【文章內(nèi)容簡介】 號：SHT SHT1 SHT15，他們都是 SMD 貼片封裝的，他們依次性能越來越好，其中SHT11 屬于經(jīng)濟型的溫濕度傳感器。三者的溫濕度性能如下圖所示。 圖 SHT1X 系列各型號傳感器的濕度、溫度最大誤差 從曲線中可以看出，無論是濕度還是溫度， SHT10 的誤差都是最大的， SHT15誤差最小，但是它們的價格也相差很大， SHT10 多為二三十元一個，而 SHT15 價格上百。因此，從滿足大棚溫濕度監(jiān)測的要求來看， SHT11 已經(jīng)足夠，故選用 SHT11。 SHT11 與單片機的接口電路如下所示： 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 圖 SHT11 與單片機的接口電路 SHT11 采用類似于 I2C 的兩線制串行總線，一根是時鐘線，一根是數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)線要通過一個上拉電阻接到 VCC，目的是避免信號沖突，使單片機的引腳只提供低電平，要得到高電平則使該引腳懸空，由上拉電阻提供高電平。 報警電路的設(shè)計 當(dāng)大棚內(nèi)的溫濕度超過上下限時，除了需要啟動溫濕度調(diào)節(jié)器之外，還需要進行報警，這里用到的是蜂鳴器。蜂鳴器為一種采用一體化結(jié)構(gòu)的電子器件， 采用了直流電壓來供電，廣泛的應(yīng)用到了計算機、報警器、復(fù)印機、電子玩具、電話機、汽車電子設(shè)備、定時器等電子產(chǎn)品之中用作發(fā)聲器。 蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。有源蜂鳴器由于內(nèi)部集成了振蕩源，所以使用直流電壓就可以驅(qū)動它鳴叫；無源蜂鳴器內(nèi)部沒有振蕩源，因此一般使用 2K～5K 方波來驅(qū)動。本設(shè)計中使用的是有源蜂鳴器，在它兩端加載 5V 的直流電壓就可以使之鳴叫。 報警電路設(shè)計如下 圖： 圖 報警電路圖 蜂鳴器工作電流一般為 10mA，而單片機的 I/O 口只能承受幾毫安的電流，因此需要加三極管進行驅(qū)動。如上圖所示，單片機的 I/O 口中的 接 PNP 型三極管的 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 基極，當(dāng) 為低電平時，三極管導(dǎo)通， 5V 的電壓加載到蜂鳴器兩端，于是蜂鳴器鳴叫；當(dāng) 高電平時，三極管截至，蜂鳴器不鳴叫。 按鍵電路設(shè)計 圖 按鍵 電路圖 鍵盤分為編碼式和非編碼式鍵盤。其中，非編碼式鍵盤又包括矩陣式鍵盤和獨立式鍵盤。矩陣式鍵盤較為復(fù)雜，一般用于按 鍵數(shù)目較多，而單片機可用的 I/O 口又比較有限時。本控制系統(tǒng)中只需要用到 4 個按鍵，數(shù)目較少，并且可用的 I/O 口充足，故采用獨立式鍵盤，一個按鍵對應(yīng)一個單片機的 I/O 口管腳。 本設(shè)計中總共用到 4 個按鍵式開關(guān)，他們用來改變設(shè)定的溫濕度上下限數(shù)值。從 S1 到 S4，分別控制進入溫度上下限設(shè)置、進入濕度上下限設(shè)置、數(shù)值加、數(shù)值減、確認(rèn)并退出。 本設(shè)計中的鍵盤是低電平有效。未按鍵時，上拉電阻保證了單片機的 I/O 口是確定的高電平；當(dāng)某個鍵按下時， I/O 口變?yōu)榈碗娖健? 元件清單 本次設(shè)計需要用到的元器件如下表所示： 表 所需元件列表 型號 個數(shù) AT89C52 1 LCD1602 1 SHT11 1 RES 9 RESPACK8 1 CRYSTAL 1 LEDRED 1 SPEAKER 1 BUTTON 4 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 PNP 1 B7600 1 1206N 2 關(guān)鍵器件的介紹 AT89C52 AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，存儲器是采用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品的指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù) 工作；掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機停止一切工作，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89C52 引腳圖 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 AT89C52 的引腳結(jié)構(gòu)圖。 P0口： P0 口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。對 P0端口寫 “1” 時，引腳用作高阻抗輸入。在 Flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 (IIL)。 P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 (IIL)。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 (IIL)。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 RST：復(fù)位輸入。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，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 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。應(yīng)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。 PSEN：程序儲存允許輸出 (PSEN)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 (其地址為 0000HFFFFH)，EA端必須保持低電平 (接地 )。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 4 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 系統(tǒng)的工作流程是，操作人員在計算機上輸入需要設(shè)定的溫濕度限定值，當(dāng)設(shè)定的溫濕度值與檢測溫濕度值不同時，單片機 控制系統(tǒng)則會采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)動作。此程序流程包括五個部分，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，并進行修正；第三部分是 LCD1602 顯示子程序，對 LCD1602 進行初始化，將溫濕度進行顯示；第四部分是輸出控制子程序，對設(shè)定值和實際值進行判斷以決定是否進行溫濕度的調(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)計的總體結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計的大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)由一個主程序調(diào)用多個子程序，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： 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 圖 程序總體結(jié)構(gòu) 主程序主要就是調(diào)用各個子程序的 C 語言文件中定義的函數(shù)，實現(xiàn) SHT1LCD1602 初始化等操作，然后測量溫濕度，調(diào)用函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，最后進行顯示并輸出控制信號。 在 Keil 工程中編寫程序的時候，為了讓整個工程看起來條理清晰，要按照各個模塊分別新建 C 文件寫子程序。某個 C 文件要調(diào)用其它 C 文件中的函數(shù)時，要在當(dāng)前 C 語言文件中先進行聲明，然后再調(diào)用，或者也可以把每個 C 文件中定義的函數(shù)都寫到相同名字下的 .h 頭文件中，其他 C 文件要調(diào)用該函數(shù)時要在前面加上 include *.h，將頭文件包括進來。對于變量也是如此，如果某個變量也在其他 C 文件中使用，那么要在一個 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，要先使用 extern 將全局變量的作用域擴展到本 C 語言文 件。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 主要模塊的設(shè)計流程框圖 主程序流程圖 圖 主程序流程圖 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 SHT11 子程序流程圖 圖 SHT11 子程序流程圖 溫濕度傳感器 SHT11 使用類似于 I2C 總線的時序與單片機通信，由于 51 單片機沒有 I2C 接口，所以需要編寫程序，用單片機的某兩個 I/O 口管腳模擬 I2C 總線的時序，從而與 SHT11 通信。 SHT11 有 4 種時序：啟動傳輸時序、寫字節(jié)時序、讀字節(jié)時序及復(fù)位時序。復(fù)位時序和啟動傳輸時序可通過依次拉低或拉高時鐘線和數(shù)據(jù)線，因而實現(xiàn)起來比較簡單；而寫時序和讀時序就比較復(fù)雜。寫時序用來發(fā)送控制字，即發(fā)送命令，測量結(jié)束后，發(fā)出讀時序讀回測量數(shù)據(jù)。向 SHT11 的 8 個數(shù)據(jù)位的寫入，于第 9 個時鐘周期之后，讀取應(yīng)答位，應(yīng)答位為 0 時，表示 SHT11 正確接收。 SHT11 讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)則是：在時鐘線的下降沿之后數(shù)據(jù)線改變狀態(tài)，并在時鐘線的上升沿有效。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 20 LCD1602 子程序流程圖 圖 LCD1602 子程序流程圖 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 輸出控制子程序流程圖 圖 輸出控制子程序 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 22 軟件設(shè)計所用工具 Keil uVision4 本次設(shè)計采用 Keil uVision4 來編寫 C 語言程序，通過它的編譯器進行編譯、連接，最后將生成的機器碼下載到單片機上。 Keil 編譯器 是目前最流行 的 單片機 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 完整 的 開發(fā)方案，包括宏匯編 、 C 編譯器、庫管理 、 連接器和一個功能強大的仿真調(diào)試器等 ， 通過一個集成開發(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。 Proteus Proteus 用來對電路進行仿真，它的功能強大，包括單片機在內(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 單片機中即可對單片機進行仿真。 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 單片機及 其 外圍器件 進行仿真，是目