使用SHT-11实现盆花自动浇水-本科阶段论文.doc

学学 位位 论论 文文 盆花自动浇水系统设计盆花自动浇水系统设计 作 者 姓 名： 梁 栋 学 科 专 业： 电子信息工程 学 号： 105022128 指 导 教 师： 杨辉讲师 完 成 日 期： 2012-6-15 太原工业学院 Taiyuan Institute of Technology 太原工业学院毕业设计 (论文) I 诚信申明诚信申明 本人申明： 本人所提交的毕业设计（论文）盆花自动浇水系统设计的所有材料是本人在 指导教师指导下独立研究、写作、完成的成果，设计（论文）中所引用他人的无论以 何种方式发布的文字、研究成果，均在设计（论文）中加以说明；有关教师、同学和 其他人员对我的设计（论文）的写作、修订提出过并为我在设计（论文）中加以采纳 的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。 本设计（论文）和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 特此申明。 本人签名： 2012年06月15日 太原工业学院毕业设计 (论文) II 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 盆花自动浇水系统设计 系部： 电子工程系 专业： 电子信息工程 学号： 105022128 学生： 梁栋 指导教师（含职称）： 杨辉（讲师）专业负责人： 郭彩萍 1设计（论文）的主要任务及目标 随着社会生活的进步，人们的生活质量越来越高。在家里养盆花可以陶冶情操、 丰富生活。同时，盆花通过光合作用可吸收二氧化碳，净化室内空气，在有花木的地 方空气中阴离子聚积较多，所以空气也特别清新，而且有许多花木还可吸收空气中的 有害气体，因此，养盆花如今被许多的人所喜爱。 盆花浇水量是否能做到适时适量，是养花成败的关键。但是，在生活中人们总是 会有无暇顾及的时候，比如工作太忙或者出差、旅游等。花草生长问题80%以上是由花 儿浇灌问题引起；好不容易种植几个月的花草,因为浇水不及时，长势不好，用来美化 家园的花草几乎成了“鸡肋”；不种植了吧，家中没有绿色衬托感觉没有生机；保留 吧，花草长得不够旺盛，还影响家庭装饰效果。虽然目前市面上有卖盆花自动浇水器 的，但价格十分的昂贵，并且大多只能设定一个定时浇水的时间，很难做到给盆花适 时适量浇水。也有较经济的盆花缺水报警器，可以提醒人们及时的给盆花浇水。可是 这种报警器只能报警，浇水还是需要人们亲自动手。当家里无人时，即使报警也无人 浇水，就起不到应有的作用了。因此，我想通过设计一种集盆花土壤湿度检测，自动 浇水以及蓄水箱自动供水于一体的盆花自动浇水系统。让盆花在人们无暇照顾时也能 得到及时的浇灌。 本次毕业设计是设计一种单片机控制的自动浇水系统,实现室内盆花浇水的自动化 系统。 课题目标： （1）了解单片机及其工作原理。 （2）掌握一种单片机和一种语言。 （3）熟练掌握电路的设计技巧。 太原工业学院毕业设计 (论文) III （4）将单片机应用于生活中。 2设计（论文）的基本要求和内容 （1）实现土壤温湿度的检测与控制 （2）实现蓄水箱自动上水及水位报警 （3）硬件电路设计 （4）系统软件设计 3主要参考文献 1 李泉溪.单片机原理与应用实例仿真M.北京:北京航空航天大学出版社， 2009.8. 2 曾光宇等.现代传感器技术与应用基础M.北京:北京理工大学出版社,2006.3. 3 李敏,孟臣.数字式温/湿度传感器及其应用技术J.电子元器件应用, 2004,(11). 4 杨永杰,冯军.数字式温湿度传感器SHT11在尘埃检测仪中的应用J.电子工程 师,2005,(08). 5 孙荣高,孙德超.数字温湿度数据记录仪的设计J.现代电技术,2005,(7). 6 黄鸿,吴石增.传感器及其应用技术M.北京:北京理工大学出版社,2008.7. 7 刘灿军.实用传感器M.北京:国防工业出版社,2004.6. 8 王煜东.传感器应用电路 400 例M.北京:中国电力出版社,2008. 9 孙惠芹.单片机项目设计教程M.北京:电子工业出版社,2009.6. 10贾宗璞,许合利.C 语言程序设计M.徐州:中国矿业大学出版社,20007.1. 11唐文彦.传感器M.北京:机械工业出版社,2006.7. 12宗光华,李大寨.多单片机系统应用技术M.北京:国防工业出版社,2003.10. 13王芳琴.单片机控制的节水灌溉系统的研究J.华中农业大学. 14赵振德.单片机原理及实验/实训M.西安:西安电子科技大学出版社,2009. 15顶轲轲.自动测量技术M.北京:中国电力出版社,2004. 16艾永乐,付子仪.数字电子技术基础M.北京:中国电力出版社,2008. 17孙荣高,吕昂.微控制器温室环境温湿度程序控制系统的研究与设计J.微计 算机信息,2005,(10). 太原工业学院毕业设计 (论文) IV 18 Microchip Technology Inc32Kbit SPI? Bus Serial EEPROM P. Product Datasheet.2004. 19 Nordic VLSI ASA. nRF401 and nRF24E2 RF layoutsP. Application Note, order code: 200503-nAN24-0.2003. 20 Nordic VLSI ASA. Wireless hands-free using nRF401P.White Paper, Revision:1.0 .2003. 21 Dallas Semiconductor Corporation. DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital ThermometerP.Product Datasheet.2002. 22 Dallas Semiconductor Corporation. 1-Wire 搜索算法P. Application Note, order code:187.2002. 4进度安排 设计（论文）各阶段名称起 止 日 期 1 确定总体设计方法，进行方案的可行性论证，并完 成开题报告 告 告。 2 月 24 日3 月 03 日（第一周） 2 选用一种单片机，了解其内部工作原理3 月 4 日3 月 10 日（第二周） 3 选用一种温湿度传感器，了解其特性和内部工作原 理 3 月 11 日3 月 24 日（第三、 四周） 4 学会一种液晶显示器的使用3 月 25 日4 月 7 日（第五、六 周） 5 完成硬件电路图，验证电路的可行性4 月 8 日4 月 21 日（第七、八 周） 6 系统软件设计4 月 22 日5 月 19 日（第九、 十、十一周） 7 完善设计，并撰写论文。5 月 20 日6 月 9 日（第十二、 十三周） 8 完善论文，并完成打印装订工作，准备答辩材料 （包括演示文稿）。 （第十四周） 9 答辩并总结设计工作。（第十五周） 太原工业学院毕业设计 (论文) V 盆花自动浇水系统的设计盆花自动浇水系统的设计 摘摘 要要 本次设计的盆花自动浇水系统以电子类的自动浇花器的工作原理为参考，运用现 代传感器技术及单片机控制技术构成一个土壤湿度采集与控制系统，再用数字电路控 制自动浇水系统给土壤供水。整个盆花自动浇水系统包括土壤湿度的检测及显示和自 动浇水两个部分。土壤温湿度的检测及显示以温湿度传感器 SHT-11 为感应部件，将检 测到的土壤湿度值送入 AT89C51 单片机，再由单片机的 I/O 口输出到 LCD1602 液晶显 示屏进行显示。同时此湿度值也是是否给盆花浇水的参考值。自动浇水部分与土壤湿 度的检测和显示部分共同构成土壤温湿度的检测与控制系统。自动浇水部分是通过单 片机程序设定浇水的界值并与 SHT-11 送入单片机的土壤湿度值相比较，若低于设置值， 则单片机发出一个控制信号控制电磁阀打开，开始浇水,并点亮红色信号灯,表示当前 系统正在进行浇水；若高于设置值时，单片机发出一个控制信号控制电磁阀关闭，停 止浇水，并点亮绿色信号灯，表示当前湿度值正常，不需要浇水。 关键词：关键词：AT89C51 单片机，SHT-11 温湿度传感器，LCD1602，C51 程序，数字电路 太原工业学院毕业设计 (论文) VI Design of potted flowers automatic watering system Abstract The design of the automatic watering system includes soil pot humidity detection and display, automatic watering and storage box automatic water and water level alarm three parts. S- oil testing and display of temperature and humidity system takes Temperature and humidity sen- sor SHT - 11 as inductive components, it will detect the soil temperature and humidity value and input the value to the AT89C51 microcontroller,then the temperature and humidity value will be output to LCD screen displayed. Automatic watering system design for intelligence and manual two parts.Intelligent watering part through the microcontroller program setting the upper and lower water attained,then comparing this upper and lower water attained with the vale that throug -hing SHT-11 inputting to the microcontroller. When below the limit SCM outputs a signal to o- pening the Electromagnetic valve ,and Start watering .if Above the upper limit value,the SCM will output another signal to Turnning off the Electromagnetic valve ,and Stop watering. Manual part read the time from the clock chip DS1302 by microcomputer. Through software program to setting the regular watering'time and Watering amount.Storage box Water level control system u- ses Pure hardware control. Realizing real-time monitoring water tank, Automatic water supply and Level alarming function. Keywords: AT89C51 microcontroller SHT - 11 temperature and humidity sensor LCD1602 C51 program Digital circuit 太原工业学院毕业设计 (论文) VII 目目 录录 1 绪论 1 1.1 研究的目的和意义.1 1.2 自动浇花器的诞生背景及国内外发展现状.1 1.3 毕业设计所采用的研究方法和手段.3 2 单片机 AT89C51.4 2.1 AT89C51 单片机的基本组成.4 2.2 AT89C51 主要特性 4 2.3 管脚说明.5 2.4 AT89C51 单片机的存储器.8 2.4.1 程序存储器 8 2.4.2 数据存储器 9 2.5 振荡电路和时钟 .10 3 温湿度传感器 .12 3.1 数字温湿度传感器 SHT-11.12 3.2 SHT-11 的传感器输出.13 3.2.1 湿度值输出 .14 3.2.2 温度值输出 .15 3.2.3 露点计算 .15 3.2.4 非线性校正及温度补偿 .16 3.3 SHT-11 的特性和性能参数.16 3.3.1 SHT-11 的特点.16 3.3.2 SHT 的详细规格17 3.4 SHT-11 的引脚.18 3.5 SHT-11 的的内部命令与接口时序.18 3.5.1 SHT-11 的内部命令.19 3.5.2 SHT-11 的命令顺序及命令时序.19 3.4.3 SHT-11 的状态寄存器.20 4 液晶显示器 LCD22 太原工业学院毕业设计 (论文) VIII 4.1 液晶显示器的分类 .22 4.2 AMPIRE 128×64 .22 4.2.1 LCD 128×64 引脚功能23 4.2.2 KS0108 控制器指令功能.24 4.2.3 应用说明 .26 4.3 LCD1602 27 4.3.1 LCD1602 引脚功能27 4.3.2 LCD1602 指令集27 5 盆花自动浇水系统的设计 .29 5.1 系统硬件电路设计 .29 5.1.1 硬件电路设计框图 .29 5.1.2 仿真电路图 .33 5.2 系统软件设计 .34 5.3 系统仿真结果 .35 6 总结 .37 参考文献 .38 致谢 .40 附录 .41 太原工业学院毕业设计(论文) 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 随着社会生活的进步，人们的生活质量越来越高。在家里养盆花可以陶冶情操、 丰富生活。同时，盆花通过光合作用可吸收二氧化碳，净化室内空气，在有花木的地 方空气中阴离子聚积较多，所以空气也特别清新，而且有许多花木还可吸收空气中的 有害气体，因此，养盆花如今被许多的人所喜爱。 盆花浇水量是否能做到适时适量，是养花成败的关键。但是，在生活中人们总是 会有无暇顾及的时候，比如工作太忙或者出差、旅游等。花草生长问题80%以上是由花 儿浇灌问题引起；好不容易种植几个月的花草,因为浇水不及时，长势不好，用来美化 家园的花草几乎成了“鸡肋”；不种植了吧，家中没有绿色衬托感觉没有生机；保留 吧，花草长得不够旺盛，还影响家庭装饰效果。虽然目前市面上有卖盆花自动浇水器 的，但价格十分的昂贵，并且大多只能设定一个定时浇水的时间，很难做到给盆花适 时适量浇水。也有较经济的盆花缺水报警器，可以提醒人们及时的给盆花浇水。可是 这种报警器只能报警，浇水还是需要人们亲自动手。当家里无人时，即使报警也无人 浇水，就起不到应有的作用了。因此，我想通过设计一种集盆花土壤湿度检测，自动 浇水以及蓄水箱自动供水于一体的盆花自动浇水系统。让盆花在人们无暇照顾时也能 得到及时的浇灌。 1.21.2 自动浇花器的诞生背景及国内外发展现状自动浇花器的诞生背景及国内外发展现状 微喷系统是近几年利用国内外先进技术组装的新型灌溉设施，主要是利用水流通 过低压管道系统以一定速度从特制的喷头喷出，在空气中分散成细小的水滴，着落在 花草植物、作物及周围的地面上，从而达到及时补充水分的目的。该系统具有用水量 少、冲击力小的灌溉特性，适用于栽培密度大、植株柔软细嫩的植物。自动浇花器的 诞生是随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生的一种懒人园艺用品。它把 太原工业学院毕业设计(论文) 2 微喷的概念应用于家庭盆花浇灌中，通过相应的改进，达到合理给盆花自动浇水的目 的。 早在很多年前，国外就已经开始普及，国内使用的电子类自动浇花器多数从国外 进口的，价格昂贵，但质量比较可靠。不过这并不太适用于国内，目前国内外比较流 行的是玻璃制作的自动浇花器。这种类型的浇花器多数在我国山西和浙江一带加工生 产的，价格比较低廉，实用性没有电子类自动浇花器好。随着国内居民消费水平和生 活质量的提高，居家园艺市场异常火爆，但是由于生活节奏加快，种花容易养花难的 问题暴露出来，而养花最重要的问题就是浇水问题，研究表明花草 80%以上的死亡由于 浇水不及时引起，因此国内商家已经看到了这种需求潜力。目前这类小居家用品的厂 家主要集中在广东，上海，浙江一带。现在市面上所出售的自动浇花器主要有以下几 类： （1）电子类自动浇花器 电子类自动浇花器又叫时控喷淋装置，系统构成为：主机（或者控制器） 、主管 （可以是花园管也可以是 4/7mm 的微喷淋管） 、分水接头(3 通、4 通、5 通、6 通、分 水器） 、副管(3/5mm)喷淋管（雾化喷头、旋转喷头、折射雾化喷头等） 。 电子类自动浇花器根据电源的不同分为交流电自动浇花器和电池自动浇花器两种。 控制器的一般性能有：电磁阀控制；智能时控电路微电脑芯片控制；适用电源为 AC220V/50HZ；最适宜水压 0.3-0.6Mpa；待机功率（4VA，浇水时12VA） ；可控制连续 作业时间是 1 分钟至 168 个小时；可每天自动完成十次以上浇水作业，可每天、隔天、 隔多天自动循环进行浇水，手动自动两用；每天计时误差小于正负 3 秒；电器适应环 境温度为-1050；相对湿度90%RH。 （2）玻璃、陶瓷类自动浇花器 玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置，它由本身材质的物理结构构成，根 据器具的物理渗水原理完成自动浇灌，当自动浇水器内部存水，自身形成一定的压力， 当遇到干燥的土壤，水就会自上而下的流出，当土壤湿润以后，会形成一个堵塞压力， 从而导致水流速度变慢或者停止。器具工艺不同，效果也不一样，当然也因土壤的疏 松情况决定器具内水流的速度。 太原工业学院毕业设计(论文) 3 当前传感器技术与单片机技术发展迅速，其应用逐步由工业、军事等领域向其他 领域渗透，已经和我们的日常生活息息相关。而且智能家居概念也越来越受人们的推 崇，因此，微电脑控制的电子类自动浇花系统有很好的发展前景。 1.31.3 毕业设计所采用的研究方法和手段毕业设计所采用的研究方法和手段 本次毕业设计是设计一种单片机控制的自动浇水系统,实现室内盆花浇水的自动化 系统。该系统可对土壤的温湿度进行监控,并对作物进行适时、适量的浇水。其核心是 单片机和温湿度传感器以及浇水驱动电路构成的检测控制部分。主要研究土壤湿度与 浇水量之间的关系、浇灌控制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分。检测部分， 单片机选用 AT89C51 单片机，温湿度传感器选用 SHT11 温湿度传感器。SHT-11 采用 COMSens 专利传感器技术将温度湿度传感器、A/D 转换器、数字接口、校准数据存储器、 标准 I2C 总线等电路全部集成在一个芯片内。软件选用 C51 语言编程。土壤温湿度传 感器可将检测到的土壤温湿度模拟量放大转换成数字量通过单片机内程序控制精确的 将温度与湿度分别显示在 LCD 显示屏上，同时通过单片机内的中断服务程序判断是否 要给盆花浇水,若需浇水,则单片机系统发出浇水信号,并经放大驱动设备,开启电磁阀 进行浇水,若不需浇水,则进行下一次循环检测。在浇水系统中也同时设计一个手动浇 水部分，系统工作时通过设置键的按下与否来选择浇水系统的工作方式。土壤浇水驱 动电路采用继电器开关电路，蓄水箱水位报警以及自动上水部分采用纯硬件控制。 太原工业学院毕业设计(论文) 4 2 2 单片机单片机 AT89C51AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件 采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管 脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价 廉的方案。 2.12.1 AT89C51AT89C51 单片机的基本组成单片机的基本组成 AT89C51 由一个 8 位的微处理器，128KB 片内数据存储器 RAM，21 个特殊功能寄存 器 SFR，4KB 片内程序存储器 Flash ROM，64KB 可寻址片内外统一编址的 ROM，64KB 可 寻址片外的 RAM， 4 个 8 位并行 I/O 接口（P0P3），一个全双工通用异步串行接口 UART，两个 16 位的定时器/计数器，具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能的五 个中断源、两个优先级的中断控制系统以及片内振荡器和时钟产生电路。其基本组成 框图如图 2.1 所示。 2.22.2 AT89C51AT89C51 主要特性主要特性 AT89C51 主要特性有： （1）与 MCS-51 兼容 太原工业学院毕业设计(论文) 5 （2）4K 字节可编程闪烁存储器 （3）寿命：1000 写/擦循环 （4）数据保留时间：10 年 （5）全静态工作：0Hz-24Hz （6）三级程序存储器锁定 （7）128*8 位内部 RAM （8）32 可编程 I/O 线 （9）两个 16 位定时器/计数器 （10）5 个中断源 （11）可编程串行通道 （12）低功耗的闲置和掉电模式 （13）片内振荡器和时钟电路 太原工业学院毕业设计(论文) 6 图 2.1 AT89C51 的基本组成 2.32.3 管脚说明管脚说明 AT89C51 的引脚图如图 2.2 所示。各引脚的具体说明如下： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P0 口 的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可 以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉 为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 太原工业学院毕业设计(论文) 7 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址 的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器 进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收 高八位地址信号和控制信号。 图 2.2 AT89C51 引脚图 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电 流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入口。作为输入，由 于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 2.1 所示。同时，P3 口为闪烁编程和编程校验接收 一些控制信号。 表 2.1 P3 口的特殊功能 引脚名称功能说明引脚名称功能说明 P3.0RXD 串行输入口 P3.4T0 记时器 0 外部输入 P3.1TXD 串行输出口 P3.5T1 记时器 1 外部输入 太原工业学院毕业设计(论文) 8 P3.2/INT0 外部中断 0 P3.6/WR 外部数据存储器写选通 P3.3/INT1 外部中断 1 P3.7/RD 外部数据存储器读选通 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时 间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的 频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外 部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周 期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 /EA：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是 否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，将内部锁定为 RESET；当端保持高电EAEA 平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源 （VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.42.4 AT89C51AT89C51 单片机的存储器单片机的存储器 在单片机中，存储器分为程序存储器 ROM 和数据存储器 RAM，并且两个存储器 是独立编址的。 AT89C51 单片机芯片内配置有 8KB（0000H1FFFH）的 Flash 程序存储器和 256 字节（00HFFH）的数据存储器 RAM，根据需要可外扩到最大 64KB 的程序存储器 太原工业学院毕业设计(论文) 9 和 64KB 的数据存储器，因此 AT89C51 的存储器结构可分为 4 部分：片内程序存储器、 片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。如果以最小系统使用单片机， 即不扩展，则 AT89C51 的存储器结构就较简单：只有单片机自身提供的 8KB Flash 程 序存储器和 256 字节数据存储器 RAM。 图 2.3 给出了 AT89C51 单片机的存储器分布空间。左侧线框中为单片机自身提供 的 8KB Flash 程序存储器和 256 字节数据存储器 RAM。右侧为可扩展的 64KB 的程序 存储器 ROM 和 64KB 的数据存储器 RAM。 图 2.3 存储器空间分布图 2.4.12.4.1 程序存储器程序存储器 AT89C51 单片机出厂时片内已带有 8KB 的 Flash 程序存储器，使用时，引脚要EA 按高电平（5V），这时，复位后 CPU 从片内 ROM 区的 0000H 单元开始读取指令代码， 一直运行到 1FFFH 单元，如果外部扩展有程序存储器 ROM，则 CPU 会自动转移到片 外 ROM 空间 2000HFFFFH 读取指令代码。 2.4.22.4.2 数据存储器数据存储器 太原工业学院毕业设计(论文) 10 AT89C51 单片机出厂时片内已带有 256 字节的数据存储器 RAM，如果不够用，可 以在片外扩展，最多可扩展 64KB RAM。 图 2.4 片内数据存储器的结构 单片机自带的数据存储器 RAM 结构如图 2.4 所示，此 256 字节单元 （00HFFH）的低 128 字节（00H7FH）单元为用户使用区，高 128 字节 （80HFFH）单元为特殊功能寄存器 SFR 区。 片内数据存储器的 00H7FH 单元又划分为 3 块：00H1FH 块是工作寄存器所用； 20H2FH 块是位寻址功能的单元区；30H3FH 是普通 RAM 区。工作寄存器又分为 4 组，在当前的运行程序中只有一组是被激活的，谁被激活有程序状态寄存器 PSW 的 RS1，RS0 两位决定。 2.52.5 振荡电路和时钟振荡电路和时钟 太原工业学院毕业设计(论文) 11 在 AT89C51 芯片内部，有一个振荡电路和时钟发生器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 之间接入晶体振荡器和电容后构成内部时钟方式。也可以使用外部振荡器，由外部振 荡器产生的信号直接加载到振荡器的输入端，作为 CPU 的时钟源，称为外部时钟方式。 采用外部时钟方式时，外部振荡器的输出信号接至 XTAL1，XTAL2 悬空。两种方式 的电路连接如图 2.5(a)(b)所示。大多数的单片机采用内部时钟方式，本次设计亦然。 （a）使用片内振荡器接法 （b）使用片外振荡器接法 图 2.5 AT89C51 振荡器的连接方式 在 AT89C51 单片机内部，引脚 XTAL2 和引脚 XTAL1 连接着一个高增益反相放大器， XTAL1 引脚是反相放大器的输入端，XTAL2 引脚是反相放大器的输出端。 芯片内部的时钟发生器是一个二分频触发器，振荡器的输出为其输入，输出为 osc f 两相的时钟信号（状态时钟信号），频率为振荡器输出信号频率的 1/2。状态时钟 osc f 经三分频后为低字节地址锁存信号 ALE，频率为振荡器输出信号频率的 1/6，经六 osc f 分频后为机器周期信号，频率为/12。、一般取 2030pF 的陶瓷电容器。 osc f 1 C 2 C 太原工业学院毕业设计(论文) 12 3 3 温湿度传感器温湿度传感器 传统的模拟式湿度传感器需设计信号调理电路并要经过复杂的校准、标定过程,测 量精度难以得到保证,且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不尽人意。为 解决这些问题，瑞士Sensirion 公司推出了新一代基于CMOSensTM技术的数字式温湿 太原工业学院毕业设计(论文) 13 度传感器。它很好地解决了温湿度传感器存在的上述问题,实现了数字式输出、免调试、 免标定、免外围电路及全互换功能3。 3.13.1 数字温湿度传感器数字温湿度传感器 SHT-11SHT-11 数字温湿度传感器 SHT11 采用 COMSens 专利传感器技术将温度湿度传感器、 A/D 转换器、数字接口、校准数据存储器、标准 I2C 总线等电路全部集成在一个芯片 内（其内部结构如图 3.1 所示）4。 图 3.1 数字温湿度传感器 SHT-11 的内部结构图 由它的内部结构可看出SHT-11具有不同保护的“微型结构”检测电极系统与聚合 物覆盖层组成了传感器芯片的电容,这样除保持了电容式湿敏器件的原有特性外还可抵 御来自其它方面的影响。将温度传感器与湿度传感器结合在一起构成了一个单一的个 体,这就使得测量精度提高并且可以精确得出露点,而不会产生由于温度与湿度传感器 之间随温度梯度变化而引起的误差。而且将传感器元件、信号放大器、模/ 数转换器、 OTP 校准数据存储器、I2C 工业标准串行总线等，电路功能部件全部采用CMOS技术与温湿 度传感器一起放置在一个芯片内。这不仅使信号强度增加,更重要的是长期稳定性也得 到增强,这对传感器系统是极为重要的。同时,模/ 数转换也在一个芯片内同时完成,这 太原工业学院毕业设计(论文) 14 可使信号对噪声不敏感,尤其重要的是,在传感器芯片数据存储器内装载的针对每一只 传感器的校准数据保证了每一只传感器都有相同的功能,可以实现100%的互换。此外, 。该传感器还具有I2C 二线串行总线接口,这可使传感器方便的与任何类型的微处理器、 微控制器接口相连,为温湿度的微机化测试带来极大的方便,这不仅能减少温湿度测试 系统的开发时间,还可节约数字化接口的软硬件成本。 该传感器还有反应迅速、高精度、低功耗等优点。 3.23.2 SHT-11SHT-11 的传感器输出的传感器输出 SHT-11 的相对湿度绝对精度、温度精度和 25露点精度如图 3.2(a)(c)所示。 （a）湿度绝对精度 太原工业学院毕业设计(论文) 15 （b）温度精度 （C）25露点精度 图 3.2 相对湿度、温度和露点的精度曲线 3.2.13.2.1 湿度值输出湿度值输出 SHT-11 可通过 I2C 总线直接输出数字量湿度值,其相对湿度输出特性曲线如图 3.2 所示。从中可以看出,SHT-11 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,可按式 3.1 修正湿度值: 太原工业学院毕业设计(论文) 16 = (式3.1)linearRH 2 321RHRH SOcSOcc 式中,SORH 表示传感器相对湿度测量值,系数取值分别如下: 12 位时： 6 321 108 . 2,0405 . 0 , 4 ccc 8 位时： 4 321 102 . 7,648 . 0 , 4 ccc 3.2.23.2.2 温度值输出温度值输出 SHT-11温度传感器的线性非常好,可用下列公式3.2将温度数字输出转换成实际温 度值T : (式 3.2) T SOddT 21 式中，表示传感器温度测量值。当电源电压为 5V，温度传感器的分辨率为 14 位时， T SO ，；当温度传感器的分辨率为 12 位时，。40 1 d01 . 0 2 d40 1 d04. 0 2 d 图 3.3 相对湿度输出特性曲线 3.2.33.2.3 露点计算露点计算 空气的露点值可根据相对湿度和温度值由式3.3和式3.4计算： (式3.3)2lg 3 . 237/5 . 766077 . 0 lgRHTTEW (式 3.4)16077 . 8 lg/ 3 . 237lg66077 . 0 EWEWDP 太原工业学院毕业设计(论文) 17 式中，饱和水蒸气压强（mmHg）EW 3.2.43.2.4 非线性校正及温度补偿非线性校正及温度补偿 式3.3为相对湿度的非线性补偿计算公式,对于单片机系统而言,计算量大而过复杂,下 面给出简化的计算方法。 （1）线性 当系统对湿度测量精度要求不高时,可采用式3.5计算。 RH SOccsimpleRH 21 式中，。 （式3.5）5 . 0 21 cc （2）2×线性 当系统对湿度测量精度要求较高时,可采用式3.6计算,即用最小的 计算复杂性来提高精确度。 256bSOarealRH 式中，为8位湿度传感器输出湿度值。 （式3.6）SO 当时，；当时，。1070 SO143a512b255108 SO143a512b （3）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 量温度值则在一定的范围内变化,所以应考虑湿度传感器的温度系数,可按式3.7对环境 温度进行补偿。 （式3.7）linearRHSOttTtureRH RH 21 25 当为 12 位时，；当为 8 位时，。 RH SO01 . 0 1 t00008 . 0 2 t