溫濕度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一個(gè)寬量程多點(diǎn)智能化的溫濕度監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，人類(lèi)社會(huì)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步！在居家生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門(mén)，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境中的濕度和溫度進(jìn)行測(cè)量及控制。本系統(tǒng)采用技術(shù)成熟的SHT11芯片作為測(cè)量濕度和溫度的傳感器。SHT11是內(nèi)部集成IIC總線接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感器。SHT11具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。SHT11全量程標(biāo)定，并且可以二線數(shù)字輸出。SHT11的濕度測(cè)量范圍為0100%Rh，溫度測(cè)量范圍為-40+123.8，濕度測(cè)量精度為3.0%Rh，溫度測(cè)量精度為0.4，響應(yīng)

2、時(shí)間4s;內(nèi)部自帶信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路?？刂葡到y(tǒng)芯片采用技術(shù)成熟，功能強(qiáng)大、價(jià)位低廉大眾化的AT89C51單片機(jī)。LED顯示電路,聲光報(bào)警電路都由AT89C51單片機(jī)控制。同時(shí)設(shè)計(jì)了能給系統(tǒng)提供穩(wěn)定工作電壓的電源電路。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，對(duì)濕度、溫度的檢測(cè)采用了硬件抗干擾和軟件抗干擾的綜合方法。硬件采抗干擾措施采用集成看門(mén)狗芯片DS1232，它使系性能得到了改善。最后設(shè)計(jì)了系統(tǒng)各個(gè)功能部分的軟件程序。在設(shè)計(jì)中，對(duì)誤差產(chǎn)生的原因也進(jìn)行了一些理論上的分析，并證明了這種設(shè)計(jì)方案是可行的。由本設(shè)計(jì)課題做成的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、量程寬，具有較高的可靠性、安全性及實(shí)用性。關(guān)鍵詞

3、：?jiǎn)纹瑱C(jī) SHT11溫濕度傳感器 IIC總線接口ABSTRACTThis paper has designed an intelligent temperature and humidity measurement system with many measuring points. With the new science and technology increasingly, our society has made great progress! In the industrial and agricultural production，meteorology，environmenta

4、l，national defense，scientific research，aerospace，and other departments, it is usually necessarily to measure and control the environmental temperature and humidity. The virtual network rapid development of a more long-range temperature and humidity control of the increasingly mature. This system use

5、s the technology mature SHT11 as temperature and humidity-measuring the sensor. SHT11 is IIC bus interface with the monolithic whole new digital calibration of relative humidity and temperature sensors. SHT11 with digital output for debugging，for calibration，for the external circuit and the characte

6、ristics of the whole exchange. SHT11 has the whole range calibration，and can second-line digital output. The humidity range of -40+123.8，humidity measurement range of 0100%Rh,humidity measurement accuracy of 3.0%Rh，temperature measurement accuracy of 0.4,response time 4s;have its own internal signal

7、 conditioning circuit and A/D converter conversion circuit. The control use technology is mature，low price of the popular AT89C51，the keyboard instruments/monitors，switch control，alarm circuits and are directly linked AT89C51. Using the transformers, change AC to DC become necessarily. In order to i

8、mprove the anti-jamming performance the humidity ，temperature detected by the anti-jamming hardware and software integrated approach to anti-interference. The watchdog circuit hardware is used to anti-interference，using a software command redundant technology，so that they have improved in performanc

9、e. In the design, the errors of factors have also carried out some theoretical analysis to prove that this design is feasible. The issue posed by the design of more than make the temperature and humidity monitoring system is simple，cheap，wide range，a higher degree of reliability，safety and practical

10、ity.Keywords: MCU SHT11 temperature and humidity sensors IIC bus interface目 錄1 緒 論11.1 選題意義11.1.1生活環(huán)境與溫濕度的關(guān)系11.1.2 檢測(cè)溫濕度的意義11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)11.3 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)21.4 主要工作任務(wù)21.5 本章小結(jié)22 系統(tǒng)方案選擇和工作原理.32.1 系統(tǒng)綜述32.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇32.3 系統(tǒng)工作原理42.4 本章小結(jié)53 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).63.1 AT89C51構(gòu)成的最小系統(tǒng)63.1.1 晶振回路63.1.2 復(fù)位電路63.2 溫濕度傳感器的選擇83.2.1 溫濕

11、測(cè)量相關(guān)概念93.2.2 溫濕度傳感器的選擇103.2.3 SHT11的工作原理123.2.4 SHT11的傳輸特性143.2.5 IIC總線簡(jiǎn)介153.3 溫濕度測(cè)量回路的設(shè)計(jì)163.4 顯示電路設(shè)計(jì)173.4.1 LED的兩種接法183.4.2 LED的兩種顯示方法183.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì)193.6 電源電路設(shè)計(jì)203.7 本章小結(jié)214 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)224.1 主程序的設(shè)計(jì)224.2 IIC模塊程序設(shè)計(jì)244.3 LED顯示程序設(shè)計(jì)244.4 報(bào)警電路程序設(shè)計(jì)244.5本章小結(jié)245 系統(tǒng)抗干擾措施255.1硬件抗干擾措施255.2 軟件抗干擾措施265.3 本章小結(jié)27結(jié) 論.28致

12、 謝29參考文獻(xiàn)30附錄A 系統(tǒng)原理圖31附錄B 系統(tǒng)總程序321 緒 論1.1 選題意義濕度和溫度是測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)十分重要的被測(cè)對(duì)象。不管是人類(lèi)賴(lài)以生存的居住環(huán)境，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，亦或者是軍事、氣象觀測(cè)等領(lǐng)域都需要對(duì)溫度和濕度進(jìn)行測(cè)量和控制。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器及傳感器材技術(shù)的迅速發(fā)展，測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)對(duì)溫度和濕度的檢測(cè)也取得了跨越式的發(fā)展！可以說(shuō)對(duì)溫濕度的測(cè)量與控制水平直接影響到人類(lèi)的所有活動(dòng)。1.1.1生活環(huán)境與溫濕度的關(guān)系 現(xiàn)代人類(lèi)對(duì)生活環(huán)境的要求越來(lái)越高，尤其是溫濕度的影響，溫度高了或者低了都直接影響著這個(gè)社會(huì)，而濕度低了或高了也同樣影響著我們的生活以及其他物種的生存條件

13、。1.1.2 檢測(cè)溫濕度的意義濕度和溫度是眾多領(lǐng)域中需要檢測(cè)的重要環(huán)境參數(shù)。不僅在工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，還是在氣象衛(wèi)星、倉(cāng)庫(kù)保管等領(lǐng)域，對(duì)溫度和濕度的測(cè)量都是隨處可見(jiàn)的。對(duì)溫度和濕度的測(cè)量與監(jiān)控也是十分有意義的。對(duì)濕度和溫度進(jìn)行合理有效的調(diào)控不僅可以節(jié)約能源還更有利各行業(yè)安全健康的發(fā)展。在工業(yè)領(lǐng)域，各種現(xiàn)代化的機(jī)器設(shè)備都需要考慮其所在工作環(huán)境的溫濕度。電器設(shè)備是工業(yè)領(lǐng)域最常使用也是使用最多的基礎(chǔ)設(shè)備。溫濕度的高低對(duì)電器設(shè)備的研發(fā)者來(lái)說(shuō)是必須要考慮的重要課題。工程師在設(shè)計(jì)電器產(chǎn)品的時(shí)候必須要考慮設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品將來(lái)工作環(huán)境中溫濕度的大小，使用過(guò)程中散熱通風(fēng)的問(wèn)題。選擇合適的材料并且對(duì)電氣設(shè)備外表面進(jìn)行合理

14、有效的封裝可以提高電氣設(shè)備的使用壽命。大型的電器設(shè)備長(zhǎng)期處于高電壓、大電流和滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，其結(jié)果是造成熱量集結(jié)加劇，由電流熱效應(yīng)造成的危害直接影響電器設(shè)備的絕緣設(shè)施，危害機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和操作人員的人身安全，所以就要求對(duì)電氣設(shè)備的溫濕度狀況進(jìn)行測(cè)量控制。溫濕度對(duì)植物、動(dòng)物的生長(zhǎng)都有一定的影響，當(dāng)溫度達(dá)到了植物和動(dòng)物生長(zhǎng)所能承受的最高值和最低值時(shí)，這些植物和動(dòng)物就會(huì)慢慢的消失，或者演變成其他的一些物種，同樣濕度也對(duì)動(dòng)植物的生長(zhǎng)有著不可小視的影響，所以對(duì)一定的溫濕度我們必須測(cè)量。同時(shí)我們也必須要記錄大氣的溫濕度的變化，這樣我們才更能對(duì)我們的生活的環(huán)境的變化有個(gè)直觀的了解！1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，

15、國(guó)內(nèi)外在濕度和溫度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。溫濕度傳感器正從結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能簡(jiǎn)單向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代溫濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將溫度、濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。國(guó)內(nèi)數(shù)字溫濕度儀測(cè)量溫濕度采用的主要方法有:“溫阻”法和“濕阻”法,即采用電阻型的溫濕度傳感器,利用其阻值隨溫濕度的變化測(cè)定空氣的溫度和相對(duì)濕度。受傳感器靈敏度的限制,這類(lèi)溫濕度儀的精度不可能很高,一般條件下還可以滿(mǎn)足需要,但是在環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備等對(duì)精度要求頗高的場(chǎng)合就難以滿(mǎn)足要求了。目前，國(guó)外對(duì)溫濕度傳感器技術(shù)的研究也有了較大的進(jìn)展，特別是用電阻式溫濕傳感器發(fā)展更快，人們不僅在電阻式陶瓷溫濕度

16、傳感器特性方面做了大量工作，而且在高分子電阻式濕度傳感器上做出可喜的研究成果。1.3 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)根據(jù)生活環(huán)境，設(shè)計(jì)本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)為：（1）測(cè)溫范圍：2045；濕度測(cè)量范圍為0100%Rh（2）溫度測(cè)量精度：0.5C（3）濕度測(cè)量誤差：4%Rh（4）可設(shè)置上、下限報(bào)警值，當(dāng)濕度溫度超限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)（5）電源工作范圍：DC4.55.5V1.4 主要工作任務(wù)在對(duì)各類(lèi)濕度、溫度傳感器原理介紹的基礎(chǔ)上，根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)際的任務(wù)要求，完成濕度、溫度傳感器芯片的選型，系統(tǒng)芯片的選擇，并設(shè)計(jì)顯示接口電路、電源電路、報(bào)警電路、部分功能電路的程序。系統(tǒng)開(kāi)始工作后，根據(jù)初始條件讀取濕度值和溫度值，

17、測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，將其與設(shè)定的濕溫度值比較，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的溫濕度超限，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，未超限時(shí)，系統(tǒng)顯示正常的濕溫度度值。1.5 本章小結(jié)本章主要介紹了所選課題的研究意義、溫濕度測(cè)量國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)、系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)、及主要任務(wù)。溫濕度檢測(cè)是本設(shè)計(jì)的核心，也是以后各章節(jié)著重介紹的內(nèi)容。2 系統(tǒng)方案選擇和工作原理2.1 系統(tǒng)綜述根據(jù)本設(shè)計(jì)第一章要求的性能指標(biāo)，方案設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮怎么樣實(shí)現(xiàn)測(cè)量一定精度的溫濕度信號(hào)值的基本功能，還要考慮溫濕度超限時(shí)系統(tǒng)的報(bào)警功能。根據(jù)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能，還要考慮系統(tǒng)控制芯片擴(kuò)展口分配方案。選擇AT89C51單片機(jī)就能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。AT89C51單片機(jī)的P1.0口

18、作為溫濕度測(cè)量切換控制， P1.1作為多路測(cè)量芯片選擇切換控制口，T0、T1口為報(bào)警控制口，X1、X2為晶振回路端口，RESET、AEL口作為復(fù)位電路接口，P2口的前四位作為L(zhǎng)EDP的位選口，P1口為L(zhǎng)ED字型碼控制口。最后還要考慮設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇元器件的成本。作為家庭用的環(huán)境檢測(cè)類(lèi)儀器，系統(tǒng)工作的可靠性，實(shí)用性，長(zhǎng)久性指標(biāo)也是系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)值得考慮的幾個(gè)因素。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上常用的各種溫濕度檢測(cè)儀器，結(jié)合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，能實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的方案基本上有以下三種。（1）純模式這種方案所有的電路均采用模擬電路構(gòu)成，包括濕度、溫度信號(hào)的采樣、放大電路、報(bào)警電壓的電位調(diào)節(jié)設(shè)

19、置，模擬比較器的選用以及驅(qū)動(dòng)超限報(bào)警電路，模擬的電磁結(jié)構(gòu)的指針式顯示電路等，盡管這種電路也能起到溫度，濕度的實(shí)時(shí)測(cè)量與報(bào)警，但是不能獲得濕度、溫度的歷史數(shù)據(jù)，顯示方式也不夠直觀，在抗干擾性能上由于電路沒(méi)有足夠的判斷能力可能會(huì)增加誤報(bào)警從而引起錯(cuò)誤動(dòng)作，而且在價(jià)格上也無(wú)優(yōu)勢(shì)可言，由上述原理構(gòu)成的這類(lèi)儀表被稱(chēng)之為第一代儀表，目前設(shè)計(jì)的儀表中極少使用這類(lèi)結(jié)構(gòu)。（2）數(shù)字式這種方案在信號(hào)的采樣、放大電路、報(bào)警設(shè)置以及報(bào)警電路等環(huán)節(jié)與第一種方案區(qū)別不大，只是在放大電路后采用了A/D轉(zhuǎn)換電路，它將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行數(shù)碼顯示，它最大的好處是顯示直觀，這是模擬式產(chǎn)品向智能式產(chǎn)品過(guò)渡的中間

20、型產(chǎn)品，屬于第二代儀表，在上個(gè)世紀(jì)80年代的設(shè)計(jì)中大都采用這種結(jié)構(gòu)的方案，在日常生活中看到的大都是未被替換的產(chǎn)品。在目前的設(shè)計(jì)中，基本上是不采用這種方案的。（3）智能式這是目前檢測(cè)類(lèi)儀器首選的方案，利用目前成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)，依靠計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理能力，對(duì)數(shù)據(jù)前向通道采集到的濕度，溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、處理、存儲(chǔ)，并可采用十分簡(jiǎn)單的方法通過(guò)顯示驅(qū)動(dòng)芯片將顯示信息送出進(jìn)行數(shù)碼顯示。對(duì)測(cè)量所得結(jié)果超限時(shí)的報(bào)警處理可以按照測(cè)量時(shí)間的不同情況分別設(shè)置不同的報(bào)警值。系統(tǒng)將會(huì)對(duì)測(cè)量回路巡回監(jiān)測(cè)。常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來(lái)測(cè)量濕度的方法，早已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代科技發(fā)展的需

21、要。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜的多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其它因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。所以濕度的測(cè)量比溫度的測(cè)量要復(fù)雜的多。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)溫度和濕度測(cè)量產(chǎn)品有很多，但是大部分的產(chǎn)品都是用紅外熱輻射的傳感器制作的。這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴并不適用于大氣的測(cè)量。本設(shè)計(jì)使用比較常見(jiàn)的溫濕度傳感器和價(jià)格便宜的電子元器件，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的智能化。它還具有較高的安全性，可靠性，適用于一般的家庭。鑒于國(guó)外歐美等國(guó)家微電子技術(shù)的發(fā)展，在不少的測(cè)試領(lǐng)域，將一個(gè)系統(tǒng)的所有電路，包括CPU都集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)集成的系統(tǒng)，況且這也是目前儀表發(fā)展的方向。所以本設(shè)計(jì)采用集成芯片SHT11作為溫

22、濕度傳感器。鑒于以上情況，本課題考慮到國(guó)內(nèi)目前的現(xiàn)狀，構(gòu)成器件的來(lái)源以及微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，本設(shè)計(jì)決定采用智能化的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)。從節(jié)約能源和成本及使用方便的角度考慮，每一個(gè)設(shè)計(jì)都要本著滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量簡(jiǎn)單方便快捷的設(shè)計(jì)。這個(gè)原則適用各個(gè)領(lǐng)域。由于各種不可克服的誤差和適用環(huán)境的影響，檢測(cè)儀表都存在一定的誤差。不過(guò)我們還要竭盡所能的降低誤差，提高設(shè)計(jì)的精度。2.3 系統(tǒng)工作原理根據(jù)上述的方案選擇和本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)，加上目前智能儀表的一般特點(diǎn)，本系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。由系統(tǒng)的原理圖可以看出，實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)智能測(cè)量系統(tǒng)的核心是AT89C51單片機(jī)。濕度和溫度信號(hào)檢測(cè)可以使用傳統(tǒng)的電阻

23、式溫濕傳感器測(cè)量，也可以采用集成的智能溫濕傳感器芯片測(cè)量。集成傳感器芯片內(nèi)部自帶有信號(hào)放大電路。放大電路是提高單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的有效方法，而且在復(fù)雜電路的各種設(shè)計(jì)領(lǐng)域中是最常用也是必須要采用的方法。由溫濕度傳感器檢測(cè)到的溫濕度信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后通過(guò)IIC總線輸入通道傳送給單片機(jī)。為了提高測(cè)量的精度，提高信號(hào)的轉(zhuǎn)換質(zhì)量，作為模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)其本身的性能要求也很高，因此傳感器芯片內(nèi)要有性能良好的A/D轉(zhuǎn)換器。作為智能化的檢測(cè)儀器，由LED實(shí)現(xiàn)的顯示器使人們直觀的觀看到測(cè)量到的溫度和濕度的值。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，正常情況下，顯示電路可

24、以實(shí)時(shí)的顯示室內(nèi)的溫度和濕度。當(dāng)溫度和濕度超限時(shí)，報(bào)警電路可以立即發(fā)出警報(bào)，以便實(shí)現(xiàn)壞境溫度和濕度的調(diào)整。單片機(jī)報(bào)警電路擴(kuò)展I/O口濕度溫度傳感器顯示電路濕度溫度傳感器濕度溫度傳感器濕度溫度傳感器通信圖2-1 系統(tǒng)原理圖2.4 本章小結(jié)本章介紹了設(shè)計(jì)測(cè)量?jī)x器的三種方式。最傳統(tǒng)的是純模模式。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，采用這種設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品由于自身的缺陷性已滿(mǎn)足不了當(dāng)今社會(huì)的要求，所以基本上被淘汰了。數(shù)字式檢測(cè)儀表目前在實(shí)際應(yīng)用中也很少用到。智能式是目前檢測(cè)儀表設(shè)計(jì)采用的主流方案，也是本設(shè)計(jì)選用的方式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本章對(duì)系統(tǒng)工作的原理也做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的智能化，系

25、統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括控制系統(tǒng)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，濕度和溫度測(cè)量回路的設(shè)計(jì)，顯示電路的設(shè)計(jì)，報(bào)警電路設(shè)計(jì)，以及電源電路的設(shè)計(jì)。3.1 AT89C51構(gòu)成的最小系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)即單片機(jī)是因工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)數(shù)字化，智能化的迫切需求而發(fā)展起來(lái)的。在測(cè)控領(lǐng)域，使用最多還是Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)是8位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級(jí)識(shí)別功能的串行通訊接口（UART），規(guī)范了功能單元的SFR控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理和指令系統(tǒng)。由于單片機(jī)具有較高的性能比，國(guó)內(nèi)尤其以MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛。此系列單片機(jī)易于開(kāi)發(fā)、使用靈活、而且體

26、積小、抗干擾能力強(qiáng)，可以兼容種類(lèi)眾多的支持芯片、較為豐富的軟件資源，可以工作于各種惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。考慮到本系統(tǒng)的需要以及本人對(duì)單片機(jī)的熟悉程度，因此本設(shè)計(jì)選用MCS-51系列的AT89C51單片機(jī)作為本系統(tǒng)的CPU。由AT89C51單片機(jī)為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。3.1.1 晶振回路晶振回路的主要任務(wù)是為AT89C51單片機(jī)正常工作需要的時(shí)鐘電路提供一個(gè)穩(wěn)定的工作頻率。根據(jù)AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘周期的要求，回路需要選用頻率為12MHz的晶振。晶振回路由電容和陶瓷諧振器晶振組成。作為單片機(jī)的時(shí)鐘源。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放

27、大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL0和XTAL1,在XTAL0和XTAL1端口接上時(shí)鐘電源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式。如圖3-2所示。在XTAL0和XTAL1兩端跨接晶振，與內(nèi)部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的時(shí)鐘脈沖直接送入單片機(jī)內(nèi)定時(shí)控制部件。電容C5和C6對(duì)頻率有微調(diào)作用。電容C5和C6應(yīng)盡可能的安裝在單片機(jī)芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。3.1.2 復(fù)位電路復(fù)位電路的功能就是對(duì)CPU進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)CPU落入死循環(huán)之后，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門(mén)狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。通過(guò)不斷檢測(cè)程序循環(huán)

28、的運(yùn)行時(shí)間，如果發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。本設(shè)計(jì)中采用DS1232看門(mén)狗芯片作為復(fù)位電路。由美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的“看門(mén)狗(WATCHDOG)”集成芯片DS1232具有性能可靠、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。在DS1232內(nèi)部集成有看門(mén)狗定時(shí)器，當(dāng)DS1232的ST端在設(shè)置的周期時(shí)間內(nèi)沒(méi)有有效信號(hào)到來(lái)時(shí)，DS1232的RST和端將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)以強(qiáng)迫單片機(jī)復(fù)位。DS1232提供了可直接連接復(fù)位按鍵的輸入端PA（第1腳)，在該引腳上輸入低電平信號(hào)，將在RST和端輸出至少250ms的復(fù)位信號(hào)。這一功能對(duì)于防止由于干擾等原因造成的單片機(jī)死機(jī)是非常有

29、效的。DS1232還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)向單片機(jī)供電的電源電壓，當(dāng)電源電壓VCC低于預(yù)置值時(shí)，DS1232的第5腳和第6腳輸出互補(bǔ)復(fù)位信號(hào)RST和。預(yù)置值通過(guò)第3腳(TOL)來(lái)設(shè)定；當(dāng)TOL接地時(shí)，RST和信號(hào)在電源電壓跌落至4.75V以下時(shí)產(chǎn)生；當(dāng)TOL與VCC相連時(shí)，只有當(dāng)VCC跌落至4.5V以下時(shí)才產(chǎn)生RST和信號(hào)。當(dāng)電源恢復(fù)正常后，RST和信號(hào)至少保持250ms，以保證單片機(jī)的正常復(fù)位?？撮T(mén)狗定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間由DS1232的TD引腳確定，看門(mén)狗定時(shí)器的周期輸入信號(hào)ST可以從單片機(jī)的地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)或控制信號(hào)中獲得。不論哪種信號(hào)都必須能夠周期性的訪問(wèn)DS1232，對(duì)于MCS-51系列單片機(jī)，推

30、薦使用ALE信號(hào)。DS1232具有如下特點(diǎn)：具有8腳DIP封裝SOIC貼片封裝形式，可以滿(mǎn)足不同設(shè)計(jì)要求;在單片機(jī)失控狀態(tài)下可以停止和重新啟動(dòng)單片機(jī);單片機(jī)掉電或電源電壓瞬變時(shí)可自動(dòng)復(fù)位單片機(jī);精確的5或10電源供電監(jiān)視;不需要分立元件。其引腳如圖3-1所示。DS1232個(gè)引腳的功能如下：PA：按鍵復(fù)位輸入端; TD：看門(mén)狗定時(shí)器延時(shí)設(shè)置端； TOL：5或10電壓監(jiān)測(cè)選擇端；GND：電源接地端；RST：高電平有效復(fù)位輸出端；：低電平有效復(fù)位輸出端；ST：周期輸入端;VCC：電源。圖3-1 DS1232引腳圖本設(shè)計(jì)中，PA接開(kāi)關(guān)S3實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的按鍵復(fù)位功能。TOL與VCC相連，當(dāng)VCC跌落至4.

31、5V以下時(shí)才產(chǎn)生RST和信號(hào)。ST與AT89C51單片機(jī)的AEL/P相連，實(shí)現(xiàn)AT89C51對(duì)DS1232的時(shí)鐘周期輸入。RST與AT89C51單片機(jī)的RESET連接，由RST發(fā)出復(fù)位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)AT89C51單片機(jī)工作系統(tǒng)的復(fù)位功能。由晶振和DS1232看門(mén)狗芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)原理圖如圖3-2所示:圖3-2 AT89C51的最小系統(tǒng)圖3.2 溫濕度傳感器的選擇不管是我們?nèi)粘＞幼∩畹姆块g，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等領(lǐng)域，經(jīng)常需要對(duì)所處環(huán)境的溫濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。一般情況下，室內(nèi)室外環(huán)境中的溫度都在2045之間。所以選用智能

32、化的集成溫濕度傳感器芯片SHT11，足以滿(mǎn)足我們的設(shè)計(jì)要求。計(jì)量法中,濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。日常生活中所指的濕度為相對(duì)濕度，用RH表示。總而言之，濕度即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與相同情況下所含飽和水蒸氣(飽和水蒸氣壓)的百分比。濕度傳感器是指檢測(cè)外界環(huán)境濕度的傳感器，它將所測(cè)環(huán)境中的濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理，顯示，記錄的電（頻率）信號(hào)。濕度傳感器在倉(cāng)貯，工業(yè)生產(chǎn)，過(guò)程控制，環(huán)境監(jiān)測(cè)，家用電器，氣象等方面有著廣泛的應(yīng)用。溫度傳感器是指檢測(cè)外界溫度的傳感器，它將所測(cè)環(huán)境中的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理，顯示，記錄的電（頻率）信號(hào)等，在很多領(lǐng)域都有普遍的應(yīng)用。濕度、溫度傳感器是本

33、設(shè)計(jì)中核心的器件，其感濕感溫特性直接決定了本設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)。濕度傳感器的種類(lèi)有很多，大致可以分為物性型，結(jié)構(gòu)型，其他形式三大類(lèi)。物性型包括電解質(zhì)系，半導(dǎo)體及陶瓷系，聚合物系；結(jié)構(gòu)型包括毛發(fā)型，腸膜型；其他形式包括干濕球式，石英振子式，種子法式等等。溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)。前者是讓溫度傳感器直接與待測(cè)物體接觸，來(lái)檢測(cè)被測(cè)物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測(cè)物體離開(kāi)一定的距離。檢測(cè)從待測(cè)物體放射出的紅外線，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。在接觸式和非接觸式兩大類(lèi)溫度傳感器中，相比之下運(yùn)用較多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場(chǎng)合才使用。目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研

34、究工作中得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要是熱電傳感器。它是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參數(shù)隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)的裝置，其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱(chēng)熱電阻傳感器，金屬熱電阻式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)熱電阻，半導(dǎo)體熱電阻式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)熱敏電阻，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)變化的稱(chēng)為熱電偶傳感器。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在溫濕傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。溫濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代濕度/溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度溫度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。智能溫濕度傳感器（亦稱(chēng)數(shù)字溫濕度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。智能溫濕度度傳感器是微電子技

35、術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶，它也是集成溫濕度傳感器領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一種新產(chǎn)品。智能溫濕度度傳感器內(nèi)部都包含溫濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。智能溫濕傳感器芯片具有三個(gè)顯著特點(diǎn)：第一；能輸出溫濕度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫濕度控制量，適配各種微控制器；第二；能以最簡(jiǎn)方式構(gòu)成高性能、多功能的智能化溫濕度測(cè)控系統(tǒng)；第三；它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來(lái)測(cè)量濕度的方法，早已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜的多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。因此本設(shè)計(jì)選用智能溫濕度傳感

36、器芯片，實(shí)現(xiàn)溫濕度測(cè)量系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)。3.2.1 溫濕測(cè)量相關(guān)概念濕度和溫度很久以前就與人類(lèi)生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來(lái)進(jìn)行表示較為困難。濕度計(jì)測(cè)的歷史可以追溯到中國(guó)的天秤型(公元前179年)，這是最早的濕度計(jì)測(cè)。溫度計(jì)測(cè)可追溯到記載的希臘時(shí)代的溫度計(jì)?，F(xiàn)代科學(xué)對(duì)溫濕度做明確的定義和測(cè)量表示方法。絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝惑w積（1m3）的氣體中含有水蒸氣的質(zhì)量（g）。但是,即使水蒸氣量相同,由于溫度和壓力的變化氣體體積也要發(fā)生變化,即絕對(duì)濕度D發(fā)生變化。D為容積基準(zhǔn)。相對(duì)濕度：氣體中所含的水蒸氣（e）與氣體飽和時(shí)所含的水蒸氣（es）的比，用百分比表示。但是,溫度和壓力的變化導(dǎo)致飽和水蒸氣氣壓也將隨之

37、而變化。通常在工作和生活中我們使用的濕度即為相對(duì)濕度。飽和水蒸氣壓（Saturation Vapor Pressure）氣體中所含水蒸氣的量是有限度的,達(dá)到限度的狀態(tài)即可稱(chēng)之為飽和,此時(shí)的水蒸氣壓即稱(chēng)為飽和水蒸氣壓。此物理量亦隨著溫度,壓力的變化而變化,并且,0以下即使同一濕度,與水共存的飽和水蒸氣壓（esw）和與冰共存的飽和水蒸氣壓（esi）的值不同,通常所采用的是與水共存的飽和水蒸氣壓。各溫度對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣壓表在JIS-Z-8806卷中有記載。露點(diǎn)：溫度較高的氣體其所含水蒸氣也較多,將此氣體冷卻后,其所含水蒸氣的量即使不發(fā)生變化,但相對(duì)濕度也會(huì)增加。當(dāng)達(dá)到一定溫度、相對(duì)濕度達(dá)到100%飽

38、和,此時(shí),繼續(xù)進(jìn)行冷卻的話(huà),其中一部分的水蒸氣將凝聚成露。此時(shí)的溫度即為露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)在0以下結(jié)冰時(shí)即為霜點(diǎn)。3.2.2 溫濕度傳感器的選擇濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到2%5%Rh，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到2%3%Rh的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（1020）和潔凈的氣體中測(cè)量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，溫濕度傳感器使用時(shí)間一長(zhǎng)，容易產(chǎn)生老化，精度下降。所以選擇溫濕度傳感器就要考慮溫濕度傳感器的精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性，以及互換性。濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷。一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問(wèn)題

39、。溫濕度傳感器在使用過(guò)程中，由于受到環(huán)境的影響都會(huì)產(chǎn)生年漂移。一般情況下年漂移量控制在1%Rh水平的產(chǎn)品很少，一般都在2%Rh左右，甚至更高。目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號(hào)的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得的效果并不明顯。然而溫濕度傳感器的選擇是本設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。傳統(tǒng)的模擬式的溫濕度傳感器一般都要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路并需要經(jīng)過(guò)負(fù)復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過(guò)程，因此測(cè)量精度難以保證，且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。目前國(guó)際上新型傳感器正從模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

40、鑒于上述原因，本系統(tǒng)采用SHT11芯片測(cè)量溫濕度值。SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的基于CMOSensTM技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)完美的結(jié)合起來(lái)，從而發(fā)揮出它們強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。SHT11是一款新型的數(shù)字式溫濕度傳感器芯片。SHT11的外形尺寸僅為7.6（mm）5（mm）2.5（mm）,體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在溫室中做過(guò)精密標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量工程中可以對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)濕度，還能測(cè)量濕度和露點(diǎn)。測(cè)量相對(duì)的范圍是0100%，分辨率0.3%Rh。測(cè)量溫度的范圍-40

41、+123.8，分辨率為0.01。測(cè)量露點(diǎn)的精度1。在測(cè)量濕度、溫度時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。該芯片廣泛應(yīng)用于冷暖空調(diào)、汽車(chē)、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。采用SHT11進(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；另外SHT11芯片內(nèi)部集成了12、14位AD轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號(hào)輸出，因此抗干擾能力也比同類(lèi)芯片高。該芯片在溫濕度監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。SHT11的主要特性如下：將溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、IIC總線接口全部集成于一芯片（COMensTM技術(shù)）；可給出全校準(zhǔn)相對(duì)濕

42、度及溫度值輸出；帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線數(shù)字輸出接口；具有露點(diǎn)值計(jì)算輸出功能；具有卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；是只讀輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位；小體積（7.655.0823.5mm）,可表面貼裝；具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能；片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證100%互換性；電源電壓范圍為2.45.5V；電流消耗，測(cè)量時(shí)為550A,休眠時(shí)為3A；3.2.3 SHT11的工作原理SHT11的DATA引腳在SCK時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時(shí)鐘上升沿后有效，所以，AT89C51單片機(jī)可以在SCK高電平時(shí)讀出數(shù)據(jù)，而當(dāng)其向SHT11發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則必須保證DATA上的電平狀態(tài)在SCK高電平

43、段穩(wěn)定。在需要輸出高電平時(shí)，單片機(jī)將置為高阻狀態(tài)，由外部的上拉電阻將信號(hào)拉至高電平，從而實(shí)現(xiàn)高電平輸出。SHT11首先由兩個(gè)傳感器分別測(cè)量相對(duì)濕度和溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路放大后分別送到14位的ADC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過(guò)二線制的串行接口，將相對(duì)濕度和溫度的數(shù)據(jù)送至AT89C51單片機(jī)。最后利用AT89C51單片機(jī)完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。SHT11的引腳圖如圖3-3所示。圖3-3 SHT11的引腳圖SHT11各引腳功能如下：GED：接地端DATA：串行數(shù)據(jù)輸出/輸入端SCK ：串行口時(shí)鐘輸入端VDD ：接電源端NC：不連接SHT11的濕度檢測(cè)運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的“

44、微型結(jié)構(gòu)”檢測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來(lái)組成傳感器芯片的電容，除保持電容式的原有特性外，還可以抵御來(lái)自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體，因而測(cè)量精度較高且可得出露點(diǎn)，同時(shí)不產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。CMOSensTM技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號(hào)放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn)IIC總線等電路集成在一個(gè)芯片內(nèi)。SHT11傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在OTP內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器相連，可以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線IIC總線器件，從而將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合IIC總線協(xié)議的串行數(shù)

45、字信號(hào)。傳輸開(kāi)始：初始化傳輸時(shí)，應(yīng)首先發(fā)出“傳輸開(kāi)始”命令，該命令可在SCK為高電平時(shí)使DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個(gè)SCK為高時(shí)將DATA升高。接下來(lái)的命令順序包含三個(gè)地址（目前只支持“000”）和5個(gè)命令位，當(dāng)DATA腳的SCK位處于低電平時(shí)，表示SHT11正確接收到命令。連接復(fù)位順序：如果與SHT11傳感器的通訊中斷，下列信號(hào)順序會(huì)使串口復(fù)位：即當(dāng)DATA線處于高電平時(shí)，觸發(fā)SCK9次以上（含九次），此后接著發(fā)一個(gè)“傳輸開(kāi)始”命令。溫濕度測(cè)量時(shí)序：當(dāng)發(fā)出了溫濕度測(cè)量命令后，控制器就要等到測(cè)量完成。使用8/12/14位的分辨率測(cè)量分別需要大約11/55/210毫秒的時(shí)間。為表明測(cè)量

46、完成，SHT11會(huì)使數(shù)據(jù)線為低，此時(shí)單片機(jī)必須重新啟動(dòng)SCK,然后傳送兩字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)與1字節(jié)的校驗(yàn)碼?？刂破鞅仨毻ㄟ^(guò)使DATA為低來(lái)確認(rèn)每一個(gè)字節(jié)。通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒(méi)有用校驗(yàn)，則單片機(jī)就會(huì)在測(cè)量數(shù)據(jù)后保持SCK為高來(lái)停止通訊，SHT11在測(cè)量和通訊完成后會(huì)自動(dòng)返回睡眠模式。需要注意的是，為了使SHT11的溫升低于0.1，此時(shí)的工作頻率不能大于標(biāo)定的15%（如：12位精度時(shí)，每秒最多進(jìn)行三次測(cè)量） 低電壓檢測(cè),SHT11工作時(shí)可以自行檢測(cè)VDD電壓是否低于2.45V，準(zhǔn)確度為0.1V。下載校準(zhǔn)系數(shù):為了節(jié)省能量并提高速度,在每次測(cè)量前都要重新下載校準(zhǔn)系數(shù)，從而使每一次測(cè)量節(jié)省

47、8.2ms的時(shí)間。測(cè)量分辨率設(shè)定:將測(cè)量分辨率從14位（溫度）和12位（濕度）分別減到12位和8位可應(yīng)用于高速或低功耗場(chǎng)合。由于將傳感器與其它功能電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其它類(lèi)型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器芯片的抗干擾性能，保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。而A/D轉(zhuǎn)換同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì)干擾噪聲的敏感程度。其次在傳感器芯片內(nèi)部裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕度傳感器具有相同的功能，具有100%的互換性。最后，傳感器可直接通過(guò)IIC總線與任何類(lèi)型的單片機(jī)。3.2.4 SHT11的傳輸特性（1）濕度值輸出SHT11可通過(guò)IIC總線直接輸出數(shù)字量濕度

48、值，其相對(duì)濕度數(shù)字輸出特性曲線如圖3-4所示。圖3-4 SHT11傳感器相對(duì)濕度數(shù)字輸出特性曲線由圖3-4可以看出，SHT11的輸出特性呈一定的非線性，為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性，可以按如下公式修正濕度值： RHIinera=C1SORH+C2SORH+C3SORH2 (3-1)式中，SORH為傳感器相對(duì)濕度測(cè)量值，系數(shù)取值如下：12位：SORH：C1=4,C2=0.0405,C3=2.81068位：SORH：C1=4,C2=0.648,C3=7.2104（2）溫度值輸出由于SHT11溫度傳感器的線性度非常好，故可以用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值：T=d1+d2SOT。當(dāng)電源電壓位5

49、V，且溫度傳感器的分辨率為14位時(shí)，d1=-4，d2=0.01，當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12位時(shí)，d1=-40，d2=0.04。（3）露點(diǎn)計(jì)算空氣的露點(diǎn)值可根據(jù)相對(duì)濕度和溫度值得來(lái)，具體的計(jì)算公式如下：LogEW=0.66077+7.5/(273.3+T)+log(RH)-2 (3-2)Dp=(0.66077-LogEW)273.3/(LogEW-8.16077) (3-3)3.2.5 IIC總線簡(jiǎn)介對(duì)于較復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，元件與芯片之間短距離通信的物理線路往往比較多，這樣不僅增加了硬件應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度，而且也不利于系統(tǒng)穩(wěn)定性，成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)瓶頸。針對(duì)這一問(wèn)題，Philips公司提出

50、了IIC總線協(xié)議，IIC總線協(xié)議有效地解決了這一問(wèn)題。IIC(Inter-Integrated Circuit)總線是Philips公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接單片機(jī)及其外圍設(shè)備。由于IIC總線僅用于兩根信號(hào)線，并支持多主控工作方式，所以IIC總線在電子產(chǎn)品設(shè)備中應(yīng)用非常普遍。IIC總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IIC之間、進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速度100 kbit/s。IIC總線在傳送數(shù)據(jù)的過(guò)程中共有4種基本類(lèi)型信號(hào)，分別是：開(kāi)始信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)、應(yīng)答信號(hào)和結(jié)束信號(hào)。（a）開(kāi)始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始

51、傳送數(shù)據(jù)。所有的命令都必須在開(kāi)始條件以后進(jìn)行。（b）結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。所有的操作都必須在停止條件以前結(jié)束。IIC總線開(kāi)始和停止數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序圖如圖3-5所示。開(kāi)始 停止圖3-5 IIC總線開(kāi)始和停止數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖（c）數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)：在開(kāi)始條件以后，時(shí)鐘信號(hào)SCL的高電平周期期間，當(dāng)數(shù)據(jù)線穩(wěn)定時(shí)，數(shù)據(jù)線SDA的狀態(tài)表示數(shù)據(jù)有效，即數(shù)據(jù)可以被讀走，開(kāi)始進(jìn)行讀操作。在時(shí)鐘信號(hào)SCL的低電平周期期間，數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)才允許改變。每位數(shù)據(jù)需要一個(gè)時(shí)鐘脈沖。數(shù)據(jù)線保持 允許數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定數(shù)據(jù)有效圖3-6 IIC總線有效數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖（d）應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的S

52、HT11收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的單片機(jī)發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。這要求單片機(jī)必須產(chǎn)生一個(gè)與確認(rèn)位相應(yīng)的額外時(shí)鐘脈沖(第9個(gè)脈沖)。若單片機(jī)確認(rèn)失敗，單片機(jī)必須發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)束信號(hào)給從器件。這時(shí)SHT11必須使SDA線保持高電平，使單片機(jī)能產(chǎn)生停止條件。IIC數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)應(yīng)答時(shí)序圖如圖3-6所示。3.3 溫濕度測(cè)量回路的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)采用了四個(gè)SHT11芯片。由于AT89C51單片機(jī)不具備IIC總線接口，所以只能單片機(jī)通過(guò)I/O口線來(lái)虛擬IIC總線。用P16來(lái)虛擬數(shù)據(jù)線DATA, P17口線來(lái)虛擬時(shí)鐘線SCK，并接上4.7K的上來(lái)電阻。SHT11溫濕度芯片通過(guò)兩個(gè)

53、虛擬的IIC總線接連接在AT89C51單片機(jī)的P16和P17口上。電源VCC和接地GND端接入一個(gè)0.4微法的去耦電容。濾除回路產(chǎn)生的耦合電流。電源接上上拉電阻后，連在兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)后分別接在單片機(jī)的P10和P11口。開(kāi)關(guān)SW1是切換溫度和濕度測(cè)量的。SW2是控制轉(zhuǎn)換四個(gè)SHT11工作的。SHT11首先由溫度傳感器、濕度傳感器分別檢測(cè)出相對(duì)濕度和溫度信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)內(nèi)部的放大電路放大后分別送到ADC中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過(guò)二線制的串行接口，將相對(duì)濕度和溫度的數(shù)據(jù)送至AT89C51單片機(jī)，再利用AT89C51單片機(jī)完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。當(dāng)測(cè)量控制系統(tǒng)發(fā)出溫濕度測(cè)量命令以后，使用8/

54、12/14位的分辨率測(cè)量分別需要大約11/55/210毫秒的時(shí)間。為表明測(cè)量完成，SHT11會(huì)使數(shù)據(jù)線為低，此時(shí)AT89C51單片機(jī)必須重新啟動(dòng)SCK,然后傳送兩字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)。AT89C51單片機(jī)必須通過(guò)使DATA為低來(lái)確認(rèn)每一個(gè)字節(jié)。通訊在確認(rèn)后停止。SHT11在測(cè)量和通訊完成后會(huì)自動(dòng)返回睡眠模式。需要注意的是，為使SHT11的溫升低于0.1，此時(shí)的工作頻率不能大于標(biāo)定的15%。由SHT11和AT89C51單片機(jī)組成的測(cè)量回路如圖3-7所示。圖3-7 測(cè)量回路電路圖3.4 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路作為常用的現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)接口，尤其是作為測(cè)量數(shù)據(jù)的智能儀表，顯示電路的設(shè)計(jì)是不可缺少的。作為溫濕度測(cè)量系

55、統(tǒng)，顯示電路的設(shè)計(jì)也不例外。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，不僅要顯示測(cè)量的溫濕度值，而且還有不同的溫濕度報(bào)警參數(shù)，故而顯示器的設(shè)計(jì)是十分必要的。顯示器是最常用的輸出設(shè)備。顯示器件使用最多的是發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）。因?yàn)樗鼈兌季哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電少、價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能儀表場(chǎng)合，尤其是單片機(jī)系統(tǒng)中大量應(yīng)用?？紤]到使用環(huán)境的特點(diǎn)（工作溫度、光線等），在本設(shè)計(jì)中我們選用LED數(shù)碼管顯示。AT89C51單片機(jī)的P2口的前四位作為L(zhǎng)ED顯示器的位顯示連選接口。通過(guò)位選信號(hào)送點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。AT89C51單片機(jī)的P0口作為L(zhǎng)ED顯示器

56、的字型碼輸入口。點(diǎn)亮的發(fā)光二極管顯示出相應(yīng)的數(shù)字。3.4.1 LED的兩種接法LED數(shù)碼顯示器有兩種接法：將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起，稱(chēng)為共陽(yáng)極法；而將所有的發(fā)光二極管的陰極連在一起，稱(chēng)為共陰極發(fā)法。當(dāng)選用共陰極的LED顯示器時(shí)，所有的發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極加上高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管點(diǎn)亮。因此要顯示某字形就應(yīng)使此字形的相應(yīng)段的二極管點(diǎn)亮，實(shí)際上就是送一個(gè)用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)（顯示碼）來(lái)控制LED的顯示，字?jǐn)?shù)據(jù)稱(chēng)為字符的段碼或成為字型碼。共陰極的LED，被選中時(shí)的段為高電平有效，熄滅的段碼為低電平。共陽(yáng)極的LED，被選中的段為低電平有效，熄滅的段碼為高電平。3.4.2 LED的兩種顯示方法點(diǎn)亮LED顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字符時(shí)，