秦 偉

(陜西理工學(xué)院 物理與電信工程學(xué)院，陜西 漢中 723003)

溫度與濕度與人們的生活息息相關(guān)，與人的生理與心理狀態(tài)與環(huán)境溫度密切相關(guān)。傳統(tǒng)的溫濕度計(jì)，溫度是用水銀柱來(lái)顯示的，濕度是用機(jī)械式指針顯示、價(jià)格便宜，但是它精確度不高，不易讀數(shù)。采用單片機(jī)對(duì)溫濕度進(jìn)行檢測(cè)，用LCD來(lái)顯示溫濕度的數(shù)值，不僅具有測(cè)量方便、簡(jiǎn)單和靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高溫濕度檢測(cè)的精度，示數(shù)也更加直觀易讀。

1 溫濕度傳感器AM 2301

數(shù)字溫濕度傳感器AM2301是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合型傳感器,包括一個(gè)NTC測(cè)溫元件和一個(gè)電容式感濕元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接，因此該產(chǎn)品具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。

AM2301數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式：40bit數(shù)據(jù)=16bit濕度數(shù)據(jù)+16bit溫度數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和。濕度高8位+濕度低8位+溫度高8位+溫度低8位=校驗(yàn)和（末8位）。例如：接收40bit數(shù)據(jù)如下：

byte4 byte3 byte2 byte1 byte0

0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110

濕度數(shù)據(jù)：0000 0010 1000 1100

溫度數(shù)據(jù)：0000 0001 0101 1111

0000 0010+1000 1100+0000 0001+0101 1111=1110 1110

所以校驗(yàn)和為1110 1110。

由以上數(shù)據(jù)就可得到濕度和溫度的值計(jì)算方法：

hum(濕度)=byte4.byte3=65.2(%RH)

temp（溫度）=byte2.byte1=35.1（℃）

Verify（校驗(yàn)）=byte4+byte3+byte2+byte1

當(dāng)溫度低于0℃時(shí)溫度數(shù)據(jù)的最高位置1。

例如：-10.1℃表示為1000 0000 0110 0101

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路主要由AT89C51單片機(jī)、AM2301溫濕度傳感器、FM1602C液晶顯示三部分電路構(gòu)成。AM2301用于檢測(cè)環(huán)境溫濕度，單片機(jī)AT89C51讀取AM2301的溫濕度數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理，處理后AT89C51控制液晶FM1602C將處理的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。系統(tǒng)電路如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)電路圖

（1）AM2301溫濕度傳感器電路。AM2301為4針單排引腳封裝，4個(gè)引腳分別為：VDD、DATA、GND、NC。VDD供電范圍為直流3.3～5.5V，電源引腳VDD和GND之間可增加一個(gè)100nF電容，用于去耦濾波。設(shè)計(jì)中用5V直流供電；DATA用于和處理器之間的通訊和同步，采用單總線(xiàn)格式，設(shè)計(jì)中將該引腳接5KΩ上拉電阻并連接到AT89C51的P2.0；GND接地；NC空腳，設(shè)計(jì)中該引腳懸空。

（2）液晶顯示電路。FM1602C為16針單排引腳封裝,16個(gè)引腳分別為：VSS、VDD、VEE、RS、RW、E、DB0-DB7、BLA、BLK。VSS電源地；VDD電源，設(shè)計(jì)中接+5V電源；VEE液晶驅(qū)動(dòng)電壓，設(shè)計(jì)中VEE經(jīng)10KΩ可調(diào)電阻接+5V；RS寄存器選擇，設(shè)計(jì)中RS接單片機(jī)P2.3，當(dāng)P2.3輸出高電平時(shí)表示數(shù)據(jù)輸入，當(dāng)P2.3輸出低電平時(shí)表示指令代碼輸入；RW讀寫(xiě)信號(hào)，RW接單片機(jī)P2.2,當(dāng)P2.2為高電平時(shí)表示讀數(shù)據(jù)，當(dāng)P2.2為低電平時(shí)表示寫(xiě)數(shù)據(jù)；E使能信號(hào)，E接單片機(jī)P2.2；DB0-DB7數(shù)據(jù)線(xiàn)，DB0-DB7分別對(duì)應(yīng)接至單片機(jī)P0.0-P0.7,并且P0.0-P0.7作為準(zhǔn)雙向IO口，在使用時(shí)外接10K上拉排阻；BLA背光源負(fù)，實(shí)際測(cè)試中接地；BLK背光源正，實(shí)際測(cè)試中接+5V電源。

（3）電源電路。設(shè)計(jì)采用市電或備用電源供電，市電供電使用通用LM7805穩(wěn)壓芯片，即將市電轉(zhuǎn)換為9V交流經(jīng)整流濾波后用LM7805穩(wěn)壓獲得5V直流。備用電源用三節(jié)1.5V 7號(hào)電池供電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)上電，AT89C51首先完成對(duì)串口及LCD1602的初始化工作，然后開(kāi)始讀取am2301的溫濕度數(shù)據(jù)，對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，如果錯(cuò)誤則重新讀取，如果數(shù)據(jù)正確則將讀取的溫濕度數(shù)據(jù)存入內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，然后對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將結(jié)果存入數(shù)據(jù)顯示寄存區(qū)，將待顯示數(shù)據(jù)送LCD1602顯示，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至串口，然后重新進(jìn)行下一輪溫濕度數(shù)據(jù)讀取與顯示。系統(tǒng)主程序如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主程序流程圖

（2）AM2301溫濕度讀取程序設(shè)計(jì)。通過(guò)單總線(xiàn)訪問(wèn)AM2301。首先主機(jī)發(fā)開(kāi)始信號(hào)，然后主機(jī)等待接收AM2301響應(yīng)信號(hào)，當(dāng)AM2301發(fā)出響應(yīng)信號(hào)后，主機(jī)則連續(xù)接收AM2301送出的40位數(shù)據(jù)，對(duì)40位數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確后則存入內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

基于AM2301的家用溫濕度計(jì),經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，溫度絕對(duì)偏差最大為0.5℃，濕度絕對(duì)偏差最大為3%RH，設(shè)計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定。LCD顯示數(shù)字讀數(shù)方面，便于掌握環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，適合醫(yī)院、倉(cāng)庫(kù)、家庭環(huán)境等測(cè)量溫濕度。