【正文】 1℃?? 濕度檢測(cè)范圍 ： 0%100%RH（可軟件調(diào)整）? 檢測(cè)精度 ： 1%RH? 顯示方式 ： 后臺(tái)實(shí)時(shí)顯示? 報(bào)警方式 ： 后臺(tái)報(bào)警6 / 40 二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是以 AT89S51 為 CPU 的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其中涉及到溫濕度檢測(cè)、矩陣鍵盤、報(bào)警電路、單片機(jī)、后臺(tái)顯示等部分的設(shè)計(jì)。 （一） 信號(hào)采集 由多個(gè)數(shù)字式溫濕度傳感器 SHT11 組成； （二） 信號(hào)分析 由單片機(jī) AT89S51 組成； （三） 信號(hào)處理 由后臺(tái)軟件組成。傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)使用了數(shù)字式溫濕度傳感器 SHT11。SHT11 是瑞士 Sensirion 公司生產(chǎn)的具有 I2C 總線接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對(duì)濕度和溫度傳感器。該傳感器將 CMOS 芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而發(fā)揮出它們強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。SHT11 在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中；在測(cè)量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)自傳感器的信號(hào)。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。加熱后 SHT11 溫度升高、相對(duì)濕度降低，較加熱前，測(cè)量值會(huì)略有差異。其中，串口時(shí)鐘輸入線(SCK)：SCK 用于微控制器與 SHTll 之間的通信同步，而且由于SHTll 接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以并不存在最小 SCK 頻率限制，即微控制器可以以任意低的速度與 SHTll 通信。DATA 在 SCK 時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時(shí)鐘上升沿后有效，所以微控制器可以在 SCK 高電平時(shí)讀取數(shù)據(jù)，而當(dāng)其向 SHTll 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)則必須保證 DATA 線上的電平狀態(tài)在 SCK 高電平段穩(wěn)定；為了避免信號(hào)沖突，微控制器僅驅(qū)動(dòng) DATA 在低電平，在需要輸出10 / 40高電平的時(shí)候，微控制器將引腳置為高阻態(tài)，由外部的上拉電阻(如 )將信號(hào)拉至高電平(如圖 24 所示)，從而實(shí)現(xiàn)高電平輸出。但這樣的連接方式存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)：(1)由于每個(gè) SHTll 占用微控制器兩個(gè) I/O 口，所以微控制器有限的 I/O 口資源將制約著單個(gè)微控制器上所能測(cè)量的最大點(diǎn)數(shù)；(2)由于每個(gè) SHTll 的測(cè)量所需時(shí)間是固定不變的，采用單獨(dú)操作的逐個(gè)測(cè)量方式在多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)中必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集時(shí)間過長(zhǎng)、控制滯后，從而影響控制系統(tǒng)性能的提高。這種連接方式有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，n 個(gè)傳感器只占用 n+1 個(gè) I/O 口，比前述方式節(jié)省了 n1 個(gè) I/O 口，解11 / 40決了多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)中微控制器 I/O 口資源短缺和盡可能增加測(cè)量點(diǎn)之間的矛盾問題；其次，由于多個(gè) SHTll 共用一條時(shí)鐘線所以在每次測(cè)量中可以同時(shí)發(fā)出測(cè)量命令，多個(gè)傳感器同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，只需一次等待時(shí)間則完成了整體數(shù)據(jù)的收集，大大縮短了數(shù)據(jù)采集時(shí)間，為控制系統(tǒng)快速響應(yīng)提供了條件。 軟件設(shè)計(jì) 工作時(shí)序SHTll 測(cè)量過程包括 4 個(gè)部分：?jiǎn)?dòng)傳輸、發(fā)送測(cè)量命令、等待測(cè)量完成和讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，其中可能會(huì)涉及到啟動(dòng)傳輸時(shí)序、命令發(fā)送時(shí)序、讀取數(shù)據(jù)時(shí)序和通信復(fù)位時(shí)序。圖 26 “啟動(dòng)傳輸”時(shí)序在“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序之后，微控制器可以向 SHTll 發(fā)送命令。SHTll 傳感器共有 5 條用戶命令，具體命令格式見表 21 所列12 / 40表 21 SHTxx 命令集 SHTll 通過在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡?8 個(gè) SCK 時(shí)鐘周期下降沿之后，將 DATA 拉低來(lái)表示正確接收到命令，并第 9 個(gè) SCK 時(shí)鐘周期的下降沿之后釋放 DATA 線(即恢復(fù)高電平)，圖 27 以微控制器發(fā)送濕度測(cè)量命令‘0000010l’為例說(shuō)明發(fā)送命令的時(shí)序。測(cè)量數(shù)據(jù)讀取前，微控制器先重新啟動(dòng) SCK，即 SHTll 拉低 DATA，接著 2字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和 1 字節(jié)的 CRC 校驗(yàn)將由 SHTll 傳送給微控制器。微控制器需要通過拉低 DATA 來(lái)確認(rèn)接收的每個(gè)字節(jié)，若不使用 CRC 校驗(yàn)位則微控制器可以在接收完測(cè)量數(shù)據(jù)的最低位后保持 DATA 為高電平來(lái)終止通信，圖28 給出了數(shù)據(jù)讀取時(shí)序圖。圖 28 讀取數(shù)據(jù)時(shí)序當(dāng)遇到與 SHT11 通信發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，微控制器可以通過發(fā)送通信復(fù)位序列重新復(fù)位 SHT11 的串口接口。下面對(duì)寄存器相關(guān)位的功能說(shuō)明： 位 類型 說(shuō) 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(yàn)，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39。=8 位相對(duì)濕度，12 位溫度分辨率。039。加熱用途如下：● 通過對(duì)啟動(dòng)加熱器前后的溫、濕度進(jìn)行比較，可以正確地區(qū)別傳感器的功能； ● 在相對(duì)濕度較高的環(huán)境下，傳感器可通過加熱來(lái)避免冷凝。 14 / 40（3）下載校準(zhǔn)系數(shù) 為了節(jié)省能量并提高速度，OPT 在每次測(cè)量前都要重新下載校準(zhǔn)系數(shù)，從而使每一次測(cè)量節(jié)省 的時(shí)間。 數(shù)據(jù)計(jì)算1. 相對(duì)濕度為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，建議使用如下公式修正讀數(shù)：RH =C +C S() +C S() （公式 21）；式中 S() 為linear12RH32RHSHT11 測(cè)得的相對(duì)濕度測(cè)量值；線性補(bǔ)償系數(shù) C 、C 、 C 值見表 23。12S()RHt1t212 bit 8 bit 圖 24 溫度補(bǔ)償系數(shù)15 / 40 從 S() 到 RH 的對(duì)應(yīng)關(guān)系參見圖 210。式12T中 S() 為SHT11 溫度測(cè)量值，特點(diǎn)系數(shù) d 、d 值見表 25。AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)。與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)工作模式： 0Hz － 33MHz 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 17 / 40全雙工串口 UART 通道 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 結(jié)構(gòu)圖如圖 212圖 212 AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī) AT89S51 的引腳AT89S51 采用 40 管腳雙列直插 DIP 封裝，如圖 213。 VCC ：電源電壓 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/0 口，也即地址/ 數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)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。 對(duì)端口寫“l(fā)” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。Flash 編L程和程序校驗(yàn)期間， Pl 接收低 8 位地址。 19 / 40表 26對(duì)端口寫“ 1 ”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I ）。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVXRi 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR ）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（I ）。20 / 40表 27當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 DISRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/ ：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE(地址鎖存允許）PROG輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過對(duì)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。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。 ：程序儲(chǔ)存允許( ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) PSENPSENAT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效，PSEN即輸出兩個(gè)脈沖。 欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為EA0000H －FFFFH）， 端必須保持低電平（接地）。如 端為高電平（接 Vcc 端），AE CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 為了避免這種情況發(fā)生，本芯片內(nèi)置了看門狗電路。 存儲(chǔ)器AT89C51 內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開的結(jié)構(gòu)，均具有 64KB 外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。ROM 的 0000H002AH 單元預(yù)留給上電復(fù)位后引導(dǎo)程序地址及 5 個(gè)中斷服務(wù)程序的入口地址，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，主程序的存放從 002BH 單元開始。0003H～000AH：外部中斷 0 入口地址區(qū)。0013H～001AH：外部中斷 1 入口地址區(qū)。0023H～002AH：串口口中斷入口地址區(qū)。如果 EA 引腳接地,全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放運(yùn)算中間的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標(biāo)志位、待測(cè)程序等功能。22 / 40片內(nèi) RAM 不夠用時(shí)，須擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。寫時(shí)用 ，讀時(shí)用 做外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。它們用來(lái)管理CPU 和 I/O 口以及內(nèi)部邏輯部件，在指令中專用寄存器是以存儲(chǔ)單元方式被讀寫的，專用寄存器雖有名稱，但尋址時(shí)都做專用寄存器用，它們的地址是與片內(nèi) RAM 的地址相連的。寄存器 B：進(jìn)行乘除運(yùn)算時(shí)，寄存器 B 有特定的用途，在乘時(shí)存放一個(gè)乘數(shù)以及積的最高位，A 中存放另一個(gè)乘數(shù)以及積的低位。堆棧指針 SP：在子程序調(diào)用或中斷時(shí)，用來(lái)暫存數(shù)據(jù)和地址，它按先進(jìn)后出的原則存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它是一個(gè)八位寄存器它指出堆棧頂部在片內(nèi) RAM 中的位置，系統(tǒng)復(fù)位后，SP 變成 07H，使堆棧從 00 單元開始。程序狀態(tài)字 PSW：8 位寄存器，存放程序執(zhí)行過程中的各種信息。編程方法可通過傳統(tǒng)的 EPROM 編程器使用高電壓（+12V）和協(xié)調(diào)的控制信號(hào)進(jìn)行編程。(一) 編程方法：編程前，須按編程模式表（表 27）和圖 21圖 215 所示設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，AT89S51 編程方法如下： 1 ．在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。 3 ．激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 EA5 ．每對(duì) Flash 存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè) ALE/ 編程脈沖。改PROG變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，