单点温湿度采集LCD显示.docx
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单点温湿度采集LCD显示
1、用户需求
随着科技的不断发展，温湿度的测量在仓储管理、生产制造、气象观测、工农业生产、科学研究以及日常生活中被广泛应用，传统的模拟式湿度传感器一般不仅要设计信号调理电路,还要经过复杂的校准和标定过程,其测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不尽人意。
为了克服这些缺点，本设计采用了温度传感器SHT11芯片,它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器可以使整个系统的温度测量误差优于0.5℃,相对湿度测量误差优于4%。
2、设计任务
选择合适的数字式温湿度传感器，通过单片机读取现场温湿度，并实时送数码管显示。
3、设计目的
1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
2．学会电路设计方法和性能指标测试方法。
3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
4、原理框图及说明
根据设计任务，设计如下框图：
电源部分为单片机提供稳压5V电压、12MHZ晶振和按键复位功能；LCD为双行显示，第一行显示温度，第二行显示相对湿度；温湿度采集电路单点采集温湿度，在芯片内部转化成数字量后串行输入单片机并由LCD显示。
5、主要元件选择及参数计算
主要芯片为：
RES电阻、CAP电容、CRYSTAL晶振、单片机AT89C51、按键BUTTON
LCD1602、排阻25630901RP2、温湿度传感器SHT11
5.1电源、复位与振荡电路
51单片机为高电平复位，按键按下使RST持续至少两个机器周期高电平实现复位。
振荡电路选择12MHz晶体，C1、C2选择33pF瓷片电容。
图2、电源、复位与振荡电路
5.2显示电路
LCD1602为显示电路核心元件，其主要技术参数如下：
显示容量:
16×2个字符
芯片工作电压:
4.5—5.5V
工作电流:
2.0mA
模块最佳工作电压:
5.0V
字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm
引脚功能说明
本设计中LCD1602采用标准的14脚（无背光）接口，
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7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
1602字符型液晶基本指令
序号
指令
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
﹣
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
﹣
﹣
6
功能设置
0
0
0
0
1
D
L
N
F
﹣
7
设置字符发生存储器地址
0
0
0
1
字符发生存储器地址
8
设置数据存储器地址
0
0
1
显示数据存储器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数据到RAM
1
0
要写的数据内容
11
从RAM读数据
1
1
读出的数据内容
电路说明：
LCD1602数据引脚依次与P0口相应位相接，实现控制命令、温湿度数据传输。
第3脚为液晶显示器对比度调整端直接接地时对比度高可能会产生“鬼影”，故使其通过一个10K的电位器接地，调整为合适的对比度。
设计选用的芯片为两行显示，第一行显示：
“TEMP:
C”，第二行显示：
“HUMI:
RH”，显示范围均为000.0~999.9。
图3、显示电路
5.3温湿度采集电路
ＳＨＴ１１温湿度传感器引脚说明如下：
（１）ＧＮＤ：
接地端；
（２）ＤＡＴＡ：
双向串行数据线；
（３）ＳＣＫ：
串行时钟输入；
（４）ＶＤＤ电源端：
０．４～５．５Ｖ电源端；（５～８）ＮＣ：
空管脚。
参数计算：
（１）湿度值输出
ＳＨＴ１１可通过Ｉ２Ｃ总线直接输出数字量湿度值，其输出特性呈一定的非线性，为了补偿湿度传感器的非线性，可按如下公式修正湿度值：
ＲＨｌｉｎｅａｒ＝ｃ１＋ｃ２ＳＯＲＨ＋ｃ３ＳＯＲＨ２
式中，ＳＯＲＨ为传感器相对湿度测量值，系数取值如下：
１２位：
ＳＯＲＨ：
ｃ１＝－４，ｃ２＝０．０４０５，ｃ３＝－２．８×１０－６
８位：
ＳＯＲＨ：
ｃ１＝－４，ｃ２＝０．６４８，ｃ３＝－７．２×１０－４
（２）温度值输出
由于ＳＨＴ１１温度传感器的线性非常好，故可用下列公式将温度数字输出转换成实际温度值：
Ｔ＝ｄ１＋ｄ２ＳＯＴ
当电源电压为５Ｖ，且温度传感器的分辨率为１４位时，ｄ１＝－４０ｄ２＝０．０１，当温度传感器的分辨率为１２位时，ｄ１＝－４０ｄ２＝０．０４。
（３）露点计算
空气的露点值可根据相对湿度和温度值来得出，具体的计算公式如下：
ＬｏｇＥＷ＝（０．６６０７７＋７．５Ｔ／（２３７．３＋Ｔ）＋[ｌｏｇ１０（ＲＨ）－２]
Ｄｐ＝[（０．６６０７７－ｌｏｇＥＷ）×２３７．３]／（ｌｏｇＥＷ－８．１６０７７）
ＳＨＴ１１传感器用户命令：
命 令
编 码
说 明
测量温度
00011
温度测量
测量湿度
00101
湿度测量
读寄存器状态
00111
“读”状态寄存器
写寄存器状态
00110
“写”状态寄存器
软启动
11110
重启芯片，清除状态记录器的错误记录11毫秒后进入下一个命令
（１）传输开始
初始化传输时，应首先发出“传输开始”命令，该命令可在ＳＣＫ为高时使ＤＡＴＡ由高电平变为低电平，并在下一个ＳＣＫ为高时将ＤＡＴＡ升高。
接下来的命令顺序包含三个地址位（目前只支持“０００”）和５个命令位，当ＤＡＴＡ脚的ａｃｋ位处于低电位时，表示ＳＨＴ１１正确收到命令。
（２）连接复位顺序
如果与ＳＨＴ１１传感器的通讯中断，下列信号顺序会使串口复位：
即当ＤＡＴＡ线处于高电平时，触发ＳＣＫ９次以上（含９次），此后应接着发一个“传输开始”命令。
SHT11状态寄存器类型及说明：
位
类型
说 明
缺 省
7
保留
0
6
读
工检限（低电压检查）
X
5
保留
0
4
保留
0
3
只用于试验，不可以使用
0
2
读/写
加热
0
关
1
读/写
不从OTP重下载
0
重下载
0
读/写
'1'=8位相对湿度，12位温度分辨率。
'0'=12位相对湿度，14位温度分辨率
0
12位相对湿度，14位温度
电路说明：
单片机上电复位后，单片机按照一定时钟频率从P1.6口发出用户命令，SHT11根据命令向P1.7口串行输出温度和湿度数据。
图4、温湿度采集电路
6、主流程图
7、体会与感想
这是这次课程设计中独立完成项目，相对于前一个公共项目，独立完成的题目要求更高了。
上一次只设计了硬件图没有进行仿真和实物制作，这次不仅要求程序仿真而且鼓励做出硬件图。
在这次课程设计中，我对于proteus的使用更加熟练了，经过自己努力和同学的帮助顺利完成了硬件图和仿真。
下面谈一下我在设计中遇到的问题。
首先是元件选择。
经过多方查阅资料确定了温湿度传感器型号SHT11，但是在老师给的proteus中元件库中不含有所需元件，这让我很是头疼。
最后有同学说自己下载的proteus7.7版本中有所需元件，才解决了这个问题。
设计中的其他部分比较好做，程序也顺利的编译通过，但是把HEX文件下载到元件中仿真时却总是出现错误。
查资料，问同学，最终才知道是自己把元件的更改过才出现问题的。
我先是把元件的“ExcludefromSimulation”选项勾上，这样仿真就不会报错了，但是却不会正常仿真，最后我把所有报错的元件删除重新连了一遍就不再会报错了，问了同学才知道元件的说明部分不可以随意改动的，它与元件功能实现有关。
这次课程设计让我受益匪浅，不仅使我熟练掌握了proteus的用法，而且学到了很多知识，锻炼了动手能力和编程能力，在实践中加深了对单片机功能的认识。
附1、硬件原理图
附2、程序清单
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definenoACK0//继续传输数据，用于判断是否结束通讯
#defineACK1//结束数据传输；
//SHT11地址命令读1/写0
#defineMEASURE_TEMP0x03//00000011
#defineMEASURE_HUMI0x05//00000101
#defineRESET0x1e//00011110
enum{TEMP,HUMI};//测量模式：
温度/湿度
sbitLcdRs=P2^4;
sbitLcdRw=P2^5;
sbitLcdEn=P2^6;
sfrDBPort=0x80;//P0
sbitSCK=P3^0;
sbitDATA=P3^1;
chars_write_byte（ucharvalue）//SHT11写字节程序
{
uchari,error=0;
for（i=0x80;i>0;i>>=1）//高位为1，循环右移
{
if（i&value）DATA=1;//和要发送的数相与，结果为发送的位
elseDATA=0;
SCK=1;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//延时3us
SCK=0;
}
DATA=1;//释放数据线
SCK=1;
error=DATA;//检查应答信号，确认通讯正常
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
SCK=0;
DATA=1;
returnerror;//error=1通讯错误
}
chars_read_byte（ucharack）//SHT11读字节程序
{
uchari,val=0;
DATA=1;//释放数据线
for（i=0x80;i>0;i>>=1）//高位为1，循环右移
{
SCK=1;
if（DATA）val=（val|i）;//读一位数据线的值
SCK=0;
}
DATA=!
ack;//如果是校验，读取完后结束通讯；
SCK=1;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//延时3us
SCK=0;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
DATA=1;//释放数据线
returnval;
}
voids_transstart（void）//启动传输SHT11
//generatesatransmissionstart
{
DATA=1;SCK=0;//准备
_nop_（）;
SCK=1;
_nop_（）;
DATA=0;
_nop_（）;
SCK=0;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
SCK=1;
_nop_（）;
DATA=1;
_nop_（）;
SCK=0;
}
voids_connectionreset（void）//SHT11连接复位
//communicationreset:
DATA-line=1andatleast9SCKcyclesfollowedbytransstart
{
uchari;
DATA=1;SCK=0;//准备
for（i=0;i<9;i++）//DATA保持高，SCK时钟触发9次，发送启动传输，通迅即复位
{
SCK=1;
SCK=0;
}
s_transstart（）;//启动传输
}
chars_softreset（void）//SHT11软复位程序
//resetsthesensorbyasoftreset
{
ucharerror=0;
s_connectionreset（）;//启动连接复位
error+=s_write_byte（RESET）;//发送复位命令
returnerror;//error=1通讯错误
}
//温湿度测量
chars_measure（uchar*p_value,uchar*p_checksum,ucharmode）
//进行温度或者湿度转换，由参数mode决定转换内容；
{
unsignederror=0;
uinti;
s_transstart（）;//启动传输
switch（mode）//选择发送命令
{
caseTEMP:
error+=s_write_byte（0x03）;break;//测量温度
caseHUMI:
error+=s_write_byte（0x05）;break;//测量湿度
default:
break;
}
for（i=0;i<65535;i++）if（DATA==0）break;//等待测量结束
if（DATA）error+=1;//如果长时间数据线没有拉低，说明测量错误
*（p_value）=s_read_byte（ACK）;//读第一个字节，高字节（MSB）
*（p_value+1）=s_read_byte（ACK）;//读第二个字节，低字节（LSB）
*p_checksum=s_read_byte（noACK）;//readCRC校验码
returnerror;//error=1通讯错误
}
//温湿度值标度变换及温度补偿
voidcalc_sth10（float*p_humidity,float*p_temperature）
{
constfloatC1=-4.0;//12位湿度精度修正公式
constfloatC2=+0.0405;//12位湿度精度修正公式
constfloatC3=-0.0000028;//12位湿度精度修正公式
constfloatT1=+0.01;//14位温度精度5V条件修正公式
constfloatT2=+0.00008;//14位温度精度5V条件修正公式
floatrh=*p_humidity;//rh:
12位湿度
floatt=*p_temperature;//t:
14位温度
floatrh_lin;//rh_lin:
湿度linear值
floatrh_true;//rh_true:
湿度ture值
floatt_C;//t_C:
温度℃
t_C=t*0.01-40;//补偿温度
rh_lin=C3*rh*rh+C2*rh+C1;//相对湿度非线性补偿
rh_true=（t_C-25）*（T1+T2*rh）+rh_lin;//相对湿度对于温度依赖性补偿
if（rh_true>100）rh_true=100;//湿度最大修正
if（rh_true<0.1）rh_true=0.1;//湿度最小修正
*p_temperature=t_C;//返回温度结果
*p_humidity=rh_true;//返回湿度结果
}
bitLCD_Bz（）//测试LCD忙碌状态
{
bitresult;
LcdRs=0;
LcdRw=1;
LcdEn=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
result=（bit）（P0&0x80）;
LcdEn=0;
returnresult;
}
voidLCD_Write（bitstyle,ucharinput）//向LCD写入命令或数据
{//style=0为命令，1为数据
while（LCD_Bz（））;
LcdEn=0;
LcdRs=style;
LcdRw=0;_nop_（）;
DBPort=input;_nop_（）;//注意顺序
LcdEn=1;_nop_（）;//注意顺序
LcdEn=0;_nop_（）;
}
//设置LCD模式
voidLCD_SetMode（ucharMode）
{
LCD_Write（0,Mode）;
}
voidLCD_Initial（）//初始化LCD
{
LcdEn=0;
LCD_Write（0,0x38）;//8位数据端口,2行显示,5*7点阵
LCD_SetMode（0x0c）;//开启显示,无光标
LCD_Write（0,0x01）;//清屏
LCD_SetMode（0x06）;//字符地址递增,画面不动
}
//液晶字符输入的位置
voidGotoXY（ucharx,uchary）
{
if（y==0）
LCD_Write（0,0x80|x）;//第一行第x个
if（y==1）
LCD_Write（0,0xc0|x）;//第二行第x个
}
//将字符输出到液晶显示
voidPrint（uchar*str）
{
while（*str!
='\0'）
{
LCD_Write（1,*str）;
str++;
}
}
//延时函数
voiddelay（intz）//z为毫秒数
{
intx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=125;y>0;y--）;
}
voidmain（）
{
uinttemp,humi;
uinthumi_val_i,temp_val_i;//测量结果
floathumi_val_f,temp_val_f;//修正结果
ucharerror;//用于检验是否出现错误
ucharchecksum;//CRC
ucharwendu[6];//用于记录温度
ucharshidu[6];//用于记录湿度
LCD_Initial（）;//初始化液晶
GotoXY（0,0）;//选择温度显示位置
Print（"TEMP:
%C"）;//5格空格
GotoXY（0,1）;//选择湿度显示位置
Print（"HUMI:
%RH"）;//5格空格
s_connectionreset（）;//启动连接复位
while
（1）
{
error=0;//初始化error=0，即没有错误
error+=s_measure（（uchar*）&temp_val_i,&checksum,TEMP）;//温度测量
error+=s_measure（（uchar*）&humi_val_i,&checksum,HUMI）;//湿度测量
if（error!
=0）s_connectionreset（）;////如果发生错误，系统复位
else
{
humi_val_f=（float）humi_val_i;//转换为浮点数
temp_val_f=（float）temp_val_i;//转换为浮点数
calc_sth10（&humi_val_f,&temp_val_f）;//修正相对湿度及温度
temp=temp_val_f*10;
humi=humi_val_f*10;
GotoXY（5,0）;//设置温度显示位置
wendu[0]=temp/1000+'0';//温度百位
wendu[1]=temp%1000/100+'0';//温度十位
wendu[2]=temp%100/10+'0';//温度个位
wendu[3]=0x2E;//小数点
wendu[4]=temp%10+'0';//温度小数点后第一位
Print（wendu）;//输出温度
GotoXY（5,1）;//设置湿度显示位置
shidu[0]=humi/1000+'0';//湿度百位
shidu[1]=humi%1000/100+'0';//湿度十位
shidu[2]=humi%100/10+'0';//湿度个位
shidu[3]=0x2E;//小数点
shidu[4]=humi%10+'0';//湿度小数点后第一位
Print（shidu）;//输出湿度
}
delay（800）;//等待足够长的时间，以现行下一次转换
}
}
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