【文章內(nèi)容簡介】 保留 應(yīng)用設(shè)計微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進行通信，所以硬件接門設(shè)計非常簡單；然而，通信協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件設(shè)計中，需要用微處理器通用I/O口模擬通信協(xié)議。硬件設(shè)計SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對SCK最低頻率沒有要求；，SCK頻率最高為10MHz， 時，SCK最高頻率則為1MHz。 所示。圖 微處理器和 SHT11 之間的硬件連接圖(1)軟件設(shè)計微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口SCK和DATA，其中SCK為時鐘線，DATA為數(shù)據(jù)線。該二線串行通信協(xié)議和I2C協(xié)議是不兼容的。在程序開始，微處理器需要用一組“啟動傳輸”時序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?。?dāng)SCK時鐘為高電平時，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)楦唠娖剑辉赟CK時鐘為高電平時，DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。圖 。其中，陰影部分為SHT11控制總線。主機發(fā)出啟動命令，隨后發(fā)出一個后續(xù)8位命令碼，該命令碼包含3個地址位(芯片設(shè)定地址為000)和5個命令位；發(fā)送完該命令碼，將DATA總線設(shè)為輸入狀態(tài)等待SHT11的響應(yīng)；SHT11接收到上述地址和命令碼后，在第8個時鐘下降沿，將DATA下拉為低電平作為從機的ACK；在第9個時鐘下降沿之后，從機釋放DATA(恢復(fù)高電平)總線；釋放總線后，從機開始測量當(dāng)前濕度，測量結(jié)束后，再次將DATA總線拉為低電平；得知濕度測量已經(jīng)結(jié)束，給出SCK時鐘信號；從機在第8個時鐘下降沿，先輸出高字節(jié)數(shù)據(jù)；在第9個時鐘下降沿，主機將DATA總線拉低作為ACK信號。然后釋放總線DATA；在隨后8個SCK 周期下降沿，從機發(fā)出低字節(jié)數(shù)據(jù)；接下來的SCK下降沿，主機再次將DATA總線拉低作為接收數(shù)據(jù)的ACK信號；最后8個SCK下降沿從機發(fā)出CRC校驗數(shù)據(jù)，主機不予應(yīng)答(NACK)則表示測量結(jié)束。S地址和命令A(yù)CK測量數(shù)據(jù)（高）ACK數(shù)據(jù)（低）ACKCRCMACK圖 SHT11 濕度測試時序圖由于微處理器通過二線串行數(shù)字接口訪問濕度傳感器SHT11，而訪問協(xié)議是芯片生產(chǎn)商定義的，所以需要用通用I/O口模擬該通信協(xié)議。我們選用Atmel公司的微處理器ATmega128。通過對I/O口寄存器的編程，該處理器的I/O口可以根據(jù)需要設(shè)置成輸入、輸出、高阻等狀態(tài)。這為模擬該通信協(xié)議提供了條件。在軟件實現(xiàn)過程中，通過宏定義來實現(xiàn)I/O口狀態(tài)的改變。define set_data_0() DDRB|=(1PB5)。PORTBamp。=~(1PB5) //DATA 輸出 0define set_data_1() DDRB|=(1PB5)。PORTB|=(1PB5) //DATA 輸出 1define release_data_1() DDRBamp。=~(1PB5)//釋放總線，總 DATA 設(shè)為輸入狀態(tài)，因為外接上拉電阻，DATA總線被上拉為高電平define set_sck_output() DDRB|=(1PB4) //設(shè)置 SCK 為輸出define set_sck_1() PORTB|=(1PB4) //SCK 輸出高電平define set_sck_0() PORTBamp。=~(1PB4) //SCK 輸出為低電平通過以上宏定義，可以實現(xiàn)SCK和DATA總線的各種輸入和輸出狀態(tài)。為了模擬該二線串行數(shù)字協(xié)議，還需要一個延時函數(shù)。WINAVR 庫函數(shù)提供了一個延時函_delay_loop_2(unsigned char s)，該延時函數(shù)運行用4個時鐘周期，所以自定義延時1μs函數(shù)可以定義如下：define //系統(tǒng)晶振（頻率單位為 MHz）void delay_us(unsigned char us){_delay_loop_2((unsigned int)((us)*CPU_CRYSTAL/4))。//延時 1us 程序}基于以上宏定義和延時函數(shù)，可以方便地使SCK和DATA總線輸出持續(xù)一定時間的高電平或低電平， 所示的溫濕度傳感器SHT11的讀寫協(xié)議。(2)濕度線性補償和溫度補償SHT11可通過DATA數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字量濕度值。該濕度值稱為“相對濕度”，需要進行線性補償和溫度補償后才能得到較為準(zhǔn)確的濕度值。由于相對濕度數(shù)字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值：RH linear = = C1 + C2 180。 SORH + C3 180。 SORH式中：RHlinear為經(jīng)過線性補償后的濕度值，SORH為相對濕度測量值，CCC3 為線性補償系數(shù)。由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實際溫度和測試參考溫度25℃有所不同，所以對線性補償后的濕度值進行溫度補償很有必要。補償公式如下：RH true = (T 25) 180。 (t1 + t2 180。 SORH ) + RH linear式中：RHtrue為經(jīng)過線性補償和溫度補償后的濕度值，T為測試濕度值時的溫度(℃)，t1和t2為溫度補償系數(shù)。 濕度值溫度補償系數(shù) (3)溫度值輸出由于SHT11是采用PTAT能隙材料制成的溫度敏感元件，因而具有很好的線性輸出。實際溫度值可由下式算得：Temperature=d1+d2SOT式中：d1和d2為特定系數(shù)，d1的取值與SHT11工作電壓有關(guān)，d2的取值則與SHT11內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器采用的分辨率有關(guān)。 d1與工作電壓的對應(yīng)關(guān)系表 d2 與分辨率的對應(yīng)關(guān)系 (4)露點計算露點是一個特殊的溫度值，是空氣保持某一定濕度必須達到的最低溫度。當(dāng)空氣的溫度低于露點時，空氣容納不了過多的水分，這些水分會變成霧、露水或霜。露點可以根據(jù)當(dāng)前相對濕度值和溫度值計算得出，具體的計算公式如下：LogEW=+T／(+T)+log10(SORH)2Dp=(())／()式中：T為當(dāng)前溫度值，SORH為相對濕度值，Dp為露點。 模塊功能介紹 復(fù)位電路部分這種復(fù)位電路的工作原理是：單片機的復(fù)位電路在剛接通電時，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V 的電通過電阻給電容進行充電，電容兩端的電會由 0V 慢慢的升到 4V 左右（此時間很短一般小于 秒），RC 構(gòu)成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個微分脈沖，其寬度大于兩個機器周期，89C51將復(fù)位。正因為這樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，RST 端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即為低電平，單片機開始正常工作（這是單片機的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位）；當(dāng)按下復(fù)位鍵時，電容兩端放電，電容又回到 0V 了，于是又進行了一次復(fù)位工作（這是手動復(fù)位原理）。圖 手動復(fù)位及晶振電路 傳感器電路部分此模塊是整個電路設(shè)計的信號采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片SHT11 構(gòu)成，主要的功能結(jié)構(gòu)在前面的芯片介紹中已有，這里不重新介紹。圖 SHT11 傳感器電路 顯示電路部分此模塊是由 LCD1604 芯片組成溫濕度顯示的電路部分，部分。LCD1604 是一個四行每行 16 字的液晶顯示屏，D0D7 接 P0 口，RS、RW、E接 、 起控制作用。圖 LCD1604 顯示及其連接電路 超限處理電路部分此部分電路是由 5 個發(fā)光二極管和一個蜂鳴報警器構(gòu)成，分別是 D0、DDD4 和 D5，蜂鳴器接單片機的 口，發(fā)光二極管與單片機的連接部分如圖所示。D0、DDDD5 分別代表著發(fā)光、降溫、加熱、干燥和加濕，一旦傳感器測定的溫濕度超過設(shè)定的限額，就會產(chǎn)生不同的發(fā)光反應(yīng)，起警示作用，同時蜂鳴報警器連續(xù)發(fā)出“滴” 的聲音。圖 超限處理警示電路部分圖 蜂鳴器電路 整體電路圖 圖 整體電路圖軟件介紹編程軟件采用的是keil uvision2軟件，程序采用C語言編程。軟件部分經(jīng)本人調(diào)試可以運行，能夠正確顯示結(jié)果。）主函數(shù)文件和9個h文件構(gòu)成。H文件如下所示：；(8051的相關(guān)參數(shù)初始化)；；(偽本征函數(shù))；（數(shù)學(xué)公式函數(shù)）；（1604液晶顯示函數(shù)）；（溫濕度采集計算函數(shù)）；（限額報警函數(shù)） 主程序框圖：開始 單片機開機初始化LCD 初始化SHT11 初始化LCD 初始化DS1302 初始化SHT11 初始化DS1302 運行確定時間/日期SHT11 運行進行溫濕度采集與測量LCD 顯示實時溫濕度檢測溫濕度是否改變N等待主程序框圖第 28 頁 共 43 頁Y 溫濕度采集及處理框圖開始SHT11 初始化啟動 SHT11等待主機發(fā)送指令測量溫濕度溫濕度計算浮點數(shù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送至主機復(fù)位SHT11溫濕度采集處理框圖第 29 頁 共 43 頁 LCD 顯示框圖開始初始化 LCD設(shè)置顯示位置顯示字符結(jié)束LCD顯示框圖 主函數(shù)解析：/***************************************************//***************************************************/includeincludeincludeincludeincludeincludeincludeincludeincludevoid Delay1ms(unsigned int count){unsigned int i,j。//延時函數(shù)for(i=0。icount。i++)for(j=0。j120。j++)。}main(){SYSTEMTIME CurrentTime。//定義時間日期結(jié)構(gòu)體SHT_dat aa。//定義溫濕度測量處理結(jié)構(gòu)體Init_12864()。//12864 的顯示*/Initial_DS1302()。 //DS1302 初始化*/第 30 頁 共 43 頁LCD_Initial()。{GotoXY(0,0)。//LCD 初始化//LCD 顯示函數(shù)Print(Date:)。GotoXY(16,0)。Print(Temper:)。GotoXY(0,1)。Print(Time:)。GotoXY(16,1)。Print(Humidi:)。while(1){convert_SHT(amp。aa,TEMP)。convert_SHT(amp。aa,HUMI)。caculation_SHT(amp。aa)。float_convert(amp。aa)。doing_temp(amp。aa)。//溫度轉(zhuǎn)換//濕度轉(zhuǎn)換//溫度和濕度的補償//將浮點數(shù)轉(zhuǎn)換成整型，各個位的數(shù)分別保存//檢測溫度是否超限doing_humi(amp。aa)。//檢測濕度是否超限D(zhuǎn)S1302_GetTime(amp。CurrentTime)。DateToStr(amp。CurrentTime)。TimeToStr(amp。CurrentTime)。GotoXY(5,0)。//第一行顯示日期Print()。GotoXY(23,0)。Print()。GotoXY(28,0)。//第三行顯示溫度Print()。GotoXY(5,1)。//第二行顯示時間Print()。GotoXY(23,1)。Print()。GotoXY(28,1)。Print()。Delay1ms(300)。//第四行顯示濕度//延時}}}/***************************************************//***************************************************/第 31 頁 共 43 頁整個軟件通過 C 語言編程,先在 Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境下將編好的程序進行編譯、調(diào)試, ：新建一個項目文件，然后新建一個 C 語言程序，并把新建的 C 語言程序加到項目中，然后編譯項目。(編譯的目的就是把我們能看懂的程序設(shè)計語言轉(zhuǎn)化為上面的機器語言， 文件)。第一步：建立您的第一個 C 項目（1）點擊 Project 菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的 New Project，如圖圖 新建項目文件項目名稱，這里我們用“test“， “保存“，這是KEILuVision2 項目文件擴展名，以后我們可以直接點擊此文件以打開此項目(你安裝的軟件是 KEIL UV3，可能與圖略有不同)。（2）選擇所要的單片機，這里我們選擇常用的 Ateml 公司的 AT89C51。第 32 頁 共 43 頁（3）首先我們要在項目中創(chuàng)建新的程序文件。如果您沒有現(xiàn)成的程序，那么就要新建一個程序文件。Fil