會員中心
會員注冊電路原理圖如下：
仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）
一、總體設計要求3
二、方案論證 3
三、系統硬件設計 3
3.1復位電路3
3.2時鐘電路3
3.3 溫濕度測量電路4
3.4顯示電路5
四、系統軟件設計
4.1DHT11軟件設計6
4.2軟件設計流程圖 6
4.3 原理圖以及原理分析7
五、電路仿真及仿真結果分析
5.1電路仿真圖 7
5.2仿真結果分析 8
六、心得體會8
七、參考文獻9
一、總體設計要求：
1、能夠檢測出環境中的溫度和濕度，并且顯示在LCD1602上面
2、技術參數有以下要求：
濕度測量范圍：0%~100%RH；溫度測量范圍-40~+110℃。
濕度測量分辨率：1%RH；溫度測量分辨率：1℃。
濕度測量精度：±2.0%RH；溫度測量精度：±0.5℃。
3、電源工作范圍：DC 4.5～5.5V。
二、構思與選擇：
方案一：
使用AM2301數字溫濕度傳感器。該型號溫濕度傳感器，采用3.3—6V直流電源供電，它的各部分參數：濕度測量范圍為20%~90%RH；溫度測量的范圍為0~+50℃；濕度測量精度為±5.0%RH；溫度測量精度為±2.0℃。雖然它的價格比較便宜，單測溫的范圍和測濕的范圍太小，溫度的精度和濕度的精度太低，不符合設計的要求。
方案二：
使用AM2302電容式數字溫濕度傳感器。它的各部分參數如下：由于傳感器參數：濕度0%~100%相對是濕度的測量范圍；溫度測量范圍為40~+80℃；濕度的測量精度為±3.0%RH；溫度的測量精度為±0.5℃。價格也比較適合，基本可以滿足設計要求。
方案三：
使用數字溫濕度傳感器SHT11。濕度測量范圍：0%~100%RH；溫度測量范圍：40~+120℃；濕度測量精度：±2%相對濕度；溫度測量精度：±0.2%℃溫度測量精度。改傳感器價格便宜。溫度和濕度都達到或超過了標題的精度要求，屬于低功率傳感器。
綜上分析，設計應以最大化利用內部資源，電路簡易，節約成本為原則，而且利用從系統技術參數要求和低功率方面考慮。因此采用方案三。
三、系統硬件設計：
3.1復位電路：
復位是單片機的初始化操作。單片機啟動運行時，都需要先復位，作用是使CPU和系統中其他部件處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作。因此，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現。
單片機通電時，從初始態開始執行程序，稱為上電復位。單片機死機時，通過手工按“重啟”鍵使其從初始態開始執行程序，稱為手工復位。
復位條件：復位引腳RST（全稱RESET）出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執行復位操作；但如果RST持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態。
3.2時鐘電路：
1.時鐘電路
利用芯片內部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時元件，內部振蕩器便能產生自激振蕩。定時元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯諧振電路。
晶振可以在1.2～12MHZ之間任選，甚至可以達到24MHz，但是頻率越高功耗也就越大。和晶振并聯的電容C1、C2的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在20～40pF之間選擇。晶體和電容應盡可能與單機片芯片靠近，以減少引線的寄生電容，保證振蕩器可靠工作。
3.3.溫濕度測量電路：
SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。共主要特點如下： 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A／D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上；提供二線數字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高；測量精度可編程調節，內置A／D轉換器(分辨率為8～12位，可以通過對芯片內部寄存器編程選擇)； 測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償的濕度測量值和高質量的露點計算功能；封裝尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，測量和通信結束后，自動轉入低功耗模式； 高可靠性，采用CMOSens工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中。SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳名稱及排列順序如圖下所示。
仿真電路圖
3.4、顯示電路：
3.4.1電路工作原理
該模塊采用LCD1602液晶屏將電子時鐘工作的實時狀態顯示在屏幕上，結構簡單，顯示清晰。其中GND接地，VCC接VCC，LCD偏壓輸入引腳V0通過接一個電位器來調節顯示屏的背光度，數據/命令選擇端RS、讀/寫控制信號端RW、LCD使能端分別由單片機引腳P2.6、P2.5、P2.7進行控制。數據傳輸端D0-D7則用單片機的P0口進行控制。如圖是LCD1602詳細的電路引腳連線圖。
3.4.2LCD顯示模塊電路圖
系統軟件設計：
4.1.1 DHT11軟件設計
微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口SCK和DATA，其中SCK為時鐘線，DATA為數據線。該二線串行通信協議和I2C協議是不兼容的。在程序開始，微處理器需要用一組"啟動傳輸"時序表示數據傳輸的啟動，當SCK時鐘為高電平時，DATA翻轉為低電平；緊接著SCK變為低電平，隨后又變為高電平；在SCK時鐘為高電平時，DATA再次翻轉為高電平。
根據SHT11濕度測試時序可以知道。主機發出啟動命令，隨后發出一個后續8位命令碼，該命令碼包含3個地址位(芯片設定地址為000)和5個命令位；發送完該命令碼，將DATA總線設為輸入狀態等待SHT11的響應；SHT11接收到上述地址和命令碼后，在第8個時鐘下降沿，將DATA下拉為低電平作為從機的ACK；在第9個時鐘下降沿之后，從機釋放DATA(恢復高電平)總線；釋放總線后，從機開始測量當前濕度，測量結束后，再次將DATA總線拉為低電平；主機檢測到DATA總線被拉低后，得知濕度測量已經結束，給出SCK時鐘信號；從機在第8個時鐘下降沿，先輸出高字節數據；在第9個時鐘下降沿，主機將DATA總線拉低作為ACK信號。然后釋放總線DATA；在隨后8個SCK周期下降沿，從機發出低字節數據；接下來的SCK下降沿，主機再次將DATA總線拉低作為接收數據的ACK信號；最后8個SCK下降沿從機發出CRC校驗數據，主機不予應答(NACK)則 表示測量結束。
4.1.2總體程序流圖的設計：
4.3.原理圖以及原理分析：
通過AD19繪制出如上圖所示的原理圖，包括時鐘電路、晶振電路、DHT11溫濕度檢測電路、lcd1602顯示電路，因為溫濕度傳感器與單片機連接電路比較簡單。所以可以容易的繪制出電路圖。
五、仿真圖及仿真分析：
5.1、總體仿真結果：
5.2、仿真分析：
首先，將程序的hex文件加載到單片機中，開始仿真。可以清楚地看到LCD1602上面顯示了SHT11當前的溫度和濕度，雖然有誤差但是誤差并不是很大可以忽略不計，調節傳感器上面的按鈕可以實時的將傳感器所在環境的溫度顯示到LCD1602上面，具有可控性，而且顯示性和可控性較好。
六、心得體會：
我這次做的是基于單片機的溫濕度測量儀。我們知道，單片機和傳感器的應用如今已經在工業、電子等方方面面展示出了它的優越性，利用單片機和傳感器設計電路也逐漸成了趨勢，它與外圍的簡單電路再加上優化程序就可以構建任意的產品，使得這次設計成為現實。隨著單片機和傳感器的日益發展，它們必將在未來顯示出更大的活力，為人們提供更好的產品。
雖然這個電路我已經設計出來了，但是在這次的設計當中，我遇到了不少的問題。最開始我不知道要用哪一種傳感器作為我的設計，糾結了好久，最終我確定了選擇用DHT11作為我的溫濕度傳感器模塊，因為老師說不能用書本上的DS18B20作為此次設計模塊，因為書上有該模塊的詳細電路圖原理圖以及寫好的程序，所以我就仔細的查閱資料，結合以前在實驗室學習的經驗，通過一個多星期的時間來準備，從方案的選擇原理圖的繪制再到程序的編寫和仿真圖的繪制和調試，最終順利的完成了這一次的傳感器設計。
在學習傳感器與檢測技術這門中，我的收獲是特別大的，完成這次設計，不僅鞏固了單片機的知識，而且對傳感器與單片機的應用也熟悉了基本的操作方法。相信在以后的設計中，就會排除現在遇到的問題，更好的完成設計。以前我不知道傳感器到底是什么，只是在字面上理解它的意思，把一個物理量轉換成另外一個物理量。但是傳感器沒有我們想象的那么簡單，它有它的工作原理，使用條件。通過這一個學期的學習，我學習了好多傳感器，比如說：溫度傳感器、濕度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等等，現在的我大致地能理解他們的一些特性，也能夠運用他們來設計作品。在這里，我非常感謝我的老師。同時，對于這門課，我也想提出一些建議，希望我們班能夠經常開設一些關于傳感器設計與制作的活動。這樣既能提高我們的動手水平，也能開發我們設計傳感器的思維。
單片機源程序如下:
#include "all.h"
typedef union
{
uint i; //定義了兩個共用體
float f;
} value;
enum
{
TEMP,HUMI //TEMP=0,HUMI=1
};
void s_transstart(void) // 生成傳輸啟動
{
DATA=1;
SCK=0;
_nop_();
SCK=1;
_nop_();
DATA=0;
_nop_();
SCK=0;
_nop_();_nop_();_nop_();
SCK=1;
_nop_();
DATA=1;
_nop_();
SCK=0;
}
void s_connectionreset(void)
{
uchar i;
DATA=1;
SCK=0;
for(i=0;i<9;i++)
{
SCK=1;
SCK=0;
}
s_transstart(); //傳輸開始
}
char s_write_byte(uchar value) //在敏總線上寫入一個字節并檢查應答
{
uchar i,error=0;
for (i=0x80;i>0;i/=2)
{
if(i&value)
DATA=1; //用i屏蔽值，寫入敏總線
else
DATA=0;
SCK=1;
_nop_();_nop_();_nop_();
SCK=0;
}
DATA=1; //釋放數據線
SCK=1;
error=DATA; //DATA在第9個上升沿將被DHT90自動下拉為低電平。
_nop_();_nop_();_nop_();
SCK=0;
DATA=1; //釋放數據線
return error; //返回：0成功，1失敗
}
char s_read_byte(uchar ack) // 從敏感總線讀取字節，并在“ack=1”的情況下給出確認
{
uchar i,val=0;
DATA=1; //釋放數據線
for (i=0x80;i>0;i/=2) //shift bit for masking
{
SCK=1; //clk for SENSI-BUS
if (DATA) val=(val|i); //read bit
_nop_();_nop_();_nop_(); //pulswith約3 us
SCK=0;
}
if(ack==1)
DATA=0; //如果“ack==1”下拉數據線
else DATA=1; //如果是校驗(ack==0)，讀取完后結束通訊
_nop_();_nop_();_nop_(); //pulswith約3 us
SCK=1; //clk #9 for ack
_nop_();_nop_();_nop_(); //pulswith約3 us
SCK=0;
_nop_();_nop_();_nop_(); //pulswith約3 us
DATA=1; //釋放數據線
return val;
}
char s_measure(uchar *p_value,uchar *p_checksum,uchar mode) //用校驗和進行測量(濕度/溫度)
{
uint error=0;
uint i;
s_transstart(); //傳輸開始
switch(mode)
{ //發送命令給傳感器
case TEMP : error+=s_write_byte(MEASURE_TEMP); break;
case HUMI : error+=s_write_byte(MEASURE_HUMI); break;
default:
break;
}
for (i=0;i<65535;i++)
if(DATA==0)
break; //等待傳感器完成測量
if(DATA) error+=1; // 或超時(~2秒)
*(p_value) =s_read_byte(ACK); //讀取第一個字節(MSB)
*(p_value+1)=s_read_byte(ACK); //讀取第二個字節(LSB)
*p_checksum =s_read_byte(noACK); //讀取校驗和
return error;
}
void calc_dht90(float *p_humidity ,float *p_temperature)
{
const float C1=-4.0; // 12位
const float C2=+0.0405; // 12位
const float C3=-0.0000028; // 12位
const float T1=+0.01; // 14位
const float T2=+0.00008; // 14位
float rh=*p_humidity; // rh: 濕度[滴答聲]12位
float t=*p_temperature; // t: 溫度[刻度]14位
float rh_lin; // rh_lin: 濕度線性
float rh_true; // rh_true: 溫度補償濕度
float t_C; // t_C : 溫度 [C]
t_C=t*0.01-40; // 溫度從刻度到[C]
rh_lin=C3*rh*rh+C2*rh+C1;
rh_true=(t_C-25)*(T1+T2*rh)+rh_lin; //.溫度補償濕度[%RH]
if(rh_true>100)rh_true=100; //如果值在外面，則削減
if(rh_true<0.1)rh_true=0.1; //物理可能范圍
……………………
…………限于本文篇幅 余下代碼請從下載附件…………
基于51單片機的SHT11溫濕度測量儀設計.rar
www.bffzttz.cn/Article/UploadFiles/202307/2023070115583466.rar
返回頂部
刷新頁面
下到頁底