基于89C52的数字温湿度检测系统
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设计题目：粮库温湿度网络监控系统 系 别：电气工程与自动化系 专 业：自动化 班 级：B070301 日 期：2010 年 5 月 25 日
(3)温度变换由设计决定的 SHT71 温度传感器的线性非常好，故可用下列公式将温度数 字输出转化成实际温度值： 温度=d1＋d2*SOT， 当电源电压为 5V、温度传感器的分辨率为 14 位时，d1=-40, d2=0.01；12 位时， d1=-40,d2=0.04
2、2网络实现
检测网络由 SHT71 传感器、AT89C52 单片机、上位机组成。如下图 1 所示：
4、状态寄存器操作：
图 4 通讯复位时序
图 5 状态寄存器写 图 6 状态寄存器读
图 7 测量时序： TS=传输开始；MSB=高有效字节，LSB=低有效字节，LSb=低有效位 5、输出信号转换： 测量数据处理为了将 SHT71 输出的数字量转换成实际物理量需进行相应的数据处理。 (1) 湿度变换 SHT71 的输出特性呈一定的非线性，为了补偿湿度传感器的非线性以获 取准确数据，可按如下公式修正湿度值。 RHlinear=c1＋c2·SORH＋c3·SORH2 式中 SORH 为传感器相对湿度测量值，系数取值如下： 12 位 SORH ：c1=-4 c2=0.0405 c3=-2.8*10-6 8 位 SORH： c1=-4 c2=0.648 c3=-7.2*10-4
5
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(2)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，而实际的测量温度则 在一定范围内变化，故只考虑温度变化系数即可。 按如下公式对环境温度进行补偿。 RH true=（T℃-25）·（t1＋t2·SORH）＋RHlinear 当 SORH 为 12 位时 t1=0.01；t2=0.00008，当 SORH 为 8 位时，t2=0.00128
图1 本系统采用 RS-485 总线组网，上位机通过标准串行接口经 RS-232／RS-485 转换器 将 RS232 标电平转换为 RS-485 标准电平与下位机通信；在下位机，SN75176 将 RS-485 标准电平转换为 TTL 电平接入处理器的异步串行通信口 UART），实现 RS-485 网络的半 双工通信。单片机在未接到上位机指令时，处于休眠状态；当接到指令时，启动测量，
由于 AT89C52 不具备 I2C 总线接口，故使用单片机通用 I/O 口线来虚拟 I2C 总线，利用 P3.0 来虚拟时钟线，利用 P3.1 口线来虚拟数据线 DATA，并在 DATA 端接入一只 10K 的上拉电 阻，同时在 VDD 及 GND 端接入一只 0.1 f 的去耦电容。
第三章 软件设计
AT89C52、SHT71 和上位机 PC 为核心设计了检测网络，并对硬件和
软件做了简单说明。 关键字：SHT71，AT89C52 单片机，传感器网络。
第一章 绪论
1、1 选题背景
防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要 指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行， 首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度 表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度 要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测 试的温度及湿度误差大，随机性大。பைடு நூலகம்此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确 的温湿度测量仪。
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/W R P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
R3
10k
U2
1 4
SCK DATA
SHT71
> 80.0 27.0
%RH 癈
图 2 温湿度采集子电路 硬件接口电路这里以 AT89C52 单片机为例给出 SHT71 与单片机的接口电路如图 2 所示。
3、2 SHT71程序
//头文件
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
//测量命令
#define TEMPERATURE 0x03
#define HUMINITY 0x05
//定义 SHT71 与单片机的通信引脚
sbit SCL = P3^0; //时钟线
sbit SDA = P3^1; //数据线
（3）温湿度测量时序当发出了温（湿）度测量命令后，控制器就要等到测量完成。使 用 8/12/14 位的分辨率测量分别需要大约 11/55/210 毫秒。为表明测量完成，SHT71 会使数 据线为低，此时控制器必须重新启动 SCK。然后传送两字节测量数据与 1 字节 CRC 校验和。 控制器必须通过使 DATA 为低来确认每一字节，所有的量中从右算 MSB 列于第一位。通讯 在确认 CRC 数据位后停止。如果没有用 CRC-8 校验和，则控制器就会在测量数据 LSB 后， 保持 ACK 为高来停止通讯，SHT71 在测量和通讯完成之后会自动返回睡眠模式。需要注意 的是，为使 SHT71 温升低于 0.1℃,则此时工作频率不能大于 15%（如：12 位精确度时，每 秒最多进行 3 次测量）。
void SHT_reset(void);
void SHT_start();
void SHT_measurement(unsigned char measure);
void UART_ini(void);
void USART_RX_interrupt(void);
void UART_Send_Byte(unsigned char Data);
3、1主程序流程图
主程序流程图如下，图 3所示：
7
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开始
初始化
写或读？ 读 写
写入MCU
应答检查
开启MCU
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
R1
200R
C3
22u
R2
1k
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
AT89C52
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
3、SHT71 的时序与指令：
图 1 SHT71 引脚
图 2 时序图
3
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表 1 SHT71 指令集
（1）启动 SHT71 选择供电电压后将传感器通电，上电速率不能低于 1V/ms。通电后传感器需要 11ms
⑴温湿度传感器、信号放大调理、A/D 转换、I2C 总线接口全部集成于一个芯片上 （CMOSens 技术）； ⑵全校准相对湿度及温度值输出； ⑶工业标准 I2C 总线数字输出接口； ⑷具有露点值计算输出功能； ⑸免外围元件； ⑹卓越的长期稳定性； ⑺湿度值输出分辨率为 14 位，温度值输出分辨率为 12 位，可编程降至 12 位和 8 位； ⑻可靠的 CRC 数据传输校验功能； ⑼片内装载的校准系数，保证 100%的互换性。 ⑽电源电压：2.4V～5.5V; ⑾电流消耗:测量 550 A，平均 28 A，睡眠 0.3 A。 2、SHT71 的引脚说明。 ⑴SCK：串行时钟输入； ⑵VDD：2.4～5.5V 电源端； ⑶GND：接地端； ⑷DATA：双向串行数据线。
（4）通讯复位 如果与传感器通讯中断，可通过下列信号时序复位：当 DATA 保持高电平时，触发 SCK 时 钟 9 次或更多。接着发送一个“传输启动”时序。通讯复位时序如下：
4
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6
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并将测量数据转换后送给上位机。
2、3温湿度采集子电路
C1
30p
X1
C2
CRYSTAL
VCC 30p
U1
39 38 37 36 35 34 33 32
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
开始温湿 度检测
送入PC
应答检查
PC处理 数据
是否过限？ 是
启动报 警
查找MCU
图 3主程序流程图
报警
等待PC 命令
置位报警标志
报警持续计数器置初值
启动报警
返回
图 4 报警程序流程图
8
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void Delay(unsigned char time);
//------------------------------
//
主函数
//------------------------------
1、2 设计过程及工艺要求
一、基本功能 ~ 检测温度、湿度 ~ 显示温度、湿度 ~ 过限报警 二、主要技术参数 ~ 温度检测范围 ： ~ 测量精度 ： ~ 湿度检测范围 ： ~ 检测精度 ： ~ 显示方式 ： ~ 报警方式 ：
-30℃-+50℃
± 1℃
10%-100%RH
± 1%RH
温度：四位显示
湿度：四位显示
1
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基于 AT89C52的粮库温湿度网络监控系统
摘要
本文介绍了数字温湿度传感器 SHT71 的网络设计，以单片机
三极管驱动的蜂鸣音报警
第二章 硬件设计
2、1传感器的选择
我们采用传感器 SHT71，其功能如下。 1.、SHT71 的性能特点：
2
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//函数预定义
unsigned char MCU_receive_byte(void);
void Sent_command(unsigned char command);
void MCU_receive_word(void);
void SHT_ACK();
void SHT_end(void);
void SHT_ini(void);
进入休眠状态，在此之前不要发送任何指令。 （2）发送指令
用一组“启动传输”时序，来完成数据传输的初始化。它包括：当 SCK 时钟高电 平时 DATA 翻转为低电平，紧接着 SCK 变为低电平，随后是在 SCK 时钟高电平时 DATA 翻转为高电平。见图 2.。
图 3 “启动传输”时序 SHT71 会以下述方式表示已正确接收到指令：在第 8 个 SCK 时钟的下降沿之后将 DATA 下 拉为低电平。在第 9 个 SCK 时钟的下降沿到来之后，释放 DATA。
设计题目：粮库温湿度网络监控系统 系 别：电气工程与自动化系 专 业：自动化 班 级：B070301 日 期：2010 年 5 月 25 日
(3)温度变换由设计决定的 SHT71 温度传感器的线性非常好，故可用下列公式将温度数 字输出转化成实际温度值： 温度=d1＋d2*SOT， 当电源电压为 5V、温度传感器的分辨率为 14 位时，d1=-40, d2=0.01；12 位时， d1=-40,d2=0.04
2、2网络实现
检测网络由 SHT71 传感器、AT89C52 单片机、上位机组成。如下图 1 所示：
4、状态寄存器操作：
图 4 通讯复位时序
图 5 状态寄存器写 图 6 状态寄存器读
图 7 测量时序： TS=传输开始；MSB=高有效字节，LSB=低有效字节，LSb=低有效位 5、输出信号转换： 测量数据处理为了将 SHT71 输出的数字量转换成实际物理量需进行相应的数据处理。 (1) 湿度变换 SHT71 的输出特性呈一定的非线性，为了补偿湿度传感器的非线性以获 取准确数据，可按如下公式修正湿度值。 RHlinear=c1＋c2·SORH＋c3·SORH2 式中 SORH 为传感器相对湿度测量值，系数取值如下： 12 位 SORH ：c1=-4 c2=0.0405 c3=-2.8*10-6 8 位 SORH： c1=-4 c2=0.648 c3=-7.2*10-4
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(2)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，而实际的测量温度则 在一定范围内变化，故只考虑温度变化系数即可。 按如下公式对环境温度进行补偿。 RH true=（T℃-25）·（t1＋t2·SORH）＋RHlinear 当 SORH 为 12 位时 t1=0.01；t2=0.00008，当 SORH 为 8 位时，t2=0.00128
图1 本系统采用 RS-485 总线组网，上位机通过标准串行接口经 RS-232／RS-485 转换器 将 RS232 标电平转换为 RS-485 标准电平与下位机通信；在下位机，SN75176 将 RS-485 标准电平转换为 TTL 电平接入处理器的异步串行通信口 UART），实现 RS-485 网络的半 双工通信。单片机在未接到上位机指令时，处于休眠状态；当接到指令时，启动测量，
由于 AT89C52 不具备 I2C 总线接口，故使用单片机通用 I/O 口线来虚拟 I2C 总线，利用 P3.0 来虚拟时钟线，利用 P3.1 口线来虚拟数据线 DATA，并在 DATA 端接入一只 10K 的上拉电 阻，同时在 VDD 及 GND 端接入一只 0.1 f 的去耦电容。
第三章 软件设计
AT89C52、SHT71 和上位机 PC 为核心设计了检测网络，并对硬件和
软件做了简单说明。 关键字：SHT71，AT89C52 单片机，传感器网络。
第一章 绪论
1、1 选题背景
防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要 指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行， 首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度 表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度 要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测 试的温度及湿度误差大，随机性大。பைடு நூலகம்此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确 的温湿度测量仪。
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/W R P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
R3
10k
U2
1 4
SCK DATA
SHT71
> 80.0 27.0
%RH 癈
图 2 温湿度采集子电路 硬件接口电路这里以 AT89C52 单片机为例给出 SHT71 与单片机的接口电路如图 2 所示。
3、2 SHT71程序
//头文件
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
//测量命令
#define TEMPERATURE 0x03
#define HUMINITY 0x05
//定义 SHT71 与单片机的通信引脚
sbit SCL = P3^0; //时钟线
sbit SDA = P3^1; //数据线
（3）温湿度测量时序当发出了温（湿）度测量命令后，控制器就要等到测量完成。使 用 8/12/14 位的分辨率测量分别需要大约 11/55/210 毫秒。为表明测量完成，SHT71 会使数 据线为低，此时控制器必须重新启动 SCK。然后传送两字节测量数据与 1 字节 CRC 校验和。 控制器必须通过使 DATA 为低来确认每一字节，所有的量中从右算 MSB 列于第一位。通讯 在确认 CRC 数据位后停止。如果没有用 CRC-8 校验和，则控制器就会在测量数据 LSB 后， 保持 ACK 为高来停止通讯，SHT71 在测量和通讯完成之后会自动返回睡眠模式。需要注意 的是，为使 SHT71 温升低于 0.1℃,则此时工作频率不能大于 15%（如：12 位精确度时，每 秒最多进行 3 次测量）。
void SHT_reset(void);
void SHT_start();
void SHT_measurement(unsigned char measure);
void UART_ini(void);
void USART_RX_interrupt(void);
void UART_Send_Byte(unsigned char Data);
3、1主程序流程图
主程序流程图如下，图 3所示：
7
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开始
初始化
写或读？ 读 写
写入MCU
应答检查
开启MCU
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
R1
200R
C3
22u
R2
1k
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
AT89C52
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
3、SHT71 的时序与指令：
图 1 SHT71 引脚
图 2 时序图
3
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表 1 SHT71 指令集
（1）启动 SHT71 选择供电电压后将传感器通电，上电速率不能低于 1V/ms。通电后传感器需要 11ms
⑴温湿度传感器、信号放大调理、A/D 转换、I2C 总线接口全部集成于一个芯片上 （CMOSens 技术）； ⑵全校准相对湿度及温度值输出； ⑶工业标准 I2C 总线数字输出接口； ⑷具有露点值计算输出功能； ⑸免外围元件； ⑹卓越的长期稳定性； ⑺湿度值输出分辨率为 14 位，温度值输出分辨率为 12 位，可编程降至 12 位和 8 位； ⑻可靠的 CRC 数据传输校验功能； ⑼片内装载的校准系数，保证 100%的互换性。 ⑽电源电压：2.4V～5.5V; ⑾电流消耗:测量 550 A，平均 28 A，睡眠 0.3 A。 2、SHT71 的引脚说明。 ⑴SCK：串行时钟输入； ⑵VDD：2.4～5.5V 电源端； ⑶GND：接地端； ⑷DATA：双向串行数据线。
（4）通讯复位 如果与传感器通讯中断，可通过下列信号时序复位：当 DATA 保持高电平时，触发 SCK 时 钟 9 次或更多。接着发送一个“传输启动”时序。通讯复位时序如下：
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并将测量数据转换后送给上位机。
2、3温湿度采集子电路
C1
30p
X1
C2
CRYSTAL
VCC 30p
U1
39 38 37 36 35 34 33 32
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
开始温湿 度检测
送入PC
应答检查
PC处理 数据
是否过限？ 是
启动报 警
查找MCU
图 3主程序流程图
报警
等待PC 命令
置位报警标志
报警持续计数器置初值
启动报警
返回
图 4 报警程序流程图
8
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
void Delay(unsigned char time);
//------------------------------
//
主函数
//------------------------------
1、2 设计过程及工艺要求
一、基本功能 ~ 检测温度、湿度 ~ 显示温度、湿度 ~ 过限报警 二、主要技术参数 ~ 温度检测范围 ： ~ 测量精度 ： ~ 湿度检测范围 ： ~ 检测精度 ： ~ 显示方式 ： ~ 报警方式 ：
-30℃-+50℃
± 1℃
10%-100%RH
± 1%RH
温度：四位显示
湿度：四位显示
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基于 AT89C52的粮库温湿度网络监控系统
摘要
本文介绍了数字温湿度传感器 SHT71 的网络设计，以单片机
三极管驱动的蜂鸣音报警
第二章 硬件设计
2、1传感器的选择
我们采用传感器 SHT71，其功能如下。 1.、SHT71 的性能特点：
2
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
//函数预定义
unsigned char MCU_receive_byte(void);
void Sent_command(unsigned char command);
void MCU_receive_word(void);
void SHT_ACK();
void SHT_end(void);
void SHT_ini(void);
进入休眠状态，在此之前不要发送任何指令。 （2）发送指令
用一组“启动传输”时序，来完成数据传输的初始化。它包括：当 SCK 时钟高电 平时 DATA 翻转为低电平，紧接着 SCK 变为低电平，随后是在 SCK 时钟高电平时 DATA 翻转为高电平。见图 2.。
图 3 “启动传输”时序 SHT71 会以下述方式表示已正确接收到指令：在第 8 个 SCK 时钟的下降沿之后将 DATA 下 拉为低电平。在第 9 个 SCK 时钟的下降沿到来之后，释放 DATA。