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1、多参数无线温湿环境记录仪的设计 摘要设计一个多参数无线温湿环境记录仪，该装置通过数字式温湿度传感器SHT11对环境温度和湿度进行采集，然后将采集到的数据按照一定的协议通过无线模块发送出去，接收方接收到数据后解包，计算出温度，并显示在液晶屏上。系统发射部分以STC89C52单片机为内核，包括温度采集，无线发射，液晶显示。接收部分以STC89C52为核心，将无线接收，液晶显示结合起来，通过适当的软、硬件抗干扰处理，设计出实用、小型的温湿环境记录仪。 关键词 温湿度；无线；PTR2000；89c52；sht11；lcd12864。wireless temperature and humidity r
2、ecorderAbstract：has designed a wireless temperature and humidity recorder device, the device through the digital temperature and humidity sensor SHT10 collecting temperature, and then collected the data according to certain protocol sent by the wireless module, the receiver unpack received data to c
3、alculate the temperature and humidity,displaying on the LCD screen. The systems transmitter to STC89C52 microcontroller core, including temperature collection, wireless transmitters, liquid crystal display. Receiving part to STC89C52 as the core, the wireless receiver, liquid crystal display combine
4、d with appropriate software and hardware anti-jamming processing,Design a practical, small-scale wireless multi-point temperature acquisition system.Key words ：temperature and humidity, wireless, PTR2000, 89c52, sht10,lcd12864.毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽
5、我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者
6、签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手
7、段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目录1 前言12 系统设计方案22.1系统功能描述22.2 方案论证22.2.1 主控制器选择22.2.2主控芯片部分选择22.2.3 传感器选择22.3系统方案33 无线温湿环境记录仪系统硬件设计33.2无线模块43.3.1无线收发模块PR2000的结构及特点43.3.2PTR2000的工作时序53.3.3无线模块的电路设计63.3数字式温度传感器电路设计73.31数字式传感器SHT11的结构73.4显示模块73.4.1液晶显示模块结构特点73.4.2 读、写操作时序83.4.3 单片机
8、与液晶模块电路设计94 系统软件设计104.1 软件设计流程图104.1.1温湿度传感器软件设计104.1.2 无线通信软件设计115 系统测试及检测设计135.1 系统的性能测试135.2 传输距离测试146结术语15附录A：17附录B：18附录C：19附录D：41附录E：421 前言随着现代信息技术的飞速发展，温湿度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色。在我们的日常生活中许多场合都需要对环境的温湿度进行限定，如药房，粮仓，温室大棚等。大棚温室种植已经是现今的潮流，受到市场的欢迎。市面上大量的反季蔬菜就是通过大棚种植而来的，大棚中的温湿度、光照强度以及二氧化碳
9、浓度等都直接影响到作物的生长速度以及最终而对产量，对于温室环境中的这几项参数的检测可以通过使用农业环境检测仪对各参数的检测，再通过相应的方法进行对各参数的调节，为植物生长创造最佳的环境。温室环境记录仪有多个检测项目，最多可以检测：温度、湿度、光照强度、光合有效辐射、风向风速、雨量、CO2浓度、土壤温度、土壤水分、土壤PH、土壤EC电导十一个检测项目，而最少也能够检测：温度、湿度、光照强度、CO2浓度这四个最常规的检测项目。因此，在这些特定环境下，安装环境温室环境记录系统是非常有必要的。基于这点，设计环境温室环境记录仪非常必要，该仪器测试精确，调试方便，可实时记录报警信息，方便工作人员排故，并可
10、广泛应用条件恶劣，人员不便进入的场合。同时，在粮库测温系统、冷库测温系统、智能化建筑控制系统、中央空调系统等多种系统中都需要多点温度测量系统，并且需要对温度值进行集中处理，所以温度采集控制系统的设计与研究非常有实用性。随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输以及运作控制和数据处理，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、
11、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。随着单片机的性能越来越高，功能越来越强大。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机
12、联网构成二级控制系统等。因此，掌握单片机的相关知识是非常流行且实用的。而开发这样一款环境温室环境记录系统不仅贴近生活，具有非常强的实用性，而且锻炼了自己的单片机开发能力，又熟练了自己对于单片机的知识。是一劳多得的。同时开发单片机系统所使用的C语言是当下流行的编程语言，它具有模块化的设计思想和现成的流程套路可以套用。通过开发设计，可以锻炼和提高自己驾驭C语言的能力。这为今后C+ 的学习打下了实用基础，也给我将来的发展起到非常重要的作用。因此，这次毕业设计无论对于现在还将来都具有非常大的意义。当前，环境参数测量在工业，农业都得到了长足的发展和广泛的应用。国外和国内都研制了大量的各种环境参数测量传感
13、器，例如瑞士的SHTXX系列的温湿度传感器，DS18B20温度传感器，国内有DHT11 温湿度传感器等。相比较：SHTXX系列单片机的尺寸更小，测量误差也最小，但价格比较贵。DHT11温湿度传感器价格便宜，性能适中，是一款物美价廉，很有实用型的模块化数字温湿度传感器。随着各种小型化，功能强大的测试芯片模块相继诞生，在众多的温度测量仪中以温度无线采集与传输应用最为广泛，它具有传输距离远、价格低廉、体积小、安装方便、可靠性强等优点。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，使用了抗干扰能力较强的新型数字温湿度传感器SHT10组成核心测量网络实现多点温度的测量，进一步提高了测量仪器的性价比，并且使得的
14、可视界面更为友好，人性化。由于SHT10的转换精度高，可直接将温度数据进行编码使系统结构简单，准确性高，通信方便，传输距离较远且抗干扰力较强，与传统的模拟信号温度计组成的多点测温系统相比电路简单，集成度高，扩展性能好，抗干扰能力强，同时还有很高重复利用价值。因此具有很好的经济效益和实用性。2 系统设计方案2.1系统功能描述无论是工农业生产中，还是日常生活中，对温度的检测都是必不可少的，对于温度的检测通常是采用热敏电阻再通过A/D（模/数）转换得到数字信号，但由于信号的采集对整个系统的影响很大，如果采样精度不高，会使这个系统准确性下降，而本系统将采用新一代的技术实现此项任务。本系统可分为发射部分
15、和接收部分，发射部分采集温度信息，通过无线设备将数据信息传到（接收部分）手持终端。操作者可以在手持终端选择测试点，也可按测试点的序号连续采集。接收到的多路温度数据经过处理在手持终端的显示屏上显示，也可传入PC机进行更进一步的分析处理。2.2 方案论证2.2.1 主控制器选择方案一：此方案采用PC机实现。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。且人机交互友好。但是PC机输出信号不能直接与SHT10通信。需要通过RS232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合，PC机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦！方案二：此方案采用S
16、TC89C52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多SHT10控制工作，还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外STC89C52在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。2.2.2主控芯片部分选择方案一：采用专用的内嵌处理器的无线射频收发芯片nRF9E5是一款工作频率为433868915MHz的射频芯片，该芯片采用1.9V3.6V单电源供电，3
17、2脚QFN封装(55mm)，发射功率为10dBm，接收灵敏度100dBm，在低功耗时电流仅2.5A，特别适合采用电池供电，适用于无线键盘、无线电话、无线耳机、产业无线感测器、遥控器和无线警报器。使用此芯片可以独立实现无线射频的收发，与其他器件构成的系统外围电路简单、结构简单美观，但内部操作比较复杂，开发环境也比较昂贵，贴片式芯片更不容易进行调试。方案二：采用单片机和无线收发模块构成本系统本方案采用常用的STC系列单片机，及由nRF401无线收发芯片构成的无线模块，nRF401是挪威Nordic公司最新推出的数传频段433MHz单片无线收发一体芯片。该芯片集成了高频发射、高频接收、PLL合成、F
18、SK调制、FSK解调、多频道切换等功能，具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。nRF401构成的模块的外围元件很少，没有调试部件，给研制和生产带来了极大的方便。而且此无线模块与单片机是串口通信，实现简单，易于调试。综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足具有简单的硬件结构，但其开发周期较长，费用较大，而且相关学习资料较少；而方案二为较为常用，技术更成熟，因此我们选择方案二来作为本设计的控制核心。2.2.3 传感器选择方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD5
19、90,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：在测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片SHT10测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好
20、。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于0.5摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器AT89C52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89C52可以带多个SHT10,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。采用温湿度芯片SHT10测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用
21、这一温度芯片，也是顺应这一趋势。根据以上分析，为了使设计的成本低、抗干扰强，系统动态性能与稳态性能好，本系统的设计方案主控部分采用单片机和无线收发模块构成，传感器部分采用数字式温湿度传感器是SHT10。2.3系统方案总体结构框图如图2.1所示。系统主要包括多点温度湿度信息采集，无线模块发射、接收，及数据处理显示。 从机框图 主机框图 图2.1 系统框图系统的发射部分通过传感器将多点温度和湿度信息采集到单片机内，然后在单片机内按照一定的协议和检错机制构成帧，通过无线模块发射出去。系统的接收部分以串行中断方式接收每帧信息，然后对接收的帧信息进行错误检测，判断是否有误码信息。如果没有误码，提取出数据
22、位，计算出温、湿度值，并显示在液晶显示屏上。3 无线温湿环境记录仪系统硬件设计为节省成本与体积，系统分为上位机和下位机两个模块。上位机系统通过单片机STC89C52来实现，主要包括单片机与两从机的温度传感器的通信，单片机对无线收发模块的控制，单片机对液晶屏以及按键控制。由于从机部分较为简单，包括2个单片机对2个温度传感器的通信，单片机对无线收发模块的控制和单片机对液晶屏；下面对硬件电路作具体的设计。3.1处理器简介为提高系统的传输速率与抗干扰性，主控机采用STC系列单片机。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技
23、术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电
24、保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器 8K字节在系统可编程Flash。STC89C52引脚图如下图3.1所示。图3.1 STC89C52PDIP封装3.2 无线模块3.3.1 无线收发模块PR2000的结构及特点本系统选用超小型、超低功耗的PTR2000作为无线收发模块，PTR2000是基于NRF401芯片开发12，PTR2000兼有NRF401的优点，NRF401是一种应用广泛，优点突出的无线数据传输芯片，工作在433MHz国际通用的ISM频段，FSK调制和解调，抗干扰能力强；采用PLL频率合成技术，频率稳定性好；灵敏度高
25、达-105dBm，最大发射功率达到+10dBm；数据速率可达20Kbit/s；可方便地嵌入各种测量和控制系统中;在仪器仪表数据采集系统、无线抄表系统、无线数据通信系统、计算机遥测遥控系统等中应用。NRF401具有两个信号通道，适合需要多信道工作的特殊场合；可直接与微控制器接口；低工作电压(2.7V3.6V)，功耗低，发射时电源电流5mA，接收时电源电流250A，接收待机状态仅为5A；仅需外接一个晶体和几个阻容、电感元件，即可构成一个完整的射频收发器，电路模块尺寸为30x22x6mm。NRF401采用20脚SSOIC封装。NRF401芯片能和串口直接相连，且简单的单片机口输出可直接控制无线收发，
26、芯片的收发工作，无线通信系统设计简便。（2）PTR2000的引脚说明如图3.2所示。PCB图如下:图3.2 PTR2000引脚图（1）无线收发模块PTR2000的内部结构（NRF401）如图3.3。图3.3 NRF401的结构图管脚说明如表3.1所示。表3.1 PTR2000的引脚说明管脚名称描述1TXE发送数据和接收选择开关2PWR模块上电使能，可以让模块进入低功耗模式3GND电源地线4DI模块数据输入，接单片机串口的数据输出脚5DO模块数据输出，接单片机串口的数据输入脚6CS频率选择，建议上拉到VCC7VCC电源，2.7V-5.25V（3）PTR2000模块工作模式如表3.2。表3.2 P
27、TR2000模块工作模式模块相应管脚的电平状态模块工作状态模块相应管脚的电平状态模块工作状态模块相应管脚的电平状态TXENCSPWR工作通道#模块状态0011接收0112接收1011发射1112发射XX0待机(注:当工作通道为1通道时,传输频率为433.92MHZ，当工作通道为1通道时,传输频率为434.33MHZ)3.3.2PTR2000的工作时序PTR2000是一款FSK调制无线通讯模块，有最大20KBPS速率通讯带宽，实际上最大值在19KBPS左右，最低通讯频率在500BPS左右，如果再低，芯片在后期运放低通比较译码时会出现数据逆转，出现误码，正因为这样，发送的数据不允许长的脉冲，也就是
28、速率不能太低。PTR2000在不同工作模式下的时序模式见表3.3。表3.3 PTR2000在不同工作模式下的时序模式模式控制名称最大延时条件TX-RXtTR3ms操作模式RX-TXtRT1msStd.by-TXtST2msStd.by-RXtSR3msVDD=0-TXtVT4ms上电VDD=0-RXtVR5ms(1) TX与RX之间的切换当从接收模式切换为发射模式时，数据输入脚（DIN）必须保持为高1ms才能发送数据。如图3.4。当从发射模式切换为接收模式时，数据输出脚（DOUT）要至少3ms才有数据输出。如图3.4。图3.4 Standby与TX、RX之间的切换时序(2) Power Up到
29、TX、RX之间的切换：从加电到发射模式过程中，为了避免开机时产生干扰和辐射，在上电过程中TXEN的输入脚必须保持为低，以便于频率合成器进入稳定工作状态。在由上电进入发射模式时，TXEN必须保持1以后才可以往DIN脚发送数据。从加电到接收模式过程中从加电到发射模式过程中，芯片将不会接收任何数据，DOUT也不会有数据输出，直到电压稳定到2.7V以上，并且至少保持5ms。如果采用外部振荡器，这个时间可以缩减到3ms。如图3.5。图3.5无线模块工作时序3.3.3无线模块的电路设计根据PTR2000引脚说明，在从机中单片机STC89C52通过PTR2000无线模块将数据发射出去，在此使用了三个普通I/
30、O口和串口，其引脚相连情况如图3-7所示1415。VCC接电源，GND接地，CS接电源，DO接P3.0。DI接P3.1。主机POUP接P1.7，TXEN接P1.5。从机POUP接P1.7，TXEN接P1.0。SHT11的DATA接P3.6。SOCK接P3.5,如图3.6。图3.6 AT89S52与PTR2000相接 主机部分AT89S52与PTR2000相接与从机基本一致，只是为了容易布线期间，调整了无线模块PRT2000的TXT、PWR和CS管脚与主控机的接口。3.3数字式温度传感器电路设计本系统采用2片sht10数字式温度传感器。Sht10数字温度传感器是瑞士公司推出的sensirion系
31、列数字温度传感器中性能优异的一款，具有诸多优点： 精度高。12位二进制转换结果,确保0.5的精度和0.0625的分辨率。 全数字化。直接将数字信号传给CPU，传输可靠，避免了模拟方式的干扰问题。 连线少。仅有4根连线：+5V电源、地线和1根数字I/O总线,同步时钟信号。如采用寄生电源方式，sht11会从数字I/O总线获取寄生电源，则仅连接I/O线和地线即可。3.31数字式传感器SHT11的结构数字式温湿度传感器有8脚的封装，见表3.4。表3.4 sht11的引脚说明管脚名称描述1GND接地2DQ单线运用的数据输入/输出引脚；漏极开路见“寄生电源”3VDD可选VDD引脚。4SCK同步脉冲时钟3.
32、4显示模块3.4.1液晶显示模块结构特点在单片机的人机交流界面中，一般有三种输出方式：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单，而液晶屏显示模块与数码管相比，则显得更为专业、漂亮。现今，液晶显示屏已经以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，在通讯、仪器仪表、电子设备、家用电器等低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，使这些电子设备的人机界面变得越来越直观形象，目前已广泛应用于电子表、计算器、IC卡电话机、液晶电视机、便携式电脑、掌上型电子玩具、复印机、传真机等许多方面。本设计使用的液晶模块是LCM-12864字符型液晶模块(带背光)
33、，它是目前工控系统中使用最为广泛的液晶屏之一。该液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，其尺寸和引脚如下图3.7所示。图3.7 尺寸和引脚12864液晶屏引脚符号与定义：表3.5 1602液晶屏引脚符号与定义编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VCC电源地11DB2双向数据口2VDD电源正极12DB3双向数据口3V0对比度调节13DB4双向数据口4VEE夜景驱动电压vout14DB5双向数据口5PSB并/串口选择15DB6双向数据口6RST复位端16DB7双向数据口7RS寄存器选择17BLA背光源正极8R/W读/写选择端18LEDK背光源负极9E使能端1910DB0双向数据口203.
34、4.2 读、写操作时序单片机与液晶模块在通信时遵循严格的时序，才能正常工作。读时序如图3.8,3.9。图3.8 LCM液晶模块读操作时序图3.9 写操作时序3.4.3 单片机与液晶模块电路设计部分电路功能主要将主机处理后的数据显示出来，该模块与单片机连接简单，只需一个8位I/O口与液晶模块的8位数据端相连，再用三位控制口分别与液晶模块的RS、R/W、E相接。在本系统中，为了布线简单及驱动能力更强，我们用单片机的P0口接8位数据，用P2.7、P2.6、P2.5、分别接RS、R/W、E，NC，RST，VOT三个引脚悬空。由于P0内无上拉电阻我们还在P0口与液晶模块直接加了10k的排阻21，具体的连
35、接如下图3.9所示。图3.9 单片机与液晶模块电路4 系统软件设计系统的软件部分是系统运行的核心，包括温湿度数据采集部分、无线数据发送部分、无线数据接收部分、接收结果处理显示部分。程序用C语言编写，采用模块化程序设计，可读性强。在KEIL下编写完成，Proteus仿真软件下测试通过。4.1 软件设计流程图从机部分软件主要由4路数据采集、无线发送和从机数据显示三部分组成。系统软件的设计采用结构化程序设计方法，自顶向下，逐步求精。4.1.1温湿度传感器软件设计数据采集部分主要实现单片机 STC89C52对温湿度传感器sht11的初始化、发送测量命令及数值的读取，以及数据的处理转换成5位温度量和2位
36、湿度量。 温湿度测量时先调用温湿度传感器初始化子程序进行初始化（包括复位、传输启动命令）。然后发送测量指令，并等待测量完成，再严格按照传感器的数据读写时序进行温度的读写、数据转化、存储和发送。当发送命令返回有错误时，传感器sht11将重新初始化、测量。在这些操作中最基本的还是读、写命令，读完一个字节后，拉低DATA一个时钟，表示后面还要读数据，当读到最后一个字节时，即校验后，给DATA高电平。下面是sht11测量数据的转化成温湿度的计算方法。SHT11可通过DATA数据总线直接输出数字量湿度值。该湿度值称为相对湿度，相对湿度数字输出特性呈一定的非线性，需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到精确的
37、湿度值。可按下式修正湿度值： (1)其中，SORH传感器相对湿度的读出数；修正系数，该参数取值如下：12位，；8位，。由于实际温度和测试参考温度25有所不同，而温度对湿度的影响十分明显，湿度信号也需要温度补偿。温度校正粗略对应于0.12%RH/50%RH，补偿公式如下：(2)式中为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值，T为测试湿度值时的温度()，和为温度补偿系数，该参数取值如下：12位，；8位，。SHT11采用由PTAT能隙材料制成的温度敏感元件，因而温度数据具有非常好的线性输出。实际温度值可由下式算得： (3)和为特定系数，的取值和SHT11工作电压有关，的取值则和SHT11内部AD转换器采用的
38、分辨率有关，取值如下：VDDd1（C)d1（F)5V-40.1-40.24V-39.8-39.63.5V-39.7-39.53V-39.6-39.32.5V-39.4-38.9表4.1 对应电压参数值 表4.2 对应数据位数参数值SOTd2（C)d2（F)14bit0.010.01812bit0.040.072 SHT11还可根据当前相对湿度值和温度值计算测出露点。公式中T为当前温度值，SORH为相对湿度值，Dp为露点。露点是个特殊的温度值，是空气保持某一定湿度必须达到的最低温度，所以测量露点实际上就是测空气的含水量。最终，将转化的数据存入待传输的暂存数组中等待无线传输。4.1.2 无线通信软
39、件设计在温度数据通信系统中，主机和从机之间的数据通信采用一对一的主从模式，利用ISM频段(433MHz)无线通信。主机(即显示单片机)负责无线数据接收，从机则负责收集现场信息，进行一定的数据处理，根据主机的要求返回数据。主机与从机之间的信息交换通过串行通信实现。在采用主从式多机串行通信系统中，从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。为了完成上述功能需通过设置单片机的串口控制寄存器SCON来实现，在此将单片机设置在工作方式1 ,即SM0=0,SM1=1 。通信的数据格式为每帧10位，包括1位起始位、8位数据位、和1位停止位。片内定时器T1作为波特率发生器，选择传送的波特率为9600bps,则
40、定时器T1的初值应设置为TL1=TH1=0XFD，另外应禁止定时器T1中断，以免因定时器T1溢出而产生不必要的中断错误。在具体通信时：主机根据定时器0溢出中断每3秒向从机1发送握手信号，每5秒向2号机发握手信号。握手信号共3位，1号机的握手信号为：0x88,0x99,0xbb。2号机的握手信号为：0x44,0x66,0x77。为了减少干扰信号的干扰，从机向主机发送数据时也要先发送对应的握手信号。这样可以避免干扰，同时也可以方便主机对发信号的从机的识别。主机对从机的验证吗为1号机：0xcc 0x44 0xdd。2号机：0xee 0x66 0xbb。通讯的具体步骤如下图4.3：图4.3 从机无线模
41、块工作流图其中：初始化包括：启动PTR2000，串口接受初始化，然后等待7ms后，进入等待循环。串口中断程序：先验证接受的前3个字节是否符合通信协议。如果符合，然后串口进行发送初始化，然后调用传感器调用函数测量数据，经转化得到温度值和湿度值，放入到待传输数组中的对应位。最后把数组连续发送6遍。返回开始使用goto语句。主机串口与从机类似，它的串口初始化包括：ptr2000启动，串口接受初始化。串口中断程序流程：先验证收到的前3个字节是否符合握手信号，并根据握手信号确定从机号，将后7位测量值存入相应的数组，调用显示子程序，显示到12864上。定时器0中断程序是累加定时器的溢出数并每3秒将ptr2
42、000转化为发送状态，延时7ms,发送1号机地址，然后把tr2000转接收状态；每5秒将ptr2000转化为发送状态，延时7ms,发送2号机地址，然后把tr2000转接收状态，并不断循环。通讯过程中因为采用串口通信方式一。所以需要对定时器1进行设定以统一波特率，定义如下：发送状态设定：TMOD= 0x20;TH1= 0xfd;TL1= 0xfd;接受状态设定：TH1=0xfa;TL1=0xfa。主机一秒定时：TH0=0x3c;TL0=0xb0。4.2 系统软件详细设计421系统流程图 由从机部分主程序。从机部分主程序。如下图4.4。图4.4 从机主程序 图4.5 主机主程序5 系统测试及检测设
43、计系统调试主要包括系统的性能测试和无线模块的传输距离测试。性能测试主要测试测试模块测得的量经过转化后得到的温湿度数据的准确性，并测试它的相对误差。传输测试主要测试无线模块的最大有效传输距离。5.1 系统的性能测试本系统所说的调试是指在实验室里，对已知的标准量进行采集和比较，以验证系统设计是否正确和合理，我用温度计测得温度值和其它湿度计测得的数据作为参考量。测试结果如下表4.3：表4.3 系统测试结果表温度计温度实际湿度测得温度测得湿度一号机25.12C63%25.42C63%二号机25.12C63%25.32C63%一号机26.43C61%26.12C61%二号机26.43C61%26.52C
44、61%一号机23.78C67%23.42C67%二号机23.78C67%23.52C67%一号机26.11C69%26.52C69%二号机26.11C69%26.42C69%一号机24.67C65%24.42C65%二号机24.67C65%25.22C65%测试结果说明:在有效测试距离内，一号机和二号机的温度测试得到的数据与温度计测试得到的数据保持基本一致，误差基本保持在0.3左右。湿度测试数据与湿度记测得数据保持一致。测试结果出现的偏差推测可能与传感器的测得的量的精度有关，以及测得数据位数有关。温度为5位，故小数位误差比较大。适度为2位，误差比较小。图4.6 SHTXX系列的温度测试相对误差
45、图4.7 SHTXX系列的湿度测试相对误差5.2 传输距离测试本测试主要测试系统正常工作时，从机与主机的最远传输距离。测试在实验室进行，以能正常传输5位温度数据和2位湿度数据为标准。由于场地有限。测试数据比较少。测试结果如下：距离5M距离10M距离15M一号机正常正常正常二号机正常偶尔有错码错码比较多测试结果说明:一号机在15M的距离时仍能正常传输数据，而二号机已经出现50%的错码率。分析愿意推断可能是因为前期在系统搭建时做了很多功能调试，因为分布式无线传输存在传输时间匹配问题即：从机发送数据时，主机应当在接受状态。主机发送时，从机应当在接受状态。测试时出现过电源反接合单片机反接情况，导致PTR2000 性能下降。但由于PTR2000成本过高，性能仍在可接受范围内，过不再替换。系统调试采用模块化调试和整体组合调试相结合的方法来进行。经过模块化的软件仿真、硬件电路调试和组装测试，最终实现了从机四路温度数据采集功能、从机液晶初步显示功能、
