基于AT89752单片机的SHT11温湿度测试仪 正式.docx

1、基于AT89752单片机的SHT11温湿度测试仪 正式分数： 课 程： 电子测量 题 目： 基于AT89C52的温湿度测试仪任课老师： 学 生： 专业名称： 学院名称： 学 号： 二O一四年 六 月目录引言 41 绪论 41.1 设计的背景概述 41.2 设计的内容 51.3 设计的意义 52 系统的硬件设计 52.1 系统设计方案 52.2 系统硬件介绍 62.2.1 AT89S52介绍 62.2.2 SHT11温湿度传感器的介绍 82.2.3 LCD1602液晶模块介绍 112.3 系统部分硬件电路的设计 162.3.1 主控电路的设计 162.3.2 复位电路部分 172.3.3 AT8

2、9S52的系统时钟电路的设计 173 系统软件设计 173.1 系统软件主程序流程 173.2 SHT11数据采集流程 184 Protuse仿真结果 195 程序 206 结束语 28基于AT89752的温湿度测试仪作者： 学号：摘要：随着科学技术的日新月异，人类社会取得了长足的进步！在居家生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中的湿度和温度进行测量及控制。本设计设计了一个的温湿度测量系统。本系统采用技术成熟的SHT11作为测量温湿度的传感器。控制系统芯片采用技术成熟，功能强大、价位低廉大众化的AT89S52单片机。SHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字

3、信号输出的温湿度复合传感器。LED显示电路由AT89S52单片机控制。最后设计了系统各个功能部分的软件程序。由本设计课题做成的温湿度检测系统结构简单、价格便宜、量程宽，具有较高的可靠性、安全性及实用性。关键字：AT89752单片机；SHT11温湿度传感器；LED1206;Abstract：As science and technology, human society has made great progress! In home life, industrial and agricultural production, weather, environmental protection,

4、national defense, scientific research, aerospace and other departments, often need to environmental humidity and temperature measurement and control. The Design of a temperature and humidity measurement system. The system uses sophisticated technology SHT11 temperature and humidity sensor as a measu

5、rement. Control system chip technology is mature, powerful, low-priced mass AT89S52 microcontroller. SHT11 digital temperature and humidity sensor is a calibrated digital signal output of the temperature and humidity combined sensor. LED display circuit controlled by a microcontroller AT89S52. Final

6、ly, the design of each function part of the system software program. Design issues made by the temperature and humidity detection system is simple, cheap, wide range, high reliability, safety and practicality.Keywords: AT89752 microcontroller; SHT11 temperature and humidity sensor; LED1206;引言随着科技的高速

7、发展，工业水平也随着高速发展了起来。与此同时，生产车间环境的温湿度气体环境对产品生产的质量和工人的人体健康也是息息相关的。而且在矿井探测行业中也需要根据地区所在环境的温湿度等某些参数来判断是否有矿源存在于此。还有在实验室环境的温湿度也是影响实验结果额重要因素。放眼世界，世界的许多角落似乎都与环境的检测息息相关。随着应用的慢慢广泛，对环境温湿度的要求也越来越高，所以对环境温湿度检测装着的科技含量也越来越高了，原来我们所用的是温湿度计来人工的检测环境的温湿度。可想而知，有了人的参与，就难免会有粗心大意的地方，给生产、工作带来不利。所以我们就推出了我们的基于AT98C52的智能化温湿度检测仪，它能最

8、大化程度的帮我们简化测量过程，让我们的检测过程变的简单。1 绪论1.1 设计的背景概述进入21世纪后，各行各业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升很多企业对温湿度的测控手段很粗糙，十分落后，绝大多数仍在使用湿球湿度计，采用人工观测人工调节阀门、风机的方法，很少有人使用温湿度传感器。随着科技的发展进步，工业及电器行业对温湿度的要求的提高，温湿度传感器的应用范围也越来越加广泛。农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到

9、蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节

10、。1.2 设计的内容目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。在本次课程设计中，为实现对温湿度的检测与显示，主要利用以AT89C52为核心构架硬件电路，SHT11温湿度传感器采集环境温度及湿度信息(温度检测范围：0至55。测量精度：2；湿度检测范围：20%-90%RH。检测精度5%RH)。LED直接显示温度和湿度；同时利用C语言编程实现温湿度信息的显示功能。1.3 设计的意义湿度为40%至50%时，人会感到最舒适。如果考虑到温、湿度对人思维活动的影响，最适宜

11、的温湿度度工作效率高。温度18，湿度40%至60%，此时，人的精神状态好，最近几年来，随着科技的飞速发展，单片机领域正在不断的走向社会各个角落，还带动传统控制检测日新月异更新。在实时运作和自动控制的单片机应用到系统中，单片机如今是作为一个核心部件来使用，仅掌握单片机方面知识是不够的，还应根据其具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。现代社会越来越多的场所会涉及到温度与湿度并将其显示。由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，例如：冬天温度为18至25，湿度为30%至80%；夏天温度为23至28，湿度为30%至60%。在此范围内感到舒适的人占95

12、%以上。在装有空调的室内，室温为19至24，思维最敏捷。所以，本设计就是通过单片机驱动LED显示温湿度，通过此设计，可以发现本设计有一定的扩展性，而且可以作为其他有关设计的基础。在重要的设备房间中，设备对温、湿度等运行环境的要求非常严格。对于面积较大的房间，由于气流及设备分布的影响，温湿度值可能会有较大的区别。所以应根据主房间实际面积在房间加装温湿度传感器，以实时客观检测房间内的温、湿度。在监控本系统，温湿度一体化传感器将把检测到的温湿度值实时传送到监控主机中，并在监控界面上以图形形式直观地表现出来。管理员可实时了解房间各点的实际温湿度值，一旦房间内实际温、湿度值越限，系统将自动弹出报警框并触

13、发报警，提示管理员通过调节送风口的位置、数量，设定空调的运行温湿度值，尽可能让房间各点的温湿度趋向合理，确保房间设备的安全正常运行。2. 系统的硬件设计2.1 系统设计方案本方案使用AT89C52作为控制核心，用温湿度传感器SHT11作为温湿度测量元件，显示电路采用LED显示，采用单片机最小系统。系统硬件电路设计框图如下图2.1。图2.1 系统结构图2.2 系统硬件介绍本系统的CPU用的是单片机的AT89C52芯片，所采用的传感器是SHT11温湿度传感器，显示模块是LCD1602液晶显示器，还有时钟复位电路。2.2.1 AT89S52介绍AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高

14、性能 CMOS8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C51 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定

15、时计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个IO 口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚功能说明Vcc：电源电压GND：地P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路

16、型双向IO 口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FIash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流

17、（IIL）。FIash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

18、Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的IO口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2INTO（外部中断0）P3.3INT1(外部中断1)P3.4T0（定时/计数器0外部输入）P3.5T1（定时/计数器1外部输入）P3.6W

19、R（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALEPROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的l6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）

20、区中的8EH单元的DO 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端

21、为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。AT89C5l 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳

22、定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF10F。2.2.2 SHT11温湿度传感器的介绍温湿度的测量和控制在煤矿自动化生产和安全监控中起着十分重要的作用。本文介绍一种数字温湿度传感器SHTll及其应用。该传感器具有安装简便、维护方便、可靠性高等特点，特别适合在煤矿井下环境恶劣的条件下进行温湿度的监测。SHTll为具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换等特点。1、工作条件传感器在建议的工作条件下性能正常，请参阅图4。超出建议的工作范围可

23、能导致信号暂时性漂移（60 小时后漂移+3%RH）。当恢复到正常工作条件后，传感器会缓慢自恢复到校正状态。可参阅下文的“恢复处理”以加速恢复进程。在非正常条件下的长时间使用，会加速产品的老化。 图 4 工作条件2、 焊接说明 可以使用标准的回流焊炉对SHT1x 进行焊接。传感器完全符合IPC/JEDEC J-STD-020D 焊接标准，在最高260温度下，接触时间应小于40 秒。 图5 JEDEC 标准的焊接过程图，Tp=260,tp40sec，无铅焊接。TL220,tl150sec，焊接时温度上升和下降的速度应小于5/sec。在蒸气回流焊炉中条件为TP233,tp60 秒，焊接时温度上升和下

24、降的速度应小于10/秒。手动焊接，在最高350的温度条件下接触时间须少于5 秒。 3、恢复处理 暴露在极端工作条件或化学蒸汽中的传感器，可通过如下处理，使其恢复到校准状态。 烘干：在100-105 和75%RH 的湿度条件下保持12 小时。 4、接口定义引脚名称描述1GND地2DATA串行数据双向3SCK串行时钟，输入口4VDD电源NCNC必须为空5、电源引脚 (VDD, GND) SHT1x 的供电电压范围为2.4-5.5V, 建议供电电压为3.3V。在电源引脚（VDD,GND）之间须加一个100nF的电容，用以去耦滤波。见图10。SHT1x 的串行接口，在传感器信号的读取及电源 损耗方面，

25、都做了优化处理；传感器不能按照I2C 协议编址，但是，如果I2C 总线上没有挂接别的元件，传感器可以连接到I2C 总线上，但单片机必须按照传感器的协议工作。 6、串行时钟输入(SCK) SCK 用于微处理器与SHT1x 之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK 频率。 7、串行数据 (DATA) DATA 引脚为三态结构，用于读取传感器数据 . 当向传感器发送命令时, DATA 在 SCK上升沿有效且在 SCK 高电平时必须保持稳定。DATA 在 SCK 下降沿之后改变。为确保通讯安全，DATA 的有效时间在 SCK 上升沿之前和下降沿之后应该分别延长至 TSU and

26、 THO。当从传感器读取数据时, DATA TV 在 SCK变低以后有效，且维持到下一个 SCK的下降沿。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O 电路中。8、电气特性 电气特性，如能耗，高、低电平，输入、输出电压等，都取决于电源。表2 详细解释了SHT1x 的电气特性，若没有标明，则表示供电电压为5V。VDD对 GND的绝对最大值为+7V和-0.3V 。如果传感器工作在绝对最大值条件下时间过长，会影响传感器的稳定性（如：热载流效应 ，氧化）。SHTll传感器默认的测量温度和相对湿度的分辨率

27、分别为14位、12位，通过状态寄存器可降至12位、8位。湿度测量范围是0100RH，对于12位的分辨率为003%RH；测温范围为一40+1238，对于14位的分辨率为001。每个传感器芯片都在极为精确的湿度室中标定，校准系数以程序形式储存在OTP内存中，在测量过程中可对相对湿度自动校准，使SHTll具有100的互换性。 图微处理器采用二线串行数字接口和温湿度传感器芯片SHT11进行通信，所以硬件接门设计非常简单；然而，通信协议是芯片厂家自己定义的，所以在软件设计中，需要用微处理器通用IO口模拟通道。SHT11通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。需要注意的地方是：DATA数据线

28、需要外接上拉电阻，时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间通信同步，由于接口包含了完全静态逻辑，所以对SCK最低频率没有需求；当工作电压高于4.5V时，SCK频率最高为10MHz，而当工作电压低于4.5V时，SCK最高频率则为1MHz。AT89C52与SHTll连接只需用2条IO口线分别作为数据线DATA和时钟线SCK，并在DATA端接入1只上拉电阻，同时在VDD及GND端接入1只去耦电容，通过相应的软件设计，即可完成数据的采集与传输。电器驱动电路控制的设备主要包括风机、吸湿机等，可分别采用固态继电器控制工作。通过开关风机或加湿系统的工作状态，实现对测控系统的实时控制。继电器采用交流固态继电器

29、SSR(Solid State Releys)HCA2550。交流固态继电器是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端，中间采用光电隔离，作为输入输出之间的电气隔离(浮空)，有效避免电磁干扰。当单片机检测到温度或湿度值超出预设范围时，Io口P12输出控制信号触发继电器，启动电器工作，从而实现对相应设备的控制。设计时应注意各个电器不应同时启动，以免冲击电网，这部分工作由软件延时完成。2.2.3 LCD1602液晶模块介绍1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别

30、如下图2所示：图2. 1602LCD尺寸图1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm1、引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表3引脚接口说明表

31、第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源