基于sht11的溫室多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第25卷第11期國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)V0125，No112006年11月ForeignElectronicMeasurementTechn0109yNoV，2006基于SHTll的溫室多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)樊建明(華南理工大學(xué)陳淵睿廣州510640)摘要：溫室內(nèi)要實(shí)現(xiàn)溫濕度的精確控制必須進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量?；谶@一要求，本文采用多個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器SHTll來(lái)設(shè)計(jì)溫室測(cè)量系統(tǒng)，以達(dá)到簡(jiǎn)化軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高測(cè)量精度的目的。首先介紹了SHTll的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2、、接口電路和工作時(shí)序，然后確定了采用多個(gè)SHTll紐成的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方案，最后基于AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)了電路簡(jiǎn)潔、大大節(jié)省I／O口資源、具有現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立顯示和遠(yuǎn)距離通信功能的多點(diǎn)溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，并編寫了PC機(jī)端直觀的數(shù)據(jù)觀測(cè)界面程序，為現(xiàn)代化溫室的集中管理提供了條件。關(guān)鍵詞：sHTll溫室多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)單片機(jī)Des蟾nofgreenhousemulti—pointsmeasuringsystembasedonSHTllFan

3、JianmingChenYuanrui(so“chChinaUniljersit，ofTechtozog，，G髓醢ngdo機(jī)gS106401Abstract：Multi—pointsmeasuringisnecessaryforgreenhousdsexacttemperature&humiditycon—trollingsystemForthisreason，weuseseveraldigitaltemperature&humidit

4、ysensorstodesignthegreenhousemeasuringsystem，ItcanmakethesoftwareandhardwaredesigningeasierandthemeasuringprecisionhigherFirstly，thepaper，introducesSHTl1’sstructurecharacters，I／0con—nectingcircuitandworkingschedualThesch

5、emethathowtodesignthesoftwareandhardwareoftemperature&humiditymeasuringsystembyusingseveralSHTl1ispresentedFinally，Atem—perature&humiditymeasuringsystembasedonAT89S52isdesignedTheadvantagesofthesys—temaresimplehardware，l

6、essI／esource，self—displayingandlongdistancecommunicationFur—thermore，AdataobservatinginterfaceinthePCterminalisprogrammed，whichcanprovideagoodconditionforconcentrativemanagementofmoderngreenhouseKeywords：SHTll，greenhouse

7、multi—pointsmeasuringsystem，singlechip0引溫室作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“工廠”在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展中扮演著越來(lái)越重要角色，其控制系統(tǒng)的精確與否將決定著農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，而溫濕度的測(cè)量又是溫室控制系統(tǒng)精確運(yùn)行的關(guān)鍵，所以設(shè)計(jì)一個(gè)高效、準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)是改善溫室控制系統(tǒng)性能的前提條件。過(guò)去常用熱敏電阻和濕敏電容來(lái)分別測(cè)量溫度和濕度，這種溫濕度測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量點(diǎn)比較少而且精度要求不高的場(chǎng)合還是可以勝任的，但在多點(diǎn)測(cè)

8、量和精度要求比較高的場(chǎng)合其缺點(diǎn)就更為突出，因?yàn)楫?dāng)同時(shí)涉及到兩個(gè)參數(shù)的檢測(cè)時(shí)每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)都必須使用兩個(gè)獨(dú)立的傳感器和獨(dú)立的數(shù)據(jù)初步處理電路，這將使多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)成本大大提高，而且也很大程度上增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。對(duì)于此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，若能找到集溫濕度傳感器于一體的集成式傳感器則會(huì)使測(cè)量系統(tǒng)成本降低和設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，而瑞士SENSIRION公司出品的SHTlX系列傳感器正是符合這種要求的傳感器。本文首先介紹高精度數(shù)字溫濕度傳感器SHTll的結(jié)構(gòu)

9、特點(diǎn)和工作特性，然后結(jié)合溫室內(nèi)溫濕度多點(diǎn)測(cè)量的要求和SHTll的測(cè)量原理討論了基金項(xiàng)目：廣東省自然科學(xué)基金(04020011)。作者簡(jiǎn)介：樊建明(1982一)，男，華南理工大學(xué)電力學(xué)院碩士研究生，主要研究方向?yàn)闇厥抑悄芸刂葡到y(tǒng)。4宣日萬(wàn)方數(shù)據(jù)國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)第25卷DATASCK圖3SHTll啟動(dòng)傳輸時(shí)序‘00000101’表示相對(duì)濕度測(cè)量，‘OOOO001l’表示溫度測(cè)量，‘00000111’和‘00000110’分別表示讀和寫狀態(tài)寄

10、存器，完整命令集可以參考文獻(xiàn)[1]。sHTll則通過(guò)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡?個(gè)SCK時(shí)鐘周期下降沿之后，將DATA拉低來(lái)表示正確接收到命令，并第9個(gè)SCK時(shí)鐘周期的下降沿之后釋放DA—TA線(即恢復(fù)高電平)，圖4以微控制器發(fā)送濕度測(cè)量命令‘OOo0010l’為例說(shuō)明發(fā)送命令的時(shí)序。圖4命令發(fā)送時(shí)序微控制器發(fā)送一組測(cè)量命令后需要根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)精確度8／12／14bit分別等待大約11／55／210ms，而SHTll則通過(guò)拉低DATA表示測(cè)量結(jié)束，并

11、且把測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)在內(nèi)部的存儲(chǔ)器內(nèi)，然后自動(dòng)進(jìn)入空閑狀態(tài)，等微控制器執(zhí)行完其他任務(wù)后再來(lái)讀取。測(cè)量數(shù)據(jù)讀取前，微控制器先重新啟動(dòng)SCK，接著2字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1字節(jié)的cRC校驗(yàn)將由SHTll傳送給微控制器。2字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)是從高字節(jié)的高位開(kāi)始傳送，并以cRC校驗(yàn)字節(jié)的確認(rèn)為表示通信結(jié)束。微控制器需要通過(guò)拉低DATA來(lái)確認(rèn)接收的每個(gè)字節(jié)，若不使用CRC校驗(yàn)位則微控制器可以在接收完測(cè)量數(shù)據(jù)的最低位后保持DATA為高電平來(lái)終止通信，圖5給出了數(shù)

12、據(jù)讀取時(shí)序圖。lO0lDA誕塑!吵Cj亞]耋[衛(wèi)C1匝基五]習(xí)圖5讀取數(shù)據(jù)時(shí)序另外，當(dāng)遇到與SHTll通信發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，微控制器可以通過(guò)發(fā)送通信復(fù)位序列重新復(fù)位SHTll的串行接口。復(fù)位時(shí)序?yàn)镈ATA令保持高電平時(shí)，觸發(fā)SCK時(shí)鐘9次或更多次，這就可以復(fù)位串口，而狀態(tài)寄存器內(nèi)容仍然保留，通信復(fù)位時(shí)序如圖6所示。R，DAI壘／廠————————————————————————————————————————一sc鑒爪風(fēng)風(fēng)風(fēng)風(fēng)風(fēng)風(fēng)風(fēng)風(fēng)廠圖6通

13、信復(fù)位時(shí)序2溫室內(nèi)的溫濕度多點(diǎn)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)21多個(gè)SHTll與微控制器連接方案選擇[5]溫室內(nèi)的溫濕度控制是基于整個(gè)溫室空間的，由于種種因素的影響使得溫室內(nèi)的局部溫濕度可能不一樣，在傳統(tǒng)溫室應(yīng)用中溫濕度測(cè)量基本上是基于熱敏電阻和濕敏電容作為傳感器的，多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)硬件電路復(fù)雜，導(dǎo)致其控制誤差大。采用集溫濕度傳感器、放大電路、A／D轉(zhuǎn)換電路及存儲(chǔ)器于一體的數(shù)字傳感器芯片SHTll，則可以很容易解決溫室應(yīng)用中溫濕度多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，以

14、控制整個(gè)測(cè)量空間溫濕度的均勻性和準(zhǔn)確性。SHTll是兩線制的數(shù)據(jù)傳輸方式，在多點(diǎn)測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)中通常是將多個(gè)SHTll分別獨(dú)立地連接到微控制器I／O口上，微控制器通過(guò)對(duì)每一個(gè)SHTll進(jìn)行測(cè)量操作，得到每一點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)。但這樣的連接方式存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)：(1)由于每個(gè)SHTll占用微控制器兩個(gè)I／O口，所以微控制器有限的I／O口資源將制約著單個(gè)微控制器上所能測(cè)量的最大點(diǎn)數(shù)；(2)由于每個(gè)SHTll的測(cè)量所需時(shí)間是固定不變的，采用單獨(dú)操作

15、的逐個(gè)測(cè)量方式在多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)中必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、控制滯后，從而影響控制系統(tǒng)性能的提高。在溫室測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)中，要求所采集的溫濕度數(shù)據(jù)是反應(yīng)整個(gè)溫室相同時(shí)間點(diǎn)的總體情況的，所以多個(gè)SHTll必須同時(shí)開(kāi)始測(cè)量，即微控制器必須同時(shí)向多個(gè)SHTll發(fā)送測(cè)量命令。結(jié)合溫室應(yīng)用的具體要求，本文對(duì)多個(gè)SHTll傳感器和微控制器的連接方式采取如下方案：各SHTll的SCK線接到微控制器的同一個(gè)I／O口上，而DATA線則分別接到不同I／O口線上。這