基于单片机的盆花自动浇水控制系统设计.docx

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1、摘要*I关键词1刖21 1选题的目的和意义21.2自动浇花器的诞生背景及国内外发呈现状21 .3毕业设计采纳的探讨方法和手段42 AT89c51单片机42.1AT89C51单片机的基本组成422AT89c51主要特23管脚说明62.4AT89C51单片机的存储器8241程序存储器8242数据存储器825振荡电路和时钟92.6AT89c51的中断系统102.6.1中断系统结构和中断限制10262中断响应过程1127定时器/计数器122.7.1定时器/计数器0和1的简介132.7.2定时器/计数器0和1相关的特殊功能寄存3温湿度传感器1431数字温湿度传感器SHT-I11432SHT-II的特性1

2、532ISHT11的特点15322SHT的详规格1633SHT-II的引脚163.4SHT11的内部吩咐及接口时序173.4.ISHT-11的吩咐依次及吩咐时序173.4.2SHT-II的内部吩咐183.4.3SHT11的状态寄存器1835硬件接口193 6复原处理204 DSl302时钟芯片204.1DS1302时钟芯片的简介2042引脚2143吩咐字节215液晶显示器1.CD2451液晶显示器的分类245.2ATMPIRE128X64255.2.1LCD128X64引脚功能265.2.2KS0108限制器指令功能26523应用说明286盆花自动浇水系统的设计286.1土壤温湿度检测及限制2

3、86.2硬件电路的设计296 3系统软件的设计337 结论36参考文献36致谢37附录38基于单片机的盆花自动浇水限制系统设计摘要：本次设计的盆花自动浇水系统包括土壤温湿度的检测及限制和蓄水箱自动上水及水位报警两大部分。土壤温湿度的检测及限制部分又包括了土壤温湿度的检测和显示、自动浇水系统。土壤温湿度的检测和显示以温湿度传感器SHTTl为感应部件，将检测到的土壤温湿度值送入AT89C51单片机，再由其输出到LCD屏进行显示。自动浇水系统设计为智能和手动两个部分：智能浇水部分是通过单片机程序设定浇水的上下限值及SHTTl送入单片机的土壤湿度值相比较，当低于下限值时，单片机输出一个信号限制电磁阀打

4、开，起先浇水，高于上限值时再由单片机输出一个信号限制电磁阀关闭，停止浇水；手动部分是由单片机从时钟芯片DS1302读入月份及每天的实时时刻，通过软件程序设定定时浇水的时间及浇水的量。关键词：AT89C51单片机SHT-H温湿度传感器LCDDS1302时钟芯片C51程序数字电路PottedplantwateringcontrolsystembasedonPLCAbstract：Thedesignoftheautomaticwateringsystemincludessoilpothumiditydetectionanddisplay,automaticwateringandstorageboxa

5、utomaticwaterandwaterlevelalarmthreeparts.S-oiltestinganddisplayoftemperatureandhumiditysystemtakesTemperatureandhumiditysen-sorSHT-11asinductivecomponents,itwilldetectthesoiltemperatureandhumidityvalueandinputthevaluetotheAT89C51microcontroller,thenthetemperatureandhumidityvaluewillbeoutputtoLCDscr

6、eendisplayed.Automaticwateringsystemdesignforintelligenceandmanualtwoparts.IntelligentwateringpartthroughthemicrocontrollerprogramsettingtheupperandIo-werwaterattained,thencomparingthisupperandlowerwaterattainedwiththevalethatthroug-hingSHT-Ilinputtingtothemicrocontroller.WhenbelowthelimitSCMoutputs

7、asignaltoo-peningtheElectromagneticvalve,andStartwatering.ifAbovetheupperlimitvalue,theSCMwilloutputanothersignaltoTurnningofftheElectromagneticvalve,andStopwatering.ManualpartreadthetimefromtheclockchipDS1302bymicrocomputer.Throughsoftwareprogramtosettingtheregularwatering*timeandWateringamount.Sto

8、rageboxWaterlevelcontrolsystemu-sesPurehardwarecontrol.Keywords:AT89C51microcontroller;SHT-11temperatureandhumiditysensor;LCD;clockchipDS1302;C51program;Digitalcircuit1前言1.1 选题的目的和意义随着社会生活的进步，人们的生活质量越来越高。在家里养盆花可以陶冶情操、丰富生活。同时，盆花通过光合作用可汲取二氧化碳，净化室内空气，在有花木的地方空气中阴离子聚积较多，所以空气也特殊清爽，而且有很多花木还可汲取空气中的有害气体，因此，养

9、盆花如今被很多的人所宠爱。盆花浇水量是否能做到适时适量，是养花成败的关键。但是，在生活中人们总是会有无暇顾及的时候，比如工作太忙或者出差、旅游等。花草生长问题80%以上是由花儿浇灌问题引起；好不简洁种植几个月的花草，因为浇水不刚好，长势不好，用来美化家园的花草几乎成了“鸡肋”；不种植了吧，家中没有绿色衬托感觉没有朝气；保留吧，花草长得不够旺盛，还影响家庭装饰效果。虽然目前市面上有卖盆花自动浇水器的，但价格特别的昂贵，并且大多只能设定一个定时浇水的时间，很难做到给盆花适时适量浇水。也有较经济的盆花缺水报警器，可以提示人们刚好的给盆花浇水。可是这种报警器只能报警，浇水还是须要人们亲自动手。当家里无

10、人时，即使报警也无人浇水，就起不到应有的作用了。因此，我想通过设计一种集盆花土壤湿度检测，自动浇水以及蓄水箱自动供水于一体的盆花自动浇水系统。让盆花在人们无暇照看时也能得到刚好的浇灌。1.2 自动浇花器的诞生背景及国内外发呈现状微喷系统是近几年利用国内外先进技术组装的新型浇灌设施，主要是利用水流通过低压管道系统以肯定速度从特制的喷头喷出，在空气中分散成细小的水滴，着落在花草植物、作物及四周的地面上，从而达到刚好补充水分的目的。该系统具有用水量少、冲击力小的浇灌特性，适用于栽培密度大、植株松软细嫩的植物。自动浇花器的诞生是随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生的一种懒人园艺用品。它把微喷的

11、概念应用于家庭盆花浇灌中，通过相应的改进，达到合理给盆花自动浇水的目的。早在很多年前，国外就已经起先普及，国内运用的电子类自动浇花器多数从国外进口的，价格昂贵，但质量比较牢靠。不过这并不太适用于国内，目前国内外比较流行的是玻璃制作的自动浇花器。这种类型的浇花器多数在我国山西和浙江一带加工生产的，价格比较低廉，好用性没有电子类自动浇花器好。随着国内居民消费水平和生活质量的提高，居家园艺市场异样火爆，但是由于生活节奏加快，种花简洁养花难的问题暴露出来，而养花最重要的问题就是浇水问题，探讨表明花草80%以上的死亡由于浇水不刚好引起，因此国内商家已经看到了这种需求潜力。目前这类小居家用品的厂家主要集中

12、在广东，上海，浙江一带。现在市面上所出售的自动浇花器主要有以下几类：电子类自动浇花器电子类自动浇花器又叫时控喷淋装置，系统构成为：主机（或者限制器）、主管（可以是花园管也可以是47mm的微喷淋管）、分水接头（3通、4通、5通、6通、分水器）、副管（35mm）喷淋管（雾化喷头、旋转喷头、折射雾化喷头等）。电子类自动浇花器依据电源的不同分为沟通电自动浇花器和电池自动浇花器两种。限制器的一般性能有：电磁阀限制；智能时控电路微电脑芯片限制;适用电源为AC220V50Hz;最相宜水压0.3-申6Mpa；待机功率（4VA,浇水时V12VA）；可限制连续作业时间是1分钟至168个小时；可每天自动完成十次以上

13、浇水作业，可每天、隔天、隔多天自动循环进行浇水,手动自动两用；每天计时误差小于正负3秒；电器适应环境温度为TO50；相对湿度V90%RH0玻璃、陶瓷类自动浇花器玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置，它由本身材质的物理结构构成，依据器具的物理渗水原理完成自动浇灌，当自动浇水器内部存水,自身形成肯定的压力，当遇到干燥的土壤，水就会自上而下的流出，当土壤潮湿以后，会形成一个堵塞压力，从而导致水流速度变慢或者停止。器具工艺不同，效果也不一样，当然也因土壤的疏松状况确定器具内水流的速度。当前传感器技术及单片机技术发展快速，其应用逐步由工业、军事等领域向其他领域渗透，已经和我们的日常生活休戚相关。而且智

14、能家居概念也越来越受人们的推崇，因此，微电脑限制的电子类自动浇花系统有很好的发展前景。1.3 毕业设计所采纳的探讨方法和手段本次毕业设计是设计一种单片机限制的自动浇水系统，实现室内盆花浇水的自动化系统。该系统可对土壤的温湿度进行监控,并对作物进行适时、适量的浇水。其核心是单片机和温湿度传感器以及浇水驱动电路构成的检测限制部分。主要探讨土壤湿度及浇水量之间的关系、浇灌限制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分。检测部分，单片机选用AT89C51单片机，温湿度传感器选用SHTll温湿度传感器。SHT-Il采纳COMSens专利传感器技术将温度湿度传感器、A/D转换器、数字接口、校准数据存储器、标准

15、I2C总线等电路全部集成在一个芯片内。软件选用C51语言编程。土壤温湿度传感器可将检测到的土壤温湿度模拟量放大转换成数字量通过单片机内程序限制精确的将温度及湿度分别显示在LCD显示屏上，同时通过单片机内的中断服务程序推断是否要给盆花浇水，若需浇水，则单片机系统发出浇水信号，并经放大驱动设备,开启电磁阀进行浇水，若不需浇水,则进行下一次循环检测。在浇水系统中也同时设计一个手动浇水部分,系统工作时通过设置键的按下及否来选择浇水系统的工作方式。土壤浇水驱动电路采纳继电器开关电路，蓄水箱水位报警以及自动上水部分采纳纯硬件限制。2AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪耀可编程可擦除只读存储

16、器(FPEROM一FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采纳ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，及工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪耀存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微限制器，AT89C51单片机为很多嵌入式限制系统供应了一种敏捷性高且价廉的方案。2.1AT89C51单片机的基本组成AT89C51由一个8位的微处理器，128KB片内数据存储器RAM,21个特殊功能寄存器SFR

17、,4KB片内程序存储器FIaShROM,64KB可寻址片内外统一编址的ROM,64KB可寻址片外的RAM,4个8位并行I/O接口（Po-P3）,一个全双工通用异步串行接口UART,两个16位的定时器/计数器，具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能的五个中断源、两个优先级的中断限制系统以及片内振荡器和时钟产生电路。其基本组成框图如图2-1所示。图2-1AT89C51的基本组成2. 2AT89C51主要特性T89C51主要特性有： 及MCS-51兼容 4K字节可编程闪耀存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM

18、32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路1.3 管脚说明此处省略NNNNNNNNNNNN字。如须要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零另供应全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩1.4 AT89C51单片机的存储器在单片机中，存储器分为程序存储器ROM和数据存储器RAM,并且两个存储器是独立编址的。AT89C51单片机芯片内配置有8KB(OOOoHIFFFH)的FlaSh程序存储器和256字节(OOHFFH)的数据存储器RAM,依据须要可外扩到最大64KB的程序存储器和64KB的数据存储器，因此A

19、T89C51的存储器结构可分为4部分：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。假如以最小系统运用单片机，即不扩展，则AT89C51的存储器结构就较简洁：只有单片机自身供应的8KBFIaSh程序存储器和256字节数据存储器RAMo图2-3给出了AT89C51单片机的存储器分布空间。左侧线框中为单片机自身供应的8KBFIaSh程序存储器和256字节数据存储器RAM。右侧为可扩展的64KB的程序存储器ROM和64KB的数据存储器RAM。2. 4.1程序存储器AT89C51单片机出厂时片内已带有8KB的Flash程序存储器，运用时，引脚话要按高电平(5V),这时，复位后CPU从

20、片内ROM区的OoOOH单元起先读取指令代码，始终运行到IFFFH单元，假如外部扩展有程序存储器ROM,则CPU会自动转移到片外ROM空间200OHFFFFH读取指令代码。图2-3存储器空间分布图3. 4.2数据存储器AT89C51单片机出厂时片内已带有256字节的数据存储器R.M,假如不够用，可以在片外扩展，最多可扩展64KBRAMo图2-4片内数据存储器的结构单片机自带的数据存储器RAM结构如图2-4所示，此256字节单元(OOH-FFH)的低128字节(OoH7FH)单元为用户运用区，高128字节(80HFFH)单元为特殊功能寄存器SFR区。片内数据存储器的OOH7FH单元又划分为3块：

21、00HlFH块是工作寄存器所用；20H2FH块是位寻址功能的单元区；30H3FH是一般RAM区。工作寄存器又分为4组，在当前的运行程序中只有一组是被激活的，谁被激活有程序状态寄存器PSTV的RSI,RSO两位确定。2.5 振荡电路和时钟在AT89C51芯片内部，有一个振荡电路和时钟发生器，引脚XTALl和XTAL2之间接入晶体振荡器和电容后构成内部时钟方式。也可以运用外部振荡器，由外部振荡器产生的信号干脆加载到振荡器的输入端，作为CPU的时钟源，称为外部时钟方式。采纳外部时钟方式时，外部振荡器的输出信号接至XTAL1,XTAL2悬空。两种方式的电路连接如图2-5所示。大多数的单片机采纳内部时钟

22、方式，本次设计亦然。（a）运用片内振荡器接法（b）运用片外振荡器接法图2-5T89C51振荡器的连接方式在AT89C51单片机内部，引脚XTAL2和引脚XTALl连接着一个高增益反相放大器，XTALl引脚是反相放大器的输入端，XTAL2引脚是反相放大器的输出端。芯片内部的时钟发生器是一个二分频触发器，振荡器的输出以为其输入，输出为两相的时钟信号（状态时钟信号），频率为振荡器输出信号频率加,的1/2。状态时钟经三分频后为低字节地址锁存信号ALE,频率为振荡器输出信号频率必的1/6,经六分频后为机器周期信号，频率为人/12。cnC2一般取2030pF的陶瓷电容器。2.6 AT89C51的中断系统为

23、了提高系统的工作效率，AT89C51单片机设置了中断系统，采纳中断方式及外设进行数据传送。所谓“中断”，是指单片机在执行某一段程序的过程中，由于某种缘由（如异样状况或特殊恳求），单片机短暂中止正在执行的程序，而去执行相应的处理程序，待处理结束后，再返回到被打断的程序处，接着执行原程序的过程。2.7 6.1中断系统结构和中断限制AT89C51有六个固定的可屏蔽中断源，分别是三个片内定时器/计数器溢出中断TFO、TFl和TF2,两个外部中断而(P3.2)和而(P3.3),一个片内串行口中断Tl或RI。6个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套。它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入相应

24、的中断服务程序。引起6个中断源的符号、名称及产生的条件如下：而近外部中断0,由P3.2端口线引入，低电平或下降沿引起；TSti:外部中断1,由P3.3端口线引入，低电平或下降沿引起；T0：定时器/计数器0中断，由TO记满回零引起；T1：定时器/计数器1中断，由TI记满回零引起；TI/RI：串行口I/O中断，串行端口完成一帧字符发送/接收后引起中断；T2：定时器/计数器2中断，由T2记满回零引起。在本次设计中采纳了定时器/计数器0中断，它的中断限制寄存器包括定时器/计数器0、1限制寄存器TCON和中断允许限制寄存器IE0定时器限制寄存器TCONTCON是定时器/计数器和外部中断两者合用的一个可位

25、寻址的特殊功能寄存器，它的格式如下：D7D6D5D4D3D2DlDOTFlTRlTFOTROIElITlIEOITO各限制位定义如下：TF1：定时器/计数器1溢出中断恳求标记位。当定时器/计数器1计数产生溢出时，由内部硬件置位TFl,向CPU响应中断并转向该中断服务程序执行时，由硬件内部自动TFl清OoTR1：定时器/计数器1启动/停止位。由软件置位/复位限制定时器/计数器1的启动或停止计数。TFO：定时器/计数器0溢出中断恳求标记位。当定时器/计数器0计数产生溢出时，由内部硬件置位TFO,向CPU响应中断并转向该中断服务程序执行时，由硬件内部自动TFl清0。TRO：定时器/计数器0启动/停止

26、位。由软件置位/复位限制定时器/计数器0的启动或停止计数。IE1：外部中断恳求标记位。当CPU检测到INTO低电平或下降沿且ITl=I时，由内部硬件置位IEI标记位（IEl=I）向CPU恳求中断，当CPU响应中断并转向该中断服务程序执行时，由硬件内部将IEl清O0IE0：外部中断恳求标记位。当CPU检测到INTO低电平或下降沿且ITO=I时，由内部硬件置位IEO标记位（IEO=I）向CPU恳求中断，当CPU响应中断并转向该中断服务程序执行时，由硬件内部将IEo清O0IT1：用软件置位/复位ITl来选择外部中断INTl是下降沿触发还是电平触发中断恳求。当ITI置1时，则外部中断INTl为下降沿触

27、发中断恳求，即INTI端口由前一个机器周期的高电平跳变为下一个机器周期的低电平，则触发中断恳求；当ITI复位清0,则INTl的低电平触发中断恳求。IT0：由软件置位/复位ITO来选择外部中断INTO是下降沿触发还是低电平触发中断恳求，其限制原理同11中断允许限制寄存器中断允许限制寄存器IE的格式如下：D7D6D5D4D3D2DlDOEAET2ESETlEXlETOEXO各限制位定义如下：EA：中断总限制为。EA=I,CPU开中断，它是CPU是否响应中断的前提,在此前提下，假如某中断源的中断允许位置1,才能响应当中断源的中断恳求。假如EA=O,无论哪个中断源有恳求，CPU都不予回应。ET2：定时

28、器/计数器T2中断限制位，ET2=1,允许T2计数溢出中断；ET2=0,禁止T2中断。ES：串行口中断限制位，ES=I,允许串行口发送/接收中断；ES二0禁止串行口中断。ET1：定时器/计数器Tl中断限制位，ETl-I,允许Tl计数溢出中断；ETl=O,禁止Tl中断。EX1：外部中断1限制位，EXl=I,允许中断；EXl=O,禁止外部中断1中断。ETO：定时器/计数器To中断限制位，ETO=I,允许To计数溢出中断;ETO=O,禁止To中断。EXO：外部中断O限制位，EXO=I,允许中断；EXO=O,禁止外部中断0中断叫2.6.2中断响应过程CPU中断处理从响应中断、限制程序转向对应的中断矢量

29、地址入口处执行中断服务程序，到执行返回(RETI)指令为止。中断响应可分为以下几个步骤：爱护断点，即保存下一个将要执行的指令的地址，把这个地址送入堆栈。找寻中断入口，依据6个不同的中断源所产生的中断，中断系统必需能够正确地识别中断源，查找6个不同的入口地址。以上工作是由单片机自动完成的，及编程者无关。在6个入口地址处存放有中断处理程序。执行中断处理程序。中断返回：执行完中断指令后，从中断处返回到主程序，接着执行。2.6.2中断响应过程CPU中断处理从响应中断、限制程序转向对应的中断矢量地址入口处执行中断服务程序，到执行返回(RETI)指令为止。中断响应可分为以下几个步骤：爱护断点，即保存下一个

30、将要执行的指令的地址，把这个地址送入堆栈。找寻中断入口，依据6个不同的中断源所产生的中断，中断系统必需能够正确地识别中断源，查找6个不同的入口地址。以上工作是由单片机自动完成的，及编程者无关。在6个入口地址处存放有中断处理程序。执行中断处理程序。中断返回：执行完中断指令后，从中断处返回到主程序，接着执行。2.7定时器/计数器AT89C51单片机内部设有两个16位可编程定时器/计数器，即定时器/计数器0和定时器/计数器Io除此之外还有一个可编程定时器/计数器2o2.7.1定时器/计数器0和1简介定时器/计数器0和1内部有一个计数寄存器(THX和TLX),它事实上是一个累加寄存器进行加1计数。定时

31、器和计数器共用这个寄存器，但定时器/计数器同一时刻只能工作在其中一种方式下，不行能既工作在定时器方式，同时又工作在计数器方式。这两个工作方式的根本区分是在于计数脉冲的来源不同。工作在定时器方式时，对振荡源12分频的脉冲计数,即每过一个机器周期（1个机器周期在时间上和12个振荡周期的时间相等），计数寄存器中的值就加1。工作在计数器方式时，计数脉冲不是来自内部的机器周期，而是来自外部输入。对定时器/计数器0、定时器/计数器1,计数脉冲分别来自TO、Tl引脚。当这些引脚上输入的信号产生高电平至低电平的负跳变时，计数寄存器的值就加1。单片机每个机器周期都要对对外部输入进行采样，假如在第一个周期采得的外

32、部信号为高电平，在下一个周期采得的信号为低电平，则在再下一个机器周期，即第三个机器周期计数寄存器的值才增加l,o2. 7.2及定时器/计数器0和1相关的特殊功能寄存器 计数寄存器TH0、TLO和TH1、TLl计数寄存器是16位的，再启动定时器时须要对它设定初始值。THX是计数寄存器的高8位，TLX是计数寄存器的低8位。TH0、TLo对应T/CO,TH1、TLl对应T/C1。 定时器/计数器限制寄存器TCON定时器/计数器限制寄存器TCON的格式如下：TFlTRlTFOTRlIElITlIEOITOTFI为T/C1的溢出标记，溢出时由硬件置1,进入中断后又由硬件自动清0。TRl为T/C1的启动和

33、停止位，由软件限制。置1时启动T/C1；清0时停止T/CloTFO和TRO的功能和运用方法以TFlJRl类似，只是它们针对的是TC0o定时器/计数器方式限制寄存器TMOD定时器/计数器方式限制寄存器TMOD的格式如下所示。它的限制位都是由软件限制的，其中高4位是针对T/C1的，低4位是针对T/C0的，其功能和运用方法相像。GATECYTMlMOGATET/CMlMO现在以T/CO来说明各限制位的运用方法：GATE是一个选通位，当GATE位置1时，T/CO受到双重限制，只有而为高电平且TRO位置1是T/CO才起先工作，当GATE位清0时，T/CO仅受到TRO的限制。C厅用来选择工作在定时器方式还

34、是计数器方式。当该位置1时工作在计数器方式，清0时工作在定时器方式。Ml和MO联合起来用于选择操作模式，一共有四种操作模式，如表2-2所示。表2-2操作模式MlMO操作模式计数器配置00模式013位计数器10模式2自动重转载的8位计数器10模式2自动重转载的8位计数器11模式3TO分为两个8位计数器，TI停止计数3温湿度传感器传统的模拟式湿度传感器需设计信号调理电路并要经过困难的校准、标定过程,测量精度难以得到保证,且在线性度、重复性、互换性、一样性等方面往往不尽人意。为解决这些问题，瑞士Ser）Sirion公司推出了新一代基于CMoSenSTM技术的数字式温湿度传感器。它很好地解决了温湿度传

35、感器存在的上述问题,实现了数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换功能。3. 1数字温湿度传感器SHTTl数字温湿度传感器SHT-Il采纳COMSens专利传感器技术将温度湿度传感器、A/D转换器、数字接口、校准数据存储器、标准FC总线等电路全部集成在一个芯片内（其内部结构如图3-1所示）。图3-1数字温湿度传感器SHT11的内部结构图由它的内部结构可看出SHTTl具有不同爱护的“微型结构检测电极系统及聚合物覆盖层组成了传感器芯片的电容,这样除保持了电容式湿敏器件的原有特性外还可抵挡来自其它方面的影响。将温度传感器及湿度传感器结合在一起构成了一个单一的个体,这就使得测量精度提高并且可以精

36、确得出露点,而不会产生由于温度及湿度传感器之间随温度梯度变更而引起的误差。而且将传感器元件、信号放大器、模/数转换器、OTP校准数据存储器、Fc工业标准串行总线等，电路功能部件全部采纳CMOS技术及温湿度传感器一起放置在一个芯片内。这不仅使信号强度增加，更重要的是长期稳定性也得到增加,这对传感器系统是极为重要的。同时,模/数转换也在一个芯片内同时完成,这可使信号对噪声不敏感,尤其重要的是，在传感器芯片数据存储器内装载的针对每一只传感器的校准数据保证了每一只传感器都有相同的功能,可以实现100%的互换。此外，。该传感器还具有Vc二线串行总线接口，这可使传感器便利的及任何类型的微处理器、微限制器接

37、口相连,为温湿度的微机化测试带来极大的便利,这不仅能削减温湿度测试系统的开发时间,还可节约数字化接口的软硬件成本。该传感器还有反应快速、高精度、低功耗等优点。3.2SHT-Il的传感器输出SHT-Il的相对湿度肯定精度、温度精度和25露点精度如图3-2(a)(C)所示。.(a)湿度肯定精度(b)温度精度(C)25露点精度图3-2相对湿度、温度和露点的精度曲线3.2.1湿度值输出SHT-H可通过I2C总线干脆输出数字量湿度值,其相对湿度输出特性曲线如图3-2所示。从中可以看出,SHTll的输出特性呈肯定的非线性,为了补偿湿度传感器的非线性以获得精确数据,可按式(3-1)修正湿度值：式中,SORH

38、表示传感器相对湿度测量值,系数取值分别如下：12位时：Cl=-4,c2=0.0405,C3=-2.8x10-6;8位时:c1=-4,c2=0.648,c3=-7.2104o3.2.2温度值输出SHTTl温度传感器的线性特别好,可用下列公式（3-2）将温度数字输出转换成实际温度值T：式中，s。,表示传感器温度测量值。当电源电压为5V,温度传感器的辨别率为14位时，dl-409=0.01；当温度传感器的辨别率为12位时，4=o,J2=004o图3-3相对湿度输出特性曲线3. 2.3露点计算空气的露点值可依据相对湿度和温度值由下面公式计算：式中，ew饱和水蒸气压强（mmHg）4. 2.4非线性校正及

39、温度补偿式（3-1）为相对湿度的非线性补偿计算公式,对于单片机系统而言，计算量大而过困难,下面给出简化的计算方法。（1）线性当系统对湿度测量精度要求不高时,可采纳以下的线性计算公式。式中，C1=C2=0.5o2） ）2X线性当系统对湿度测量精度要求较高时,可采纳以下的2X线性计算公式,即用最小的计算困难性来提高精确度。式中，So为8位湿度传感器输出湿度值。当0SO107时，=143,6=512;当108SO255时，=143,6=512。（3）温度补偿上述湿度计算公式是按环境温度为25进行计算的,而实际的测量温度值则在肯定的范围内变更,所以应考虑湿度传感器的温度系数,可按式（3-5）对环境温度

40、进行补偿。当SOrh为12位时，r1=0.01,I2=0.00008；当SoRH为8位时,=0.01,t2=0.001283.3SHT-Il的特性3） 3.1SHT-H的特点SHT-Il传感器的特点如下:1）相对湿度和温度一体测量；2）精确露点测量；3）全量程标定，无需重新标定即可互换运用；4）超快响应时间；5）两线制数字接口（最简洁的系统集成，较低的价格）；6）超小尺寸（7.5X5X2.5mm）；7）高牢靠性（工业CMoS工业）；8）优化的长期稳定性；9）可完全浸没水中；10）基于恳求式测量，因此低能耗；ID具有湿度传感器元件的自检测实力；12）传感器元件加热应用，亦可获得极高的精度和稳定性

41、。3.2SHT的具体规格1.相对湿度传感器（RH）的性能参数如下：范围：0100%RH;精度：3%RH（2080%RH）;响应时间：4s?复现性：+0.1%RH；辨别率：0.03%RH;工作温度：-40C+120。2 .温度传感器（T）的性能参数如下：范围：40+120；精度：0.5（在25时），0.9（在040时）；响应时间：20s;复现性：0.1；辨别率：0.OloCo3 .电器数据能耗:典型30uW（5V,12-bit,测量周期2秒）典型IuW（2.4V,8-bit,测量周期2分）；供电范围：2.4V5.5V；检测电流：0.5mA；待机电流：O.3uVo3.4SHT-H的引脚SHT-11

42、的引脚图如图3-4所示。图3-4SHT-Il的引脚图引脚简介引脚1GND接地端；SHTTl的供电电压为0.455V,传感器上电后要等待IInIS以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令，电源引脚（VDD,GND）之间可增加一个100UF的电容，用以去耦滤波。引脚2DATA双向串行数据线；SHTTl的串行接口，在传感器的读取及电源损耗方面都做了优化处理。DATA三态门用于数据的读取。引脚3-SCK串行时钟输入；用于微处理器及SHT-Il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。引脚4VDD电源端，0.45.5V电源引脚58NC空管脚3.5SHT-Il的的内部吩咐及

43、接口时序3.5.1SHT-Il的内部吩咐SHT-Il传感器共有5条用户吩咐,具体吩咐格式见表3-1o在程序编程时依据吩咐编号来设定SHT-Il的工作状态。例如：0x03设置SHT-Il为温度测量，0x05是设置SHT-Il为湿度测量。表3-1SHTTl传感器吩咐列表吩咐编号说明测量温度OOOll温度测量测量湿度00101湿度测量读寄存器OOlll“读”状态寄存器写寄存器OOllO“写”状态寄存器软启动IlllO重启芯片,清除状态记录器的错误记录11毫秒后进入下一个吩咐3.5.2SHT-11的吩咐依次及吩咐时序1）传输起先初始化传输时,应发出“传输起先”吩咐,具体为SCK是高电平常,DATA高电

44、平变为低电平,并在下一个SCK为高时将DATA上升。接着传输起先下一个吩咐，包含3个地址位（目前只支持“000”）和5个吩咐位,通过DATA脚的ack位处于低电位表示SHTII正确收到吩咐。2）连接复位依次假如及SHTIl传感器的通讯中断,下列信号依次会使串口复位:当使DATA线处于高电平常,触发SCK9次以上（含9次），并发一个前述的“传输起先”吩咐。3）温湿度测量时序当发出了温（湿）度测量吩咐后，限制器就要等到测量完成后才起先动作。运用8/12/14位的辨别率测量分别须要大约11/55/210mso为表明测量完成，SHTII会使DATA为低电平,此时限制器必需重新启动SCK,然后SHTII

45、传送两字节测量数据及1字节CRC校验和到限制器，限制器必需通过使DATA为低来确认每一字节，通讯在确认CRC数据位后停止。假如没有用CRC28校验和，则限制器就会在测量数据LSB后，保持ack为高时停止通讯,SHTU在测量和通讯完成之后会自动返回睡眠模式。须要留意的是，为使SHTIl温上升低于0.1,则此时工作频率不能大15%（如：12位精确度时,每秒最多进行3次测量）。测量温度和测量湿度吩咐所对应的时序如图3-4所示。图3-4测量温湿度时序图4）加热限制将传感器芯片中的加热开关接通，传感器温度大约增加5,加热用途如下:其一，通过对启动加热器前后的温、湿度进行比较，可以正确地区分传感器的功能；其二，在相对湿度较高的环境下，传感器可通过加热来避开冷凝。5）低电压检测SHTn的工作极限功能可以检测VDD电压是否低于2.45V,精确度为土0.IVo3. 5.3SHT-Il的状态寄存器SHTTI的状态寄存器的类型及其说明见表3-2。表3-2SHT-II状态寄存器及说明位类型说明缺省说明7保留06读工检限X5保留04保留0续表位类型说明缺省说明3只用于试验，不行以运用02读/写加热0关1读/写不从OTP重下载0重下载0读/写1一8位相对湿度，12位温度辨别率；012位相对湿度，14位温辨别率012位