劉娟花　楊幸芳

摘 要： 采用AT89S52單片機和SHT11數(shù)字溫濕度傳感器構成成本低廉的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。由AT89S52單片機將采集到的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到1602液晶顯示器顯示，同時當溫度或濕度超過設定的上限或下限值時由發(fā)光二極管與蜂鳴器產(chǎn)生聲光報警。系統(tǒng)結(jié)構簡單、成本低廉、抗干擾能力強、適用范圍廣、功耗較低，符合儀器儀表小型化的潮流，為智能化的微型溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與研究奠定了良好的基礎。

關鍵詞： 單片機； SHT11； LCD1602； 報警

中圖分類號： TN931+.3?34； TP368 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）20?0165?04

Abstract： The AT89S52 MCU and SHT11 digital temperature?humidity sensor are used to construct a temperature?humidity monitoring system with low cost. The data acquired and processed by 52?MCU is sent to LCD1602 for displaying. If the value of temperature or humidity exceeds the set valves， the sound and light alarms are generated by LED and buzzer. The system has simple structure， low cost， strong anti?interference ability， wide application range and low power consumption， and conforms to the trend of the instrument miniaturization， which lays the good foundations for the research and development of the intelligent micro temperature?humidity monitoring system.

Keywords： microcontroller； SHT11； LCD1602； alarm

現(xiàn)代檢測技術中溫濕度測量占據(jù)著重要的位置，如何快速、準確地測量溫濕度受到各行各業(yè)的重視。隨著電子工業(yè)和計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)代檢測技術也在向自動化、智能化和數(shù)字化方向發(fā)展。近年來，利用微型機控制的數(shù)字化在線溫濕度檢測已成為溫濕度檢測技術方面的發(fā)展趨勢。本文介紹的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，以微型機AT89S52為基礎搭建數(shù)字溫濕度傳感器SHT11構成一種結(jié)構簡單、測量準確、價格低廉、穩(wěn)定可靠的智能化溫濕度檢測系統(tǒng)，可廣泛地應用于實際生產(chǎn)生活中。

1 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)硬件部分由以下幾個模塊組成[1?2]：AT89S52單片機控制模塊、溫濕度采集模塊、鍵盤設置模塊、時鐘模塊、LCD顯示模塊、報警模塊以及其他輔助模塊。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能為：單片機處理SHT11傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并控制液晶顯示器顯示出實時溫度和濕度，同時當溫度或濕度超過設定的上限或下限值時產(chǎn)生聲光報警。系統(tǒng)總體設計如圖1所示。

1.1 AT89S52單片機

AT89S52是ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含有8 KB的EPROM和256 B的RAM，32個可編程I/O口，3個16位定時/計數(shù)器，8個中斷源，1個雙工串行通信口及時鐘電路，片內(nèi)置通用8位中央處理和FLASH存儲單元，與MCS?51系列指令和引腳完全兼容。該芯片功能強大，適用于復雜控制應用場合[3?4]。

1.2 溫濕度測量模塊的設計

溫濕度傳感器選用SHT11。SHT11是瑞士Sensiron公司推出的采用了CMOSens工藝的一款數(shù)字溫濕度傳感器。它將溫濕度感測、信號變換、A/D轉(zhuǎn)換等功能高度集成在一起，封裝超小，提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA。支持CRC校驗，傳輸可靠性高，工作電壓為2.4～5 V，其測量精度可編程調(diào)節(jié)，測量精度高，可以提供溫度補償、濕度測量值和高質(zhì)量的露點計算功能，其組成結(jié)構見文獻[5]。對于SHT11的操作嚴格依據(jù)時鐘線（SCK）和數(shù)據(jù)線（DATA）不同的高低電平時序，共有5種用戶命令，實現(xiàn)不同的功能。用戶命令是由3位地址位（只支持000）和5位命令位組成的8個二進制比特。SHT11 有5條命令，分別是測量濕度（00101）、測量溫度（00011）、寫狀態(tài)寄存器（00110）、讀狀態(tài)寄存器（00111）和軟件復位（11110）命令。SHT11采用雙線串口通信，所以只需要用到單片機的2個I/O口，SHT11與單片機的接線如圖2所示。其基本工作原理是單片機向SHT11 發(fā)出命令，SHT11 利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對濕度、溫度的信號，然后經(jīng)過放大，分別送至A/D 轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、校準和糾錯，最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至單片機處理。單片機處理數(shù)據(jù)后進行數(shù)字顯示并作相應的控制。

1.3 顯示模塊的設計

顯示模塊選用LCD1602液晶顯示屏，它是目前工控系統(tǒng)中使用最廣泛的液晶屏之一，顯示質(zhì)量高。LCD1602 字符型液晶模塊是點陣型液晶，驅(qū)動方便，經(jīng)過編程后顯示內(nèi)容多樣化[4]。系統(tǒng)顯示模塊如圖3所示，LCD1602通過P1口與單片機進行數(shù)據(jù)通信，將要顯示的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示。

1.4 按鍵模塊設計

系統(tǒng)鍵盤模塊如圖4所示，獨立式鍵盤各個按鍵相互獨立，每個按鍵各接1根I/O接口線，每根I/O接口線都不會影響其他I/O接口線。通過檢測I/O接口線的電平狀態(tài)判斷出哪個按鍵被按下。本設計用到4個按鍵，從上至下分別為加一、減一、模式選擇及返回鍵。

1.5 報警模塊設計

本文設計的報警系統(tǒng)由紅綠發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，如圖5所示。D1～D4分別為溫度上限紅色指示燈、溫度下限綠色指示燈，濕度上限紅色指示燈、濕度下限綠色指示燈。

當P0.3～P0.6分別輸出低電平時，相應的二極管D1～D4導通并發(fā)光； 否則，相應的二極管D1～D4不發(fā)光。采用PNP三極管驅(qū)動蜂鳴器，當P0.7輸出低電平時三極管導通，蜂鳴器鳴叫；當P0.7輸出高電平時三極管截止，蜂鳴器不響。

2 系統(tǒng)軟件設計

本課題軟件部分的設計與硬件部分相對應，采取模塊化的設計思路，將系統(tǒng)分為：溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊、時鐘模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊等幾個模塊，分別進行設計、編譯、調(diào)試完善后，將各個模塊組合連接起來。這樣的設計方法利于程序的修改和完善，使程序的可移植性大大增強。

上電復位后，初始化各參數(shù)值，掃描按鍵是否按下，如是有按鍵按下則執(zhí)行按鍵處理程序；如果無按鍵按下則讀取溫濕度。顯示溫濕度后，將讀取的溫濕度與設置的上、下限溫濕度值進行比較，如果超過上限或者低于下限則相應的聲光報警啟動，否則返回按鍵掃描處循環(huán)執(zhí)行如上程序。

各子模塊的流程圖分別如圖7～9所示。

3 實驗驗證及結(jié)果分析

系統(tǒng)的調(diào)試采用英國Labcenter electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件Proteus并聯(lián)合Keil C51來實現(xiàn)仿真調(diào)試[6]。利用Keil C51軟件，加載溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的的C語言代碼，然后編譯形成 HEX 文件，再用Proteus軟件制作溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)電路，并對系統(tǒng)進行仿真測試。仿真測試無誤后，即可購買器件進行硬件電路的制作并進行實物驗證。

3.1 正常工作情況

初始化設置的溫度的上限值是30 ℃，下限值是20 ℃，濕度的上限值是60%RH，下限值是20%RH。圖10是溫度、濕度均在設定范圍內(nèi)的系統(tǒng)仿真結(jié)果。

3.2 溫濕度越限情況

當溫度、濕度分別超出設定的范圍時，會啟動聲光報警電路。圖11為溫度35.6 ℃（高于設定的上限值30 ℃）時的仿真結(jié)果圖。從圖中可見紅色指示燈D1點亮，蜂鳴器響。其他越限情況，如溫度低于下限（綠色指示燈D2點亮，蜂鳴器響），濕度高于上限（紅色指示燈D3點亮，蜂鳴器響）和濕度低于下限（綠色指示燈D4點亮，蜂鳴器響）時的仿真結(jié)果，限于篇幅不再給出。

3.3 實物驗證

圖12給出了系統(tǒng)某次測量環(huán)境溫度的實物圖。系統(tǒng)在上電之后，電源指示燈工作，并在液晶顯示器上顯示出實測的溫濕度值，由于雨天測量，濕度較大，超出了預設的上限值，相應的報警指示燈亮，蜂鳴器持續(xù)鳴叫。

4 結(jié) 論

基于51，52單片機的自動監(jiān)測系統(tǒng)以其智能、廉價、簡單等優(yōu)點在自動監(jiān)測領域展現(xiàn)了廣闊的應用前景。本設計采用AT89S52單片機和SHT11數(shù)字溫濕度傳感器設計了一個成本低廉的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。經(jīng)實驗驗證，該溫濕度檢測系統(tǒng)結(jié)構簡單、成本低廉、抗干擾能力強、適用范圍廣、功耗較低，符合儀器儀表小型化的潮流，為智能化的微型溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與研究奠定了良好的基礎。

參考文獻

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