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1、福 建 师 范 大 学 应 用 科 技 学 院学 生 论 文论文题目：基于IIC总线的温湿度测量系统指导教师： 王毅 学 号： 120352010063 姓 名： 郑颖 年 级： 2010级 专 业： 电子信息工程 2014 年 5 月 5 日基于IIC总线的温湿度测量系统福建师范应用科技学院 电子信息工程专业120352010063 郑颖 指导老师：王毅【摘要】本设计采用单片机构建I2C总线,实现对SHT11的控制,达到了测量温湿度的目的.本课题设计的温湿度测量系统结构简单实用，系统自动采集环境的温湿度，有很高的可靠性，有很大的发展前景。文中还给了硬件电路的原理图、系统流程图等。 【关键词】
2、单片机、SHT11温湿度传感器、液晶显示器The temperature and humiditymeasurement system based on the IIC bus Science and Technology Practising College Fujian Normal UniversityElectronic Information Engineering 120352010063 Zheng ying Tutor: wang yiAbstract This design USES the single chip microcomputer to construct the
3、 I2C bus, the control system for the SHT11, achieve the goal of the measuring temperature and humidity. This topic design of temperature and humidity measurement system structure is simple and practical, the system automatically collect the temperature and humidity of the environment, has high relia
4、bility, has great prospects for development. This paper also gives the hardware circuit schematic diagram, system flow chart, etc.Key Words SCM and SHT11 temperature and humidity sensor, liquid crystal display目录1绪论11.1课题的背景与意义11.2系统的主要性能指标11.3主要工作任务12方案选择12.1传感器的选择12.2整体电路的设计23硬件电路的设计23.1单片机电路33.1.1
5、单片机概述33.1.2 MCS-51的硬件结构33.1.3 89C52单片机的引脚43.2时钟电路53.3复位操作53.4温湿度采集与传输模块63.4.1 SHT11温湿度传感器63.4.2 SHT11与单片机的接口电路设计63.5 显示模块 LCD160273.5.1 选用1602字符型LCD的原因73.5.2 LCD1602液晶显示73.6按键电路设计74系统的工作原理85软件程序设计85.1主程序的设计85.2主要代码及解释95.3 IC总线读写程序256总结257致谢26参考文献26附录1 系统原理图27附录2 系统PCB图28 1绪论1.1课题的背景与意义湿度与温度是测量领域中两个十
6、分重要的环境参数，如今温度和湿度在具体的环境测量过程当中已经是相互关联的参数了。不仅是在工业生产，农业生产以及军事等领域对温湿度的测量随处可见。准确的测量温湿度对于食品、制药、造纸等行业更是尤为重要。随着电子技术、计算机技术、传感器等科技行业的高速发展，温湿度的测量也取得了跨越式的发展。可以这么说，对温湿度的测量影响着各行各业的安全健康，直接影响着人类的所有活动。如今，温湿度技术不断的发展、完善，对温湿度的测量也要求越来越智能，便捷。随着人们对温湿度测量要求的提高，温湿度传感器也采用了一些新的项目，如线性化的处理，自动的补偿温度，自动的校准湿度等，其特点也从分立元件向智能化、集成化、系统化的方
7、向发展。因为随着温湿度测量系统的便捷，高效，成本低，且能满足各种环境对温湿度的测量，使之有较高的推广价值以及广阔的运用前景。本次课题的要求就是采用单片机和数字式温湿度传感器SHT11，由1602字符型LCD显示设计一种温湿度测量系统。为人们在日常生活中对空气的温湿度测量提供一种便捷高效、低成本的测量工具1。1.2系统的主要性能指标1、实时检测当前的温度和湿度；2、当整系统提供的人工修正值，修正值范围温度为5、湿度5%，并保证湿度最低不会低于0%；3、采用LCD作为显示；4、据精确至小数点后一位，温度误差控制在23，湿度误差控制在5%，采集周期=500ms。1.3主要工作任务根据课题要求，设计的
8、是基于IIC总线的温湿度测量系统，首先所传感器的选择采用的是SHT11芯片，其内部功能强大，能满足本设计的要求。其次本设计采用单片机MCU51最小系统，选择STC89C52芯片，利用单片机通用的I/O口线来虚拟IC总线，最后用带背光的LCD1602液晶，使测量的温湿度数据在LCD上显示，结合这些设计硬件电路与软件程序，。使设计的系统开始工作后，根据初始条件实时读取当前环境的湿度值和温度值。2方案选择2.1传感器的选择SHT11芯片是在硬件电路的基础上通过软件程序来实现对环境的实时测量的功能的，它能输出所测量的温湿度的数据，配合其他器件，就可以以最简单的方式搭配出智能化、高性能的温湿度测量系统。
9、课题的要求就是要采用IIC总线，SHT11就有二线数字输出，结合单片机通过通用的I/O口线来虚拟的IC总线，完成温湿度数据的采集输出，并且SHT11其功能强大，内部自带温度感测、湿度感测、校准寄存器、A/D转换电路等（具体看图2-1），加其免调试、全互换、免标定等特点都为完成一个高集成度、高精度、高可靠性的温湿度测量系统提供了解决方案2。图2-1 SHT11温湿度传感器2.2整体电路的设计本课题的要求就是完成对温湿度的采集，信号的采集及处理部分由SHT11构成，数据进入单片机后经过处理（本设计选用的是STC89C52芯片），后通过LCD1602液晶显示温湿度。硬件中包括一个开关，为复位开关，还
10、有三个开关为调整键、加键、减键，可以调整系统，提供的人工修正值。接入9V电源后，电路初始化，SHT11温湿度传感器开始进行对当前环境的温湿度测量和计算，进入单片机系统处理后通过LCD1602液晶显示结果3。整体的电路方框图如下：单片 机温湿度传感器按键控制显示电路图2-2温湿度测量系统电路方框图3硬件电路的设计本课题所设计的电路结构非常简单，主要构成此温湿度测量系统的器件就是数字温湿度传感器SHT11、STC89C52单片机和1602字符型LCD（具体器件清单看图3-1）让电路自动完成对测量环境的温湿度的数据采集、处理与显示，也就是SHT11芯片主导着温湿度采集与传输模块，STC89C52单片
11、机主导着控制模块，1602字符型LCD主导着显示模块。由于系统存在温湿度测量误差，还设计了三个按键进行人工修复4。序 号名 称型 号数 量1单片机STC89C5212瓷片电容0.1uF13瓷片电容30pF24按键45晶振12M16电源芯片LM780517电阻10K18排阻10K19电位器50K110电解电容10uF111电解电容100uF212温湿度传感器SHT11113液晶显示器LCD16021 图3-1 电路元件清单3.1单片机电路3.1.1单片机概述1.单片机的产生与发展伴随着1971年11月第一台MCS-4微处理器（配有2000只晶体管、四位微处理器、RAM、ROM、移位寄存器）的诞生
12、，拉开了人们研制这一新科技单片机序幕，这是单片机发展的初级阶段；低性能的单片机阶段代表作是MCS-48系列，将RAM、ROM、8位定时器电路、8位并行I/O接口和8位CPU等集中于一个半导体的芯片中，这种让CPU与PC外围电路集成在一起的技术为进一步发展单片机指明了道路；1980年推出的MCS-51系列使单片机进入了高性能阶段，8位单片机一般都带有串口、多个16位定时器/计数器、多级中断处理系统。片内RAM、ROM的容量加大，且寻址范围可达64KB。迄今为止，还是单片机市场的主流，大家都在不断改进发展它；1983年有了16位的单片机，16位CPU、两个16位定时器、8个中断源等等，功能更加强大
13、；90年代后单片机就在速度、功能、集成度、可靠性、应用等全方面高水平发展。2单片机的应用单片机主要分为两种应用：单机与多机。单机应用也就是只用到一片单片机，目前应用最广，在智能接口、智能仪表、测控系统等都有广泛应用；多机应用系统局部网络系统、功能集散系统及并行多机处理。 综上所述，可知单片机发展之迅猛，在短短的几十年间就涉及到了各个领域，因其价格低廉体积小，功能强大，还有很大的发展前景5。3.1.2 MCS-51的硬件结构1.MCS-51系列的内部结构下面我们就结合图3-2来了解它的功能组成：一个时钟电路与一个内振荡器；一个串口I/O接口，主要负责将让数据在计算机与外围电路间一位一位的传递；4
14、个8位并行I/O接口（PO、P1、P2、P3），主要用来让数据并行传输（输入与输出）；中断系统，可接收串行口中断申请、定时器/计数器中断申请和外部中断申请，出现故障是自动处理，单片机中有五个中断源，可以编辑两个中断系统；1个八位CPU，CPU是单片机的核心，决定着这个单片机的主要功能与特性；两个16位定时器/计数器，有四种工作方式（计数方式、定时方式等），其范围有软件程序锁所设定；RAM，也就是数据存储器，此单片机的片址范围是64KB可读写数据，主要用于存放数据；ROM，也就是程序存储器。容量最大为64KB主要是存放软件程序、表格等；特殊功能寄存器SFR。特殊功能寄存器共有21个，用于控制和管理内部接口工作 6。图3-2 MCS-51系列单片机内部结构框图3.1.3 89C52单片机的引脚下面我们就来介绍89C52单片机芯片的各
