【文章內(nèi)容簡介】 SCK 用于微處理器與 SHT10 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯， 基于單片機溫濕度顯示報警系統(tǒng)設(shè)計 第 18 頁（共 43 頁） 因而不存在最小 SCK頻率。 （ 3）串行數(shù)據(jù) DATA DATA 引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于讀取傳感器數(shù)據(jù) . 當(dāng)向傳感器發(fā)送命令時 , DATA 在 SCK 上升沿有效且在 SCK 高電平時必須保持穩(wěn)定。 DATA 在 SCK 下降沿之后改變。為確保通訊安全， DATA 的有效時間在 SCK 上升沿之前和下降沿之后應(yīng)該分別延長至 TSU and THO – 參見圖 11。 當(dāng)從傳感器讀取數(shù)據(jù)時 , DATA TV 在 SCK 變低以后有效，且維持到下一個 SCK 的下降沿 。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動DATA 在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如： 10kΩ）將信號提拉至高電平。上拉電阻通常已包含在微處理器的 I/O 電路中加重的 DATA線由傳感器控制 ,普通的DATA 線 由單片機控制 . 有效時間依據(jù) SCK 的時序 . 圖 13 時序圖 圖 14 啟動傳輸時序圖 后續(xù)命令包含三個地址位（目前只支持 000‖），和五個命令位。 SHT1x 會以下過程論述 第 19 頁（共 43 頁） 述方式表示已正確地接收到指令：在第 8 個 SCK 時鐘的 下降沿之后，將 DATA 下拉為低電平（ ACK 位）。在第 9 個 SCK時鐘的下降沿之后，釋放 DATA（恢復(fù)高電平）。 傳感器的通訊 （ 1）啟動傳感器 首先，選擇供電電壓后將傳感器通電，上電速率不能低于 1V/ms。通傳感器需要11ms 進入休眠狀態(tài)，在此之前不允許對傳感器發(fā)送任何命令。 （ 2 ）發(fā)送命令 用一組 ― 啟動傳輸 ‖時序，來完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括：?dāng) SCK 時鐘高電平時 DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖剑S后是在 SCK 時鐘高電平時DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。參見圖 12。 啟 動傳輸 時序后續(xù)命令包含三個地址位（目前只支持 000‖），和五個命令位。 SHT1x 會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個 SCK 時鐘的下降沿之后，將 DATA 下拉為低電平（ ACK 位）。在第 9 個 SCK時鐘的下降沿之后，釋放 DATA（恢復(fù)高電平）。命令 代碼預(yù)留 0000x溫度測量 00011濕度測量 00101 讀狀態(tài)寄存器 00111 寫狀態(tài)寄存器 00110 預(yù)留 0101x1110x軟復(fù)位 , 接口復(fù)位 , 狀態(tài)寄存器復(fù)位即恢復(fù)為默認(rèn)狀態(tài) .在要發(fā)送下一個命令前，至少等待11ms. （ 3）溫濕度測量 [23] 發(fā)布一組測量命令（ ?00000101‘表示相對濕度 RH， ?00000011‘表示溫度 T）后，控制器要等待測量結(jié)束。這個過程需要大約 20/80/320ms，分別對應(yīng) 8/12/14bit 測量。確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，最多可能有 30%的變化。 SHT1x 通過下拉 DATA 至低電平并進入空閑模式，表示測量的結(jié)束。控制器在再次觸發(fā) SCK 時鐘前，必須等待這個 ―數(shù)據(jù)備妥 ‖信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸 2 個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和 1 個字節(jié)的 CRC 奇偶校驗（可選擇讀?。?。 uC 需要通過下拉 DATA 為低電平，以確認(rèn)每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從 MSB 開始，右值有效（例如：對于 12bit 數(shù)據(jù)，從第 5 個 SCK 時鐘起算作 MSB；而對于 8bit 數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義）。在收到 CRC 的確認(rèn)位之后，表明通訊結(jié)束。如果不使用 CRC8 校驗，控制器可以在測量值 LSB 后，通過保在測量和通訊結(jié)束后， SHT1x 自動轉(zhuǎn)休眠模式。 （ 4） 通訊復(fù)位時序 基于單片機溫濕度顯示報警系統(tǒng)設(shè)計 第 20 頁（共 43 頁） 如果與 SHT1x 通訊中斷，可通過下列信號時序復(fù)位：當(dāng) DATA 保持高電平時，觸發(fā) SCK 時鐘 9 次或更多，參閱圖 13。 接著發(fā)送一個 ―傳輸啟動 ‖時序。這些時序只復(fù)位串口，狀態(tài)寄存器內(nèi)容仍然保留。 圖 15 復(fù)位時序 （ 5） CRC8 Checksum 計算 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂?CRC8 的校驗來保證 . 它確保可以檢測并去除所有錯誤數(shù)據(jù)。狀態(tài)寄存器 SHT1x 的某些高級功能可以通過給狀態(tài)寄存器發(fā)送指令來實現(xiàn)，如選擇測量分辨率，電量不足提醒或啟動加熱功能等。在讀狀態(tài)寄存器或?qū)憼顟B(tài)寄存器之后， 8 位狀態(tài)寄存器的內(nèi)容將被讀出或?qū)懭?，如圖所示。 圖 16 8 位狀態(tài)寄存器的內(nèi)容 信號轉(zhuǎn)換 （ 1）相對濕度 過程論述 第 21 頁（共 43 頁） 濕度的非線 性補償請參閱下圖 ，為獲得精確的測量數(shù)據(jù)，建議用以下公式進行信號轉(zhuǎn)換。 linear 1 2 RH 3 RH RH = c + c ? SO + c ? SO (%RH) 圖 17 從 SORH 到相對濕度的轉(zhuǎn)化 （ 2）濕度信號的溫度補償 由于實際溫度與測試參考溫度 25℃ (~77℉ )的顯著不同， 濕度信號需要溫度補償。溫度校正粗略對應(yīng)于 %RH/℃ @50%RH。 true C 1 2 RH linear RH = T ? 25 ? t + t ? SO + RH 176。 溫度由能隙材料 PTAT (正比于絕對溫度 ) 研發(fā)的溫度傳感器具有極好的線性。可用如下公式將數(shù)字輸出 (SOT)轉(zhuǎn)換為溫度值，溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)如下圖所示。 1 2 T T = d + d ? SO 圖 18 溫度轉(zhuǎn)換系數(shù) 1 （ 3）露點 SHT1x 并不直接進行露點測量 ,，但露點可以通過溫度和濕度讀數(shù)計算得到 .。由于溫度和濕度在同一塊集成電路上測量， SHT1x 可測量露點。露點的計算方法很多，基于單片機溫濕度顯示報警系統(tǒng)設(shè)計 第 22 頁（共 43 頁） 絕大多數(shù)都很復(fù)雜。 對于 40 – 50176。C 溫度范圍的測量，通過下面的的公式可得到較好的精度，參數(shù)見下圖所示。 圖 19 露點 (Td)計算參數(shù) 環(huán)境穩(wěn)定性 如果傳感器用于裝備或機械中，要確保用于測量的傳感器與用于參考的傳感器感知的是同一條件的溫度和濕度。如果傳感器被放置于裝備中，反應(yīng)時間會延長，因此在程序設(shè)計中要保證預(yù)留足夠 的測量時間。傳感器在其它測試條件下的性能，我們不予保證，尤其是在用戶需要的特定場合。 傳感器原理流程圖如下 圖 20 傳感器原理流程圖報警輸出 是否異常？ 是 溫濕度判斷 開始 溫 濕度采集 溫濕度轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)處理 否 仿真與調(diào)試 第 23 頁（共 43 頁） 報警系統(tǒng) 報警電路圖 當(dāng)啟動仿真程序時，用手調(diào)節(jié)傳感器上的按鍵時，可以調(diào)節(jié)溫度與濕度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的溫濕度顯示數(shù)據(jù)的遞增或遞減。（詳細(xì)編寫程序見附錄） 圖 21 報警電路圖 4 仿真與調(diào)試 實驗?zāi)康呐c原理 在此介紹一下我設(shè)計溫濕度控制系統(tǒng)的工作原理： 論文目標(biāo)：溫度范圍 1827 度， 濕度 40%70%。 超范圍報警 具體要求：（ 1）傳感器采用 SHT10 集成傳感器 （ 2） LED 溫濕度顯示，精確到一位小數(shù) （ 3）超范圍發(fā)光二極管報警 第一步 ：實現(xiàn)將 sht10 中的數(shù)據(jù)讀入到單片機中然后顯示到 1602 上 第二步：調(diào)節(jié) sht10 上的數(shù)據(jù)為 n,若 n在溫度 1827 范圍內(nèi)則正常顯示到 1602上，若超出范圍則報警，二極管點亮（紅） 。同理，若 n在濕度 40%70%范圍內(nèi)則正常顯示到 1602 上，若超出范圍則報警，二極管點亮（綠） . 仿真原理圖 用 PROTUES 軟件，根據(jù)要求畫出溫濕度顯示報警系統(tǒng)的的原理圖如下圖基于單片機溫濕度顯示報警系統(tǒng)設(shè)計 第 24 頁（共 43 頁） 圖 22 溫濕度顯示報警系統(tǒng)的的原理圖 系統(tǒng)仿真以及顯示結(jié)果 用 protues 和 keil 軟件聯(lián)調(diào)，運行期間仿真軟件調(diào)試程序結(jié)果如圖 23 所示，當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器使?jié)穸仍?87%時， 1602 顯示濕度為 %，中間產(chǎn)生了部分誤差，在誤差允許范圍之內(nèi)，濕度超出設(shè)置范圍，紅燈亮，開始報警，運行結(jié)果如圖 24， 25， 26所示；當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器使 溫度在 29 度時， 1602 顯示溫度為 度，中間產(chǎn)生了部分誤差，在誤差允許范圍之內(nèi)，溫度超出設(shè)置范圍，綠燈亮，開始報警，運行結(jié)果如圖24， 25， 26 所示； 仿真與調(diào)試 第 25 頁（共 43 頁） 圖 23 仿真運行結(jié)果圖 圖 24 SHT10 運行結(jié)果圖 圖 25 報警運行結(jié)果圖 基于單片機溫濕度顯示報警系統(tǒng)設(shè)計 第 26 頁（共 43 頁） 圖 26 LCD1602 運行結(jié)果圖 結(jié)果分析及測試總結(jié) 采用 PROTEUS 進行單片機仿真，可以大大縮短單片機的開發(fā)周期。它不僅能仿真單片機 CPU 的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。本系統(tǒng)很好的完成了本次畢業(yè)設(shè)計的各項任務(wù)和要求，通過溫濕度顯示報警系統(tǒng)程序，成功的完成了溫濕度采集功能、顯示功能、報警功能。通過控制 、 來調(diào)節(jié)當(dāng)前溫濕度數(shù)據(jù)的顯示，很好的完成了顯示功能。設(shè)置溫濕報警范圍后， LED 燈也能很好的體現(xiàn)報警的效果，在超出設(shè)置的正常顯示范圍后， LED 燈亮，很好的體現(xiàn)了報警功能。連接電路圖后，通過編譯程序來控制液晶顯示屏的顯示，通過仿真結(jié)果也很好的體現(xiàn)了其顯示功能。 5 結(jié)束語 本文的溫濕度顯示報警系統(tǒng)設(shè)計是以單片機（ AT89C51）為核心， SHT10 溫濕度感應(yīng)器等部分組成。具體介紹 Keil C51 軟件調(diào)試程序 和 Proteus 的 ISIS 軟件進行單片機系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。在這次設(shè)計中，我完成了 核心控制部分 、顯示部分、報警部分等基本功能。通過這次設(shè)計單片機有了一個更深的認(rèn)識，對于 LCD1602 以及 SHT10的使用過程有了一定的掌握，同時對 Keil C51 軟件和 Proteus 軟件有了更熟練的操作。本文設(shè)計到的內(nèi)容還不是很完善， 我會在以后的學(xué)習(xí)和工作中會做進一步的學(xué)習(xí)和探索，以取得更大的進步。但是通過這次畢業(yè)設(shè)計，我也學(xué)到了很多東西，感覺自己應(yīng)參考文獻 第 27 頁（共 43 頁） 用基礎(chǔ)知識及專業(yè)知識解決問題的能力有了很大的提高?？傊@次畢業(yè)設(shè)計收獲還是蠻大的。 參考文獻 [1]李洪超 .基于 AT89C51 的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 [J]. 微計算機 信息 (嵌入式與 SOC),， 26（ 122） :87~88 [2]周樂安 .基于 MSP430 單片機溫濕度控制器 [J].四川兵工時報， ,29（ 2）： 113~114 [3]楊學(xué)存，侯媛彬 .基于 MSP430單片機溫濕度控制器的實現(xiàn) [J].煤礦機械， ，（ 9） ,64~65 [4]鐘曉偉，宋蟄存 .基于單片機的實驗室溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計 [J].林業(yè)機械與木工設(shè)備 ,38（ 1）： 39~42 [5]劉攀 ,俞杰 ,張海明 .基于單片機的溫度測控系統(tǒng) [J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報 ( 自然科學(xué)版 )，,24(6)： 103~106 [6]朱魏峰 .基于單片機的溫度監(jiān)控系統(tǒng) [J].工業(yè)控制計算機， ,24(10):91~92 [7]張為 .基于單片機的溫濕度測量系統(tǒng)設(shè) [J].陰山學(xué)刊， ,24（ 3）： 26~29 [8]張妮，段文強，邵婷婷 .基于單片機的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 [J]. 延安大學(xué)學(xué) ( 自然科學(xué)版 )， ,29（ 2）： 50~52 [9]劉翔 .基于單片機的自動溫度測量報警系統(tǒng)設(shè)計 [J].電子設(shè)計工程， ,19（ 1）： 125~127 [10]章昕 ,黃秋 ,湯彬 ,方方 .智能溫度報警系統(tǒng)的研制 [J].自動化技術(shù)與應(yīng)用， ,28（ 7）： 103~105 [11]鄭冬強 ,萬琰 ,張平川 .基于 uC /OS II的溫濕度測控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) [J].微計算機信息 (嵌入式與SOC),25(12): 68~69 [12]方言 ,王曉明 .一種智能溫濕度控制器的設(shè)計 [ J].智能儀器儀表 ,2021(10): 66~67 [13]余澤輝 ,伍建軍 ,陳潔 .基于單片機的數(shù)字溫度計的研究與設(shè)計 [J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報 ( 自然科學(xué)版 )， ,（ 12） : 15~16 [14]羅興垅，黃隆盛 .基于 AT89C51控制的 ℃ 數(shù)顯溫度計的設(shè)計 [J].微計算機信息， ， 22（ 5）： 70~72 [15]閆懷兵 ,李維寧 .如何選用濕度傳感器產(chǎn)品 [J].制造業(yè)自動化 ,(5):10~15 [16]嚴(yán)懷龍 .基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) [J].廣西輕工業(yè) ,(6):34~35 [17]江太輝 ,鄧展威 .DS18B20數(shù)字式溫度傳感器的特性與應(yīng)用 [J].電子技術(shù) ,(12): 56~58 [18]張娟 ,陳杰 ,蔡振江 .基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的溫室溫度采 集 [J].微計算機信息 ，27(11):153~