基于單片機溫濕度測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計

1、 綜合實訓(xùn)河南機電高等?？茖W(xué)校綜合實訓(xùn)論文實訓(xùn)題目：基于單片機溫濕度測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計 系部：電子通信工程系 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 班級：應(yīng)電113班 姓名：蘇寶華 學(xué)號：110415230 2013年10月日 摘 要 溫濕度的測量應(yīng)用范圍是很廣的，對溫濕度測量系統(tǒng)的研究也具有深遠(yuǎn)意義，本課題針對國內(nèi)外對溫濕度測量系統(tǒng)的研究與發(fā)展?fàn)顩r，分析了目前溫濕度測量系統(tǒng)存在的主要問題，設(shè)計了一種基于單片機的溫濕度測量系統(tǒng)，對某些有著特殊要求溫度和濕度的場合實現(xiàn)長期、穩(wěn)定、定時、自動的檢測。本設(shè)計主要由硬件電路和軟件電路兩部分組成，系統(tǒng)通過溫濕度檢測電路，把采集到的信號傳給單片機，通過單片機來處理采集到的

2、信號并通過LCD顯示出來，如果溫濕度過高或過低，報警電路會自動報警。它以AT89C52單片機為核心，采用SHT11集成溫濕度傳感器實現(xiàn)一種智能、快捷、方便的溫濕度測量系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由溫濕度檢測電路、時鐘電路、LCD顯示電路、鍵盤電路、報警電路和單片機等組成。設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、功耗較低、抗干擾能力強、總體性能比較好，符合了智能儀器儀表小型化的潮流，為今后開發(fā)高性能和商品化的溫濕度測量儀器奠定了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞 單片機，溫濕度，SHT11傳感器I目 錄摘要.目錄緒論. 1第1章. 1 1.1 概述. 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀1 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀1 1

3、.3 溫濕度檢測的發(fā)展?fàn)顩r以及存在的問題1 1.4 課題研究的主要內(nèi)容2第2章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計. .4 2.1 AT89C52單片機介紹.4 2.2 溫濕度測量電路的設(shè)計.9 2.2.1 SHT11簡介9 2.2.2 SHT11主要性能特點9 2.2.3 SHT11工作原理10 2.2.4 SHT11輸出特性10 2.2.5 運行條件11 2.2.6 安裝注意事項11 2.2.7 SHT11與單片機連接12 2.3 LCD顯示電路設(shè)計12 2.3.1 LCD1602簡介12 2.3.2 LCD1602的特性12 2.3.3 LCD1692引腳功能13 2.3.4 指令集13 2.3.5 LC

4、D1602與單片機連接14 2.4 時鐘電路設(shè)計15 2.4.1 DS1302簡介15 2.4.2 DS1302工作原理15 2.4.3 DS1302結(jié)構(gòu)及引腳功能15 2.4.4 DS1302與單片機連接16 2.5 鍵盤電路設(shè)計17 2.5.1 鍵盤工作原理17 2.5.2 獨立式鍵盤與單片機的連接18 2.6 報警電路設(shè)計18 2.7 抗干擾措施19第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計21 3.1 系統(tǒng)總體流程圖21 3.2 溫濕度采集模塊軟件設(shè)計22 3.3 LCD顯示模塊軟件設(shè)計24 3.4 時鐘模塊軟件設(shè)計28 3.5 報警電路軟件設(shè)計28第4章 仿真與調(diào)試30 4.1 電氣原理圖30 4.2 部

5、分參考程序30 4.3 仿真結(jié)果44結(jié)束語49致謝50參考文獻(xiàn)51III 第1章 緒論1.1 概述溫濕度測量是現(xiàn)代檢測技術(shù)的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品量，節(jié)約資源和安全生產(chǎn)方面起著非常重要的作用。因此，能夠確?？焖?、準(zhǔn)確的測量溫濕度的技術(shù)及其裝置受到各國的重視。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及其工業(yè)化的進(jìn)步，溫度和濕度不僅僅變現(xiàn)在以上幾個方面直接或間接影響人類基本生活條件，還表現(xiàn)在對生物用品、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)研究、國防建設(shè)等方面的影響。針對以上情況，實現(xiàn)對溫濕度的準(zhǔn)確可靠測量顯的尤其重要。近年來，利用智能化數(shù)字式溫濕度傳感器以及實現(xiàn)溫濕度信息的在線檢測已成為溫濕度檢測技術(shù)的一種發(fā)展趨勢。本文介紹

6、的溫濕度檢測系統(tǒng)，以智能化數(shù)字化溫濕度傳感器與52單片機有機結(jié)合，構(gòu)成一種溫濕度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有性能可靠、測溫準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、抗干擾能力強等優(yōu)點，可在工程實際中得到廣泛應(yīng)用。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀國外對溫濕度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀器，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫濕度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對于溫濕度測控技術(shù)的研究較晚，

7、始于20世紀(jì)80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家溫濕度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫濕度室內(nèi)微機控制技術(shù)，該技術(shù)權(quán)限于對溫濕度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫濕度測控設(shè)施計算機應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國家相比，存在較大差距。我國溫濕度測量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實際中任然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性等特點。1.3 溫濕度檢測的發(fā)展?fàn)顩r以及存在的問題傳統(tǒng)的溫度和濕度檢測系

8、統(tǒng)主要有以下幾種：（1） 水汽壓（e）：是水汽在大氣總壓力中的分壓力。它表示了空氣中水汽的絕對含量的大小，以毫巴為單位。（2） 相對濕度（rh）：濕空氣中實際水汽壓e與同溫度下飽和水汽壓E的百分比，相對濕度的大小能直接表示空氣距離飽和的相對程度。空氣完全干燥時，相對濕度為零。相對濕度越小，表示當(dāng)時空氣越干燥。當(dāng)相對濕度接近于100%時，表示空氣很潮濕，越接近于飽和。（3） 露點（或霜點）溫度：指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。（4） 干濕球溫度表：用一對并列裝置、形狀完全相同的溫度表，一支測氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。（5）

9、濕度表（計）：利用脫脂人發(fā)（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時伸長，干燥時縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器，它的測濕精度較差，毛發(fā)濕度表通常在氣溫低于10時使用。（6） 電阻式濕度片：利用吸濕膜片隨濕度變化改變其電阻值的原理，常用的有碳膜濕敏電阻和氯化鋰濕度片兩種。前者用高分子聚合物和導(dǎo)電材料碳黑，加上粘合劑配成一定比例的膠狀液體，涂覆到基片上組成的電阻片；后者是在基片上涂上一層氯化鋰酒精溶液，當(dāng)空氣濕度變化時，氯化鋰溶液濃度隨之改變從而也改變了測濕膜片的電阻。（7） 薄膜濕敏電容：是以高分子聚合物為介質(zhì)的電容器，因吸引（或釋放）水汽而改變電容值。它制作精巧，性能優(yōu)良，常用在探空儀和遙測中。（

10、8） 露點儀：能直接測出露點溫度的儀器。使一個鏡面處在樣品濕空氣中降溫，直到鏡面上隱現(xiàn)露滴（或冰晶）的瞬間，測出鏡面平均溫度，即為露（霜）點溫度。它測濕精度高，但需光潔度很高的鏡面，精度很高的溫控系統(tǒng)，以及靈敏度很高的露滴（冰晶）的光學(xué)探測系統(tǒng)。使用時必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔，否則管道內(nèi)的雜質(zhì)將吸收或放出水分造成測量誤差。隨著智能檢測系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)將多傳感器系統(tǒng)結(jié)合在一起。如何把多傳感器集中于一個檢測控制系統(tǒng)，綜合利用來自多傳感器的信息，獲得對被測對象的可靠了解和解釋，以利于系統(tǒng)做出正確的響應(yīng)、決策和控制，是智能檢測控制系統(tǒng)中需要解決的首要問題。在溫濕度要求

11、嚴(yán)格的場合，利用多傳感技術(shù)可以提高系統(tǒng)的可靠性和精度，亦可以提高系統(tǒng)的時間空間的覆蓋范圍。1.4 課題研究的主要內(nèi)容本設(shè)計主要作了如下幾個方面：一是確定系統(tǒng)的總體功能設(shè)計方案；二是進(jìn)行自能傳感器的硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計；三是單片機及通信接口的硬件電路及軟件系統(tǒng)設(shè)計。本課題針對這些弱點，利用52單片機為核心，連接電源模塊（USB接口）、溫濕度采集與轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、鍵盤控制模塊、時鐘模塊、報警模塊及其附屬電路，以實現(xiàn)對溫濕度的精度、穩(wěn)定的測量。本系統(tǒng)具有溫、濕度測量精度高、功能高、體積小、價格低、簡單靈活等優(yōu)點，能很好的滿足工農(nóng)業(yè)工藝要求。第2章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計本系統(tǒng)硬件部分：AT8

12、9C52單片機、溫濕度測量電路、鍵盤電路、時鐘電路、LCD顯示電路、報警電路以及其它附屬電路的設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計的整體框圖如下圖所示。 系統(tǒng)設(shè)計的整體框圖2.1 AT89C52單片機介紹AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)檫寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部

13、RAM，32個I/O口線，3個16為定時計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信接口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)點工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部門工作直到下一個硬件復(fù)位。主要特征：·與MCS52兼容·8K字節(jié)可重復(fù)擦寫FLASH閃速存儲器·1000次寫/擦循環(huán)周期 ·全靜態(tài)工作：0Hz24MHz·三級加密程序存儲器鎖存·256×

14、8位內(nèi)部RAM·32個可編程I/O線·3個16位定時器/計數(shù)器·8個中斷源·可編程串行UART通道·低功耗的閑置和掉電模式管腳說明：VCC：供電電壓GND：接地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作用輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校檢時，輸出指令字節(jié)，校檢時，要求外接上拉電阻。P1口

15、： P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL，邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見下表Flash編程和程序校檢期間，P1接收低8位地址。引腳號功能特性P1.0T2，時鐘輸出P1.1T2EX（定時、計數(shù)器2）P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P2的輸出緩沖級可

16、驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXRI）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校檢時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們

17、被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校檢的控制信號。RST：復(fù)位輸出。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘震蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該

18、引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。

19、需注意的事：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。外接晶體引腳XTAL1、XTAL2：當(dāng)使用單片機內(nèi)部振蕩器電路時，這兩個引腳用來外接石英晶體和微調(diào)電容，如下圖所示。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，XTAL1引腳接地，XTAL2接片外振蕩

20、脈沖輸入（帶上拉電阻）；對于CHMOS單片機，XTAL2引腳接地，XTAL1接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻），如下圖所示。外接晶體電路復(fù)位方式 MCS52單片機有一個復(fù)位引腳RET，高電平有效。在時鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得RST端出現(xiàn)2個機器周期（24個時鐘周期）以上的高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，如下圖。MCS52復(fù)位電路2.2 溫濕度測量電路的設(shè)計2.2.1 SHT11簡介SHT11時瑞士Sensirion公司推出的基于COMSEnsTM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)結(jié)合起來，從而發(fā)揮出它們強大的優(yōu)勢互補作用。2.2.2 S

21、HT11主要性能特點·將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線接口全部集成于一芯片（COMSEnsTM技術(shù)）·可給出全校準(zhǔn)相對濕度和溫度值輸出·帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線數(shù)字輸出接口·具有露點值計算輸出功能·具有卓越的長期穩(wěn)定性·濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12位和8位·小體積（7.65×5.08×23.5mm），可表面貼裝 ·具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗功能 ·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2.4-5.5V&

22、#183;電流消耗，測量時550uA，平均為28uA，休眠時為3uASHT11溫濕度傳感器采用SMD（Lcc）表面貼片封裝形狀，管腳排列如下圖，其引腳說明如下：由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起。該傳感器具有比其它的溫濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號強度的增加增強了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性，而A/D轉(zhuǎn)換的同時完成，則降低了傳感器對干擾噪聲的敏感程度。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只溫濕度傳感器都具有相同的功能，即具有100%的互換性。最后，傳感器可直接通過I2C總線與任何類型的微處理器、微控制器系連接，節(jié)省了單片機的I/O接口線，降低了成本。 （1）GN

23、D：接地端 （2）DATA：雙向串行數(shù)據(jù)線 （3）SCK：串行時鐘輸入 （4）VDD：0.4V5.5V電源端 （5）NC：空管腳 2.2.3 SHT11工作原理 SHT11的濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的微型結(jié)構(gòu)檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而測量精度較高且可精確得出露點，同時不會產(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，而且還將信號放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn)I

24、2C總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)。SHT11傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖示。SHT11的每一個傳感器都是在極為精確的濕度室中校準(zhǔn)的。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)的相對濕度和溫度傳感器與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器相連，可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線I2C總線器件，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合I2C總線協(xié)議的串行數(shù)字信號。 SHT11傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2.2.4 SHT11輸出特性（1） 濕度值輸出SHT11可通過I2C總線直接輸出數(shù)字量濕度值，其相對濕度數(shù)字輸出特性曲線?？煽闯鯯HT11的輸出特性呈一定的非線性，為了補償濕度傳感器的非線性，可按如下公式修正濕度值：RHIin

25、ear=c1+c2S0RH+C3S0RH式中，SORH為傳感器相對測量值，系數(shù)取值如下：12位：SORH：c1=-4，c2=0.0405,c3=-2.8×10-68位：SORH：c1=-4,c2=0.648,c3=-7.2×10-4（2） 溫度值輸出 由于SHT11溫度傳感器的線性非常好，故可用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實際溫度值：T=d1+d2SOT當(dāng)電源電壓為5V，且溫度傳感器的分辨率為14位時，d1=-40,d2=0.01,當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12位時，d1=-40,d2=0.04.（3） 露點計算空氣的露點值可根據(jù)相對濕度和溫度值來得出，具體的計算公式如下：Lo

26、gEW=(0.66077+7.5T/(237.3+T)+log10(RH)-2)Dp=(0.66077-logEW)×237.3/(logEW-8.16077)2.2.5 運行條件測量量程以外的溫度會使?jié)穸刃盘枙簳r地偏移+3%。然后傳感器會慢慢返回到校準(zhǔn)調(diào)教。若將芯片在濕度小于5%環(huán)境下加熱24小時到90，芯片就會迅速恢復(fù)高相對濕度、高溫度環(huán)境的影響，但是，延長強度條件會加速芯片的老化。2.2.6 安裝注意事項由于大氣的相對濕度與溫度的關(guān)系比較密切，因此，測量大氣溫度時的要點是將傳感器與大氣保持同一溫度，如果傳感器線路板上有發(fā)熱元件，SHT11應(yīng)與熱源保持良好的通風(fēng)，為減少SHT11

27、和PCB之間的熱傳達(dá)，應(yīng)使銅導(dǎo)線最細(xì)并在其中加上窄縫，同時應(yīng)避免使傳感器在強光或UV下曝曬。傳感器在布線時，SCK和DATA信號平坦且相互接近，或信號線長于10cm時，均會產(chǎn)生干擾信息，此時應(yīng)在兩組信號之間放置VDD或GND。2.2.7 SHT11與單片機連接 SHT11與單片機連接電路圖2.3 LCD顯示電路設(shè)計2.3.1 LCD1602簡介1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5×7或者5×11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作

28、用，正因為如此所以他不能顯示圖形。2.3.2 LCD1602的特性·1602液晶顯示器為若干5×8或5×11的點陣顯示字符。每個點陣塊為一個字符位，字符間距和行距都為一個點的寬度·1602液晶主控制驅(qū)動電路為HD44780或其他全兼容電路·提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能·具有字符發(fā)生器的ROM可顯示192種字符（160個5×7點陣字符和32個5×10點陣字符）·有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM·內(nèi)建有192個5×7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM&

29、#183;8個可由用戶自定義的5×7的字符發(fā)生器CGROM2.3.3 LCD1602引腳功能引腳號引腳名電平輸入/輸出作用1Vss電源地2Vcc電源（+5V）3Vee對比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令1=輸出數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)1=從LCD讀取數(shù)據(jù)6E1，10輸入使能信號，1時讀取信號，10（下降沿）執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線Line0（最低位）8DB10/1數(shù)據(jù)總線Line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線Line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線Line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線Line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總

30、線Line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線Line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線Line7（最高位）15DB8+VccLCD背光電源負(fù)極16DB9接地LCD背光電源正極2.3.4 指令集1602通過D0-D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置：（初始化） 0011 00000×38設(shè)置16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置：（初始化） 0000 1DCB D顯示（1有效）、C光標(biāo)顯示（1有效）、B光標(biāo)閃爍（1有效） 0000 01NS N=1（讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1&光標(biāo)加1）， N=0（讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減

31、1&光標(biāo)減1）， S=1 且 N=1（當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動） S=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼（0-27H，40-67H）其他設(shè)置： 01H（顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0）；02H（顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0）。2.3.5 LCD1602與單片機連接LCD1602與單片機連接2.4 時鐘電路設(shè)計2.4.1 DS1302簡介DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低消耗、帶RAM的實時時鐘電路，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2

32、.5V-5.5V。采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。2.4.2 DS1302工作原理DS1302工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳（RST）置位高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸入數(shù)據(jù)，寫

33、操作時輸出數(shù)據(jù)，時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8（8位地址+8位數(shù)據(jù)），在多字節(jié)方式下最多可達(dá)248位的數(shù)據(jù)。2.4.3 DS1302結(jié)構(gòu)及引腳功能下圖（a）為DS1302引腳排列圖，(b)為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （a） (b)·Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。·X1和X2是振蕩源，外接32.768KHz晶振。·RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，R

34、ST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦呓M態(tài)。上電運行時，在Vcc2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置位高電平。·SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出·I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線·CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間必須為高，該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；第二，CE提供結(jié)束單字

35、節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?.4.4 DS1302與單片機連接DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK（7）、I/O（6）、RST（5）。Vcc2為備用電源，外接一個32.768KHz的晶振。下圖為DS1302與52單片機的連接圖。 DS1302與52單片機的連接2.5 鍵盤電路設(shè)計2.5.1 鍵盤工作原理鍵盤實際上是一組按鍵開關(guān)的集合，平時按鍵開關(guān)總是處于斷開狀態(tài)，當(dāng)按下鍵時它才閉合。它的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生的波形如下圖所示。 鍵盤開關(guān)及波形2.5.2 獨立式鍵盤與單片機的連接獨立式鍵盤就是個按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根I/O接口線，每根I/O接口線都不會影響其它I/O接口線。因此，通過檢測

36、I/O接口線的電平狀態(tài)就可以容易的判斷出哪個按鍵被按下了。本次設(shè)計只需用到五個鍵，所以采用獨立式鍵盤，在程序設(shè)計中采用查詢方式來判別是否有鍵按下。SH為濕度限設(shè)置鍵、ST為溫度限設(shè)置鍵、V+為加一鍵、V-為減一鍵、RE為返回鍵。如下圖 獨立式鍵盤2.6 報警電路設(shè)計在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了生產(chǎn)的安全，在緊急情況或參數(shù)指標(biāo)超限時要進(jìn)行及時的報警，以便操作人員及時修改一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，采取緊急措施，確保生產(chǎn)的安全性。其方法是將檢測值與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果高于上限值或低于下限值則進(jìn)行報警，否則就正常顯示。本報警系統(tǒng)的設(shè)計由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，如下圖所示，當(dāng)P3.1輸出高電平，則蜂鳴器

37、鳴叫，當(dāng)P3.1輸出低電平，則蜂鳴器停止。TH為溫度上限指示燈，當(dāng)溫度超過設(shè)定的上限值，P3.3輸出高電平，TH發(fā)光，同時P3.1輸出高電平，蜂鳴器鳴叫；TL為溫度下限提示燈，當(dāng)溫度超過設(shè)定的下限值，P3.4輸出高電平，TL發(fā)光，同時P3.1輸出高電平，蜂鳴器鳴叫；HH為濕度上限提示燈，當(dāng)濕度超過設(shè)定的上限值，P3.5輸出高電平，HH發(fā)光，同時P3.1輸出高電平，蜂鳴器鳴叫；HL為濕度下限提示燈，當(dāng)濕度超過設(shè)定的下限值，P3.6輸出高電平，HL發(fā)光，同時P3.1輸出干電平，蜂鳴器鳴叫。 報警電路與單片機接口2.7 抗干擾措施 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境往往都是具有多種干擾源的場所，為提高系統(tǒng)的可

38、靠性和精確性，抗干擾措施在硬件系統(tǒng)設(shè)計中顯得的尤為重要。根據(jù)干擾源引入的途徑，抗干擾措施可以從以下幾個方面考慮：（1） 電源供電系統(tǒng)為了克服電網(wǎng)及系統(tǒng)自身的干擾，可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓、線濾波器、穩(wěn)壓電路各級濾波等抗干擾措施。（2） 電路上的考慮為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，在硬件電路設(shè)計時，應(yīng)采取一系列的抗干擾措施：a） 大規(guī)模IC芯片電源供電端都應(yīng)加高高頻濾波電容，根據(jù)負(fù)載電流的情況，在各級供電節(jié)點還應(yīng)加足夠容量的退耦電容；b） 開關(guān)量I/O通道與外界的隔離可采用光電耦合器件，特別是與繼電器、可控硅等連接的通道，一定要采取隔離措施；c） 可采用CMOS器件提高工作電壓（如+15V），這樣干

39、擾門限也相應(yīng)提高；d） 傳感器后綴的變送器盡量采用電流式傳輸方式，因電流型比電壓型抗干擾能力強；e） 電路應(yīng)有合理的布線及接地方法；f） 與環(huán)境干擾的隔離可采用屏蔽措施。本章中確定了系統(tǒng)的設(shè)計總體方案，溫濕度測量所用到的方法，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制方案。還具體介紹了各模塊設(shè)計方案，初步明確了系統(tǒng)的研制方法。此處還考慮到了系統(tǒng)設(shè)計中所遇到的干擾和消除干擾的方式，為系統(tǒng)進(jìn)一步的設(shè)計做好了準(zhǔn)備。 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計在單片機系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合，為提高設(shè)計的通用性，必須根據(jù)具體的硬件電路來設(shè)計與之相對應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到軟件設(shè)計的難易，軟件設(shè)計的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。

40、本課題軟件部分設(shè)計方法與硬件部分設(shè)計相對應(yīng)，同樣采用模塊化的思路，將該部分設(shè)計分成不同的程序模塊，分別進(jìn)行編譯、調(diào)試、最后通過主程序?qū)⒏髂K連接起來。這樣有利于程序的修改和調(diào)試，增強了程序的可移植性。本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括：溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊、時鐘模塊、LCD顯示模塊、鍵盤模塊等。3.1 系統(tǒng)總體流程圖 系統(tǒng)總體流程圖當(dāng)單片機上電復(fù)位后，LCD會顯示當(dāng)前的時間和溫度、濕度，按下相應(yīng)的功能按鍵，可以調(diào)整時間和溫濕度的設(shè)定值。系統(tǒng)的總體流程圖如上圖示。3.2 溫濕度采集模塊軟件設(shè)計SHT11傳感器共有5條用戶命令，具體命令格式見下表所列。下面介紹一下具體的命令順序及命令時序。表1 SHT11傳感器

41、命令列表命令編碼說明測量溫度00011溫度測量測量濕度00101濕度測量讀寄存器狀態(tài)00111“讀”寄存器狀態(tài)寫寄存器狀態(tài)00110“寫”寄存器狀態(tài)軟啟動11110重啟芯片，清除狀態(tài)記錄器的錯誤記錄11毫秒后進(jìn)入下一個命令（1） 傳輸開始初始化傳輸時，應(yīng)首先發(fā)出“傳輸開始”命令，該命令可在SCK為高時使DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個SCK為高時將DATA升高。接下來的命令順序包含三個地址位（目前只支持“000”）和5個命令位，當(dāng)DATA腳的SCK位處于低電平時，表示SHT11正確收到命令。（2） 連接復(fù)位順序如果與SHT11傳感器的通訊中斷，下列信號順序會使串口復(fù)位：即當(dāng)DATA線處于

42、高電平時，觸發(fā)SCK9次以上（含9次），次后應(yīng)該看發(fā)一個“傳輸開始”命令。表2 SHT11狀態(tài)寄存器類型及說明位類型說明缺省7保留06讀工檢限（低電壓檢查）X5保留04保留03只用于試驗，不可以使用02讀/寫加熱0關(guān)1讀/寫不從OTP重下載0重下載0讀/寫1=8相對濕度，12位溫度分辨率。0=12位相對濕度，14位濕度分辨率（3） 溫濕度測量時序當(dāng)發(fā)生了溫（濕）度測量命令后，控制器就要等到測量完成。使用8/12/14位的分辨率測量分別需要大約11/55/210ms的時間。為表明測量完成，SHT11會使數(shù)據(jù)線為低，此時控制器必須重新啟動SCK。然后傳送兩字節(jié)的測量數(shù)據(jù)與1字節(jié)的CRC校檢和?？刂?/p>

43、器必須通過使DATA為低來確認(rèn)每一個字節(jié)，所有的量均從右算MSB列于第一位。通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC-8校驗和，則控制器就會在測量數(shù)據(jù)LSB后保持ack為高來停止通訊，SHT11在測量和通訊完成后會自動返回睡眠模式。需要注意的是，為使SHT11的溫度低于0.1。此時的工作頻率不能大于標(biāo)定值的15%（如：12位精確度時，每秒最多進(jìn)行3次測量）。溫濕度采集模塊程序流程如下圖示。 溫濕度采集模塊程序流程圖3.3 LCD顯示模塊軟件設(shè)計LCD控制器總共有11條指令，它們的格式和功能如下：（1） 清屏命令 格式：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000000

44、0001 功能：清除屏幕，將顯示緩沖區(qū)DDRAM的內(nèi)容全部寫入空格（ASCII20H） 光標(biāo)復(fù)位，回到顯示器的左上角 地址計數(shù)器AC清零（2） 光標(biāo)復(fù)位命令 格式：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000000001X 功能：光標(biāo)復(fù)位，回到顯示器的左上角 地址計數(shù)器AC清零 顯示緩沖區(qū)DDRAM的內(nèi)容不變（3） 輸入方式設(shè)置命令 格式：RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000001I/DS 功能：設(shè)定當(dāng)寫入一個字節(jié)后，光標(biāo)的移動方向以及后面的內(nèi)容是否移動 當(dāng)I/D=1時，光標(biāo)從左向右移動；當(dāng)I/D=0時，光標(biāo)從右向左移動 當(dāng)S=1，內(nèi)容移動；

45、當(dāng)S=0，內(nèi)容不移動（4） 顯示開關(guān)控制命令 格式：RSR/WDBDBDBDBDBDBDBDB0000001DCB 功能：控制顯示的開關(guān)，當(dāng)D=1時顯示，D=0時不顯示 控制光標(biāo)開關(guān)，當(dāng)C=1時光變顯示，C=0時光標(biāo)不顯示 控制字符是否閃爍，當(dāng)B=1時字符閃爍，B=0時字符不閃爍（5） 光標(biāo)移位置命令 格式：RSR/WDBDBDBDBDBDBDBDB000001S/CR/LXX 功能：移動光標(biāo)或整個顯示字幕移位 當(dāng)S/C=1時整個顯示字幕移位，S/C=0時只光標(biāo)移位 當(dāng)R/L=1時光標(biāo)右移，R/L時光標(biāo)左移（6） 功能設(shè)置命令 格式：RSR/WDBDBDBDBDBDBDBDB00001DLNF

46、XX 功能：設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)，當(dāng)DL=1時數(shù)據(jù)位為8位，DL=0時數(shù)據(jù)位為4位 設(shè)置顯示行數(shù)，當(dāng)N=1時雙行顯示，N=0時單行顯示 設(shè)置字形大小，當(dāng)F=1時5×10點陣，F(xiàn)=0時5×7點陣（7） 設(shè)置字庫CGRAM地址命令 格式： 功能：設(shè)置用戶自定義CGRAM的地址，對用戶自定義CGRAM訪問時，要先設(shè) 定CGRAM的地址，地址范疇為063（8） 顯示緩沖區(qū)DDRAM地址設(shè)置命令 格式： 功能：設(shè)置當(dāng)前顯示緩沖區(qū)DDRAM的地址，對DDRAM訪問時，要先設(shè)定DDRAM 的地址，地址范疇為0127（9） 讀忙標(biāo)志及地址計數(shù)器AC命令 格式： 功能：讀忙標(biāo)志及地址計數(shù)器AC命令 當(dāng)BF=1時表示忙，這時不能接收命令和數(shù)據(jù)，BF=0時表示不忙 低7位為讀出的AC的地址，值為0127（10） 寫DDRAM或CG