基于单片机的家用温湿度语音播报专业系统设计.doc

毕业设计（论文）

题目：基于51单片机家用温湿度语音播报系统设计

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本人__________申明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成，论文所利用一切资料均符合论文著作要求，且在参考文件中列出。

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摘要
本系统是一个基于单片机AT89C51语音播报系统设计，用来测量环境温湿度，整个设计系统分为5部分：单片机控制、DHT11温湿度传感器、液晶显示、语音播报和键盘控制电路，整个设计是以AT89C51为关键，选择DHT11温湿度传感器，LED12864液晶显示器实现。当测量温湿度超出设定温度上下限时，开启蜂鸣器和指示灯报警。语音录放选择集成块是ISD1420 芯片，其保真度高，录音效果好，而且经济实惠。LCD采取是LCD12864，它含有功耗低、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，应用越来越广泛。整个设计关键在于编程，因为其外围电路相对比较简单，实现轻易。在本论文中附带了软件实现步骤图和部分子程序和多种硬件电路图。
关键词：液晶显示；语音播报； ISD1420
ABSTRACT
This system is a design of the speech thermometer according to the microprocessor AT89C51,which is used to measure the environment temperature, The whole design system is divided into 5 parts: A microprocessor control, temperature sensor，the LCD display, the speech report and the keyboard control circuit, at the same time ，The whole design take AT89C51 as the core, choose to single bus digital temperature sensor DS18B20, DS1302 serial clock chip, RT1602 LCD monitor realization, LCD display the current date, time, weeks and temperature. When measuring temperature over set temperature fluctuation limit, start with light alarm buzzer. Temperature display stability, and temperature measurement error acuities 1℃, plus or minus temperature the decimal part retained two significant digits. Increased Celsius temperature conversion contrast with Fahrenheit and sets up a display function beep voice automatically broadcast time temperature, manual real-time broadcast time temperature function. The speech recoding &； p layback I choose to use is the IC of ISD1420, it has high fidelity, good record effective, and economic. The LCD I choose is TC1602A, its power consume is low, it has many advantages , for example, the volume is small, the contents is abundant, super thin and agile etc, and its application is becoming more and more extensive. The whole design lies in the program, because its outer circuit is much more simple, and it can carry out more easily. In my thesis, there are flow chart and parts subprogram and various hardware circuit diagrams.
Key Words: DS18B20;LCD;speech function;sounding and light alarm.

目 录

引言 1
第一章 绪 论 2
第二章 设计方案 4
2.1 设计任务 4
2.2 原理框图 4
2.3电源模块 4
2.4温湿度传感器模块 4
2.5显示模块 5
2.6键盘控制模块 5
2.7语音播报模块 6
第三章 硬件设计 7
3.1单片机模块 7
3.1.1单片机介绍 7
3.1.2 单片机外围电路设计 8
3.1.3AT89C51复位电路 10
3.1.4 AT89C51时钟电路 12
3.2电源模块 12
3.3温湿度传感器模块 13
3.3.1 DHT11传输特征 15
3.3.2温湿度测量电路设计 16
3.3.3 DS18B20和AT89C51接口电路设计 17
3.4键盘控制 18
3.5语音报警 18
3.6 液晶显示 18
3.7 语音播报 19
3.7.1 ISD1420语音芯片录放音电路设计 19
3.7.2 ISD1420和AT89C51接口电路设计 20
第四章 软件设计 21
4.1主程序设计 21
键盘扫描5.2.1 ×××××× 21
5.2.2 ×××××× 21
4.2显示模块程序 22
4.3键盘控制模块 26
4.4源代码是DS18B20.h模块 30
4.5温湿度测量模块 32
4.6报警子程序模块 35
4.7以下源代码是 ISD1420.h 36
4.8源代码是语音播报子程序 37
第五章 调试 39
5.1测量温湿度子程序设计 40
5.2报警子程序 41
5.3实现时钟功效程序设计 42
5.4显示程序设计 43
5.5语音播放子程序 44
第六章 仿真结果数据分析 46
6.1功效仿真和结果 46
结论 47
谢辞 48
参考文件 49

引言
人民生活和环境温度和湿度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温湿度，在农业生产中也离不开温度测量，所以研究适宜测温方法和测温装置含相关键意义。伴随自动化水平在工业生产过程中日益提升，智能化已经成为一个趋势。大家越来越期望，生产生活中能够最大程度趋于自动化和智能化，而且含有一定人机交互性。大规模语音处理集成电路发展，使得语音播报系统在实际生活生产中应用越来越广泛[3]。语音播报技术表现了智能化，人性化，它不仅在需要用声音传输信息环境中担当信息传输纽带关键作用，还在繁忙日常生产服务中经过温馨、亲切语音提醒方法调整受用者心情。语音播报技术相关研究也已成为一个热门领域，现今生产生活中其相关技术应用随地可见。含有语音播报温度控制系统在工农业生产中拥有广泛应用前景。现在生产生活中常常需要某一特殊环境温湿度，测量一旦达不到一个相当高要求就会造成巨大损失。传统方法对人力浪费较大，对温湿度控制不正确，而且一不小心轻易发生意外。假如设计一套基于电子技术含有语音播报功效温湿度控制系统，就能够实时监测温湿度，并能够经过键盘正确地控制温湿度，不需要人力检测。
第一章 绪 论
1.1 课题开发背景
智能语音播报系统在中国属于新兴技术产业，有着极为光明前景，此方面中国市场关键产品趋向于应用国外优异基础硬件生产成品。伴随中国国民经济连续高速发展，智能化生产规模日趋扩大，语音播报融入日常生活已成为一个趋势。如：对车辆收取管理、通行或进入等费用、提醒语等播报智能语音系统，或是在各公共场所时间、天气、问候等提醒语播报。
1.2 设计目标和意义
人民生活和环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温湿度，在农业生产中也离不开温湿度测量，所以研究适宜测温方法和测温装置含相关键意义。伴随自动化水平在工业生产过程中日益提升，智能化已经成为一个趋势。大家越来越期望，生产生活中能够最大程度趋于自动化和智能化，而且含有一定人机交互性。大规模语音处理集成电路发展，使得语音播报系统在实际生活生产中应用越来越广泛。语音播报技术表现了智能化，人性化，它不仅在需要用声音传输信息环境中担当信息传输纽带关键作用，还在繁忙日常生产服务中经过温馨、亲切语音提醒方法调整受用者心情。语音播报技术相关研究也已成为一个热门领域，现生产生活中其相关技术应用随地可见。含有语音播报温度控制系统在工农业生产中拥有广泛应用前景。现在生产生活中常常需要某一特殊环境温湿度，测量一旦达不到一个相当高要求就会造成巨大损失。传统方法对人力浪费较大，对温度控制不正确，而且一不小心轻易发生意外。假如设计一套基于电子技术含有语音播报功效温湿度控制系统，就能够实时监测温湿度，并能够经过键盘正确地控制温湿度，不需要人力检测，其测量速度、精度及可行度全部得以保障，实现可远程监控、并尽可能节省人力资源智能语音播报温度系统。相关产品利用率高，设备简单，费用低，效果好。

1.3 中国外现实状况及水平
现代工业控制过程广泛应用了有播报功效工作状态和故障状态报警装置。它以直观、易懂、方便、正确形式向操作者提供相关信息，使操作者能够更正确、快速地处理系统问题。如：火车站信号自动语音播报系统可经过对多路信号进行检测采集，提供安全警示语音信息并播报，实现安全操作提醒及报警，中国对此项技术要求趋向人性化，高效化，智能化。采取方法为不停完善传统呆板录播式语音播报器，实现真正智能化数字语音播报，依据不一样情况能够随时调整播报语言及语音语气等。温度传感方面，温度传感器在中国工业生产、国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门广泛应用和超导技术研究全部有光明前景。如CN61M/KG3004B 矿用温度传感器，拥有操作方便、读数直观、工作可靠、体积小、重量轻、维修简便等特点，适于在煤矿、油田、化工等有爆炸危险场所连续检测被测量对象温度，而且有信号输出功效，可和中国多种型号煤矿善传统呆板录播式语音播报器，实现真正智能化数字语音播报，依据不一样情况能够随时调整播报语言及语音语气等。为了提升对传感器认识和了解，尤其对温湿度传感器深入研究和使用方法和用途，基于实用丶广泛和经典标准，所以设计了本系统，在生产和生活中应用性全部比较强。本文利用单片机结合传感器技术和语音技术而开发设计了这一室内温湿度语音播报系统。本设计不紧能够显示室内温湿度，而且还能实现温湿度语音播报，使其更人性化，操作方便，控制灵活。伴随科学技术发展和电子设备智能化程度提升 部分电子产品除了使用传统键盘和显示器件作为人机交互操作界面之外还借助于语音作为反馈信息以表现智能化和人性化设计本文以 AT89S51 单片机和语音芯片 ISD1760 为关键 设计了一个温度和湿度语音播报系统 完成了数据实时播报 实现了测量过程智能化和自动化 以适应多种对测量服务要求比较高场所.，所以设计了本系统，在生产和生活中应用性全部比较强。本文利用单片机结合传感器技术和语音技术而开发设计了这一室内温湿度语音播报系统。本设计不紧能够显示室内温湿度，而且还能实现温湿度语音播报，使其更人性化，操作方便，控制灵活。
第二章 设计方案
2.1 设计任务
1.显示目前温度。
2当测量温湿度超出设定温湿度值时，开启报警模块报警。
3.手动实时播报温湿度。
4.温度显示温度，误差≤±1℃
2.2 原理框图
分析本题，依据设计要求我们确定了本系统整体设计原理框图图所表示2.1电源模块

2.3电源模块
方案：采取独立稳压电源。电源稳压特征很好，能够确保整个系统稳定工作。
2.4温湿度传感器模块
方案：DS18B20是美国达拉斯半导体企业推出第一片支持“一线总线”接口温度传感器。
①、 独特单线接口方法，DS18B20在和微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器和DS18B20双向通讯。
② 、测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误）1℃。
③、支持多点组网功效，多个DS18B20能够并联在唯一三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，假如数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输不稳定。
④、工作电源: 3.0~5.5V/DC （能够数据线寄生电源）
⑤ 、在使用中不需要任何外围元件
⑥、 测量结果以9~12位数字量方法串行传送
⑦ 、不锈钢保护管直径 Φ6
⑧ 、适适用于DN15~25, DN40~DN250多种介质工业管道和狭小空间设备测温
⑨、 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选
⑩ 、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于和其它电器设备连接。
2.5显示模块
方案：采取LCD显示器进行显示。LCD显示器是一个低压、微功耗显示器件， 2-3伏就能够工作了，工作电流为几微安，这是其它显示器无法比较，而且能够显示（除数字外）大量信息，显示曲线，字母，比传统LED数码显示器画面有提升。即使LCD显示器价格比传统LED数码管要贵，但它显示效果愈加好，也是当今显示器不二选择，所以采取LCD作为显示器。采取LCD，更轻易实现题目标要求，而且功效兼容性高，只需将软件修改即可，可操作性强，易于度数，采取LCD12864四行十六字符显示，能同时显示温湿度。
2.6键盘控制模块
方案：独立式按键。对于独立式按键来说，假如设置过多按键，即使会占用较多I/O口，给布线带来不便，此方案适适用于按键较少情况。在本设计中所需要控制点数较少，只需要多个功效键，简便、易操作、成本低就成了首要考虑原因。所以此时，可采取独立式按键结构。
2.7语音播报模块
方案：采取ISD1420为美国ISD企业出品优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存放单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存放单元，提供零功率信息存放，这个独一无二方法是借助于美国ISD企业专利--直接模拟存放技术(DAST TM)实现。利用它，语音和音频信号被直接存放，以其原本模拟形式进入EEPROM存放器.直接模拟存放许可使用一个单片固体电路方法完成其原本语音再现。仅语音质量优胜，而且断电语音保护。
第三章 硬件设计
3.1单片机模块
此次毕业设计单片机控制湿最关键关键部分，给出以相关指令，根据用户意愿实施对应操作，这次选择是ATMEL企业生产芯片AT89S51,它价格廉价,而且通用性比较强,很轻易获取。
3.1.1单片机介绍
CPU即中央处理器简称，是单片机关键部件，它完成多种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。微型计算机即单片机是因工业测控系统数字化，智能化迫切需求而发展起来。STC89C52是STC企业生产一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，含有8K在系统可编程Flash存放器。STC89C51使用经典MCS-51内核，但做了很多改善使得芯片含有传统51单片机不含有功效。在单芯片上，拥有灵巧8位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。此系列单片机易于开发、使用灵活、而且体积小、抗干扰能力强，能够兼容种类众多支持芯片、较为丰富软件资源，能够工作于多种恶劣条件下，工作稳定等特点。考虑到本系统需要和本人对单片机熟悉程度，所以本设计选择STC系列STC89C51单片机作为本系统CPU。由STC89C51单片机为关键单片机最小系统包含晶振电路和复位电路。AT89C51管脚图图所表示：

AT89C51引脚功效
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电 。当 P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器，它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必需被拉高P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并所以作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，因为外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间ALE/PROG：当访问外部存放器时，地址锁存许可输出电平用于锁存地址地位字节。/PSEN：外部程序存放器选通信号。在由外部程序存放器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时，这两次有效/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存放器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存放器。注意加密方法1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存放器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。XTAL2：来自反向振荡器输出。
3.1.2 单片机外围电路设计
本设计选择AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)可反复擦写1000次Flash只读程序存放器，器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术制造，，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存放单元，功效强大微型计算机AT89C51可为很多嵌入式控制应用系统提供高性价比处理方案。AT89C51含有以下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存放器，128 bytes随机存取数据存放器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中止优先级2层中止嵌套中止，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
另外，AT89C51设计和配置了振荡频率，并可经过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中止系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保留RAM数据，停止芯片其它功效直至外中止激活或硬件复位。同时该芯片还含有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。AT89C51单片机综合了微型处理器基础功效。
当AT89C51芯片接到来自温度传感器信号时，其内部程序将依据信号类型进行处理，而且将处理结果送到显示模块、报警模块、语音播报模块，发送控制信号控制各模块。该模块在硬件设计方面，其外围电路提供能使之工作晶振脉冲、复位按键，四个I/O口分别用于外围设备连接。单片机AT89C51硬件连接图图4.2所表示，其中P0接口外接上拉电阻以确保高低电平正确性。单片机AT89C51 I/O端口具体分配和下表3.1:
图3.2单片机和外围设备硬件连接图

表3.1 AT89C51 I/O端口具体分配
AT89C51IO端口
外接点
P0.0-P0.7
LCD显示地址端口
P1.0-P1.7
语音芯片播音地址端口
P2.0
DS18b20通道
P2.1-P2.4
连接键盘控制端口
P2.6
连接报警器端口
P3.3
开始播音口
P3.6
LCD读/写选择端
P3.7
LCD数据/命令端
P2.7
LCD使能端
3.1.3AT89C51复位电路
基础复位方法
单片机在开启时全部需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机复位信号是从RST引脚输入到芯片内施密特触发器中。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，假如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就能够响应并将系统复位。
1、手动按钮复位
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图1）。通常采取法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位电路如所表示。因为人动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位时间要求。单片机在开启时全部需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机复位信号是从RST引脚输入到芯片内施密特触发器中。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，假如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就能够响应并将系统复位。单片机系统复位方法有：手动按钮复位和上电复位。
2、上电复位
AT89C51上电复位电路图2所表示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，因为在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1?F。上电复位工作过程是在加电时，复位电路经过电 容加给RST端一个短暂高电平信号，此高电平信号伴随Vcc对电容充电过程而逐步回落，即RST端高电平连续时间取决于电容充电时间。为了确保系统能够可靠地复位，RST端高电平信号必需维持足够长时间。上电时，Vcc上升时间约为10ms，而振荡器起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图2复位电路中，当Vcc掉电时，肯定会使RST端电压快速下降到0V以下，不过，因为内部电路限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。假如系统在上电时得不到有效复位，则程序计数器PC将得不到一个适宜初值，所以，CPU可能会从一个未被定义位置开始实施程序。
3、积分型上电复位
常见上电或开关。上电后，因为电容C3充电和反相门作用，使RST连续一段时间高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使为一段时间高电平，从而实现上电或开关复位操作。
依据实际操作经验，下面给出这种复位电路电容、电阻参考值。
C：=1uF，Rl=lk，R2=10k
在本设计中复位电路设计是采取简单，用得比较广复位电路接法，图3.3所表示，它含有上电复位和按键复位双反复位功效。
图3.3复位电路

3.1.4 AT89C51时钟电路
时钟是单片机心脏，单片机各功效部件运行全部是以时钟频率为基准，有条不紊一拍一拍地工作。所以，时钟频率直接影响单片机速度时钟电路质量也直接影响单片机系统稳定性。常见时钟电路有两种方法：一个是内部时钟方法，另一个为外部时钟方法。本文用是内部时钟方法。电路图3.4所表示：

时钟电路图
AT89C51单片机内部有一个用于组成振荡器高增益反相放大器，该高增益反向放大器输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就组成一个稳定自激振荡器。
3.2电源模块
鉴于系统使用单片机AT89C51和各芯片工作电压在5V左右。我们选择了5V稳压电源给单片机和各芯片供电。电路由简单实用三端稳压器组成，输入电压5V，满足大部分电路要求，电源电路图以下图3.5所表示，因为使用了全桥，电压输入既能够使用交流输入，又能够使用正负直流输入，能够预防因为极性接反造成事故。滤波电容使用电解电容和小电容并联方法，能够有效消除高频自激现象。发光二极管接到电源和地之间，假如电源输出不正常，发光二极管全部会出现工作异常，提醒电源部分故障。 图3.5电源电路图

3.3温湿度传感器模块
数字温湿度传感器DHT11是一款含有已校准熟悉信号输出温湿度复合传感器，它应用专用温湿度传感技术和数字模块采集技术，确保产品含有卓越长久稳定性和极高可靠性。传感器包含一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件，并和一个性能高8位单片机相连接。所以该产品含有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器全部在即为正确湿度校验室中进行校准。校准系数以程序形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小体积、极低功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻应用场所最好选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。经典应用电路图：
表2-1 DHT11引脚说
pin
名称
注释
1
VDD
供电3.5－5.5V
2
DATA
串行数据，单总线
3
NC
空脚，悬空
4
GND
接地，电源负极
表2-2性能说明
参数
条件
Min
Typ
Max
单位
分辨率

8
±
Bit
1
1
1
%RH
精度
25℃

±4

%RH
反复性

±1

%RH
温度
0-50℃

±5
%RH
温度

量程范围
0℃
30

90
%RH
50℃
20

80
%RH
25℃
20

90
%RH
长久稳定性
经典值

±1

%RH/yr
迟滞

±1

℃
交换性
可完全交换
分辨率

8
8
8
Bit
1
1
1
℃
反复性

±1

℃
响应时间
1/e(63%)
6

30
S
量程范围

0

50
℃
精度

±1

±2
℃
主机必需把总线拉低，最少大于18ms。DHT11一旦接收到主机开始信号，接着就等候开始信号结束,然后发送80µs。低电平响应信号，要读取DHT11响应信号,必需等候开始信号结束，并延时等候20-40µs后才能够接收，主机发送开始信号后,这时候就可输出高电平或切换到输入模式,接着总线由上拉电阻拉高。
DHT11发送响应信号时候总线为低电平 ,DHT11把总线拉高80µs之前,必需等到响应信号发送，准备发送数据时,每一bit数据全部以50µs低电平时隙开始,数据位是0或1是由高电平长或短来决定。假如响应信号读取为高电平,不过DHT11无响应响应,这时候说明路线可能连接不正常，当最终一bit数据传送结束后，DHT11把总线拉低50µs,接着总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。
DHT11湿度检测利用电容式结构，并采取含有不一样保护“微型结构”检测电极系统和聚合物覆盖层来组成传感器芯片电容，除保持电容式原有特征外，还能够抵御来自外界影响。因为它将温度传感器和湿度传感器结合在一起而组成了一个单一个体，所以测量精度较高且可得出露点，同时不产生因为温度和湿度传感器之间随温度梯度改变引发误差。CMOSensTM技术不仅将温湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大电路、模/数转换器、校准数据存放器、标准I²C总线等电路集成在一个芯片内。DHT11传感器校准系数预先存在OTP内存中。经校准相对湿度和温度传感器和A/D转换器相连，可将转换后数字温湿度值送给二线I²C总线器件，从而将数字信号转换为符合I²C总线协议串行数字信号。
传输开始：初始化传输时，应首先发出“传输开始”命令，该命令可在SCK为高电平时使DATA由高电平变为低电平[5]，并在下一个SCK为高时将DATA升高。接下来命令次序包含三个地址（现在只支持“000”）和5个命令位，当DATA脚SCK位处于低电平时，表示DHT11正确接收到命令。
连接复位次序：假如和DHT11传感器通讯中止，下列信号次序会使串口复位：即当DATA线处于高电平时，触发SCK9次以上（含九次），以后接着发一个“传输开始”命令。
温湿度测量时序：当发出了温湿度测量命令后，控制器就要等到测量完成。使用8/12/14位分辨率测量分别需要大约11/55/210毫秒时间。为表明测量完成，DHT11会使数据线为低，此时单片机必需重新开启SCK,然后传送两字节测量数据和1字节校验码。控制器必需经过使DATA为低来确定每一个字节。通讯在确定CRC数据位后停止。假如没有用校验，则单片机就会在测量数据后保持SCK为高来停止通讯，DHT11在测量和通讯完成后会自动返回睡眠模式。需要注意是，为了使DHT11温升低于0.1℃，此时工作频率不能大于标定15%（如：12位精度时，每秒最多进行三次测量） 低电压检测,DHT11工作时能够自行检测VDD电压是否低于2.45V，正确度为±0.1V。下载校准系数:为了节省能量并提升速度,在每次测量前全部要重新下载校准系数，从而使每一次测量节省8.2ms时间。
测量分辨率设定:将测量分辨率从14位（温度）和12位（湿度）分别减到12位和8位可应用于高速或低功耗场所。
因为将传感器和其它功效电路部分结合在一起，所以，该传感器含有比其它类型湿度传感器优越得多性能。首先是传感器信号强度增加增强了传感器芯片抗干扰性能，确保了传感器长久稳定性。而A/D转换同时完成，则降低了传感器对干扰噪声敏感程度。其次在传感器芯片内部装载校准数据确保了每一只湿度传感器含有相同功效，含有100%交换性。最终，传感器可直接经过I²C总线和任何类型单片机。
3.3.1 DHT11传输特征
（1）湿度值输出
DHT11可经过I²C总线直接输出数字量湿度值，其相对湿度数字输出特征曲线图2-4所表示。

图2-4 DHT11传感器相对湿度数字输出特征曲线
由图2-4能够看出，DHT11输出特征呈一定非线性
RHIinera=C1SORH+C2SORH+C3SORH2
SORH为传感器相对湿度测量值，
系数取值以下：
12位：SORH：C1=－4,C2=0.0405,C3=－2.8×10－6
8位：SORH：C1=－4,C2=0.648,C3=－7.2×10－4
（2）温度值输出
因为DHT11温度传感器线性度很好，故能够用下列公式将温度数字输出转换成实际温度值：T=d1+d2SOT。当电源电压位5V，且温度传感器分辨率为14位时，d1=-4，d2=0.01，当温度传感器分辨率为12位时，d1=-40，d2=0.04。
（3）露点计算
空气露点值可依据相对湿度和温度值得来，具体计算公式以下：LogEW=0.66077+7.5/(273.3+T)+[log(RH)-2]
(2-2)Dp=[(0.66077-LogEW)×273.3]/(LogEW-8.16077)
3.3.2温湿度测量电路设计
为了实现多点测量系统采取了四个DHT11芯片。因为STC89C52单片机不含有IIC总线接口，所以只能单片机经过I/O口线来虚拟IIC总线。用P16来虚拟数据线DATA, P17口线来虚拟时钟线SCK，并接上4.7K 上来电阻。DHT11温湿度芯片经过两个虚拟IIC总线接连接在STC89C52单片机P16和P17口上。电源VCC和接地GND端接入一个0.4微法去耦电容。滤除回路产生耦合电流。电源接上上拉电阻后，连在两个控制开关后分别接在单片机P10和P11口。开关SW1是切换温度和湿度测量。SW2是控制转换四个DHT11工作。DHT11首先由温度传感器、湿度传感器分别检测出相对湿度和温度信号，然后经过内部放大电路放大后分别送到ADC中进行A/D转换、标准和纠错，最终经过二线制串行接口，将相对湿度和温度数据送至STC89C52单片机，再利用STC89C52单片机完成非线性赔偿和温度赔偿。当测量控制系统发出温湿度测量命令以后，使用8/12/14位分辨率测量分别需要大约11/55/210毫秒时间。为表明测量完成，DHT11会使数据线为低，此时STC89C52单片机必需重新开启SCK,然后传送两字节测量数据。STC89C52单片机必需经过使DATA为低来确定每一个字节。通讯在确定后停止。DHT11在测量和通讯完成后会自动返回睡眠模式[6]。需要注意是，为使DHT11温升低于0.1℃，此时工作频率不能大于标定15%。
3.3.3 DS18B20和AT89C51接口电路设计
我们能够采取寄生电源供电。寄生电源不是实际电源器件，而是一个供电方法，即经过数据线供电。当数据线电平为高时，给器件内电容充电，为低时，电容放电给器件供电。图3.7所表示:把DS18B20数据线和AT89C51P2.0,再加上上拉电阻。

图3.7 DS18B20和AT89C51接口电路

3.4键盘控制
按键开关状态经过电路转换为高、低电平状态。电路图图3.8所表示。

图3.8 键盘控制电路
3.5语音报警
经过按键能够事先设定报警温度值，当显示温度值超出设定温度值时，单片机就会从INT0脚发出一连串脉冲，驱动蜂鸣器发出报警声，电路图如3.9所表示。电路图如3.9所表示。

图3.9 报警电路
3.6 液晶显示
LCD12864和单片机应用连接电路图图3.10所表示

3.10 液晶显示模块接口电路
表3.4 LCD1602基础操作时序
基础时序操作
输入
输出
读状态
RS=L,R/W=H,E=H
DO～D7=状态
读数据
RS=H,R/W=H,E=H
无
写指令
RS=L,R/W=L,E=高脉冲,DO～D7=指令码
DO～D7=数据
读指令
RS=H,R/W=L,E=高脉冲,DO～D7=数据
无
3.7 语音播报
采取ISD1420为美国ISD企业出品优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存放单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存放单元，提供零功率信息存放，这个独一无二方法是借助于美国ISD企业专利--直接模拟存放技术(DAST TM)实现。利用它，语音和音频信号被直接存放，以其原本模拟形式进入EEPROM存放器.直接模拟存放许可使用一个单片固体电路方法完成其原本语音再现。仅语音质量优胜，而且断电语音保护。
3.7.1 ISD1420语音芯片录放音电路设计
ISD25120既能够手动操作，也能够单片机控制操作，在这里我们采取手动