基于51单片机的SHT11温湿度测量仪设计(源码+仿真+文档)

原理图截图

仿真截图

程序截图

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一、总体设计要求：

1、能够检测出环境中的温度和湿度，并且显示在LCD1602上面

湿度测量范围：0%~100%RH；温度测量范围-40~+110℃。

湿度测量分辨率：1%RH；温度测量分辨率：1℃。

湿度测量精度：±2.0%RH；温度测量精度：±0.5℃。

二、构思与选择：

方案一：

使用AM2301数字温湿度传感器。该型号温湿度传感器，采用3.3—6V直流电源供电，它的各部分参数：湿度测量范围为20%~90%RH；温度测量的范围为0~+50℃；湿度测量精度为±5.0%RH；温度测量精度为±2.0℃。虽然它的价格比较便宜，单测温的范围和测湿的范围太小，温度的精度和湿度的精度太低，不符合设计的要求。

方案二：

使用AM2302电容式数字温湿度传感器。它的各部分参数如下：由于传感器参数：湿度0%~100%相对是湿度的测量范围；温度测量范围为40~+80℃；湿度的测量精度为±3.0%RH；温度的测量精度为±0.5℃。价格也比较适合，基本可以满足设计要求。

方案三：

使用数字温湿度传感器SHT11。湿度测量范围：0%~100%RH；温度测量范围：40~+120℃；湿度测量精度：±2%相对湿度；温度测量精度：±0.2%℃温度测量精度。改传感器价格便宜。温度和湿度都达到或超过了标题的精度要求，属于低功率传感器。

三、系统硬件设计：

3.1复位电路：

复位是单片机的初始化操作。单片机启动运行时，都需要先复位，作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因此，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。

单片机通电时，从初始态开始执行程序，称为上电复位。单片机死机时，通过手工按“重启”键使其从初始态开始执行程序，称为手工复位。

复位条件：复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作；但如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

3.2时钟电路：

1.时钟电路

利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件，内部振荡器便能产生自激振荡。定时元件可以采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。

晶振可以在1.2～12MHZ之间任选，甚至可以达到24MHz，但是频率越高功耗也就越大。和晶振并联的电容C1、C2的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在20～40pF之间选择。晶体和电容应尽可能与单机片芯片靠近，以减少引线的寄生电容，保证振荡器可靠工作。

3.3.温湿度测量电路：

SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。共主要特点如下： 高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高；测量精度可编程调节，内置A／D转换器(分辨率为8～12位，可以通过对芯片内部寄存器编程选择)； 测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能；封装尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式； 高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。SHT11温湿度传感器采用SMD(LCC)表面贴片封装形式，接口非常简单，引脚名称及排列顺序如图下所示。

仿真电路图

3.4.1电路工作原理

3.4.2LCD显示模块电路图

• 系统软件设计：
  

4.1.2总体程序流图的设计：

4.3.原理图以及原理分析：

通过AD19绘制出如上图所示的原理图，包括时钟电路、晶振电路、DHT11温湿度检测电路、lcd1602显示电路，因为温湿度传感器与单片机连接电路比较简单。所以可以容易的绘制出电路图。

五、仿真图及仿真分析：

5.1、总体仿真结果：

5.2、仿真分析：

首先，将程序的hex文件加载到单片机中，开始仿真。可以清楚地看到LCD1602上面显示了SHT11当前的温度和湿度，虽然有误差但是误差并不是很大可以忽略不计，调节传感器上面的按钮可以实时的将传感器所在环境的温度显示到LCD1602上面，具有可控性，而且显示性和可控性较好。

六、心得体会：

在学习传感器与检测技术这门中，我的收获是特别大的，完成这次设计，不仅巩固了单片机的知识，而且对传感器与单片机的应用也熟悉了基本的操作方法。相信在以后的设计中，就会排除现在遇到的问题，更好的完成设计。以前我不知道传感器到底是什么，只是在字面上理解它的意思，把一个物理量转换成另外一个物理量。但是传感器没有我们想象的那么简单，它有它的工作原理，使用条件。通过这一个学期的学习，我学习了好多传感器，比如说：温度传感器、湿度传感器、位移传感器、压力传感器等等，现在的我大致地能理解他们的一些特性，也能够运用他们来设计作品。在这里，我非常感谢我的老师。同时，对于这门课，我也想提出一些建议，希望我们班能够经常开设一些关于传感器设计与制作的活动。这样既能提高我们的动手水平，也能开发我们设计传感器的思维。

单片机源程序如下:

1. #include "all.h"
   
2. 
   
3. typedef union   
   
4. {
   
5.   uint i;        //定义了两个共用体   
   
6.   float f;  
   
7. } value;   
   
8.   enum
   
9.   {
   
10.           TEMP,HUMI   //TEMP=0,HUMI=1
    
11.   };
    
12. 
    
13. void s_transstart(void)   // 生成传输启动
    
14. {        
    
15.         DATA=1;
    
16.         SCK=0;              
    
17.         _nop_();     
    
18.         SCK=1;     
    
19.         _nop_();     
    
20.         DATA=0;     
    
21.         _nop_();     
    
22.         SCK=0;        
    
23.         _nop_();_nop_();_nop_();     
    
24.         SCK=1;     
    
25.         _nop_();      
    
26.         DATA=1;           
    
27.         _nop_();      
    
28.         SCK=0;        
    
29. }
    
30. 
    
31. void s_connectionreset(void)  
    
32. {      
    
33.         uchar i;      
    
34.         DATA=1;
    
35.         SCK=0;                          
    
36.         for(i=0;i<9;i++)                  
    
37.         {      
    
38.                 SCK=1;     
    
39.                 SCK=0;   
    
40.         }     
    
41.         s_transstart();                   //传输开始
    
42. }
    
43. 
    
44. char s_write_byte(uchar value)   //在敏总线上写入一个字节并检查应答  
    
45. {      
    
46.         uchar i,error=0;      
    
47.         for (i=0x80;i>0;i/=2)              
    
48.         {        
    
49.                 if(i&value)
    
50.                         DATA=1;          //用i屏蔽值，写入敏总线   
    
51.                 else
    
52.                         DATA=0;                              
    
53.                 SCK=1;                           
    
54.                 _nop_();_nop_();_nop_();         
    
55.                 SCK=0;   
    
56.         }     
    
57.         DATA=1;                           //释放数据线
    
58.         SCK=1;                              
    
59.         error=DATA;                       //DATA在第9个上升沿将被DHT90自动下拉为低电平。   
    
60.         _nop_();_nop_();_nop_();   
    
61.         SCK=0;   
    
62.         DATA=1;                           //释放数据线
    
63.         return error;                     //返回：0成功，1失败
    
64. }
    
65. 
    
66. char s_read_byte(uchar ack)        // 从敏感总线读取字节，并在“ack=1”的情况下给出确认
    
67. {      
    
68.         uchar i,val=0;     
    
69.         DATA=1;                           //释放数据线
    
70.         for (i=0x80;i>0;i/=2)             //shift bit for masking
    
71.         {
    
72.                 SCK=1;                          //clk for SENSI-BUS      
    
73.                 if (DATA) val=(val|i);        //read bit      
    
74.                 _nop_();_nop_();_nop_();        //pulswith约3 us     
    
75.                 SCK=0;                 
    
76.         }     
    
77.         if(ack==1)
    
78.             DATA=0;                          //如果“ack==1”下拉数据线   
    
79.         else DATA=1;                      //如果是校验(ack==0)，读取完后结束通讯   
    
80.             _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith约3 us   
    
81.         SCK=1;                            //clk #9 for ack   
    
82.         _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith约3 us     
    
83.         SCK=0;                     
    
84.         _nop_();_nop_();_nop_();          //pulswith约3 us   
    
85.         DATA=1;                           //释放数据线   
    
86.         return val;  
    
87. }
    
88. 
    
89. char s_measure(uchar *p_value,uchar *p_checksum,uchar mode)  //用校验和进行测量(湿度/温度)
    
90. {      
    
91.         uint error=0;   
    
92.         uint i;      
    
93.         s_transstart();                   //传输开始  
    
94.         switch(mode)
    
95.         {                                //发送命令给传感器
    
96.                 case TEMP : error+=s_write_byte(MEASURE_TEMP); break;     
    
97.                 case HUMI : error+=s_write_byte(MEASURE_HUMI); break;     
    
98.                 default:
    
99.                         break;      
    
100.         }     
     
101.         for (i=0;i<65535;i++)
     
102.         if(DATA==0)
     
103.                 break;                        //等待传感器完成测量
     
104.         if(DATA) error+=1;                // 或超时(~2秒)   
     
105.                 *(p_value)  =s_read_byte(ACK);    //读取第一个字节(MSB)
     
106.                 *(p_value+1)=s_read_byte(ACK);    //读取第二个字节(LSB)
     
107.                 *p_checksum =s_read_byte(noACK);  //读取校验和
     
108.         return error;  
     
109. }
     
110. 
     
111. void calc_dht90(float *p_humidity ,float *p_temperature)
     
112. 
     
113. {
     
114.         const float C1=-4.0;              // 12位
     
115.         const float C2=+0.0405;           // 12位
     
116.         const float C3=-0.0000028;        // 12位   
     
117.         const float T1=+0.01;             // 14位   
     
118.         const float T2=+0.00008;           // 14位
     
119.         float rh=*p_humidity;             // rh:      湿度[滴答声]12位   
     
120.         float t=*p_temperature;           // t:       温度[刻度]14位  
     
121.         float rh_lin;                     // rh_lin:  湿度线性   
     
122.         float rh_true;                    // rh_true: 温度补偿湿度
     
123.         float t_C;                        // t_C   :  温度 [C]     
     
124.         t_C=t*0.01-40;                  // 温度从刻度到[C]  
     
125.         rh_lin=C3*rh*rh+C2*rh+C1;     
     
126.         rh_true=(t_C-25)*(T1+T2*rh)+rh_lin;   //.温度补偿湿度[%RH]
     
127.         if(rh_true>100)rh_true=100;       //如果值在外面，则削减   
     
128.         if(rh_true<0.1)rh_true=0.1;       //物理可能范围  
     
129. ……………………
     
130. 
     
131. …………限于本文篇幅 余下代码请从51黑下载附件…………
     

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2022-5-5 01:30 上传

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