1、SHT11溫濕度傳感器在單片機中的應(yīng)用鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計說明書09級電氣工程及其自動化專業(yè)72班級題目12C總線數(shù)字溫.濕度傳感器SHT11及其在單片機系統(tǒng)的應(yīng)用姓名李興田學(xué)號090607215指導(dǎo)教師王義琴職稱講師二O一二年而月28日一、SHT11溫濕度傳感器的基本原理SHT11的濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而測雖精度較高且可精確得出露點，同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳

2、感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。CMOSensTM技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn)I2C謖度傳感器溫度傳感器實KA"總線接口圖2SHTH傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖SHT11的每一個總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)SHT11傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。傳感器都是在極為精確的濕度室中校準(zhǔn)的°SHT11傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在OTP內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對濕度和溫度傳感器與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器相連，可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線I2C總線器件，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合I2C總線協(xié)議的串行數(shù)字信號。二、由于將傳感器與電路部分結(jié)合

3、在一起，因此，該傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號強度的增加增強了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性，而A/D轉(zhuǎn)換的同時完成，貝U降低了傳感器對干擾噪聲的敏感程度。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕度傳感器都具有相同的功能，即具有100%的互換性。最后，傳感器可直接通過I2C總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，從而減少了接口電路的硬件成本，簡化了接口方式。AA計八方3.4系統(tǒng)設(shè)計流程圖設(shè)計SHT11溫濕度傳感器在單片機中的應(yīng)用的流程圖如下:開始設(shè)計溫濕度傳感選用89C2051單三、硬件設(shè)計調(diào)整樣機硬件調(diào)整、修改軟Eti-tt4l4ZZ

4、?*H-:<a54耳斡IEKI圖5單片機與SHT11接口電路及溫濕度顯示電路(1)濕度值輸出SHT11可通過I2C總線直接輸出數(shù)字雖濕度值，其相對濕度數(shù)字輸出特性曲線如圖3所示。5001QUOISQ02?10025003CdC圖3SHTM傳感器相對濕度數(shù)字輸出特性曲線由圖3可看出，SHT11的輸出特性呈一定的非線性，為了補償濕度傳感器的非線性，可按如下公式修正濕度值：RH1inear=c1+c2SORH+c3SORH2式中，SORH為傳感器相對濕度測雖值，系數(shù)取值如下：12位：SORH:c1=4,c2=0.0405,c3=2.8X1068位：SORH:c1=-4,c2=0.648,c37

5、.2X10-(2)溫度值輸出由于SHT11溫度傳感器的線性非常好，故可用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實際溫度值:T=d1+d2SOT當(dāng)電源電壓為5V,且溫度傳感器的分辨率為14位時，d1=40d2=0.01,當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12位時，d1=40d2=0.04o(3)露點計算空氣的露點值可根據(jù)相對濕度和溫度值來得出，具體的計算公式如下：LogEW=(0.66077+7.5T/(237.3+T)+log10(RH)2Dp=(0.66077logEW)X237.3/(logEW8.16077)3.2命令與接口時序SHT11傳感器共有5條用戶命令，具體命令格式見表1所列。下面介紹一下具體的命令順

6、序及命令時序。表1SHT11傳感器命令列表命令編碼說明測雖溫度00011溫度測雖測雖濕度00101濕度測雖讀寄存器狀態(tài)00111“讀”狀態(tài)寄存器寫寄存器狀態(tài)00110“寫”狀態(tài)寄存器軟啟動11110里啟芯片，清除狀態(tài)記錄器的錯誤記錄11毫秒后進入下一個命令（1）傳輸開始初始化傳輸時，應(yīng)首先發(fā)出“傳輸開始”命令，該命令可在SCK為高時使DATA由高電平變?yōu)榈碗娖剑⒃谙乱粋€SCK為高時將DATA升高。接下來的命令順序包含三個地址位（目前只支持“000）和5個命令位，當(dāng)DATA腳的ack位處于低電位時，表示SHT11正確收到命令。（2）連接復(fù)位順序如果與SHT11傳感器的通訊中斷，下列信號順序會使

7、串口復(fù)位：即當(dāng)DATA線處于高電平時，觸發(fā)SCK9次以上（含9次），此后應(yīng)接著發(fā)一個“傳輸開始”命令。表2SHT11狀態(tài)寄存器類型及說明位類型說明缺省7保留06讀工檢限（低電壓檢杳）X5保留04保留03只用于試驗，不可以使用02讀/寫加熱0關(guān)讀/寫不從OTP至下載0至下載0讀/寫'1'=8位相對濕度，12位溫度分辨率。0=12位相對濕012位相對濕度，14位度，14位濕度分辨率濕度（3）溫濕度測雖時序當(dāng)發(fā)出了溫（濕）度測雖命令后，控制器就要等到測雖完成。使用8/12/14位的分辨率測雖分別需要大約11/55/210ms的時間。為表明測雖完成，SHT11會使數(shù)據(jù)線為低，此時控制器

8、必須更新啟動SCK，然后傳送兩字節(jié)的測雖數(shù)據(jù)與1字節(jié)CRC校驗和。控制器必須通過使DATA為低來確認每一個字節(jié)，所有的雖均從右算，MSE列于第一位。通訊在確認CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC-8校驗和，則控制器就會在測雖數(shù)據(jù)LSB后保持ack為高來停止通訊，SHT11在測雖和通訊完成后會自動返回睡眠模式。需要注意的是：為使SHT11的溫升低于0.1C此時的工作頻率不能大于標(biāo)定值的15%（如：12位精確度時，每秒最多進行3次測雖）。3.3寄存器配置SHT11傳感器中的一些高級功能是通過狀態(tài)寄存器來實現(xiàn)的，寄存器各位的類型及說明見表2所列。Q的上拉電阻,四、軟件設(shè)計（要求有程序流程框圖，源程序

9、清單）圖5是AT89C2051單片機與SHT11的接口電路。由于AT89C2051不具備I2C總線接口，故使用單片機通用I/O口線來虛擬I2C總線，并利用P1.0來虛擬數(shù)據(jù)線DATA，禾I用P1.1口線來虛擬時鐘線，并在DATA端接入一只4.7k同時，在VDD及GND端接入一只0.1yF的去耦電容。下面給出軟件設(shè)計流程圖：各變雖初始化，賦寫“測雖濕度命令”子程將傳感器傳輸?shù)絾纹瑱C中根據(jù)SHT11的寫時序編寫命令孑1F編寫“動態(tài)顯示接口程序”了程序?qū)憽皽貪穸戎底儞Q及溫度補償”子程序編與控制程序，與測溫寫“測量溫度命令”子程序卜面給出與上述硬件電路配套的C51應(yīng)用程序:#definedatap1-

10、1#definesckp1-0#defineack1#definenoack0#definemeasure_temp0x03/測雖溫度命令#definemeasurehumi0x05/測雖濕度命令/讀溫濕度命令chars-measure(unsignedchar*p-value,unsignedchar*p-checksum,unsignedcharmode)(unsignedcharerror=0;unsignedinti;s_transstart();/傳輸開始switch(mode)(casetemp:error+=s_write_byte(measure_temp);break;cas

11、ehumi:error+=s_write_byte(measure_humi);breakdefaultbreak;for(i=0;i<65535;i+)if(data=0)break;if(data)reeor+=1;*(p_value)=s_read_byte(ack);*(p_value+1)=s_read_byte(ack);*p_checksum=s_read_byte(noack);returnerror;/溫濕度值變換及溫度補償voidcalc_sth15(float*p_humidity,float*p_temperature)(constfloatc1=-4.0;con

12、stfloatc2=0.0405;constfloatc3=-0.0000028;constfloatt1=-0.01;constfloatt2=0.00008;floatrh=*p_humidity;floatt=*p_temperature;floatrh_lin;floatth_ture;floatt_c;t_c=t*0.01-40;rh_lin=c3*rh*rh+c2*rh+c1;trh_ture=(t_c-25)*(t1+t2*rh)+rh_lin;*p_temperature=t-c;*p_humidity=rh_ture;/從相對溫度和濕度計算露點charcalc_dewpoin

13、t(floath,floatt)floatlogex,dew_point;logex=0.66077+7.5*t/(237.3+t)+log10(h)-2;dew_point=(logex-0.6607)*237.3/(0.66077+7.5-logex);returndew_point;/動態(tài)顯示接口程序DIR:MOVR0,#79HMOVR3,#01HMOVA,R3LD0:MOVDPTR,#0101HMOVXDPTR,AINCDPTRMOVA,R0ADDA,#12HMOVXA,A+PCMOVXDPTR,AACLLDL1INCR0MOVA,R3JBACC.5,LD1RLAMOVR3,AAJMP

14、LD0LD1:RETDSEGDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DHDSEG1:DB7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CHDSEG2:DB39H,5EH,79H,71H,73H,3EHDSEG3:DB31H,61H,1CH,23H,40H,03HDSEG4:DB18H,00H,00H,00HDL1:MOVR7,#02HDWDL:MOVR6,#0FFHDL6:DJNZR6,DL6DJNZR7,DLRET限于篇幅，上述程序中未給出傳輸開始、寫字節(jié)數(shù)據(jù)、讀字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)五、結(jié)論SHT11數(shù)字式溫濕度傳感器由于將溫度傳感器、濕度傳感器、信號調(diào)理、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、標(biāo)定參數(shù)及I2C總線接口全

15、部集成到傳感器內(nèi)部，因此，既提高了傳感器的性能，又降低了成本、減少了體積，同時也非常便丁和微控制器接口，由此可見，該傳感器是嵌入式系統(tǒng)溫濕度測試的理想選擇。六、參考資料11龔運新，胡長勝？單片機實用技術(shù)教程【Ml.北京師范大學(xué)出版社，2006.【21朱善君，孫新亞，吉吟東.單片機接口技術(shù)與應(yīng)用【M.北京：清華大學(xué)出版社，2005何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計【M1.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990設(shè)計總結(jié)：經(jīng)過進一個星期的設(shè)計，這篇單片機結(jié)課設(shè)計終于告一段落，再這過程中我學(xué)到了很多東西，現(xiàn)在我就把它同大家分享。首先，我掌握了單片機中很多我以前沒有掌握的東西，比如說單片機與其它器件接口電路的聯(lián)