【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸出緩沖級(jí)可用來驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門。RST：復(fù)位輸入端。在震蕩期穩(wěn)定有效運(yùn)行情況下，RST端維持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，便可復(fù)位器件。∕PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。低電平有效，在片外程序存儲(chǔ)器取指期間，當(dāng)∕PSEN有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容將會(huì)被送至P0口，在訪問外部RAM時(shí)，∕PSEN無效。∕EA∕VPP：當(dāng)∕EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部存儲(chǔ)器（0000H~FFFH），不論是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。VCC：電源電壓。XTALI：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸入端。使用外部振蕩器時(shí)，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，外部接石英晶體和微調(diào)電容。 SHT10溫濕度傳感器SHT10是瑞士Sensirion公司推出的超小型、自校型、高精度、多功能式的智能傳感器，采用SMD貼片封裝。SHT10溫濕度傳感器品質(zhì)卓越，具有很明顯的優(yōu)點(diǎn)，如抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)快等。傳感器在一塊微型電路板上集成了信號(hào)處理電路和傳感元件，由于自帶ADC，所以輸出數(shù)字信號(hào)。傳感器采用瑞士Sensirion公司持有專利的CMOSens174。 技術(shù)，因此有極高的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、靠性性。SHT10包含一個(gè)電容性聚合體濕敏器件、一個(gè)基于能隙材料的溫度測(cè)量元件。SHT10可以用來測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)。這類智能傳感器廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備等領(lǐng)域。SHT10的主要性能參數(shù)如下：(1)采用兩線制數(shù)字接口，類似于I2C總線的時(shí)序；(2) 測(cè)量溫濕度的范圍廣。濕度測(cè)量范圍為0～100%RH，溫度測(cè)量范圍為40～℃；(3) 測(cè)量精度較高，溫度的測(cè)量誤差為177。℃，濕度的測(cè)量誤差為177。%RH； (4) 濕度值分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可以變成12位和8位；(5)將溫濕度傳感器、信號(hào)放大器、A/D轉(zhuǎn)換、I178。C總線接口全部集成于一個(gè)芯片；(6)小體積，可表面貼裝；(7)具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能；(8)片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證100%互換性；(9)電流消耗低，測(cè)量時(shí)550181。A,平均28181。A，休眠時(shí)3181。A；(10)可給出全校準(zhǔn)相對(duì)濕度計(jì)溫度值輸出；(11)具有漏點(diǎn)值計(jì)算輸出功能；電源引腳（VDD），~，這里選擇5V；在電源引腳（VDD，GND）之間須加一個(gè)100nF的電容，用于去耦濾波。（串行輸入（SCK），用于微處理器與SHT10之間的同步通信；串行數(shù)據(jù)（DATA），用于三態(tài)門的數(shù)據(jù)讀取，DATA在SCK時(shí)鐘下降沿后會(huì)發(fā)生狀態(tài)改變，并且在SCK時(shí)鐘為上升沿時(shí)有效。也就是微控制器可在SCK為高電平段去讀取有效的數(shù)據(jù)。在微控制器向SHT10進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的過程中，必須要保證數(shù)據(jù)線在時(shí)鐘線為高電平段時(shí)穩(wěn)定。為了避免發(fā)生信號(hào)沖突，微控制器僅僅把數(shù)據(jù)線拉低，在需輸出高電平時(shí)，微控制器會(huì)將引腳置成高阻態(tài)，由外部上拉電阻把信號(hào)拉為高電平，這里選擇10KΩ。SHT10在使用時(shí)，在數(shù)據(jù)線上用一組“啟動(dòng)傳輸”的時(shí)序來表示初始化數(shù)據(jù)傳輸。包括：當(dāng)SCK時(shí)鐘為高電平的時(shí)侯，DATA翻轉(zhuǎn)至低電平，緊接著SCK變成低電平，隨后在SCK時(shí)鐘為高電平的時(shí)侯DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。后續(xù)的命令包含3個(gè)地址（目前支持“000”）和5個(gè)命令位，具體命令集見表4。SHT10會(huì)用下述來方式表示已經(jīng)正確接受到了指令：在第8個(gè)SCK的時(shí)鐘下降沿后，將DATA下拉至低電平（ACK位）；在第9個(gè)SCK的時(shí)鐘下降沿后，釋放DATA（恢復(fù)為高電平）。表32 SHT10的命令集命令代碼預(yù)留0000x溫度測(cè)量00011濕度測(cè)量00101讀狀態(tài)寄存器00111寫狀態(tài)寄存器00110預(yù)留0101x～1110x軟復(fù)位，復(fù)位接口、清空狀態(tài)寄存器為默認(rèn)值，下一個(gè)命令前等待至少11ms11110根據(jù)上表的命令集，SHT10測(cè)量時(shí)，發(fā)布測(cè)量命令（‘00000101’表示的是相對(duì)濕度RH，‘00000011’ 表示的是溫度T）后，控制器等待測(cè)量停止后。此過程大約需要15210ms，分別會(huì)對(duì)應(yīng)114位的測(cè)量。確切時(shí)間與內(nèi)部的晶振速度有關(guān)，最多會(huì)有177。15%的變化。SHT10通過下拉DATA變?yōu)榈碗娖剑硎緶y(cè)量已結(jié)束。控制器在觸發(fā)SCK時(shí)鐘前，必須要等待“數(shù)據(jù)備妥”的信號(hào)。接著會(huì)傳輸2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)以及1個(gè)字節(jié)的CRC奇偶校驗(yàn)。uC需要用下拉DATA為低電平，來確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。全部數(shù)據(jù)會(huì)從MSB開始，右值有效（例如：對(duì)于12位數(shù)據(jù)，從第5個(gè)SCK時(shí)鐘起算作MSB；而對(duì)于8位數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義）。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程是，操作人員在計(jì)算機(jī)上輸入需要設(shè)定的溫濕度限定值，當(dāng)設(shè)定的溫濕度值與檢測(cè)溫濕度值不同時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)則會(huì)采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作。此程序流程包括五個(gè)部分，第一部分是主程序，其描述總體結(jié)構(gòu)；第二部分是SHT10溫度采集程序，其功能是通過SHT10傳感器采集溫濕度值，并進(jìn)行修正；第三部分是LCD1602顯示子程序，對(duì)LCD1602進(jìn)行初始化，將溫濕度進(jìn)行顯示；第四部分是輸出控制子程序，對(duì)設(shè)定值和實(shí)際值進(jìn)行判斷以決定是否進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié)；第五部分是按鍵輸入電路，用來修改溫濕度上下限值。 軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)的大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)由一個(gè)主程序調(diào)用多個(gè)子程序，它們包括SHT10溫濕度采集子程序、LCD1602液晶顯示子程序、輸出控制子程序、鍵盤掃描子程序，如下圖所示：主程序SHT10溫濕度采集子程序LCD1602液晶屏顯示子程序輸出控制子程序鍵盤掃描子程序 程序總體結(jié)構(gòu)主程序主要就是調(diào)用各個(gè)子程序的C語言文件中定義的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)SHTLCD1602初始化等操作，然后測(cè)量溫濕度，調(diào)用函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后進(jìn)行顯示并輸出控制信號(hào)。在Keil工程中編寫程序的時(shí)候，為了讓整個(gè)工程看起來?xiàng)l理清晰，要按照各個(gè)模塊分別新建C文件寫子程序。某個(gè)C文件要調(diào)用其它C文件中的函數(shù)時(shí)，要在當(dāng)前C語言文件中先進(jìn)行聲明，然后再調(diào)用，其他C文件要調(diào)用該函數(shù)時(shí)要在前面加上include *.h，將頭文件包括進(jìn)來。對(duì)于變量也是如此，如果某個(gè)變量也在其他C文件中使用，那么要在一個(gè)C文件總將它定義為全局變量，即在函數(shù)外面定義。其他C文件要使用該變量時(shí)，要先使用extern將全局變量的作用域擴(kuò)展到本C語言文件。 主要模塊的設(shè)計(jì)流程框圖 主程序流程圖Yes是否超限？將溫濕度與設(shè)定值比較啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行修正No在液晶屏上顯示溫濕度測(cè)量溫濕度是否有按鍵？初始化LCD1602Yes開始進(jìn)入鍵盤掃描子程序SHT10復(fù)位No 主程序流程圖 SHT10子程序流程圖開始發(fā)送啟動(dòng)時(shí)序發(fā)送控制字接收數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)束？接收校驗(yàn)位結(jié)束NoYes SHT10子程序流程圖溫濕度傳感器SHT10使用類似于I2C總線的時(shí)序與單片機(jī)通信，由于51單片機(jī)沒有I2C接口，所以需要編寫程序，用單片機(jī)的某兩個(gè)I/O口管腳模擬I2C總線的時(shí)序，從而與SHT10通信。SHT10有4種時(shí)序：?jiǎn)?dòng)傳輸時(shí)序、寫字節(jié)時(shí)序、讀字節(jié)時(shí)序及復(fù)位時(shí)序。復(fù)位時(shí)序和啟動(dòng)傳輸時(shí)序可通過依次拉低或拉高時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，因而實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單；而寫時(shí)序和讀時(shí)序就比較復(fù)雜。寫時(shí)序用來發(fā)送控制字，即發(fā)送命令，測(cè)量結(jié)束后，發(fā)出讀時(shí)序讀回測(cè)量數(shù)據(jù)。向SHT10的8個(gè)數(shù)據(jù)位的寫入，于第9個(gè)時(shí)鐘周期之后，讀取應(yīng)答位，應(yīng)答位為0時(shí)，表示SHT10正確接收。SHT10讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)則是：在時(shí)鐘線的下降沿之后數(shù)據(jù)線改變狀態(tài)，并在時(shí)鐘線的上升沿有效。 LCD1602子程序流程圖開始LCD1602初始化設(shè)置首行數(shù)據(jù)指針寫入首行字符設(shè)置第二行數(shù)據(jù)指針寫入第二行字符結(jié)束 LCD1602子程序流程圖 輸出控制子程序流程圖開始返回主程序溫度、濕度是否超出上下限？啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備蜂鳴器報(bào)警溫濕度是否回到限定值內(nèi)？停止報(bào)警停止溫濕度控制設(shè)備溫濕度是否留有足夠的裕量？結(jié)束NoYesYesYesNoNo 輸出控制子程序 鍵盤掃描子程序流程圖開始退出鍵盤子程序延時(shí)10ms退出鍵盤子程序上限或下限加一或減一？No？YesYesNo？？YesNo YesNo鍵盤掃描子程序?yàn)榱朔乐苟秳?dòng)，按鍵電路中都要消抖的措施，本設(shè)計(jì)中是采用的軟件消抖，在單片機(jī)檢測(cè)到某個(gè)鍵按下后，延時(shí)10ms再監(jiān)測(cè)，如果仍然按下，才視為按下了該鍵。S0、SSS按下S0，進(jìn)入溫度上限的設(shè)置，再按一次進(jìn)入溫度下線的設(shè)置；按下S1，進(jìn)入濕度上限的設(shè)置，再按一下進(jìn)入溫度下線的設(shè)置。在每個(gè)設(shè)置里面，按S2增加限值，按S3減小限值。設(shè)置好以后，按S4退出設(shè)置。 軟件設(shè)計(jì)所用工具 Keil uVision4本次設(shè)計(jì)采用Keil uVision4來編寫C語言程序，通過它的編譯器進(jìn)行編譯、連接，最后將生成的機(jī)器碼下載到單片機(jī)上。Keil編譯器是目前最流行的單片機(jī)開發(fā)的軟件，它是美國Keil Software公司開發(fā)的C語言開發(fā)系統(tǒng)。它提供了一個(gè)完整的開發(fā)方案，包括宏匯編、C編譯器、庫管理、連接器和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。Keil C51整合了豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具。此外，Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常高，這一點(diǎn)從生成的匯編語言就可以看出，大多生成的匯編語句很緊湊，容易理解。 ProteusProteus用來對(duì)電路進(jìn)行仿真，它的功能強(qiáng)大，包括單片機(jī)在內(nèi)的眾多元器件都可以仿真。把Keil編譯、連接后生成的hex文件導(dǎo)入Proteus單片機(jī)中即可對(duì)單片機(jī)進(jìn)行仿真。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA軟件的仿真功能，還可以對(duì)單片機(jī)及其外圍器件進(jìn)行仿真，是目前在這方面做得最好的EDA工具軟件。Proteus在國內(nèi)已受到眾多單片機(jī)開發(fā)者的喜愛。Proteus實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)從原理圖繪制和代碼調(diào)試到單片機(jī)與其外圍電路仿真，一鍵切換到印刷電路板的設(shè)計(jì)。目前世界上只有Proteus做到了將電路仿真、印刷電路板設(shè)計(jì)和虛擬模型仿真整合到一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805HC1AVR、ARM、8086和MSP4PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 5 系統(tǒng)調(diào)試 用Proteus搭建仿真總圖 打開Proteus ISIS，在 Proteus ISIS 編輯窗口中單擊元件列表之上的“P”按鈕 ，添加元件及放置元件。選好元器件后，要對(duì)元器件進(jìn)行一個(gè)重新的布局，使之看起來很清晰，并且所占面積較小。若想移動(dòng)某個(gè)元件或多個(gè)，單擊其元件，待其顏色變紅后，在按下鼠標(biāo)左鍵不放，即可拖動(dòng)元件。 為了使仿真圖看起來更整潔，我們部分電路連線選擇連線標(biāo)簽?zāi)Ｊ?，以單片機(jī)19引腳為例，將其用線引出，在窗口中輸入X1得到此效果 若要對(duì)某個(gè)元件或一部分電路做出說明，則單擊任務(wù)欄中的Text Script ，在界面中輸入文字即可。 按照正確的方法將元器件進(jìn)行合理的排布及連線后， 用Keil對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試、編譯先打開keil uvision4 這款軟件，新建工程，點(diǎn)擊菜單欄里的 new uvision project ，然后對(duì)工程進(jìn)行保存。再新建文件，點(diǎn)擊菜單欄中File 下的 new 新建文件，進(jìn)行保存。最后把新建的文件添加到工程文件里，右鍵點(diǎn)擊project視圖窗口里的Source Group1，選擇Add files to group “source group1”，如圖所示： 添加文件到工程 這樣，剛才新建的文件便添加到了Source Group1中。現(xiàn)在開始在右邊的主界面編寫C語言程序，編寫完成后為了把程序燒錄到單片機(jī)上，還需要把它轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，生成hex文件：右擊工程視圖窗口中的Target1，選擇Options for Target “target1” 把Output選項(xiàng)卡里面的Create HEX File 前面的勾打上，這樣編譯后會(huì)生成機(jī)器碼，如圖所示。 生成機(jī)器碼6 結(jié)論 系統(tǒng)的功能本系統(tǒng)能測(cè)量溫室大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，將其顯示在液晶屏上。如果溫濕度超出了設(shè)定的上下限，將進(jìn)行報(bào)警，并啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。溫度回到限定值內(nèi)后，停止報(bào)警。當(dāng)溫度不僅回到上下限以內(nèi)，而且留有一定裕量后，停止溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。如果需要修改溫濕度上下限，可以通過按鍵進(jìn)行修改。 系統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù)系統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù)完成情況如下表所示：