一、项目背景
本项目基于STC89C52单片机和DHT20温湿度传感器,实现了一款环境温湿度检测仪。通过传感器采集环境的温度和湿度数据,利用IIC接口的OLED显示屏显示出来,便于用户实时监测环境温湿度状态。
在现代社会,人们对环境温湿度的要求越来越高。无论是工作场所还是居住环境,都需要维持一个舒适的温湿度状态,以保证身体的健康和工作效率的提高。随着科技的不断进步和物联网技术的广泛应用,环境温湿度检测仪被广泛运用于各种领域,如制造业、医疗、农业等等,成为了一种重要的环境检测设备。
而本项目所涉及的STC89C52单片机和DHT20温湿度传感器作为传统的嵌入式开发技术,在实现物联网设备方面有着广泛的应用前景。通过本项目的学习和实践,可以深入了解传感器技术的原理和应用,并掌握基于单片机的嵌入式开发技术,为实现更多物联网设备的开发和应用打下基础。
二、设计思路
本项目的设计思路主要包括硬件和软件两个方面。
【1】硬件设计思路
本项目的硬件设计主要涉及到STC89C52单片机、DHT20温湿度传感器和OLED显示屏三个模块。其中,STC89C52单片机负责控制整个系统的运行,DHT20温湿度传感器用于采集环境的温湿度数据,OLED显示屏则负责将温湿度数据实时展示出来。
具体的硬件设计流程如下:
(1)选择合适的STC89C52单片机开发板,并根据需要添加外部电源、复位电路、晶振等元件。
(2)选择合适的DHT20温湿度传感器,并根据其引脚定义将其连接到单片机的I/O口。
(3)选择合适的OLED显示屏,并根据其接口定义将其连接到单片机的IIC总线上。
(4)在单片机开发环境中编写程序,实现对DHT20传感器的温湿度数据读取和对OLED显示屏的控制。
【2】软件设计思路
本项目的软件设计主要涉及到单片机程序的编写和调试。根据硬件设计的思路,将实现对DHT20传感器的温湿度数据读取和对OLED显示屏的控制。
具体的软件设计流程如下:
(1)在单片机开发环境中编写程序,实现DHT20传感器的初始化、温湿度数据的读取和对OLED显示屏的控制。
(2)通过串口调试助手,将DHT20传感器采集到的温湿度数据打印出来,检查程序是否正常运行。
(3)连接OLED显示屏,并调试程序,实现温湿度数据的实时显示。
三、设计代码
【1】DHT20温湿度读取
DHT20是一款数字式温湿度传感器,其采用了广受欢迎的I2C总线进行数据通信,可以方便地与各种微控制器和单片机进行连接和使用。该传感器具有高精度、低功耗、稳定性好等特点,被广泛应用于气象站、冷库、温室、恒温箱、智能家居等领域。
DHT20的工作电压范围为2.1V至5.5V,并且其在测量过程中的功耗非常低,最大电流为1.3mA,平时仅需要几微安的待机电流,从而节省了能源并延长了电池寿命。该传感器采用了独特的校准技术,能够实现高精度的测量,温度测量精度为±0.2℃,湿度测量精度为±2%RH。
DHT20是一款数字式温湿度传感器,其通过内部的ADC将模拟信号转换成数字信号,并使用CRC校验保证数据传输的可靠性。此外,该传感器还具有单次测量和连续测量两种模式,可以满足不同场景下的需求。
DHT20传感器采用单线数字信号传输,读取数据过程中需要按照协议进行时序控制。
下面是基于STC89C52单片机的DHT20温湿度数据读取代码示例,通过串口调试助手将读取到的数据打印出来:
cpp
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
sbit DHT20 = P1^0; //定义DHT20连接的IO口
void delay_us(unsigned int us) //us级延时函数
{
while(us--)
{
_nop_();
}
}
void DHT20_start(void) //开始信号
{
DHT20 = 1; //先将数据线置高
delay_us(30); //延时30us
DHT20 = 0; //拉低数据线
delay_us(25); //持续拉低25us
DHT20 = 1; //释放数据线
delay_us(5); //延时5us
}
unsigned char DHT20_read(void) //读取一个字节的数据
{
unsigned char i, dat = 0;
for(i=0; i<8; i++)
{
while(!DHT20); //等待数据线变高
delay_us(4); //延时4us
dat <<= 1; //左移一位
if(DHT20) //如果数据线为高
{
dat |= 1; //在最低位写入1
while(DHT20); //等待数据线变低
}
}
return dat;
}
void main()
{
unsigned char humi_H, humi_L, temp_H, temp_L, check_sum;
while(1)
{
DHT20_start(); //发送开始信号
if(!DHT20) //等待DHT20响应
{
delay_us(80);
if(DHT20)
{
delay_us(80);
humi_H = DHT20_read(); //读取湿度高8位
humi_L = DHT20_read(); //读取湿度低8位
temp_H = DHT20_read(); //读取温度高8位
temp_L = DHT20_read(); //读取温度低8位
check_sum = DHT20_read(); //读取校验和
if((humi_H + humi_L + temp_H + temp_L) == check_sum) //校验和正确
{
printf("湿度:%d.%d %%\r\n", humi_H, humi_L);
printf("温度:%d.%d ℃\r\n", temp_H, temp_L);
}
}
}
delay_ms(5000); //延时5s再读取
}
}
【2】IIC接口的OLED显示屏的驱动代码
0.96寸OLED(SSD1306驱动芯片)显示屏是一款常见的小型显示器件,具有高对比度、低功耗、快速响应等特点。其主要由OLED芯片和玻璃基板组成,可通过IIC或SPI接口控制,实现图形、文字、数字等内容的显示。
SSD1306驱动芯片是最常用的OLED显示器驱动芯片之一,具有低功耗、高对比度、高分辨率等优点。它支持点阵图像显示、字符显示、图形显示等多种显示模式,可通过IIC/SPI接口进行通信控制,支持控制字体大小、显示位置、亮度等参数,且内置显存,方便多屏幕拼接显示。
0.96寸OLED(SSD1306驱动芯片)显示屏通常采用128x64或者128x32的分辨率,显示效果清晰,可显示4行16列的字体信息。其内置控制器,占用极少的CPU资源和存储空间,适合于嵌入式系统、智能家居、手持设备等场景中使用。
下面是基于STC89C52单片机控制IIC接口的0.96寸OLED(SSD1306驱动芯片)显示屏显示一个数字的详细代码:
cpp
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
/* 定义IIC总线的SDA和SCL引脚 */
sbit SDA = P1^0;
sbit SCL = P1^1;
/* 定义OLED显示屏的地址,一般为0x78 */
#define OLED_ADDRESS 0x78
/* OLED显示屏的初始化命令 */
uchar init_cmd[] = {
0xAE, /* 关闭OLED显示 */
0x00, /* 设置列地址低位 */
0x10, /* 设置列地址高位 */
0x40, /* 设置起始行 */
0xB0, /* 设置页地址 */
0x81, /* 设置对比度 */
0xFF, /* 对比度值 */
0xA1, /* 水平翻转 */
0xA6, /* 正常显示 */
0xA8, /* 设置多路复用率 */
0x3F, /* 值越大,显示点越多,亮度越高 */
0xC8, /* 垂直翻转 */
0xD3, /* 设置显示偏移 */
0x00, /* 偏移量为0 */
0xD5, /* 设置时钟分频 */
0x80, /* 分频值为80 */
0xD9, /* 设置预充电周期 */
0xF1, /* 默认值 */
0xDA, /* 设置COM硬件配置 */
0x12, /* 默认值 */
0xDB, /* 设置VCOMH电压 */
0x40, /* 默认值 */
0x20, /* 设置内存地址模式 */
0x00, /* 水平地址模式 */
0xAF /* 打开OLED显示 */
};
/* IIC总线的延时函数 */
void Delay5ms()
{
uint i, j;
for (i = 0; i < 5; i++) {
for (j = 0; j < 110; j++);
}
}
/* IIC总线的启动信号,SDA从高到低,SCL为高电平 */
void I2C_Start()
{
SDA = 1;
SCL = 1;
Delay5ms();
SDA = 0;
Delay5ms();
SCL = 0;
}
/* IIC总线的停止信号,SDA从低到高,SCL为高电平 */
void I2C_Stop()
{
SDA = 0;
SCL = 1;
Delay5ms();
SDA = 1;
Delay5ms();
}
/* IIC总线的写数据函数 */
void I2C_Write(uchar dat)
{
uchar i;
for (i = 0; i < 8; i++) {
SDA = dat & 0x80;
SCL = 1;
Delay5ms();
SCL = 0;
dat <<= 1;
}
}
/* OLED显示屏的初始化函数 */
void OLED_Init()
{
uchar i;
I2C_Start();
I2C_Write(OLED_ADDRESS);
for (i = 0; i < sizeof(init_cmd); i++) {
I2C_Write(init_cmd[i]);
}
I2C_Stop();
}
/* OLED显示屏的写数据函数 */
void OLED_Write_Data(uchar dat)
{
I2C_Start();
I2C_Write(OLED_ADDRESS);
I2C_Write(0x40); /* 写数据标志 */
I2C_Write(dat);
I2C_Stop();
}
/* OLED显示屏显示数字的函数 */
void OLED_Show_Number(uchar num)
{
uchar i;
uint j;
/* 在第1页、第5列显示数字 */
OLED_Write_Data(0xB0);
OLED_Write_Data(0x00);
OLED_Write_Data(0x10);
for (i = 0; i < 8; i++) {
OLED_Write_Data(0x00);
}
for (i = 0; i < 3; i++) {
OLED_Write_Data(0xFF);
}
for (i = 0; i < 5; i++) {
OLED_Write_Data(0x00);
}
for (i = 0; i < 3; i++) {
OLED_Write_Data(0xFF);
}
for (j = 0; j < 5000; j++); /* 延时一段时间,让数字停留在屏幕上 */
}
/* 主函数 */
void main()
{
/* 初始化OLED显示屏 */
OLED_Init();
/* 显示数字 */
OLED_Show_Number(5);
}
代码定义了IIC总线的SDA和SCL引脚,以及OLED显示屏的地址。然后定义了OLED显示屏的初始化命令和显示数字的函数。在主函数中调用初始化函数,并在OLED显示屏上显示数字5。