程 彤，张 琪
（山东农业工程学院，山东 济南 250100）
摘要：粮仓内合适的温湿度是保质保量储存粮食的重要保障。针对粮仓内温湿度监控自动化程度不高的现状，该文设计了基于DHT11与STC51单片机的温湿度监控系统。数字传感器DHT11检测粮仓内的温湿度，检测值以数字信号形式直接传输给STC51单片机，并通过液晶显示器LCD1602显示出来。粮仓内粮食所需的温湿度高低限值通过按键进行设置，当温湿度超过预设高低限值时，蜂鸣器报警，相应的状态指示灯点亮。经过实践测试，该系统运行稳定、结构简单、成本低廉、测试精确，具有较大的实践意义及推广价值。
关键词：温湿度 DHT11 STC51 单片机 LCD1602
Design of granary temperature and humidity monitoring system based on DHT11
Cheng Tong，Zhang Qi
(Shandong agricultural and engineering university, Zibo, Shandong 255300,China)
Abstract: The appropriate temperature and humidity in the granary is an important guarantee for the quality and quantity of stored grain. In view of the low degree of automation of temperature and humidity monitoring in granary, this paper designs a temperature and humidity monitoring system based on DHT11 and stc51 MCU. The digital sensor DHT11 detects the temperature and humidity in the granary, and the detected value is directly transmitted to the stc51 single chip microcomputer in the form of digital signal, which is displayed on the LCD LCD1602. When the temperature and humidity exceed the preset limit, the buzzer will give an alarm and the corresponding status indicator will be on. Through the practice test, the system has stable operation, simple structure, low cost and accurate test, which has great practical significance and promotion value.
Key words: Temperature and humidity; DHT11; STC51; Singlechip; LCD1602
0 引言
温湿度的检测与控制对粮仓保质保量存储粮食至关重要，如何精确、有效、快速的监控粮仓内的温湿度参数已经受到人们的高度重视[1-2]。随着传感器技术的快速发展，温湿度的监控技术也朝着数字化、智能化、网络化方向发展[3]。该文以单片机STC51为控制核心，以数字传感器DHT11为检测部件，并加上液晶显示器、按键构成一个小型温湿度监控系统，可以广泛应用于各种粮仓，具有很强的实践性和可移植性[4-5]。
1 系统功能与实现方案
传感器DHT11检测粮仓内的温湿度信息，以数字信号形式直接传输给STC51单片机，所采集的温湿度信息经过单片机后可以通过液晶显示器LCD1602直接显示，同时还要与已经预设好的温湿度高低限值进行比较，如果超限就要进行蜂鸣器报警，相应的状态指示灯点亮，确保粮仓的温湿度快速回到粮食所需的范围之内，构成一个反馈闭环控制。该设计可以根据不同的生产对象要求的温湿度进行高低限修改，所以具有很强的移植性。系统的总体结构如图1所示。
图1 系统总体结构图
2 系统硬件设计
监控系统有STC51单片机最小系统电路、DHT11温湿度检测电路、按键电路、蜂鸣器报警电路组成。
2.1 STC51单片机最小系统电路设计
STC51单片机共有32条I/O的外部双向端口，1个全双工串行通信口，40个引脚，以及可编程的定时计数器2个，且具有4k的Flash可以对128bytes的随机储存数据存储器和程序储存器进行多次的删除和写入[6]。该单片机具有密度高，不易丢失性质的存储技术生产，对MCS-51指令系统兼容是一个电压低，高性能，可靠性高，比较容易进行拓展，可以很方便的应用于各种复杂的场合[7]。
2.2 DHT11 温湿度传感器测量电路设计
温湿度检测采用一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11，采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有较高的抗干扰性和应用稳定性。传感器包含1个NTC测温元件和1个电阻式测湿元件，可以与8位高性能单片机连接。DHT11模块电路连接图如图2所示。
图2 DHT11模块电路连接图
2.2.1 DHT11模块的数据格式
8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据（因为这里只能精确到整数，所以小数意义不大。）+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+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据。”所得结果的末8位。
2.2.2 DHT11完整时序图
用户发送第一次开始信号后，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。
2.2.3 DHT11采集数据
总线空闲状态为高电平,单片机把总线拉低等待DHT11响应,单片机把总线拉低必须大于18ms,保证DHT11能检测到起始信号。
当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80us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,切换为输入状态，等待DHT11的80us低电平信号结束，然后判断DHT11是否是否发出 80us 的高电平；如果是，即可开始采集数据。
2.2.4 数字0和数字1的信号时序
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。
如果读取响应信号为高电平，则DHT11没有响应，请检查线路连接是否正常，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。
2.3 LCD1602 液晶显示电路设计
单片机接收到传感器传送的温湿度数据之后通过LCD1602液晶显示器进行显示。LCD1602是目前应用较为广泛的液晶屏幕，采用点阵型液晶，驱动方便，显示质量较高，显示内容多样。可以通过可调变阻器ＲP1调节显示器的背光亮度，PＲK1是阻值10kΩ的排阻，做上拉电阻。
2.4 按键电路设计
本文中只采用3个按键，分别是“设置键”“减”、“加”，所以选取了单独键盘的方式，按键模块电路连接图如图3所示。
图3 按键模块电路连接图
2.5 蜂鸣器报警电路设计
温湿度监控系统蜂鸣器报警电路如图4所示，当单片机判断出所采集的温湿度数据超限就会输出低电平，PNP三极管导通，蜂鸣器进行声报警。
图4 蜂鸣器模块电路连接图
3 系统软件设计
整个系统功能由软件程序配合硬件电路共同实现，其中软件程序主要有主程序和子程序组成。主程序是整个软件的核心，来协调执行模块和操作者的联系，子程序用来完成检测、计算、显示等实质性工作，温湿度监控程序流程如图3.1所示，DHT11温湿度采集子程序流程图如图5所示。
图5 温湿度监控程序流程图
4 总结
该文主要结合STC51单片机、数字化传感器DHT11，LCD1602液晶显示器及相应温湿度调节装置构成温湿度监控系统，并在小型粮仓中进行实地测试，具有结构简单、运行稳定、价格便宜等优点，具有较高的推广意义。
参考文献:
[1]李世红，陈斌． 无线多路温湿度采集系统的设计与实现［J］．江苏农业科技，2015，43(5):393－396．
[2]张东东． 基于AT89C51的温湿度监测系统［J］．微型机与应用，2016，35(06):32－34．
[3]刘娟花，杨幸芳． 基于单片机的温湿度监测系统［J］．现代电子技术，2017，40(20):165－168．
[4]周鹏． 基于 STC89C52 单片机的多功能测温仪设计［J］．微型机与应用，2013，32(1) : 26－29．
[5]李长有，王文华． 基于 DHT11 温湿度监控系统设计［J］．机床与液压，2013，41(13):107 － 108．
[6]毕克伟,孟祥佳.基于51单片机设计的智能车载安全系统[J].物联网技术,2021,11(01):79-81.
[7]孙威,魏立明.基于STC89C51单片机的房间自动除湿系统设计[J].北方建筑,2020,5(03):64-67.
基金项目：2019省级大学生创新训练项目：无线粮仓环境参数监测器的设计制作与示范应用，项目编号：S201914439006