車載溫濕度檢測(cè)系統(tǒng).doc

車載溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)作為一個(gè)巡檢系統(tǒng)，有著控制系統(tǒng)的小車能保證巡檢系統(tǒng)按照我們要求的路線和合適的速度來前進(jìn)監(jiān)控，非常好的完成了作為載體的任務(wù)，接下來就是要在該載體上安裝溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)了，通過這個(gè)系統(tǒng)來完成對(duì)環(huán)境溫度和濕度的探測(cè)。溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成如下所示：該系統(tǒng)包括電源，傳感器，數(shù)字處理部分和顯示部分幾個(gè)功能塊。將SHTll采集到的溫度和濕度經(jīng)過數(shù)字處理并顯示出來。51系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的核心器件就是傳感器，所以在這里我們選用瑞士產(chǎn)的SHTll傳感器。溫濕度傳感器SHTll將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、AD轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖52所示。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個(gè)14位的AD轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。SHTll在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境中進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中；在測(cè)量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來自傳感器的信號(hào)。此外，SHTll內(nèi)部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將SHTll的溫度升高5口左右，同時(shí)功耗也會(huì)有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕(95 RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后SHTll溫度升高、相對(duì)濕度降低，較加熱前，測(cè)量值會(huì)略有差異。硬件設(shè)計(jì)主要以AT89C5l作為主要處理器，以此來擴(kuò)展外圍電路，主要包括溫濕度傳感器檢測(cè)，和顯示部分。SHTll通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，VDD和GND中間加一個(gè)01驢的濾波電容，時(shí)鐘線SCK用于微處理器和SHTll之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì)SCK最低頻率沒有要求；當(dāng)工作電壓高于5礦時(shí)，SCK頻率最高為10肋，而當(dāng)工作電壓低于45礦時(shí)，SCK最高頻率則為l肋，SHTll的DATA和SCK腳直接送入AT89C51的P1O和P11口，在AT89C51中處理完后將數(shù)據(jù)通過其P00，P01，P02口送入顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219，并通過MAX7219來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管來顯示采集到的溫度和濕度，MAX7219是美國(guó)MAXIM公司研制的緊湊型、串行輸入、串行輸出、共陰極新型LED顯示驅(qū)動(dòng)器。它一片芯片可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)8位7段LED顯示器、條型圖形、或64個(gè)單個(gè)LED。其片內(nèi)有BCD譯碼器、多路復(fù)用掃描電路、段和數(shù)字驅(qū)動(dòng)器、以及存貯每個(gè)數(shù)字的88靜態(tài)RAM。所有LED的段電流設(shè)定只需一個(gè)外部電阻來完成。其硬件電路圖如下：圖53硬件電路圖2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21溫濕度測(cè)量部分軟件設(shè)計(jì)微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHTll進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的12C總線議是不兼容的，因此需要用通用微處理器IO口模擬該通信時(shí)序。微處理器對(duì)SHTll控制是通過5個(gè)5位命令代碼來實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義如表5一l所示。.DATA在SCK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。SHTll上電后進(jìn)入休眠模式，首先應(yīng)發(fā)送一個(gè)“啟動(dòng)時(shí)序，喚醒芯片，即在ScK為高時(shí)使DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個(gè)SCK為高時(shí)將DATA升高，時(shí)序圖如下所示。微控器發(fā)出測(cè)量命令后就等待測(cè)量完成，為表明測(cè)量完成，SHTll將數(shù)據(jù)線拉成低電平。微控器重新啟動(dòng)SCK，SHTll就傳送兩字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)與一字節(jié)的CRC數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)的順序是從最高位(MSB)到最低位(LSB)。微控器接收到每個(gè)字節(jié)后，必須將數(shù)據(jù)線拉成低電平，為每個(gè)字節(jié)產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)ACK。CRC寄存器通過計(jì)算一個(gè)多項(xiàng)式(X8+X5+X4)之和來判定測(cè)量過程是否發(fā)生錯(cuò)誤，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，微控器就發(fā)送軟啟動(dòng)命令，重新進(jìn)行測(cè)量。如果不使用CRC一8校驗(yàn)，微控器可以在測(cè)量值KSB后保持應(yīng)答信號(hào)ACK高電平，來終止通信。522顯示部分軟件設(shè)計(jì)MAX7219是SPI總線驅(qū)動(dòng)方式，要想與MAX7219通信，首先要先了解MAX7219的控制字，MAX7219的控制字格式如表52。工作時(shí)，MAX7219規(guī)定一塊接收16位數(shù)據(jù)，在接收的16位數(shù)據(jù)中：D15D12可以與操作無關(guān)，可以任意寫入。D11D8決定所選通的內(nèi)部寄存器地址，D7D0為待顯示數(shù)據(jù)或是初始化控制字。如表2所示。在CLK脈沖作用下。DIN的數(shù)據(jù)