基于51单片机的双通道DHT11温湿度显示器（LCD1602）
基于STC89C51单片机的双通道DHT11实时温湿度显示系统（LCD1602）
- 前言
-
- 题目要求
- 实现的功能
- 思路介绍
- 代码部分
-
- 注意事项
- 驱动部分
-
- LCD1602驱动
- 按键驱动
- 主要模块
-
- 初始化
- DHT11驱动
- 中断服务程序
- 显示函数
- 主函数
- 数学处理函数
- 总结
前言
这是单片机系统的课程大作业，做的有点仓促，代码其实也可以再优化一下，在这里抛砖引玉，希望能给大家带来一些思路。这也是第一次使用 Markdown编辑器 ，顺便学一下写作，淦，不说那么多废话了。
题目要求
本题目要求学生利用数字式温度和湿度采集环境信息采用I2C串口通讯技术返回单片机，并在LCD显示器实时显示，要求湿度误差不大于5%，温度误差不大于2摄氏度；要求能够显示二路的温度和湿度参数，在LCD屏幕上进行显示且刷新评率不低于0.5 Hz。系统组成包含有STC-89C52开发板，LCD1602显示屏，数字传感器DHT11。LCD显示要求可以同时显示两只传感器的任温度和湿度。
实现的功能
前三个问题已经解决。按键切换不同状态时，后台仍在持续读取数据，最大值为开机以来的最大值，平均值为检测到近10次数据的平均值（51性能有限，其实是答主能力有限），次数过多单片机将无法显示正确数据。题目中提到使用IIC，但是答主咩用到，DHT11通过单总线通信，之后简单复制便实现了两路操作。
至于第四问，答主还没肝出来，如果在课程时间内能做出来就更新，不行的话就随缘啦~提供一个思路：LCD1602作为一个字符型LCD，没有画点函数，但内置8个自定义字符，是否可以通过自定义字符来显示曲线呢，大家有兴趣可以试一下。
- 历次【版本优化】：
21.10:00 添加外部中断按键消抖，优化部分代码，略微提高速度，可实现任务1.1要求
解决了切屏后温度不实时更新的问题
21.18:07 完成任务1.3
21.22:00 1.2最大值部分调试成功
22.09:26 1.2最大值可实现无缝记录，开机到显示的最大值一直有效。
22.10:28 1.2单平均值串口测量成功
22.11:16 1.2多平均值实时lcd、串口测量成功
22.15:30 1.1显示实时值刷新率提高
思路介绍
本次实验中，首先是两路DHT11温湿度传感器，管脚分别接P2.0，P2.1。剩余两个管脚分别板子自带接VCC和GND。将外部中断P3.3与一个独立按键相连接。按要求插好LCD1602.工作时DHT11测量外界温度。将温度信息发送到STC-C52，STC-C52实时检测DHT11的在线状态，并使LCD1602实时显示.通过按键切换，显示两路DHT11温湿度传感器的离在线状态、实时温湿度、平均温湿度与最大温湿度。
开发板是在一块芯片中集成了CPU（ 中央处理器）、RAM（ 数据存储器）、ROM（ 程序存储器）、定时器/ 计数器和多种功能的I/O（ 输入/ 输出） 接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。
软件设计思路：软件程序的设计包括多个模块，包括LCD1602显示驱动模块、延时函数模块、温度模式切换显示模块、中断服务函数模块、两路DHT11温度检测模块、按键检测模块等。
代码部分
下面是大家喜闻乐见的代码部分
注意事项
在keil的codesize和memory model注意选择最大，否则程序可能烧不进去。
驱动部分
为了方便管理，我把按键和LCD驱动写了两个库文件，在实际使用中，按键扫描并没有用到，因为避免程序运行过慢，检测不到，选择使用外部中断来实现按键。
LCD1602驱动
先来个头文件：注意PIN口的定义，这里只是简单的驱动函数，大家在网上随便都能找到相似的。
#ifndef __LCD_H_
#define __LCD_H_
/**********************************
包含头文件
**********************************/
#include再来个C文件：只是简单的驱动函数，大家在网上随便都能找到相似的,也可以通过数据手册自己写。
这里有一个点，就是很多驱动都略写了LCD1602的读BUSY函数，具体原因求大佬告知。在这里为简化代码，我也忽略了。
#include 按键驱动
没啥好说的，虽然写了，但其实我就没咋用到。。。。。。
头文件
#ifndef __KEY_H_
#define __KEY_H_
#includeC文件：没用到就注释了哈
#include 我使用到的按键是P3^3，通过外部中断1触发（不好意思忘更新了），这部分直接写到主要模块了。
//键盘函数中断版
void KeymodeINTER()
{
switch(modeflag)
{
case 0: displaySTATUS();
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
break;
//当前值
case 1:
displayNOW();
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
break;
//平均值
case 2:
displayAVE();
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
break;
//最大值
case 3:
displayMAX();
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
break;
case 4:
displayBight();
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
break;
case 5:
displayBight1();
modeflag = 0;
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
break;
}
}
主要模块
初始化
淦定义了好多变量，大家可以看一下代码的注释
这里有一点，在编写到最后，因为多定义两个数组，结果烧录进去程序就崩了，最后只好把一个二维数组改成一维的，放弃储存一些数据。
/*********************************************************************************
* 【编写时间】： 2021年3月22日
* 【作 者】： 手动打码，滑稽
* 【版 本】： 1.7
* 【编译环境】： Keil μVisio5
* 【程序功能】：
* 【版本更新】： 21.10:00 添加外部中断按键消抖，优化部分代码，略微提高速度，可实现功能1.1要求
解决了切屏后温度不实时更新的问题
21.18:07 完成任务1.3
21.22：00 1.2最大值部分调试成功
22.9:26 1.2最大值可实现无缝记录，开机到显示的最大值一直有效。
22.10:28 1.2单平均值串口测量成功
22.11:16 1.2多平均值实时lcd、串口测量成功
22.15:30 1.1显示实时值刷新率提高
* 【预期改动】：1.使用定时器0按键消抖，使用定时器1定时发送串口数据（可拓展为1.2平均值问题）--------失败
2.不用数组储存数据，直接累加！！！解决问题1.2----------成功
**********************************************************************************/
#include DHT11驱动
我们将DHT11接受到的数据储存在rec_dat[ ]数组中，并记录判断位，为第三问求在线掉线错误做准备。 我将错误设置成校验位与传输数据不符，当然DHT11没毛病这种错误一定不会出现。。。
//DHT11起始信号1
void DHT11_start()
{
Temp_data=1;
DHT11_delay_us(2);
Temp_data=0;
DHT11_delay_ms(20);
Temp_data=1;
DHT11_delay_us(13);
}
//DHT11起始信号2
void DHT11_start1()
{
Temp_data1=1;//
DHT11_delay_us(2);
Temp_data1=0;//
DHT11_delay_ms(20);
Temp_data1=1;//
DHT11_delay_us(13);
}
//接收一个字节通道1
unsigned char DHT11_rec_byte()
{
unsigned char i,dat;
for(i=0;i<8;i++)
{
while(!Temp_data);
DHT11_delay_us(8);
dat<<=1;
if(Temp_data==1)
{
dat+=1;
}
while(Temp_data);
}
return dat;
}
//接收一个字节通道2
unsigned char DHT11_rec_byte1()
{
unsigned char i,dat1;
for(i=0;i<8;i++)
{
while(!Temp_data1);
DHT11_delay_us(8);
dat1<<=1;
if(Temp_data1==1)
{
dat1+=1;
}
while(Temp_data1);
}
return dat1;
}
//接收温湿度数据通道1
void DHT11_receive()
{
unsigned int R_H,R_L,T_H,T_L;
unsigned char RH,RL,TH,TL,revise;
DHT11_start();
Temp_data=1;
if(Temp_data==0)
{
status=Temp_data;//此时为0，准备好嘞
while(Temp_data==0); //等待拉高
DHT11_delay_us(40); //拉高后延时80us
R_H=DHT11_rec_byte(); //接收湿度高八位
R_L=DHT11_rec_byte(); //接收湿度低八位
T_H=DHT11_rec_byte(); //接收温度高八位
T_L=DHT11_rec_byte(); //接收温度低八位
revise=DHT11_rec_byte(); //接收校正位
DHT11_delay_us(25); //结束
if((R_H+R_L+T_H+T_L)==revise) //校正
{
RH=R_H;
RL=R_L;
TH=T_H;
TL=T_L;
}
else
{
status = 2;//此时为2，数据有误
}
/*数据处理，方便显示*/
rec_dat[0]=RH;
rec_dat[1]=RL;
rec_dat[2]=TH;
rec_dat[3]=TL;
}
else
{
status = 1;//此时为1，DHT11断线
}
}
//接收温湿度数据通道2
void DHT11_receive1()
{
uint R_H1,R_L1,T_H1,T_L1;
uchar RH1,RL1,TH1,TL1,revise1;
DHT11_start1();
Temp_data1=1;
if(Temp_data1==0)
{
status1=Temp_data1;//此时为0，准备好嘞
while(Temp_data1==0); //等待拉高
DHT11_delay_us(40); //拉高后延时80us
R_H1=DHT11_rec_byte1(); //接收湿度高八位
R_L1=DHT11_rec_byte1(); //接收湿度低八位
T_H1=DHT11_rec_byte1(); //接收温度高八位
T_L1=DHT11_rec_byte1(); //接收温度低八位
revise1=DHT11_rec_byte1(); //接收校正位
DHT11_delay_us(25); //结束
if((R_H1+R_L1+T_H1+T_L1)==revise1) //校正
{
RH1=R_H1;
RL1=R_L1;
TH1=T_H1;
TL1=T_L1;
}
else
{
status1 = 2;//此时为2，数据有误
}
/*数据处理*/
rec_dat[4]=RH1;
rec_dat[5]=RL1;
rec_dat[6]=TH1;
rec_dat[7]=TL1;
}
else
{
status1 = 1;//此时为1，DHT11断线
}
}
//延时us --2*n+5us
void DHT11_delay_us(unsigned char n)
{
while(--n);
}
//延时ms
void DHT11_delay_ms(unsigned int z)
{
unsigned int i,j;
for(i=z;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
中断服务程序
这里启用了串口通信来实时打印温度值，在程序中可能有的注释了，大家如果想用取消注释就可以，打开串口助手起飞~
这里也定义了键盘中断函数，可怜我的key.c没用上呜呜呜（开个玩笑）。
void InitUART(void)//使用定时器1作为串口波特率发生器
{
SCON=0x40; //串口通信工作方式1
REN=1; //允许接收
TMOD=0x20; //定时器1的工作方式2
TH1=0xFd,TL1=0xFd;
TI=1; //这里一定要注意
TR1=1;
}
//外部中断1初始化--键盘使用p3.3qingxiang
void int1Init()
{
EA = 1; //开总中断
EX1 = 1;//开外部中断1
IT1 = 1;//外部中断1下降沿触发
}
//外部中断1中断服务程序 切换显示模式
void int1() interrupt 2
{
if(flag != 1)
{
Delayms(5);//软件消抖
if( flag!= 1)
{
P1 = ~P1;
modeflag++;
while(flag != 1);//松手检测
}
}
// P1 = ~P1;
// modeflag++;
}
显示函数
最占地方的一部分了。。。。。这里把各种状态显示到lcd上。
sprintf函数是转字符串，毕竟lcd1602的字符库一个一个敲地址也有点费事鸭。
/***********************************显示函数********************/
void displaySTATUS()
{
LcdShowStr(0,0,"1-DHT:");
LcdShowStr(0,1,"2-DHT:");
while(1)
{
//解决切屏后温度不实时更新的问题
DHT11_delay_ms(150);
DHT11_receive();
DHT11_delay_ms(150);
DHT11_receive1();
switch(status1)
{
case 0: LcdShowStr(7,1,"ALREADY");
break;
case 1:
LcdShowStr(7,1,"WAITING");
break;
case 2:
LcdShowStr(7,1,"ERROR!");
break;
}
switch(status)
{
case 0: LcdShowStr(7,0,"ALREADY");
break;
case 1:
LcdShowStr(7,0,"WAITING");
break;
case 2:
LcdShowStr(7,0,"ERROR!!!");
break;
}
if(modeflag != 0) break;
}
}
void displayNOW()
{
InitLcd1602();
LcdShowStr(0,0,"Present value!");
DHT11_delay_ms(500);//只是为了好看
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
// //LED显示静态变量
LcdShowStr(0,0,"H:");
LcdShowStr(0,1,"T:");
LcdShowStr(8,0,"H':");
LcdShowStr(8,1,"T':");
while(1)
{
//解决切屏后温度不实时更新的问题
DHT11_delay_ms(150);
DHT11_receive();
DHT11_delay_ms(150);
DHT11_receive1();
manage_math();//
//通道1数据
sprintf(dat_max_lcd0,"%.1f",dat_manage[0]);
sprintf(dat_max_lcd1,"%.1f",dat_manage[1]);
//通道2数据
sprintf(dat_max_lcd2,"%.1f",dat_manage[2]);
sprintf(dat_max_lcd3,"%.1f",dat_manage[3]);
//*********通道1
//湿度
LcdShowStr(2,0,dat_max_lcd0);
LcdShowStr(6,0,"%");
//温度
LcdShowStr(2,1,dat_max_lcd1);
LcdShowStr(6,1,"C");
//*********通道2
//湿度
LcdShowStr(11,0,dat_max_lcd2);
LcdShowStr(15,0,"%");
//温度
LcdShowStr(11,1,dat_max_lcd3);
LcdShowStr(15,1,"C");
max_math();//保证之前的最大值被记录
avr_math();//保证之前的平均值被记录
//串口助手打印温度
printf("Humi1:%d.%d ", rec_dat[0],rec_dat[1]);
//printf("Temp1:%d.%d °C\n",rec_dat[2],rec_dat[3]);
printf("Humi2:%d.%d ", rec_dat[4],rec_dat[5]);
//printf("Temp2:%d.%d °C\n",rec_dat[6],rec_dat[7]);
printf("avrHumi1:%.1f \n", dat_avr[0]);
printf("avrHumi2:%.1f \n", dat_avr[3]);
printf("A:%.1f \n", A[1]);
printf("C:%.1f \n", C[1]);
printf("S:%.1f \n", S[1]);
printf("/***********/\n");
if(modeflag != 1) break;
}
}
void displayAVE()
{
LcdShowStr(0,0,"Average value!");
DHT11_delay_ms(500);
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
// //LED显示静态变量
LcdShowStr(0,0,"H:");
LcdShowStr(0,1,"T:");
LcdShowStr(8,0,"H':");
LcdShowStr(8,1,"T':");
while(1)
{
//解决切屏后温度不实时更新的问题
DHT11_delay_ms(150);
DHT11_receive();
DHT11_delay_ms(150);
DHT11_receive1();
manage_math();
avr_math();
sprintf(dat_max_lcd0,"%.1f",dat_avr[0]);
sprintf(dat_max_lcd1,"%.1f",dat_avr[1]);
sprintf(dat_max_lcd2,"%.1f",dat_avr[2]);
sprintf(dat_max_lcd3,"%.1f",dat_avr[3]);
//*********通道1
//湿度
LcdShowStr(2,0,dat_max_lcd0);
LcdShowStr(6,0,"%");
// //温度
LcdShowStr(2,1,dat_max_lcd1);
LcdShowStr(6,1,"C");
//*********通道2
//湿度
LcdShowStr(11,0,dat_max_lcd2);
LcdShowStr(15,0,"%");
//温度
LcdShowStr(11,1,dat_max_lcd3);
LcdShowStr(15,1,"C");
printf("avrHumi:%.1f ", dat_avr[0]);
printf("avrTemp:%.1f °C\n",dat_avr[1]);
if(modeflag != 2) break;
}
}
void displayMAX()
{
LcdShowStr(0,0,"Maximum value!");
DHT11_delay_ms(500);
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
// //LED显示静态变量
LcdShowStr(0,0,"H:");
LcdShowStr(0,1,"T:");
LcdShowStr(8,0,"H':");
LcdShowStr(8,1,"T':");
while(1)
{
//解决切屏后温度不实时更新的问题
DHT11_delay_ms(150);
DHT11_receive();
DHT11_delay_ms(150);
DHT11_receive1();
max_math();
sprintf(dat_max_lcd0,"%.1f",dat_max[0]);
sprintf(dat_max_lcd1,"%.1f",dat_max[1]);
sprintf(dat_max_lcd2,"%.1f",dat_max[2]);
sprintf(dat_max_lcd3,"%.1f",dat_max[3]);
//*********通道1
//湿度
LcdShowStr(2,0,dat_max_lcd0);
LcdShowStr(6,0,"%");
// //温度
LcdShowStr(2,1,dat_max_lcd1);
LcdShowStr(6,1,"C");
//*********通道2
//湿度
LcdShowStr(11,0,dat_max_lcd2);
LcdShowStr(15,0,"%");
//温度
LcdShowStr(11,1,dat_max_lcd3);
LcdShowStr(15,1,"C");
printf("maxHumi:%.1f ", dat_max[0]);
printf("maxTemp:%.1f °C\n",dat_max[1]);
if(modeflag != 3) break;
}
}
主函数
他来了他来了！主函数他来了！
哈哈哈哈哈其实主函数只是简单的初始化一下~
//主函数
void main()
{
InitUART();
InitLcd1602();
int1Init();
while(1)
{
//KeyScanInd();
KeymodeINTER();//进入该函数后会一直循环，下列函数功能失效
DHT11_delay_ms(100);
DHT11_receive();
DHT11_delay_ms(100);
DHT11_receive1();
// //串口助手打印温度
// printf("Humi:%d.%d ", rec_dat[0],rec_dat[1]);
// printf("Temp:%d.%d °C\n",rec_dat[2],rec_dat[3]);
// printf("Humi:%d.%d ", rec_dat[4],rec_dat[5]);
// printf("Temp:%d.%d °C\n",rec_dat[6],rec_dat[7]);
}
}
数学处理函数
当时求平均值愁死我了，淦，捡起我大一零碎的C语言知识，在VSCODE跑了几遍求平均值才又移植到keil这儿。
求平均值借鉴了一个大佬的：ADC采样算法----递推平均值采样法
/*******************************数学处理部分**********************/
void manage_math()
{
// int i,j;
//第一路温湿度
dat_manage[0]=rec_dat[0]+rec_dat[1]*0.1;
dat_manage[1]=rec_dat[2]+rec_dat[3]*0.1;
//第二路温湿度
dat_manage[2]=rec_dat[4]+rec_dat[5]*0.1;
dat_manage[3]=rec_dat[6]+rec_dat[7]*0.1;
}
void max_math()//最大值处理函数
{
uint n;
manage_math();
for(n=0;n<4;n++) //取最大值
{
if ( dat_manage[n] > dat_max[n] )
dat_max[n]=dat_manage[n] ;
}
}
void avr_math() //平均值处理函数
{
static uchar count = 0;
uchar i;
manage_math();
for(i=0;i<4;i++)
{
C[i] = dat_manage[i];
if( count == 0 )
{
A[i] = C[i];
S[i] = A[i] * N;
count = 1;
}
S[i] = S[i] - A[i] + C[i]; //加上本次采样值，减去上次平均值
A[i] = S[i] / N; //计算本次平均值
count = 0;
dat_avr[i]=A[i];
}
}
总结
大体就是这样，希望给大家带来帮助，需要资料私信即可~
主程序 中断 显示 DHT11 按键扫描，触发中断 循环 切换显示模式. 按键中断， 当前在线状态 实时两路温湿度 实时平均温湿度 实时最大温湿度 传输温湿度数据 传输温湿度数据 传输温湿度数据 主程序 中断 显示 DHT11