示更改后的温度上限值LcdPrintNum2(AlarmTH);LcdGotoXY(1,8); // 重新定位闪烁的光标位置DelayMs(350); // 延时}if(KeyUp_P==0) // 判断 “加按键“ 是否被按下{if(AlarmTH<99) // 只有当温度上限值小于99时，才能加1AlarmTH++;LcdGotoXY(1,7); // 重新刷新显示更改后的温度上限值 LcdPrintNum2(AlarmTH);LcdGotoXY(1,8); // 重新定位闪烁的光标位置DelayMs(350); // 延时} }/*将液晶显示改为设置湿度的页面****************************************************/LcdWriteCmd(0x01); LcdGotoXY(0,0);LcdPrintStr(" Humidity Set ");LcdGotoXY(1,0);LcdPrintStr(" - %RH "); LcdGotoXY(1,4); // 在液晶上填充湿度的下限值 LcdPrintNum2(AlarmHL); LcdGotoXY(1,7); // 在液晶上填充湿度的上限值LcdPrintNum2(AlarmHH);LcdGotoXY(1,5); // 光标定位到第1行第5列DelayMs(10); // 去除按键按下的抖动while(!KeySet_P); // 等待按键释放DelayMs(10);/*设置湿度的下限值****************************************************************/while(KeySet_P) // “设置键”没有被按下，则一直处于湿度下限的设置{if(KeyDown_P==0) // 判断 “减按键“ 是否被按下{if(AlarmHL>0) // 只有当湿度下限值大于0时，才能减1AlarmHL--;LcdGotoXY(1,4); // 重新刷新显示更改后的湿度下限值 LcdPrintNum2(AlarmHL);LcdGotoXY(1,5); // 重新定位闪烁的光标位置DelayMs(350);}if(KeyUp_P==0) // 判断 “加按键“ 是否被按下{if(AlarmHL<99) // 只有当湿度下限值小于99时，才能加1AlarmHL++;LcdGotoXY(1,4); // 重新刷新显示更改后的湿度下限值LcdPrintNum2(AlarmHL);LcdGotoXY(1,5); // 重新定位闪烁的光标位置DelayMs(350); // 延时} }LcdGotoXY(1,8);DelayMs(10); // 去除按键按下的抖动while(!KeySet_P); // 等待按键释放DelayMs(10); // 去除按键松开的抖动/*设置湿度的上限值****************************************************************/while(KeySet_P) // “设置键”没有被按下，则一直处于湿度上限的设置{if(KeyDown_P==0) // 判断 “减按键“ 是否被按下{if(AlarmHH>0) // 只有当湿度上限值大于0时，才能减1AlarmHH--;LcdGotoXY(1,7); // 重新刷新显示更改后的湿度上限值LcdPrintNum2(AlarmHH);LcdGotoXY(1,8); // 重新定位闪烁的光标位置DelayMs(350);}if(KeyUp_P==0) // 判断 “加按键“ 是否被按下{if(AlarmHH<99) // 只有当湿度上限值小于99时，才能加1AlarmHH++;LcdGotoXY(1,7); // 重新刷新显示更改后的湿度上限值 LcdPrintNum2(AlarmHH);LcdGotoXY(1,8); // 重新定位闪烁的光标位置DelayMs(350); // 延时} }/*将液晶显示改为设置PM2.5的页面****************************************************/LcdWriteCmd(0x01); // 设置界面的显示框架LcdGotoXY(0,0);LcdPrintStr(" PM2.5 Set ");LcdGotoXY(1,0);LcdPrintStr(" ug/m3 ");LcdGotoXY(1,4); // 显示当前的报警值LcdPrintNum1(AlarmPM); LcdGotoXY(1,6); // 光标定位到第1行第6列DelayMs(10); // 去除按键按下的抖动while(!KeySet_P); // 等待按键释放DelayMs(10);while(KeySet_P) // “设置键”没有被按下，则一直处于光强下限的设置{if(KeyDown_P==0) // 判断 “减按键“ 是否被按下{if(AlarmPM>1) // 只有gAlarmPM大于1才能减1 AlarmPM--; LcdGotoXY(1,4); // 液晶光标定位LcdPrintNum1(AlarmPM); // 刷新改变后的报警值LcdGotoXY(1,6);DelayMs(200); // 延时一下}if(KeyUp_P==0) // 判断 “加按键“ 是否被按下{if(AlarmPM<999) // 只有gAlarmPM小于999才能加1AlarmPM++; LcdGotoXY(1,4); // 液晶光标定位LcdPrintNum1(AlarmPM); // 刷新改变后的报警值LcdGotoXY(1,6);DelayMs(200); // 延时一下} }/*完成设置，退出前的处理**********************************************************/LcdWriteCmd(0x0C); // 取消光标闪烁LcdShowInit(); // 液晶显示为检测界面的DelayMs(10); // 去除按键按下的抖动while(!KeySet_P); // 等待按键释放DelayMs(10); // 去除按键松开的抖动Sector_Erase(0x2000); // 存储之前必须先擦除EEPROM_Write(0x2000,AlarmTL); // 把温度下限存入到EEPROM的0x2000这个地址EEPROM_Write(0x2001,AlarmTH); // 把温度上限存入到EEPROM的0x2001这个地址EEPROM_Write(0x2002,AlarmHL); // 把湿度下限存入到EEPROM的0x2002这个地址EEPROM_Write(0x2003,AlarmHH); // 把湿度上限存入到EEPROM的0x2003这个地址EEPROM_Write(0x2004,AlarmPM/100); // 把PM2.5存入到EEPROM的0x2004和0x2005这两个地址EEPROM_Write(0x2005,AlarmPM%100);EA=1;}
}/*********************************************************/
// 报警判断
/*********************************************************/
void AlarmJudge(void)
{/*温度*/if(temp>AlarmTH) // 温度是否过高{LedTH_P=0;LedTL_P=1;}else if(temp<AlarmTL) // 温度是否过低{LedTL_P=0;LedTH_P=1;}else // 温度正常{LedTH_P=1;LedTL_P=1;}/*湿度*/if(humi>AlarmHH) // 湿度是否过高{LedHH_P=0;LedHL_P=1;}else if(humi<AlarmHL) // 湿度是否过低{LedHL_P=0;LedHH_P=1;}else // 湿度正常{LedHH_P=1;LedHL_P=1;}/*PM2.5*/if(pm>AlarmPM)LedPM_P=0;elseLedPM_P=1;/*蜂鸣器*/if((LedHH_P==0)||(LedHL_P==0)||(LedTH_P==0)||(LedTL_P==0)||(LedPM_P==0)) // 蜂鸣器判断，只要至少1个报警灯亮，蜂鸣器就报警Buzzer_P=0;else Buzzer_P=1;
}/*********************************************************/
// 报警值初始化
/*********************************************************/
void AlarmInit(void)
{AlarmTL=EEPROM_Read(0x2000); // 从EEPROM的0x2000这个地址读取温度的报警下限AlarmTH=EEPROM_Read(0x2001); // 从EEPROM的0x2001这个地址读取温度的报警上限AlarmHL=EEPROM_Read(0x2002); // 从EEPROM的0x2002这个地址读取湿度的报警下限 AlarmHH=EEPROM_Read(0x2003); // 从EEPROM的0x2003这个地址读取湿度的报警上限AlarmPM=EEPROM_Read(0x2004)*100+EEPROM_Read(0x2005); // 读取PM2.5报警值if((AlarmTL==0)||(AlarmTL>100)) // 如果温度下限报警值读出来异常（等于0或大于100），则重新赋值AlarmTL=20;if((AlarmTH==0)||(AlarmTH>100)) // 如果温度上限报警值读出来异常（等于0或大于100），则重新赋值AlarmTH=35;if((AlarmHL==0)||(AlarmHL>100)) // 如果温度下限报警值读出来异常（等于0或大于100），则重新赋值AlarmHL=40;if((AlarmHH==0)||(AlarmHH>100)) // 如果温度上限报警值读出来异常（等于0或大于100），则重新赋值AlarmHH=85;if((AlarmPM==0)||(AlarmPM>1300)) // 如果读取到的报警值异常，则重新赋值AlarmPM=200;
}/*********************************************************/
// 主函数
/*********************************************************/
void main(void)
{uchar i; // 循环变量uint ret; // 保存PM2.5测量结果LcdInit(); // 液晶功能初始化LcdShowInit(); // 液晶显示初始化UartInit(); // 串口初始化AlarmInit(); // 报警值初始化while(1){/*PM2.5的读取*/ret=0; // 清零测量结果for(i=0;i<10;i++) // 将最新的20个测量结果求和{ret=ret+Value[i];}ret=ret/10; // 再除以20求得平均值pm=((ret*5)/1024.0)*180; // 将读取到的电压值转换为灰尘浓度值 LcdGotoXY(0,7); // 液晶定位到第0行第6列LcdPrintNum1(pm); // 显示测量结果/*温湿度读取*/EA=0;ReadDhtData(); // 检测温湿度数据;EA=1;LcdGotoXY(1,2); // 定位到要显示温度的地方LcdPrintNum2(temp); // 显示温度值LcdGotoXY(1,11); // 定位到要显示湿度的地方LcdPrintNum2(humi); // 显示湿度值// 报警判断AlarmJudge(); /*按键扫描和延时*/for(i=0;i<30;i++){KeyScanf(); // 按键判断DelayMs(10);}}
}/*********************************************************/
// 串口中断服务程序
/*********************************************************/
void UartInt(void) interrupt 4
{uchar VoutH,VoutL;if(RI==1){RI=0;if(SBUF==0xAA) // 起始位{while(!RI);VoutH=SBUF; // Vout(H)RI=0;while(!RI);VoutL=SBUF; // Vout(L)RI=0;while(!RI); // Vref(H)RI=0;while(!RI); // Vref(L)RI=0;while(!RI); // 校验位RI=0;while(!RI); // 停止位RI=0;Value[gIndex]=VoutH*256+VoutL;gIndex++;if(gIndex==20)gIndex=0;}}
} 四、PCB原理图
项目的仿真和程序代码工程和原理图已经放在下面公众号里面，可以关注公众号：Kevin的学习站，输入关键字：“51单片机PM2.5+温湿度”，就可以免费获取啦！创作不易，但您的点赞、关注、收藏就是对我最大的鼓励！
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