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電路原理圖如下：

仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

一、總體設計要求3
二、方案論證 3
三、系統硬件設計 3
3.1復位電路3
3.2時鐘電路3
3.3 溫濕度測量電路4
3.4顯示電路5
四、系統軟件設計
4.1DHT11軟件設計6
4.2軟件設計流程圖 6
4.3 原理圖以及原理分析7
五、電路仿真及仿真結果分析
5.1電路仿真圖 7
5.2仿真結果分析 8
六、心得體會8
七、參考文獻9

一、總體設計要求：

1、能夠檢測出環(huán)境中的溫度和濕度，并且顯示在LCD1602上面

2、技術參數有以下要求：
濕度測量范圍：0%~100%RH；溫度測量范圍-40~+110℃。

濕度測量分辨率：1%RH；溫度測量分辨率：1℃。

濕度測量精度：±2.0%RH；溫度測量精度：±0.5℃。

3、電源工作范圍：DC 4.5～5.5V。

二、構思與選擇：

方案一：

使用AM2301數字溫濕度傳感器。該型號溫濕度傳感器，采用3.3—6V直流電源供電，它的各部分參數：濕度測量范圍為20%~90%RH；溫度測量的范圍為0~+50℃；濕度測量精度為±5.0%RH；溫度測量精度為±2.0℃。雖然它的價格比較便宜，單測溫的范圍和測濕的范圍太小，溫度的精度和濕度的精度太低，不符合設計的要求。

方案二：

使用AM2302電容式數字溫濕度傳感器。它的各部分參數如下：由于傳感器參數：濕度0%~100%相對是濕度的測量范圍；溫度測量范圍為40~+80℃；濕度的測量精度為±3.0%RH；溫度的測量精度為±0.5℃。價格也比較適合，基本可以滿足設計要求。

方案三：

使用數字溫濕度傳感器SHT11。濕度測量范圍：0%~100%RH；溫度測量范圍：40~+120℃；濕度測量精度：±2%相對濕度；溫度測量精度：±0.2%℃溫度測量精度。改傳感器價格便宜。溫度和濕度都達到或超過了標題的精度要求，屬于低功率傳感器。

綜上分析，設計應以最大化利用內部資源，電路簡易，節(jié)約成本為原則，而且利用從系統技術參數要求和低功率方面考慮。因此采用方案三。

三、系統硬件設計：

3.1復位電路：

復位是單片機的初始化操作。單片機啟動運行時，都需要先復位，作用是使CPU和系統中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因此，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現。

單片機通電時，從初始態(tài)開始執(zhí)行程序，稱為上電復位。單片機死機時，通過手工按“重啟”鍵使其從初始態(tài)開始執(zhí)行程序，稱為手工復位。

復位條件：復位引腳RST（全稱RESET）出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作；但如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。

3.2時鐘電路：

1.時鐘電路

利用芯片內部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時元件，內部振蕩器便能產生自激振蕩。定時元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯諧振電路。

晶振可以在1.2～12MHZ之間任選，甚至可以達到24MHz，但是頻率越高功耗也就越大。和晶振并聯的電容C1、C2的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在20～40pF之間選擇。晶體和電容應盡可能與單機片芯片靠近，以減少引線的寄生電容，保證振蕩器可靠工作。

3.3.溫濕度測量電路：

SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。共主要特點如下：高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A／D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上；提供二線數字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高；測量精度可編程調節(jié)，內置A／D轉換器(分辨率為8～12位，可以通過對芯片內部寄存器編程選擇)；測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償的濕度測量值和高質量的露點計算功能；封裝尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，測量和通信結束后，自動轉入低功耗模式；高可靠性，采用CMOSens工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中。SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳名稱及排列順序如圖下所示。

仿真電路圖

3.4、顯示電路：
3.4.1電路工作原理

該模塊采用LCD1602液晶屏將電子時鐘工作的實時狀態(tài)顯示在屏幕上，結構簡單，顯示清晰。其中GND接地，VCC接VCC，LCD偏壓輸入引腳V0通過接一個電位器來調節(jié)顯示屏的背光度，數據/命令選擇端RS、讀/寫控制信號端RW、LCD使能端分別由單片機引腳P2.6、P2.5、P2.7進行控制。數據傳輸端D0-D7則用單片機的P0口進行控制。如圖是LCD1602詳細的電路引腳連線圖。

3.4.2LCD顯示模塊電路圖

系統軟件設計：

4.1.1 DHT11軟件設計
微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口SCK和DATA，其中SCK為時鐘線，DATA為數據線。該二線串行通信協議和I2C協議是不兼容的。在程序開始，微處理器需要用一組"啟動傳輸"時序表示數據傳輸的啟動，當SCK時鐘為高電平時，DATA翻轉為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖剑S后又變?yōu)楦唠娖剑辉赟CK時鐘為高電平時，DATA再次翻轉為高電平。
根據SHT11濕度測試時序可以知道。主機發(fā)出啟動命令，隨后發(fā)出一個后續(xù)8位命令碼，該命令碼包含3個地址位(芯片設定地址為000)和5個命令位；發(fā)送完該命令碼，將DATA總線設為輸入狀態(tài)等待SHT11的響應；SHT11接收到上述地址和命令碼后，在第8個時鐘下降沿，將DATA下拉為低電平作為從機的ACK；在第9個時鐘下降沿之后，從機釋放DATA(恢復高電平)總線；釋放總線后，從機開始測量當前濕度，測量結束后，再次將DATA總線拉為低電平；主機檢測到DATA總線被拉低后，得知濕度測量已經結束，給出SCK時鐘信號；從機在第8個時鐘下降沿，先輸出高字節(jié)數據；在第9個時鐘下降沿，主機將DATA總線拉低作為ACK信號。然后釋放總線DATA；在隨后8個SCK周期下降沿，從機發(fā)出低字節(jié)數據；接下來的SCK下降沿，主機再次將DATA總線拉低作為接收數據的ACK信號；最后8個SCK下降沿從機發(fā)出CRC校驗數據，主機不予應答(NACK)則表示測量結束。
4.1.2總體程序流圖的設計：

4.3.原理圖以及原理分析：

通過AD19繪制出如上圖所示的原理圖，包括時鐘電路、晶振電路、DHT11溫濕度檢測電路、lcd1602顯示電路，因為溫濕度傳感器與單片機連接電路比較簡單。所以可以容易的繪制出電路圖。

五、仿真圖及仿真分析：

5.1、總體仿真結果：

5.2、仿真分析：

首先，將程序的hex文件加載到單片機中，開始仿真。可以清楚地看到LCD1602上面顯示了SHT11當前的溫度和濕度，雖然有誤差但是誤差并不是很大可以忽略不計，調節(jié)傳感器上面的按鈕可以實時的將傳感器所在環(huán)境的溫度顯示到LCD1602上面，具有可控性，而且顯示性和可控性較好。

六、心得體會：

我這次做的是基于單片機的溫濕度測量儀。我們知道，單片機和傳感器的應用如今已經在工業(yè)、電子等方方面面展示出了它的優(yōu)越性，利用單片機和傳感器設計電路也逐漸成了趨勢，它與外圍的簡單電路再加上優(yōu)化程序就可以構建任意的產品，使得這次設計成為現實。隨著單片機和傳感器的日益發(fā)展，它們必將在未來顯示出更大的活力，為人們提供更好的產品。
雖然這個電路我已經設計出來了，但是在這次的設計當中，我遇到了不少的問題。最開始我不知道要用哪一種傳感器作為我的設計，糾結了好久，最終我確定了選擇用DHT11作為我的溫濕度傳感器模塊，因為老師說不能用書本上的DS18B20作為此次設計模塊，因為書上有該模塊的詳細電路圖原理圖以及寫好的程序，所以我就仔細的查閱資料，結合以前在實驗室學習的經驗，通過一個多星期的時間來準備，從方案的選擇原理圖的繪制再到程序的編寫和仿真圖的繪制和調試，最終順利的完成了這一次的傳感器設計。
在學習傳感器與檢測技術這門中，我的收獲是特別大的，完成這次設計，不僅鞏固了單片機的知識，而且對傳感器與單片機的應用也熟悉了基本的操作方法。相信在以后的設計中，就會排除現在遇到的問題，更好的完成設計。以前我不知道傳感器到底是什么，只是在字面上理解它的意思，把一個物理量轉換成另外一個物理量。但是傳感器沒有我們想象的那么簡單，它有它的工作原理，使用條件。通過這一個學期的學習，我學習了好多傳感器，比如說：溫度傳感器、濕度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等等，現在的我大致地能理解他們的一些特性，也能夠運用他們來設計作品。在這里，我非常感謝我的老師。同時，對于這門課，我也想提出一些建議，希望我們班能夠經常開設一些關于傳感器設計與制作的活動。這樣既能提高我們的動手水平，也能開發(fā)我們設計傳感器的思維。

單片機源程序如下:

#include "all.h"
typedef union    
{ 
  uint i;        //定義了兩個共用體   
  float f;  
} value;   
  enum 
  {
          TEMP,HUMI   //TEMP=0,HUMI=1
  };
void s_transstart(void)   // 生成傳輸啟動
{        
        DATA=1; 
        SCK=0;              
        _nop_();     
        SCK=1;     
        _nop_();     
        DATA=0;     
        _nop_();     
        SCK=0;        
        _nop_();_nop_();_nop_();     
        SCK=1;     
        _nop_();      
        DATA=1;           
        _nop_();      
        SCK=0;        
}
void s_connectionreset(void)  
{       
        uchar i;      
        DATA=1; 
        SCK=0;                          
        for(i=0;i<9;i++)                  
        {       
                SCK=1;     
                SCK=0;    
        }     
        s_transstart();                   //傳輸開始
}
char s_write_byte(uchar value)   //在敏總線上寫入一個字節(jié)并檢查應答  
{      
        uchar i,error=0;       
        for (i=0x80;i>0;i/=2)              
        {        
                if(i&value) 
                        DATA=1;          //用i屏蔽值，寫入敏總線   
                else 
                        DATA=0;                               
                SCK=1;                            
                _nop_();_nop_();_nop_();          
                SCK=0;    
        }     
        DATA=1;                           //釋放數據線
        SCK=1;                              
        error=DATA;                       //DATA在第9個上升沿將被DHT90自動下拉為低電平。    
        _nop_();_nop_();_nop_();   
        SCK=0;    
        DATA=1;                           //釋放數據線 
        return error;                     //返回：0成功，1失敗 
}
char s_read_byte(uchar ack)        // 從敏感總線讀取字節(jié)，并在“ack=1”的情況下給出確認
{      
        uchar i,val=0;     
        DATA=1;                           //釋放數據線 
        for (i=0x80;i>0;i/=2)             //shift bit for masking
        { 
                SCK=1;                          //clk for SENSI-BUS      
                if (DATA) val=(val|i);        //read bit      
                _nop_();_nop_();_nop_();        //pulswith約3 us     
                SCK=0;                 
        }     
        if(ack==1)
            DATA=0;                          //如果“ack==1”下拉數據線   
        else DATA=1;                      //如果是校驗(ack==0)，讀取完后結束通訊   
            _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith約3 us    
        SCK=1;                            //clk #9 for ack    
        _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith約3 us     
        SCK=0;                     
        _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith約3 us    
        DATA=1;                           //釋放數據線   
        return val;  
}
char s_measure(uchar *p_value,uchar *p_checksum,uchar mode)  //用校驗和進行測量(濕度/溫度)
{      
        uint error=0;    
        uint i;       
        s_transstart();                   //傳輸開始  
        switch(mode)
        {                                //發(fā)送命令給傳感器
                case TEMP : error+=s_write_byte(MEASURE_TEMP); break;     
                case HUMI : error+=s_write_byte(MEASURE_HUMI); break;     
                default: 
                        break;       
        }     
        for (i=0;i<65535;i++) 
        if(DATA==0) 
                break;                        //等待傳感器完成測量
        if(DATA) error+=1;                // 或超時(~2秒)   
                *(p_value)  =s_read_byte(ACK);    //讀取第一個字節(jié)(MSB)
                *(p_value+1)=s_read_byte(ACK);    //讀取第二個字節(jié)(LSB) 
                *p_checksum =s_read_byte(noACK);  //讀取校驗和
        return error;  
}
void calc_dht90(float *p_humidity ,float *p_temperature) 
{
        const float C1=-4.0;              // 12位
        const float C2=+0.0405;           // 12位
        const float C3=-0.0000028;        // 12位    
        const float T1=+0.01;             // 14位   
        const float T2=+0.00008;           // 14位
        float rh=*p_humidity;             // rh:      濕度[滴答聲]12位    
        float t=*p_temperature;           // t:       溫度[刻度]14位  
        float rh_lin;                     // rh_lin:  濕度線性   
        float rh_true;                    // rh_true: 溫度補償濕度
        float t_C;                        // t_C   :  溫度 [C]     
        t_C=t*0.01-40;                  // 溫度從刻度到[C]  
        rh_lin=C3*rh*rh+C2*rh+C1;     
        rh_true=(t_C-25)*(T1+T2*rh)+rh_lin;   //.溫度補償濕度[%RH]
        if(rh_true>100)rh_true=100;       //如果值在外面，則削減   
        if(rh_true<0.1)rh_true=0.1;       //物理可能范圍  
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基于51單片機的SHT11溫濕度測量儀設計(源碼+仿真+文檔)

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