实验室温湿度监控系统的设计(1)(5)

SHT11 数字式温湿度传感器的应用范围非常的广泛，小到智能家居，大到自动化控制。相比于其他同类产品具有以下几种特点：

一、集成度高。将湿感元件、温感元件、串行接口电路以及 A/D 转换器等都集成在一片无铅芯片载体上，具有超小的外部尺寸。

二、基于两线制串行接口的数据传输。SHT11 采用的是两线式串行总线，一条数据线 DATA，一条串行时钟线 SCK，可进行 CRC 校验，保证了数据传输的准确性。

三、分辨率可调。SHT11 内部的 A/D 转换器的分辨率可以通过内部的特殊功能寄存器进行选择，8 位/12 位/14 位，满足不同需求。

四、精度高。片内集成的温感元件和湿感元件，使 SHT11 在测量湿度时可以进行温度补偿，提高了测量的精度。

五、体积小。SHT11 的封装非常的小，只有 7.42×4.88×2.5 mm，并且在每次测量之后能够自动的进入低功耗工作模式。

六、可靠性高。由于 SHT11 采用的是特殊的 COMS 过程微加工技术，内部元件实现了无缝连接，即使在测量时将其放入水中也可以正常工作。 3.3.2 SHT11 传感器内部结构及工作原理

数字式温湿度传感器 SHT11是将测湿元件、测温元件、A/D 变换、串行接口电路等都完全集成在一起，结构如图3-4 所示。

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该芯片的测湿度部分是一个电容式聚合体湿度敏感器件，测温部分是一个能隙式温感器件。它们将湿度和温度信息都转换成了微弱的电信号，经过运算放大器放大后，放大了的电信号直接进入 A/D 转换器，最后通过两线制串行接口总线输出数字信号。

每个 SHT11 在出厂之前都会经过严格的测试，在具有非常精确的温湿度值的环境中进行校准，并将得到的校准系数存储在 OTP 内存中；当进行温湿度测量时，芯片会自动用校准系数来校准，提高测量精度。除此之外，为了考证两个传感器的综合性能，在 SHT11 内部还有一个加热器件，对其上电后可使芯片的温度提升摄氏度，这样就可以对比加热前后的温湿度值。当湿度值大于 95%RH 时，传感器容易结露，增加了系统的响应时间，为了避免，可以开启加热单元，同时功耗自然而然变高了，与加热前相比，测量值会略有不同

SHT11 是通过两线制串行接口与处理器进行数据的传输。一个数据接口和一个串行时钟。但是又不同于普通的IC总线，要通过单片机的普通 IO 进行模拟通信。对 SHT11 的控制要用5个二进制码来实现。

表3-4 SHT11的命令代码

命令代码 00011 00101 00111 00110 11110 其他 含义 测量温度 测量湿度 读取内部状态寄存器 写内部状态寄存器 复位命令 保留 温度传感器 湿度传感器 运算 大放 器 图3-4 SHT11内部原理图

校准寄存器 转换器

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3.4 显示模块

液晶显示器(LCD)具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法比拟的优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。单片机可以通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式、I/O设备访问形式控制该液晶显示模块。本设计采用1602液晶屏，液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，通电后就可以显示出图形、文字。 3.4.1 1602液晶简介

1602字符型液晶是工业字符型液晶，能够同时显示16 ×2即32个字符（16列2行）。

(1)单5V电源电压，功耗低、寿命长、可靠性高； (2)内置192种字符（160个5×7点阵字符和32个5×10字符）； (3)具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义八个5×8点阵字符； (4)显示方式：STN、半透、正显； (5)驱动方式：1/16DUTY,1/5BIAS； (6)视角方向：6点；

(7)背光方式：底部LED；

(8)通讯方式：4位或8位并口可选；

(9)标准的接口特性，适配MC51和M6800系列MPU的操作时序。 3.4.2 1602液晶与AT89C51接口电路

LCD1LM016LVSSVDDVEERSRWEP1.74P1.6561237891011121314D0D1D2D3D4D5D6D7 图3-5 1602液晶显示电路

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3.5键盘电路设 计

键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘。在本设计中由于按键较多，因此选用矩阵式键盘。

3.5.1键盘控制电路

本系统中键盘的作用是实现人机交互功能，通过键盘设置温度／湿度的上、下限值。键盘控制电路如下图所示： S4S8S12S16S3S7S11S15S10S14S2S6S1P1.6P1.7S5S9S13

图3-6 键盘控制电路

3.5.2 各功能键作用分配

（1）开/关机键：主要控制硬件系统的开/关机。

（2）数字设置键：S0和S1分别为温度1+和温度1-，用来设置温度的下限值； S2和S3分别为湿度1+和湿度1-，用来设置湿度的下限值；

S4和S5分别为温度2+和温度2-，用来设置温度的上限值； S6和S7分别为湿度2+和湿度2-，用来设置湿度的上限值。

当传感器采集到的温度、湿度值中有一样超出所设定的区间，即温度／湿度过高或过低，则该系统会发出蜂鸣报警。

（3）复位键：在测温湿度过程中，若需要中断正在运行的测试状态，则按下复位键，系统重新初始化。另外，在设定仓库允许的温湿度上、下限值时，若一不小心输入错误，想重新输入，则亦可按复位键进行修改。

（4）开报警键：SE为开报警键，当温/湿度值超过设定值而报警时，则可以按该键取消报警。

（5）关报警键：SF为关报警键，用来关闭蜂鸣报警。

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