基于AVR的溫濕度檢測(cè)儀

摘要：在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常要用到濕度和溫度的檢測(cè)和控制。本系統(tǒng)主要以AVR單片機(jī)為核心，使用SHT11溫濕度傳感器進(jìn)行溫度和濕度的檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)溫濕度的顯示、調(diào)控和預(yù)警等功能，具有硬件簡(jiǎn)單、功能齊全的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：傳感器；AVR單片機(jī)；SHT11

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 23-0000-02

1 引言

隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域得到了迅猛的發(fā)展和應(yīng)用，給人民生活帶來了很多方便。單片機(jī)以其體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗低、處理能強(qiáng)等特點(diǎn)，成為了主要的控制工具之一。在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度檢測(cè)和控制。傳感器技術(shù)的發(fā)展，使之成為獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段，如今已滲透到工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、海洋探測(cè)、等極其之泛的領(lǐng)域，溫濕度監(jiān)測(cè)也工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的便攜式溫濕度檢測(cè)儀，選用ATmega16單片機(jī)為核心，使用SHT11溫濕度傳感器進(jìn)行檢測(cè)，通過液晶顯示器LCD1604顯示出實(shí)際測(cè)量到溫度值和濕度值?？蓪?shí)現(xiàn)溫度和濕度的檢測(cè)、顯示的功能，具有硬件簡(jiǎn)單、功能齊全的特點(diǎn)。

2.1 主控制器。主控制器選擇AVR系列單片機(jī)中應(yīng)用廣泛、比較典型的ATmega16單片機(jī)，具有功耗低、體積小、接口豐富、功能齊全等特點(diǎn)，具有較高的性價(jià)比。

2.2 溫濕度檢測(cè)傳感器。溫濕檢測(cè)使用SHT11傳感器。SHT11是一款高度集成的數(shù)字溫濕度傳感器，它將溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、A/D轉(zhuǎn)換和信號(hào)變換等功能集成到一起，接口簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，傳輸可靠性高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。芯片內(nèi)的2個(gè)敏感元件分別將溫濕轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)由一個(gè)運(yùn)算放大器，再通過一個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器將放大后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)據(jù)。

2.3 SHT11與AVR單片機(jī)的連接。SHT11與微處理器通過二線串口進(jìn)行通訊，硬件電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，連接電路圖2所示。其中DATA為數(shù)據(jù)線，連接時(shí)要接上拉電阻，SCK為時(shí)鐘線，用于SHT11與處理器保持同步。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 通信協(xié)議與時(shí)序。SHT11芯片的通信協(xié)議是生產(chǎn)商自己定義的，與二線串行協(xié)議是不兼容的，因此要微處理器要用命令對(duì)SHT11進(jìn)行控制，從而通過I/O口實(shí)現(xiàn)模擬通信時(shí)序。命令代碼如表一所示，SHT11時(shí)序如圖3所示。

（1）程序開始，微處理器發(fā)出傳輸開始命令啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)SCK第一次為高電平時(shí)DATA由高電平變成低電平，SCK第二次翻轉(zhuǎn)為高電平時(shí)，DATA由低電平變成高電平。然后開始傳輸下一個(gè)命令，此命令包含三個(gè)地址位（000）和五個(gè)命令位。

（2）控制器發(fā)出溫濕度測(cè)量命令后，DATA總線設(shè)成輸入狀態(tài)等待SHT11的響應(yīng)。SHT11接收到控制器送來的地址和命令碼后，在第8個(gè)下降沿將DATA拉成低電平，再在第9個(gè)下降沿將DATA恢復(fù)成高電平，然后開始進(jìn)行測(cè)量。

（3）當(dāng)測(cè)量結(jié)束后，DATA再次被拉成低電平，控制器檢測(cè)到DATA為低后，得知檢測(cè)已經(jīng)結(jié)束，然后重新啟動(dòng)SCK，SHT11將2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼通過DATA線傳輸給控制器，測(cè)量和通信完成后SHT11會(huì)轉(zhuǎn)入睡眠模式。

圖3 SHT11時(shí)序圖

3.2 溫濕度計(jì)算與補(bǔ)償

（1）溫度輸出。SHT11測(cè)量的溫度值線性很好，因此可以直接將輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成溫度值，公式如下：T=d1+d2 SOT

其中為SOT測(cè)量值，d1和d2為特定系數(shù)，當(dāng)電源電壓為5V時(shí)，取值分別如下：

（2）濕度輸出。SHT11輸出的數(shù)字量是呈一定非線性相對(duì)濕度，為了獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。

[上述溫度是在參考溫度25℃的環(huán)境下測(cè)量的，由于溫度對(duì)濕度測(cè)量的影響非常大，實(shí)際溫度和參考溫度有一定的差距，因此還要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

4 結(jié)論

總之，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、成本低廉且測(cè)量精度高，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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