机房环境参数监控系统(软件设计)_毕业设计论文.doc

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1、毕业设计报告（论文） 报告（论文）题目：机房环境参数监控系统 软件设计 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子信息工程 作者所在班级： B09212 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 20094021204 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 2013 年 6 月 20 日 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院北华航天工业学院 毕业设计（论文）任务书（理工类）毕业设计（论文）任务书（理工类） 学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： B09212 学 号： 指导教师： 职 称： 副教授 完成时间： 2013.6 毕业设计（论文）题目： 机房环境参数监控系统软件设计 纵

2、向课题（ ）理论研究（ ） 教师科研 课 题 横向课题（ ）应用研究（ ） 教师自拟课题（）应用设计（） 题目来源 学生自拟课题（ ） 题目类型 其 他（ ） 注：请直 接在所属 项目括号 内打“” 总体设计要求及技术要点： 机房是数据中心重要的基础设施，可以比喻为数据中心的摇篮。它是指在一个物 理空间内实现信息的集中处理、存储、传输、交换、管理。计算机设备、服务器设备、网 络设备、存储设备等是数据中心机房的核心设备。一旦机房环境设备出现故障，就会 影响整个计算机系统运行，对数据传输、存储及系统运行的可靠性构成威胁，如事故 严重又不能及时处理，就可能损坏硬件设备，造成严重后果。机房环境参数监控

3、系统 主要是针对机房的环境进行监控，发现参数异常，即时采取电话、短消息等多种报警 方式进行报警，并记录历史数据和报警事件，还可以通过以太网进行远程查看。 总体设计要求：本课题主要研究机房环境参数监控系统的软件设计，需配合硬件 实现监控功能，用 LCD 显示现场环境参数（主要是温度和湿度）的数值，可以进行数 据的存储和查看，可以设定报警的上下限，超限后可以打电话或发短信报警，具有连 接远程网络的功能，并考虑软件的健壮性。 技术要点：单片机编程技术，通信模块编程，上位机编程 基本要求：实现单片机控制的温度、湿度采集，用 LCD 显示数值，可以进行数据 的存储和查看，可以设定报警的上下限，超限后可以

4、打电话或发短信报警。 较高要求：实现 TCP/IP 协议发送数据，实现连接远程网络的功能，在远程计算机 上以 Web 形式浏览机房各环境参数值。 工作环境及技术条件： 工作环境：实验室环境 技术条件：单片机开发环境 、模拟量信号采集技术、TCP/IP 协议、Web 主页设计 工作内容及最终成果： 本题目要求应用单片机设计一套机房环境参数的监控系统（主要侧重于软件设计）， 具体要求如下： （1）测量精度：温度误差不大于0.5，湿度误差不大于0.5%RH； （2）测量点数：不小于 20 个； （3）系统工作环境温度: -2070； （4）实时监测机房温度、湿度（可扩展增加水浸、烟雾、电源通断、门磁

5、、窗磁监测）； （5）可现场设置各报警参数的上下限，具有数码显示，报警显示等功能； （6）具有拨打手机电话及发送手机短信的功能； （7）提供基于 Web 的管理界面，具有远程设置、查看功能。 最终成果：结合硬件（电路板级成果或成形产品）实现机房环境参数的监控，提供使用 说明书。 时间进度安排： 1、第七学期第 6 周第 15 周，查阅资料，完成开题报告、文献综述、外文文献翻译 2、第七学期第 16 周第 17 周，开题报告审阅、答辩 3、第八学期第 1 周第 3 周，分析机房环境，确定参数的路数，确定实现方案 4、第八学期第 4 周第 6 周，设计软件流程图，完成温度、湿度信号的采集和调理 5

6、、第八学期第 7 周第 11 周，设计单片机控制的主程序，设计键盘输入、数据存储 与 LCD 显示、超限报警等模块的子程序，设计 GSM 通信模块的子程序 6、第八学期第 12 周第 14 周，进行软件联调，完成主程序对子程序的调用，进行软 硬件联调，完成基本的温湿度监控功能 7、第八学期第 14 周第 15 周，优化功能，完成毕业设计论文 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字： 年 月 日 北华航天工业学院 本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 机房环境参数监控系统软件设计 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的

7、成果。除文中已经注明引用的内容 外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计 （论文）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。因本毕业设计 （论文）引起的法律结果完全由本人承担。 本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关 毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航 天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可 以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公 布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。

8、特此声明 毕业设计（论文）作者： 指导教师： 年 月 日 年 月 日 北华航天工业学院毕业论文 摘 要 随着通信技术的不断发展以及人们对生活要求的不断提高，实现机房智能远程控制 已经成为必然趋势。机房要实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范自动化监控管 理：对机房的火灾、有害气体的泄漏实行自动报警；机房设置紧急呼叫系统；防盗报警 系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器；系统应能与计算机安全综合管理系统联 网；计算机系统能对报警系统进行集中管理和控制。 针对机房应用环境,对无线报警系统进行了研究,提出一种低成本、面向机房应用的 远程报警器。硬件主要由 STC89C51 单片机、NRF24L0

9、1 无线通信模块及 DS18B20 等传感 器组成。系统采用无线通信方式,可以完成温度监测、自动报警等功能。实验证明,系统 具有成本低、无需布线、安装简单、扩展性强等特点,可以广泛应用于机房自动化控制。 关键词关键词 单片机 温度传感器 通信单元 机房 北华航天工业学院毕业论文 I AbstractAbstract As communications technology continues to evolve and peoples increasing requirements for life, for home intelligent remote control has become

10、 an inevitable trend. Ministry of Construction Housing Industrialization Promotion Center proposed to achieve the six intelligent residential district requirements, including the implementation of automated security monitoring and management: for residential fires, hazardous gas leak implement autom

11、atic alarm; residential setting emergency call system; burglar alarm system should be installed infrared or microwave and other types of alarm detectors; system should be integrated with the management system for networked computer security; computer system can alarm system for centralized managemen

12、t and control. For indoor applications environment for wireless alarm system studied, presents a low-cost, family-oriented applications, remote alarm. Hardware consists of SCM STC89C51, NRF24L01 wireless communication module and DS18B20 other sensors. System uses wireless communication, you can comp

13、lete temperature monitoring, automatic alarm functions. Experimental results show that the system has a low cost, no wiring, easy installation, scalability, and other characteristics, can be widely used in home automation. Key words Microcontroller temperature sensor a communication unit Engine room

14、 北华航天工业学院毕业论文 II 目 录 第 1 章 绪论1 1.1 课题背景及国内外研究概况 1 1.2 目的意义 1 1.3 技术指标 1 第 2 章 方案选择2 2.1 方案选择 2 2.2 整体电路的设计 3 第 3 章 硬件电路的设计4 3.1 单片机电路 4 3.1.1 单片机概述.4 3.1.2 MCS-51 的硬件结构5 3.2 振荡电路 6 3.3 复位电路 7 3.4 温湿度采集与传输模块 8 3.4.1 选用 SHT11 的原因 8 3.4.2 SHT11 温湿度传感器.9 3.4.3 SHT11 与单片机的接口电路设计11 3.5 显示模块 LCD12864 11 3.

15、5.1 LCD 接口11 3.5.2 指令描述 .13 3.6 按键电路设计 .16 3.7 燃气报警部分 .17 3.8 本章小结 .17 第 4 章 整机工作原理18 第 5 章 软件程序设计19 5.1 主程序 .19 5.2 温湿度采集子程序 .19 5.3 温湿度显示子程序 .21 北华航天工业学院毕业论文 III 5.4 IC 总线读写程序 .22 5.5 本章小结 .22 第 6 章 系统调试.23 6.1 硬件调试 .23 6.1.1 硬件实物展示 .23 6.2 软件调试 .24 6.2.1 测试工具 .24 6.2.2 测试过程 .24 6.2.3 proteus 仿真结果

16、27 6.3 本章小结 .27 第 7 章 结 论28 参考文献.29 程序清单.30 北华航天工业学院毕业论文 0 机房环境参数监控系统软件设计 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题背景及国内外研究概况 在现在社会中,单片机、传感器等电子元件的应用越来越广泛。利用单片机 和传感器等电子元件结合 C 语言编程，来实现温度智能控制，已经是现代一个 普遍的研究课题。机房环境自动温度控制系统，是以机房为环境，自动控制机 房温度的单片机系统。 20 世纪 80 年代末，铂热电阻温控系统刚出现时，为普通电子电路，非智 能性结构，功能上也较单一，只有现实和热保护功能。随后为实现温度信号的 远传现实和控制

17、，在温度控制系统上添加了 4-20mA 电流输出，使温控系统具备 温度变送器功能，在测温同时同步输出温度信号。在 90 年代，电子仪器产品大 都采用微电子技术进行升级换代，大幅度提高产品的可靠性。随着应用领域的 不断扩展，温度控制系统继续采用 RS-485 有线通讯方式，在很多情况下都很难 满足要求。通讯的网络化、智能化、集成化、标准化是当代的发展趋势。面向 不同的应用，温度采集和控制系统也应改进通讯结构，尽量具有多样性的、使 用标准协议的通讯方式。 1.2 目的意义 目的：本设计目的是设计一款基于温湿度传感器 SHT11、AT89S51 单片机， 用，由 12864 字符型 LCD 显示的温

18、湿度计。 意义：随着人们生活水平的提高，现在在日常生活中为了人们的身体健康， 经常需要对室内空气温度与湿度进行测量，当湿度达到一定值时对空气进行加 湿，以减少疾病的发生，本设计为之提供一种快捷高效、低成本的测量工具。 1.3 技术指标 1、时时检测当前温度和湿度； 2、当温湿度或者燃气超标时启动报警系统 3、采用 LCD 作为显示。 北华航天工业学院毕业论文 1 第 2 章 方案选择 2.1 方案选择 方案一：采用单总线的 DS18B20 的温度传感器和 HS110X 相对湿度传感器为 主要芯片的温湿度计。 图 2-1 HS110X 温湿度传感器 方案二：采用集温湿度传感器于一体的 SHT11

19、 芯片为主要芯片的温湿度计。 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与A/D与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 CRC 与 与 SCK DATA VCC GND 图 2-2 SHT11 温湿度传感器 由于方案一中采用的是传统的模拟式湿度传感器，一般不仅要设计信 号调理电路，还要经过复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证。而 SHT11 是瑞士 Sensiri-on 公司生产的具有二线串行接口的单片全校准数字式新 型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数，具有数 字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。该传感器将

20、 CMOS 芯 64与 ROM 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 TH 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 TH 与 与 与 与 与 8与 CRC 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 DQ VD1 与 与 VDD VD2C GND VDD 北华航天工业学院毕业论文 2 片技术与传感器技术融合，为开发高集成度、高精度、高可靠性的温湿度测控 系统提供了解决方案。所以本设计采用的是方案二。 2.2 整体电路的设计 本设计的核心部件为 AT89S51,信号采集及处理部分由 SHT11 构成，进入单 片机后经过处理后通过 LCD12864 显示温

21、湿度，信号显示采用的液晶屏为 5X7 点 阵，一行可显示 16 字，四行。当湿度达到某一数值时启动加湿功能，这里用超 声波雾化器对空气进行加湿。 在软件设计部分对测量的湿度进行设定，当测量的湿度超过限定值，通过 超声波雾化器对空气进行加湿从而启动加湿功能。 硬件中包括一个开关，为复位开关。开机后，所有器件初始化，温湿度传 感器 SHT11 开始进行温湿度测量和计算，最后通过 LCD1602 液晶显示器显示结 果。在测量结果中有超过设定的湿度的，通过超声波雾化器做出反应。 整体电路方框图如下： 单 片 机 排风或加湿 装置 温湿度 传感器 按键控制 显示电路 图 2-3 基于单片机的温湿度监控的

22、整体电路方框图 本章小结本章小结 本章主要论述了设计的方案选择并最终确定了适合本设计的最佳方案同时 对整体电路设计进行了简单的介绍，比如电路实现什么功能以及用到的芯片和 电路器件，并画出了整体电路方框图。 北华航天工业学院毕业论文 3 第 3 章 硬件电路的设计 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 单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛。它的产生与发展和微处理器 的产生与发展大体同步，自 1971 年美国 Intel 公司首先推出 4 位微处理器以来， 它的发展到目前为止大致可分为 5 个阶段： 第 1 阶段（19711976）：单片机发展的初级阶段。1971

23、年 11 月 Intel 公司首先设计出集成度为 2000 只晶体管/片的 4 位微处理器 Intel4004，并配 有 RAM、ROM 和移位寄存器，构成了第一台 MCS-4 微处理器，而后推出了 8 位微 处理器。它们虽然说还不是单片机，但从此拉开了研制单片机新技术的序幕。 第 2 阶段（19761980）：低性能单片机阶段。以 1976 年 Intel 公司推出 的 MCS-48 系列为代表，采用将 8 位 CPU、8 位并行 I/O 接口、8 位定时器电路、 RAM 和 ROM 等集成于一块半导体芯片上的单片结构，虽然其寻址范围有限（不 大于 4KB），也没有串行 I/O，RAM、RO

24、M 容量小，中断系统也比较简单，但功 能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。这种采用将 CPU 与计算 机外围电路集成到一块芯片上的技术，标志着单片机与通用 CPU 的分道扬镳， 在构成新型工业微控制器方面取得了成功，为进一步发展单片机开辟了成功之 路。 第 3 阶段（19801983）：高性能单片机阶段。这一阶段推出的高性能 8 位单片机普遍带有串口，多级中断处理系统，多个 16 位定时器/计数器。片内 RAM、ROM 的容量加大，且寻址范围可达 64KB，个别片内还带有 A/D 转换接口。 其典型为 1980 年 Inter 公司推出的 MCS-51 系列单片机，其它代表产品有

25、Motorola 公司的 6810 和 Zilog 公司的 Z8 等。这类单片机拓宽了单片机的应用 领域，使之能用于智能终端、局部网络的接口等。因而，它是目前国内外产品 的主流，各制造公司还在不断地改进和发展它。 第 4 阶段（198380 年代末）：16 位单片机阶段。1983 年 Intel 新的制 造工艺，使芯片集成度高达 12 万只晶体管/片列，随后公司又推出了高性能的 16 位单片机 MCS-96 系列。CPU 为 16 位，支持 16 位算术逻辑运算，并具有 32 位除 16 位的进一步增大；除两个 16 位定时器片内 RAM 和 ROM 容量更大外，还 可以设定 4 个软件定时器

26、；具有 8 个中断源；片内带有多通道；运算速度和控 北华航天工业学院毕业论文 4 制功能大幅度提高，具有很强的实时处理能力。高精度 A/D 转换和高速输入、 输出部件（HSIO）。 第 5 阶段（90 年代）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域 等全方位向更高水平发展。如：CPU 的位数有 8 位、一步采用双 CPU 结构或内 部流水线结构 16 位、32 位。而结构上更进，以提高处理能力和运算速度；时 钟频率高达 20MHz，使指令执行速度相对加快；提供新型的串行总线结构，为 系统的扩展与配置打下了良好的基础；增加新的特殊功能部件（例如：PWM 输 出、监视定时器 WDT、可编程计

27、数器阵列 PCA、DMA 传输、调制解调器、通信控 制器、浮点运算单元等）；半导体制造工艺的不断改进，使芯片向高集成化、 低功耗方向发展等等。以上这些方面的发展，使单片机在大量数据的实时处理、 高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以及局域网等 方面得到大量应用。 2.单片机的应用 由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算 速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广 泛的应用。按照单片机的特点，其应用可分为单机应用与多机应用。 （1）单机应用 在一个应用系统中，只使用一片单片机称为单机应用，这是目前应用最多 的一种方式。单机应

28、用的主要领域有：测控系统、智能仪表、机电一体化产品、 智能接口、智能民用产品等。 （2）多机应用 单片机的多机应用系统可分为：功能集散系统、并行多机处理及局部网络 系统。 综上所述，目前单片机已用于工业控制、机电一体化、仪器仪表、信号处 理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域。 3.1.2 MCS-51 的硬件结构 1.MCS-51 系列单片机内部结构 MCS-51 系列单片机的内部结构框图如图 3-1 所示。MCS-51 单片机是把那些 作为控制应用所必需的基本功能部件都集中在一个尺寸有限的集成电路芯片上。 随着大规模集成电路技术的发展，其控制系统已能够取代以前利用复

29、杂电子线 路或数字电路构成的控制系统，还可以用软件控制来实现，并能够实现智能化。 它由如下功能部件组成： 北华航天工业学院毕业论文 5 微处理器（CPU）。MCS-51 单片机中有 1 个 8 位的 CPU，它由运算器和控 制器等部件组成。CPU 是单片机的核心部件，决定了单片机的主要功能特性。 数据存储器（RAM）。片内为 128byte（52 子系列为 256byte 外数据存储 器的寻址）其片址范围为 64KB，用于存放可读写的数据，如运算的中间结果或 最终结果等。 程序存储器（ROM/EPROM/EEPROM/FLASH EEPROM）（8031 和 8032 没有此 部件）。其片外最

30、多可扩只读存储器的容量至 64KB，主要用于存放已编写的程 序，也可以存放一些原始数据和表格。 中断系统。具有 5 个中断源，可编程为 2 个优先级的中断系统。它可以 接收外部中断申请，定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。常用于实时控 制，故障自动处理，计算机与外设间传送数据及人机对话等。 定时器/计数器。片内有 2 个 16 位定时器/计数器（52 子系列有 3 个 16 位定时器/计数器），具有四种工作方式。它可以设置为计数方式对外部事件进 行计数，也可以设置为定时方式进行定时。计数或定时的范围由软件来设定， 一旦计数或定时到则向 CPU 发出中断请求，CPU 根据计数或定时的结果对计

31、算 机或外设进行控制。 1 个片内振荡器及时钟电路。 4 个 8 位并行 I/O 接口（PO 口、P1 口、P2 口、P3 口）32 条可编辑 I/O 线，用于并行数据的输入或输出。 1 个串行 I/O 接口。它可使数据一位一位地在计算机与外设之间串行传 递，可用软件设置为 4 种工作方式，用于多处理机和通讯、I/O 口扩展或全双 工通用异步接收器（UART）。 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。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能 RAM 区。 由此可见，MCS-51 单片机的硬件结构具有功能部件种类全、功能强等特点。 3.

32、2 振荡电路 单片机的定时控制功能是由片内的时钟电路和定时电路来完成的，时钟是 单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的 一拍一拍的工作，因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直 接影响单片机系统的稳定性，常用的单片机时钟电路有两种方式：内部时钟方 式和外部时钟方式，如图 3-1（a）、（b）所示。 北华航天工业学院毕业论文 6 采用内部时钟方式时，如图 3-1（a）所示。MCS-51 单片机内部有一个用于 构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚 XTAL1，输出端为引脚 XTAL2，这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就

33、 构成一个稳定的自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟。电路中的电容 C1 和 C2 典型值一般都选为 30pf 左右，对外接电容的值虽然没有严格的要求, 但 是电容的大小会影响振荡频率的高低和振荡器的稳定性以及起振的快速性，晶 体的振荡频率的范围通常是在 1.2MHz12MHz 之间,晶体的振荡频率越高，则系 统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。但是反过来运行速度快 对存储器的速度要求越高，对印刷电路板的工艺要求也高，即要求线间的寄生 电容要小，MCS-51 单片机常选择振荡频率 6MHz 或 12MHz 的石英晶体。 （a） 内部振荡器方式 （b）外部振荡器方式 图 3-1 M

34、CS-51 单片机时钟产生方式 采用外部时钟方式时，如图 3-3（b）所示。外部振荡信号通过 XTAL2 端直 接接至内部时钟电路，这时内部反相放大器的输入端 XTAL1 端应接地。通常外 接振荡信号为低于 12MHz 的方波信号。本次设计中本电路选用内部振荡器方式， 晶体振荡器频率为 12MHz，如图 3-3（a）所示。选用内部振荡器比选用外部时 钟电路简单并且易于实现，最重要的是此电路易于调试，而且精度高。 3.3 复位电路 复位电路可分为上电复位和外部复位两种方式。电路如图 3-4 所示，通过 某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。MCS-51 单 片机在时钟电路工

35、作以后，在 RST/VPD 端持续给出 2 个机器周期的高电平就可 以完成复位操作（一般复位正脉冲宽度大于 10ms）。 12MHz 北华航天工业学院毕业论文 7 上电复位是在单片机接通电源时，对单片机的复位。上电复位电路如图 3- 2（a）所示，在上电瞬间 RST/VPD 端与 VCC 电位相同，随着电容上电压的逐渐 上升，RST/VPD 端电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器振荡建立 时间加 2 个机器周期。复位电路的阻容参数通常由实验调整。图 3-2（a）参考 电路中，电路参数 C 取 22uF，R 取 1K，可在 RST/VPD 端提供足够的高电平脉 冲，使单片机能够可靠地上电

36、自动复位。 图 3-2（b）所示既可进行上电自动复位，也可外部手动复位的电路示意图， R1 可取 200 左右。当需要外部复位时，按下复位按钮即可达到复位目的。 本文采用的是上电/外部复位电路，如图 3-2（b）所示。复位电路比上电 复位电路在应用上更加实用、易于随时对单片机复位。 （a）上电复位电路 （b）上电/外部复位电路 图 3-2 复位电路的两种方式 此外，基于 89S51 设计有稳态逻辑，以在低到零频率的条件下静态逻辑， 支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM、定时器、 计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结 振荡器

37、，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 北华航天工业学院毕业论文 8 3.4 温湿度采集与传输模块 3.4.1 选用 SHT11 的原因 本设计共涉及两类数据 温度和湿度，因此需要两个传感器芯片，一 个负责温度采集，另一个负责湿度采集。若采用独立式传感器芯片，会给程 序带来不变，也会给单片机增加负担。因此，本设计选用一款集温度、湿度 测量于一体的复合式传感器 SHT11。 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的复合式传感器。芯 片内部主要由相对湿度传感器，温度传感器，校准存储器，14 位 A/D 转换 器，信号放大器和 IC 总线接口构成。 SHT11 具有温度和相对湿度测量

38、，露 点值计算输出、全部校准、数字输出、免外围电路、低功耗等优点。是本设 计理想的温湿度测量与传输芯片。 3.4.2 SHT11 温湿度传感器 （1）SHT11 简介 SHT11 是瑞士 Scnsirion 公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片 广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。其主要特点如下： 高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D 转换和加热器等功 能集成到一个芯片上； 提供二线数字串行接口 SCK 和 DATA，接口简单，支持 CRC 传输校验，传 输可靠性高； 测量精度可编程调节，内置 A/D 转换器(分辨率为 812 位，可以通过对 芯片内部寄存器编

39、程来选择)； 测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度 测量值和高质量的露点计算功能； 封装尺寸超小(7.62 mm5.08mm2.5 mm)，测量和通信结束后，自动转 入低功耗模式； 高可靠性，采用 CMOSens 工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。 北华航天工业学院毕业论文 9 （2）SHT11 的引脚功能 SHT11 温湿度传感器采用 SMD(LCC)表面贴片封装形式，接口非常简单，引 脚名称及排列顺序如图 3-3 所示： 图 3-3 SHT11 引脚图 脚 1 和 4信号地和电源，其工作电压范围是 2.45.5V； 脚 2 和脚 3-二线串行数字接口，其中 DA

40、TA 为数据线，SCK 为时钟线； 脚 58空脚。 （3）SHT11 的内部结构和工作原理 温湿度传感器 SHT11 将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D 转换和加热 器等功能集成到一个芯片上，该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一 个用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成 电信号，该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大；然后进入一个 14 位的 A/D 转换器；最后经过二线串行数字接口输出数字信号。SHT11 在出厂前，都会 在恒湿或恒温环境内进行校准，校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中， 校准系数会自动校准来自传感器的信号。此外，SHT11 内部还集

41、成了一个加热 元件，加热元件接通后可以将 SHT11 的温度升高 5左右，同时功耗也会有所 增加。此功能主要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证两个传感 器元件的性能。在高湿(95RH)环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时 缩短响应时间，提高精度。加热后 SHT11 温度升高、相对湿度降低，较加热前， 测量值会略有差异。 微处理器是通过二线串行数字接口与 SHT11 进行通信的。通信协议与通用 的 IC 总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器 IO 口模拟该通信时序。 微处理器对 SHT11 的控制是通过 5 个 5 位命令代码来实现的，命令代码的含义 如表 3-1 所示： 表

42、 3-1 SHT11 控制命令代码 命令代码 含义 00011测量温度 00101测量湿度 北华航天工业学院毕业论文 10 00111读内部状态寄存器 00110写内部状态寄存器 11110复位命令，是内部状态寄存器恢 复默认值，下一次命令前至少等待 11ms 其他保留 3.4.3 SHT11 与单片机的接口电路设计 由于 SHT11 是一个串行器件，而 AT89S51 不具备 IC 总线接口，故需要用 单片机通用 I/O 口线来虚拟 IC 总线，本设计利用 P1.5 口线来模拟时钟线，P1.6 口线来模拟数据线。为避免信号冲突，单片机应驱动 DATA 在低电平，需要加一 个外部上拉电阻将信号

43、拉至高电平，本设计采用两个 10K 的电阻分别作为时钟 线和数据线的上拉电阻；另外，为了达到去耦滤波的目的，应在 VCC 和 GND 端 接入一个 0.1uF 的电容；SHT11 有三个地址位，由于目前只支持“000” ，4 个 NC 引脚悬空。 SHT11 与单片机的接口电路如图 3-4 所示： 图 3-4 SHT11 与单片机接口电路 3.5 显示模块 LCD12864 3.5.1 LCD 接口 液晶显示器件（LCD）独具的低压、微功耗特性使他在单片机系统中特得到 了广泛的应用，常用的液晶显示模块分为数显液晶模块、点阵字符液晶模块和 北华航天工业学院毕业论文 11 点阵图形液晶模块，其中图

44、形液晶模块在我国应用较为广泛，因为汉字不能像 西文字符那样用字符模块即可显示，要想显示汉字必须用图形模块。 本课设所选择的LCD是1602的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形， 图形液晶显示显示器接口如图3-5所示。 图3-5 LCD电路图 北华航天工业学院毕业论文 12 表 3.2 LGM12641 接口说明表 管脚号 管脚 电平 说明 1CS1H/L 片选择信号，高电平时选择前 64 列 2CS2H/L片选择信号，高电平时选择后 64 列 3GND0V 逻辑电源地 4VCC 5.0V 逻辑电源正 5V0 LCD 驱动电压，应用时在 VEE 与 V0 之间加一 2K 可调电阻 6RSH

45、/L 数据指令选择：高电平：数据 D0-D7 将送入 显示 RAM； 低电平：数据 D0-D7 将送入指令寄存器执行 7R/WH/L 读写选择： 高电平：读数据；低电平：写数 据 8E H/L 读写使能，高电平有效，下降沿锁定数据 9DB0H/L 数据输入输出引脚 10DB1H/L 数据输入输出引脚 11DB2H/L 数据输入输出引脚 12DB3H/L 数据输入输出引脚 13DB4 H/L数据输入输出引脚 14DB5H/L数据输入输出引脚 15DB6H/L数据输入输出引脚 16DB7H/L数据输入输出引脚 17RSTL复位信号，低电平有效 18VOUT-10VLCD 驱动电源 3.5.2 指令

46、描述 （1） 显示开/关设置 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 功能： 设置屏幕显示开/关。 DB0=H，开显示；DB0=L，关显示。不影响显示 RAM(DD RAM)中的内容。 （2） 设置显示起始行 LLLLHHHHHH/L 北华航天工业学院毕业论文 13 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 LLHH 行地址（063） 功能：执行该命令后，所设置的行将显示在屏幕的第一行。显示起始行是由 Z 地址 计数器控制的，该命令自动将 A0-A5 位地址送入 Z 地址计数器，起始地址可以是 0-6

47、3 范 围内任意一行。Z 地址计数器具有循环计数功能，用于显示行扫描同步，当扫描完一行 后自动加一。 （3） 设置页地址 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 LLHLHHH 页地址（07） 功能：执行本指令后，下面的读写操作将在指定页内，直到重新设置。地址就是 DD RAM 的行地址，页地址存储在 X 地址计数器中，A2-A0 可表示 8 页，读写数据对页地址 没有影响，除本指令可改变页地址外，复位信号(RST)可把页地址计数器内容清零。 DDRAM 地址映像表如表 3.2 所示。 表 3.3 RAM 地址映像表 Y 地址 0 1 2 6 1

48、 6 2 6 3 DB0 PAGE0 DB7 X=0 DB0 PAGE1 DB7 X=1 DB0 PAGE6 DB7 X=6 DB0 PAGE7 DB7 X=7 （4） 设置列地址 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 LLLH列地址（063） 北华航天工业学院毕业论文 14 功能：DDRAM 的列地址存储在 Y 地址计数器中，读写数据对列地址有影响在对 DDRAM 进行读写操作后，Y 地址自动加一。 （5）状态检测 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 HLB F ON/ OFF R ST LLL 功能：读忙信号标志位(BF)、复位标志位(RST)以及显示状态位(ON/OFF)。 BF=H：内部正在执行操作； BF=L：空闲状态。 RST=H：正处于复位初始化状态； RST=L：正常状态。 ON/OFF=H：表示显示关闭； ON/OFF=L：表示显示开。 （6）写显示数据 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 L HD 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 功能：写