基于SHT1x的溫濕度采集單元的軟件設(shè)計

本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）基于SHT1x的溫濕度采集單元的軟件設(shè)計SoftwareDesignoftheTemperatureandHumidityCollectingUnitBasedonSHT1x總計：20頁表格：1個插圖：10幅學(xué)院（系）：電子與電氣工程專業(yè)：電子信息工程[摘要]本課題是基于單片機(jī)的集中顯示主機(jī)通過RS485總線構(gòu)成的一個溫濕度數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)采用主從式協(xié)議實現(xiàn)對多點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)采集和集中顯示，以單片機(jī)AT89C51為核心，數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示以及上傳至主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理都要通過單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能溫濕度傳感器SHT11完成，數(shù)據(jù)處理在從機(jī)完成，數(shù)據(jù)顯示在主機(jī)中完成。在整個系統(tǒng)中采用了多種總線、協(xié)議技術(shù)，如智能溫濕度傳感器SHT11的單總線技術(shù)、從機(jī)和主機(jī)連接的RS485協(xié)議技術(shù)等。[關(guān)鍵詞]單片機(jī)；溫濕度傳感器；485總線技術(shù)；通信協(xié)議SoftwareDesignoftheTemperatureandHumidityCollectingUnitBasedonSHT1xAbstract:Thistopicisbasedontheconcentrationofsingle-chipdisplayhostthroughtheRS485bus,itconsistsofadisplayoftemperatureandhumiditydataacquisitionsystem.Itusesmaster-slaveprotocolonthemulti-pointtemperatureandhumiditydataacquisitionandcentralizeddisplay.ThecoreisAT89C51single-chipmicrocomputersystem.ThetemperatureandhumiditysensorSHT11completesdataacquisition.Theslavecompletesdataprocessing,andthehostdisplaysdata.Throughoutthesystemitusesavarietyofbusprotocoltechnologies,suchasthetemperatureandhumiditysensorSHT11intelligentsingle-bustechnology,andtheRS485protocoltechnologybetweentheslaveandhost.Keywords:Single-chipMicrocomputer;TemperatureandHumiditySensors;485BusTechnology;CommunicationProtocol目錄1引言 11.1設(shè)計背景及目的 11.2本課題主要工作 12系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 32.1主機(jī)軟件設(shè)計流程圖 32.2從機(jī)軟件設(shè)計流程圖 33主機(jī)軟件設(shè)計 43.1數(shù)碼管顯示軟件設(shè)計 43.1.1數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示方法 43.1.2顯示程序流程圖 53.2看門狗電路軟件設(shè)計 63.2.1X5045工作原理 63.2.2X5045看門狗軟件設(shè)計 64從機(jī)軟件設(shè)計 74.1溫濕度采集軟件設(shè)計 74.1.1SHT11簡介 74.1.2SHT11通信協(xié)議 84.1.3SHT11通信軟件包設(shè)計 94.1.3溫濕度采集程序流程圖 105RS485主從式通信軟件設(shè)計 105.1通信協(xié)議 115.2通信規(guī)則 125.3主機(jī)通信軟件設(shè)計 125.4從機(jī)通信軟件設(shè)計 13結(jié)束語 14參考文獻(xiàn) 15附錄 15致謝 201引言1.1設(shè)計背景及目的目前我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效益為目標(biāo)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。環(huán)境控制工程作為農(nóng)業(yè)生物速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的手段，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。溫室大棚中的環(huán)境由多個因子組成，如溫度、光照、濕度及二氧化碳濃度等。時下我國溫室環(huán)境控制目前仍靠人工經(jīng)驗來管理，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益，阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。因此，采用先進(jìn)的人工智能技術(shù)，科學(xué)合理地控制影響作物的環(huán)境因子，通過計算機(jī)控制設(shè)備進(jìn)行環(huán)境控制，以便給作物生長創(chuàng)造一個最佳的環(huán)境條件，做到既提高產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)價值和社會效益，同時盡量降低生產(chǎn)成本，這對溫室環(huán)境施行自動檢測和控制是非常必要的。溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，其目的是提高控制及作業(yè)精度。本文將信息采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息存儲技術(shù)及信息處理技術(shù)等相互融合，將溫室環(huán)境多種參數(shù)監(jiān)測和單片機(jī)控制理論相結(jié)合，提出一種切實可行的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可以全面、實時、自動地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動記錄、存儲和處理，并將有關(guān)信息根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用最有效方式送入單片機(jī)進(jìn)行處理，并可對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。1.2本課題主要工作本課題擬研究的主要問題包括：（1）溫度和濕度數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集；（2）主機(jī)對溫濕度數(shù)據(jù)的處理和顯示；（3）溫濕度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。重點(diǎn)和難點(diǎn)是系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案的確定及數(shù)據(jù)的處理和傳輸?shù)能浖O(shè)計。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，各個從機(jī)都可以獨(dú)立的采集數(shù)據(jù)。每一個從機(jī)的工作互不影響。通過RS485總線與主機(jī)連接。主機(jī)通過智能控制分時處理各個從機(jī)上傳的數(shù)據(jù)。因此可以完成多點(diǎn)采集的功能。為了實現(xiàn)該系統(tǒng)的實時性，主機(jī)是循環(huán)向各從機(jī)發(fā)出溫濕度數(shù)據(jù)采集命令，傳送回來的溫濕度數(shù)據(jù)以動態(tài)刷新的形式直觀的顯示在主機(jī)的數(shù)碼管上。為了保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，所有的命令和數(shù)據(jù)傳輸都制定了嚴(yán)格的通信協(xié)議。如圖2所示，主機(jī)部分由看門狗、數(shù)碼管顯示和MAX485三個模塊構(gòu)成。主機(jī)主機(jī)數(shù)碼管顯示看門狗看門狗MAX485MAX485圖2主機(jī)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)中每臺從機(jī)都有一個唯一且固定的地址編碼。由于系統(tǒng)的主機(jī)與從機(jī)之間采用半雙工的RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，所以主機(jī)采用問答式的通信方式，通過不同的地址編碼逐一同從機(jī)通信。作為主機(jī)以命令的方式對下層的從機(jī)統(tǒng)一管理，從機(jī)上傳采集到的溫濕度數(shù)據(jù)，被主機(jī)選中的從機(jī)要求上傳溫濕度數(shù)據(jù)。主機(jī)把采集到的溫濕度值通過數(shù)碼管顯示給用戶。如圖3所示，從機(jī)以單片機(jī)為核心，外圍主要包括以下幾個單元電路：SHT11接口電路；看門狗電路；采集器地址選擇開關(guān)電路；RS485總線接口電路。圖3從機(jī)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)中從機(jī)主要完成以下一系列的工作：接收通過RS485總線下傳的命令，啟動傳感器進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換命令，上傳采集到的溫濕度數(shù)據(jù)命令。2系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖2.1主機(jī)軟件設(shè)計流程圖上電初始化發(fā)出采集第一個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)命令上電初始化發(fā)出采集第一個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)命令若返回數(shù)據(jù)無效，則最多發(fā)三次采集此節(jié)點(diǎn)命令，三次若無效，則采集下一個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)有效則顯示采集完所有節(jié)點(diǎn)后重新從第一個節(jié)點(diǎn)開始圖4主機(jī)軟件流程圖主機(jī)軟件編程的基本思路：先對主機(jī)上電初始化，包括看門狗電路，并將波特率設(shè)置為9600bps，然后主機(jī)對第一個節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令，若返回數(shù)據(jù)無效，則最多發(fā)三次采集此節(jié)點(diǎn)命令，三次若無效，則采集下一個節(jié)點(diǎn)。當(dāng)所采集的數(shù)據(jù)有效時則通過數(shù)碼管顯示出來。當(dāng)采集完所有節(jié)點(diǎn)后重新從第一個節(jié)點(diǎn)開始采集。流程圖如圖4所示。2.2從機(jī)軟件設(shè)計流程圖從機(jī)軟件編程的基本思路：先對從機(jī)上電初始化，包括看門狗電路，并將波特率設(shè)置為9600bps。然后等待主機(jī)數(shù)據(jù)采集命令，當(dāng)接收到主機(jī)命令后，通過通信協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)，流程圖如圖5所示。下幾章分別介紹上述每個單元軟件相關(guān)詳細(xì)設(shè)計。3主機(jī)軟件設(shè)計本部分包括數(shù)碼管顯示軟件設(shè)計、看門狗電路軟件設(shè)計及與從機(jī)通信軟件設(shè)計。其中，與從機(jī)通信軟件設(shè)計詳見第五章RS485主從式通信軟件設(shè)計中的主機(jī)部分。3.1數(shù)碼管顯示軟件設(shè)計數(shù)碼管需要顯示的數(shù)據(jù)包括：節(jié)點(diǎn)編號兩位、溫度數(shù)據(jù)三位和濕度數(shù)據(jù)三位。上電初始化等待主機(jī)數(shù)據(jù)采集命令接收到命令后判斷是否是現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)YN上電初始化等待主機(jī)數(shù)據(jù)采集命令接收到命令后判斷是否是現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)YN圖5從機(jī)軟件流程圖3.1.1數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示方法用單片機(jī)驅(qū)動LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所有要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機(jī)在發(fā)送新的字形碼。另一種方法是動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個筆畫段A-H同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM各自獨(dú)立的受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于COM段，而這一段是由I/O控制的，由單片機(jī)決定何時顯示哪一位了。動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較多;動態(tài)顯示需要CPU時刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。按照硬件電路設(shè)計，數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼的動態(tài)掃描方法實現(xiàn)顯示。3.1.2顯示程序流程圖當(dāng)數(shù)字信號送到單片機(jī)后，把溫濕度數(shù)據(jù)通過P0口送給數(shù)碼管，同時，通過P2口輸出動態(tài)掃描碼實現(xiàn)節(jié)點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)的顯示。其流程圖如圖6所示。DIS指向顯示緩沖區(qū)地址7FHDIS指向顯示緩沖區(qū)地址7FH先點(diǎn)亮最左邊的數(shù)碼管送位控制信號取顯示數(shù)據(jù)查表取字形碼送出一位顯示延時1ms指向下一個緩沖單元最右邊一位顯示嗎？位控制號右移一位圖6顯示程序流程圖3.2看門狗電路軟件設(shè)計本系統(tǒng)采用硬件看門狗，選用X5045。3.2.1X5045工作原理X5045是一種集上電復(fù)位、看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM四種功能于一身的可編程控制電路，它有助于簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，減少電路板的占用面積，提高可靠性。（1）上電復(fù)位X5045加電時會激活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路，從而使RESET引腳有效。該信號可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當(dāng)VCC超過器件的限值時，電路將在200ms（典型）延時后釋放RESET以允許系統(tǒng)開始工作。（2）低電壓檢測工作時，X5045對VCC電平進(jìn)行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預(yù)置的最小以下時，系統(tǒng)即確認(rèn)RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當(dāng)RESET被確認(rèn)后，該RESET信號將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V。而當(dāng)VCC返回并超過限值達(dá)200ms時，系統(tǒng)重新開始工作。（3）看門狗定時器看門狗定時器的作用是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā)CS/WDI引腳以避免RESET信號激活而使電路復(fù)位，所以CS/WDI引腳必須在看門狗超時時間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)。3.2.2X5045看門狗軟件設(shè)計X5045芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間?？撮T狗定時器的預(yù)置時間是通過X5045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。X5045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPR0M的工作設(shè)置有關(guān)。WD1=0，WD0=0，預(yù)置時間為1.4s。WD1=0，WD0=1，預(yù)置時間為0.6s。WD1=1，WD0=0，預(yù)置時間為0.2s。WD1=1，WD0=1，禁止看門狗工作。硬件看門狗的流程如圖7所示。圖7看門狗喂狗程序流程圖實踐證明，采用該電路的數(shù)據(jù)采集的性能穩(wěn)定可靠。X5045看門狗電路具有多功能、反應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)?？梢哉fX5045是一種性價比較高的電路芯片，非常適用于智能儀器、實時控制、微型化等場合。4從機(jī)軟件設(shè)計從機(jī)軟件設(shè)計包括溫濕度采集軟件設(shè)計、看門狗軟件設(shè)計及與主機(jī)通信軟件設(shè)計。其中看門狗軟件設(shè)計同主機(jī)看門狗軟件設(shè)計，與主機(jī)通信軟件設(shè)計見第五章RS485主從式通信軟件設(shè)計中的從機(jī)軟件設(shè)計。4.1溫濕度采集軟件設(shè)計4.1.1SHT11簡介SHT11是個芯片，它由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出的濕度和溫度傳感器模塊組成。該芯片包括兩個已校準(zhǔn)的微型溫度和濕度傳感器，14位的A/D轉(zhuǎn)換器，放大器，線性校準(zhǔn)電路和數(shù)字串行接口。一體化的結(jié)構(gòu)使它具有質(zhì)量好，反應(yīng)快，抗干擾，價格低等特點(diǎn)。（1）I/O腳（雙向2線接口）：串行時鐘輸入（SCK）：串行時鐘輸入應(yīng)用于母機(jī)與子機(jī)（SHT11）之間的同步通訊，串行數(shù)據(jù)（DATA）串行數(shù)據(jù)三態(tài)針用于芯片讀入與輸出數(shù)據(jù)，串行數(shù)據(jù)必須在下降沿后更新在串行時鐘上升沿有效，需要外部上拉電阻使信號升高，在微控制器I/O電路中常使用上拉電阻。初始化傳輸時，應(yīng)發(fā)出“傳輸開始”命令。串行數(shù)據(jù)(DATA)：DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA在SCK時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在SCK時鐘高電平時DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動DATA在低電平需要一個外部的上拉電阻將信號提拉至高電平上拉電阻，通常已包含在微處理器的I/O電路中。后一個命令順序包含三個地址位（目前只支持“000”）和5個命令位，通過DATA腳的ACK位處于低電位表示SHT11正確收到命令。（2）連接復(fù)位順序當(dāng)使DATA線處于高電平時，觸發(fā)SCK9次以上（含9次），則必須隨后發(fā)一個前述的“傳輸開始”命令。（3）CRC-8校驗數(shù)字信號的整個傳輸過程由8bit校驗來確保，任何錯誤數(shù)據(jù)將被檢測到并清除。（4）測量分辨率默認(rèn)的測量分辨率分別為14bit（溫度）、12bit（濕度），也可分別降至12bit和8bit。通常在高速或超低功耗的應(yīng)用中采用該功能。4.1.2SHT11通信協(xié)議SHT11有其固定的協(xié)議。SHT11的命令為一個字節(jié)，高3位為器件地址位，由于不是標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線，SHT11命令的地址位現(xiàn)在只有000可用，低5位為實際的命令代碼，如表1所示：表1命令代碼命令代碼預(yù)留000x溫度測量00011濕度測量00101讀狀態(tài)寄存器00111寫狀態(tài)寄存器00110預(yù)留0101x-1110x軟復(fù)位、復(fù)位接口、清空狀態(tài)寄存器，即清空為默認(rèn)值下一次命令前等待至少11ms11110其中熱啟動命令將使SHT11進(jìn)行復(fù)位，不但使通信接口復(fù)位，同時清除狀態(tài)寄存器內(nèi)容為默認(rèn)值；SHT11熱啟動過程所需時間最少為11ms，所以熱啟動以后需要等待11ms以上才可以進(jìn)行下一步操作。在發(fā)送每一個命令之前需要有一個傳輸初始化信號，即一個傳輸起始序列：由主機(jī)拉低DATA線，在DATA為低電平期間，SCK線發(fā)送一個高一低一高的序列。在一個字節(jié)發(fā)送結(jié)束之后主機(jī)需要釋放DATA線，因為在下一個SCK信號周期，SHT11將會向DATA線發(fā)送一個握手應(yīng)答信號表示正確接收了一個字節(jié)。SHT11在完成一次濕度或者溫度測量之后會向DATA線發(fā)送一個低電平信號，通知主機(jī)已經(jīng)可以讀取數(shù)據(jù)在本系統(tǒng)中溫度和濕度測量分別設(shè)置為14位和12位，SHT11的完成一次12位的AD轉(zhuǎn)換約55ms，14位的AD轉(zhuǎn)換約200ms。在從機(jī)對SHT11進(jìn)行讀操作時，類似于寫操作的時序，但是讀操作有兩種情況，在讀取SHT11的轉(zhuǎn)換結(jié)果、狀態(tài)寄存器的時候在讀完每一個字節(jié)之后都需要主機(jī)在第9個SCK周期向DATA線發(fā)送一個低電平作為應(yīng)答信號才可以讀取接下來的數(shù)據(jù)；在讀取8位CRC校驗碼時不需要從機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號。此外，在每次對SHT11操作之前或者通信出現(xiàn)錯誤時都需要對SHT11進(jìn)行通信復(fù)位，與其建立通信，通信復(fù)位時序為：DATA線為高電平，并且維持9個SCK周期以上。4.1.3SHT11通信軟件包設(shè)計為了保持程序的兼容性，所有關(guān)于SHT11的函數(shù)都封裝在SHT11.c文件中，那么在主程序文件中把這些函數(shù)聲明為外部函數(shù)就可以方便的調(diào)用，而且只要在硬件相關(guān)變量的定義中稍作改動就可以新的硬件平臺上使用。軟件包設(shè)計主要考慮到了可重用性，編寫4個底層函數(shù)：從SHT11讀取一字節(jié)函數(shù)chars_read_byte(unsignedcharack)，這個函數(shù)返回值為所讀取的數(shù)據(jù)，參數(shù)ack表示該次讀取是否需要主機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號；向SHT11發(fā)送一個字節(jié)的函數(shù)chars_write_byte(unsignedcharvalue)，參數(shù)value就是所要發(fā)送的數(shù)據(jù)或者命令；傳輸初始化函數(shù)voids_transstart(void)，需要在每次調(diào)用s_write_byte函數(shù)之前調(diào)用通信復(fù)位函數(shù)voids_connectionreset(void)。下面主要講述一下軟件包中兩個最主要的上層函數(shù)：測量和計算函數(shù)。chars_measure(unsignedchar*p_value,unsignedchar*p_checksum,unsignedcharmode)為測量函數(shù)，該函數(shù)所完成的工作就是向SHT11發(fā)送測量命令，等待測量結(jié)束之后讀取測量結(jié)果。其中參數(shù)表中的mode參數(shù)用以確定所要測量的內(nèi)容，如果要求SHT11測量溫度那么在調(diào)用該函數(shù)的時候mode設(shè)為00000011即0x3，測量濕度則設(shè)為00000101即0x5。這樣可以精簡代碼，提高代碼的效率。轉(zhuǎn)換結(jié)果為2字節(jié)，p_value存儲單元存放高字節(jié)，p_value+1存儲單元存放低字節(jié)，符合int型變量的存儲格式，這樣可以把兩個字節(jié)的測試結(jié)果作為int型數(shù)據(jù)處理。從SHT11讀取的兩字節(jié)轉(zhuǎn)換結(jié)果并不是最后的溫濕度值，還需要經(jīng)過換算。其中溫度的結(jié)果通過T=d1+d2*RES_T換算得到的。其中d1為一個與供電電壓有關(guān)的常量。在5V供電的情況下取-40；d2為一個與AD轉(zhuǎn)換精度有關(guān)的常量，在14位情況下取0.01,12位情況下取0.04。RES_T為得到的16位int型溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果。而相對濕度結(jié)果也需要經(jīng)過下面的公式換算：RH=C1+C2*RES_RH+C3*RES_RH2式中C1、C2、C3均為與AD轉(zhuǎn)換精度有關(guān)的常量。在12位采樣情況下分別為-4，0.0405、-2.8*10-6，在8位采樣情況下分別為-4，0.648，-7.2*10-4，RES_RH為從SHT11得到的濕度轉(zhuǎn)換結(jié)果，經(jīng)過上式換算得到的濕度值是在溫度為25攝氏度的情況下的值。4.1.4溫濕度采集程序流程圖編寫上述關(guān)于SHT11的軟件包之后，可以方便供主程序調(diào)用，主程序所要做的就是按照SHT11的操作順序依次調(diào)用軟件包函數(shù)即可。因為在SHT11轉(zhuǎn)換結(jié)束之后會自動發(fā)送低電平然后接著是數(shù)據(jù)，所以在程序等待DATA低電平的過程中不能執(zhí)行其他的操作。所以在如圖8的程序流程中，程序禁止中斷，而且中間不穿插任何其他操作，以保證對SHT11的操作能夠正確完成。開始 開始 讀取濕度轉(zhuǎn)換結(jié)果通信復(fù)位讀取濕度轉(zhuǎn)換結(jié)果通信復(fù)位換算溫濕度值N發(fā)送溫度測量命令換算溫濕度值N發(fā)送溫度測量命令YDATA是否為低YDATA是否為低發(fā)送溫濕度值讀取溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)送溫濕度值讀取溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果結(jié)束發(fā)濕度測量命令結(jié)束發(fā)濕度測量命令NNYDATA是否為低YDATA是否為低圖8溫濕度測量程序流程圖5RS485主從式通信軟件設(shè)計各個從機(jī)能夠連接到RS485總線網(wǎng)絡(luò)上的前提是從機(jī)上RS485總線接口電路的實現(xiàn)。RS485是應(yīng)遠(yuǎn)距離數(shù)字通信的需要而研究得到的一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收靈敏度高的總線標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是一種采用平衡傳輸方式的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，由于采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有很高的抗共模干擾能力。接收器具有很高的靈敏度，能監(jiān)測到低達(dá)±200mV的電壓，使傳輸數(shù)據(jù)能在千米以外得到恢復(fù)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率在100kbps時，傳輸距離可達(dá)1200米若傳輸速率下降，則傳送距離可以更遠(yuǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)允許一對雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動多個負(fù)載設(shè)備，因此使用RS485總線僅用一對雙絞線就能實現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。它以設(shè)備簡單、價格低廉以及能夠進(jìn)行長距離可靠通信等特點(diǎn)，在各種工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。5.1通信協(xié)議為了使主機(jī)和從機(jī)之間能夠正確通信，減少傳輸錯誤必須制定雙方共同遵守的協(xié)議，即通信協(xié)議。通信協(xié)議如下：數(shù)據(jù)格式：8個數(shù)據(jù)位，無校驗位，1個停止位通訊速率：9600bps命令格式：主機(jī)發(fā)送：第1字節(jié)：AEH第2字節(jié)：溫濕度采集點(diǎn)的地址（站址范圍：00H─63H）從機(jī)回應(yīng)：第1字節(jié)：9XH第2字節(jié)：9XH(X=溫度十位十進(jìn)制碼)第3字節(jié)：9XH(X=溫度個位十進(jìn)制碼)第4字節(jié)：9XH(X=溫度小數(shù)十進(jìn)制碼)第5字節(jié)：9XH(X=濕度十位十進(jìn)制碼)第6字節(jié)：9XH(X=濕度個位十進(jìn)制碼)第7字節(jié)：9XH(X=濕度小數(shù)十進(jìn)制碼)第8字節(jié)：9XH(X=以上7字節(jié)低4位累加和)當(dāng)溫度為零下時，第2、3、4字節(jié)定義如下：第2字節(jié)：9XH(X=負(fù)溫度符號)第3字節(jié)：9XH(X=溫度十位十進(jìn)制碼)第4字節(jié)：9XH(X=溫度個位十進(jìn))其相關(guān)解釋如下：（1）首先使所有從機(jī)，處于只接收命令的監(jiān)聽狀態(tài)。（2）主機(jī)先向從機(jī)發(fā)送命令地址信息，共有8位為地址。主機(jī)發(fā)送的第一個字節(jié)地址可以擴(kuò)充，這樣就可以為單片機(jī)內(nèi)存擴(kuò)展，以便以后更方便。其中溫度為負(fù)值時，用補(bǔ)碼的方式采集溫度濕度的地址。（4）通信的主從機(jī)之間必須以相同的幀格式及波特率進(jìn)行通信。通信協(xié)議中，幀格式和波特率的選擇，它關(guān)系到通信的效率，傳輸?shù)木嚯x和通信的可靠性，是串行通信中的一個關(guān)鍵參數(shù)。本系統(tǒng)采用幀格式為：1位起始位，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位。根據(jù)通信距離和通信速率的要求，綜合考慮，在實驗中，將波特率設(shè)置為9600bps。5.2通信規(guī)則由于RS-485通訊是一種半雙工通訊，發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時刻只允許一臺單機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在偵聽到總線上呼叫信號已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號的情況下。才能應(yīng)答。半雙工通訊對主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送和接收時序有嚴(yán)格的要求。如果在時序上配合不好，就會發(fā)生總線沖突，使整個系統(tǒng)的通訊癱瘓，無法正常工作。要做到總線上的設(shè)備在時序上的嚴(yán)格配合，必須要遵從以下幾項原則：（1）復(fù)位時，主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。另外，在主從機(jī)軟件上也應(yīng)附加若干處理措施，如：上電時或正式通訊之前，對串行口做幾次空操作，清除端口的非法數(shù)據(jù)和命令。（2）控制端RE、DE的信號的有效脈寬應(yīng)該大于發(fā)送或接收一幀信號的寬度。在RS-485半雙工通訊中，必須對控制信號進(jìn)行切換?？刂菩盘柡螘r為高電平，何時為低電平，一般以單片機(jī)的TI，RI信號作參考。發(fā)送時，檢測TI是：建立起來，當(dāng)TI為高電平后關(guān)閉發(fā)送功能轉(zhuǎn)為接收功能。接收時，檢測RI是否建立起來，當(dāng)RI為高電平后。接收完畢，又可以轉(zhuǎn)為發(fā)送。單片機(jī)在串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時，只要將8位數(shù)據(jù)位傳送完畢，TI標(biāo)志即建立，但此時應(yīng)發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)位(若發(fā)送地址幀時)和停止位尚未發(fā)出。如果在這是關(guān)閉發(fā)送控制。勢必造成發(fā)送幀數(shù)據(jù)不完整。如果單片機(jī)多機(jī)通訊采用較高的波特率，幾條操作指令的延時就可能超過2位(或1位)數(shù)據(jù)的發(fā)送時間。問題或許不會出現(xiàn)。但是如果采用較低波特率，單靠幾條操作指令的延時遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，問題就明顯地暴露出來。接收數(shù)據(jù)時同樣如此，單片機(jī)在接收完8個數(shù)據(jù)位后就建立起RI信號，但此時還未接收到第九位數(shù)據(jù)位(若接收地址幀時)和停止位。所以，接收端必須延時大于2位數(shù)據(jù)位的時間(1位數(shù)據(jù)位時間=1，波特率)，再作應(yīng)答，否則會發(fā)生總線沖突。（3）總線上所連接的各單機(jī)的發(fā)送控制信號在時序上完全隔開，為了保證發(fā)送和接收信號的完整和正確，避免總線上信號的碰撞。對總線的使用權(quán)必須進(jìn)行分配才能避免競爭，連接到總線上的單機(jī)，其發(fā)送控制信號在時間上要完全隔離?？傊?，發(fā)送和接收控制信號應(yīng)該足夠?qū)?，以保證完整地接收一幀數(shù)據(jù)，任意兩個單機(jī)的發(fā)送控制信號在時問上完全分開，避免總線爭端。5.3主機(jī)通信軟件設(shè)計主機(jī)按照通信協(xié)議發(fā)出對某一節(jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)采集命令，軟件流程圖如圖9所示。從第一個節(jié)點(diǎn)開始采集，先發(fā)出采集第一個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)命令，最多發(fā)三次，如果還沒得到此節(jié)點(diǎn)有效數(shù)據(jù)，將采集下一個節(jié)點(diǎn)，直到所有節(jié)點(diǎn)都采集完成，然后重新從第一個節(jié)點(diǎn)開始。發(fā)出采集第一個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集命令接收等待節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)是否有效是否夠三次采集下一個節(jié)點(diǎn)所有節(jié)點(diǎn)是否采集完YNY發(fā)出采集第一個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集命令接收等待節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)是否有效是否夠三次采集下一個節(jié)點(diǎn)所有節(jié)點(diǎn)是否采集完YNYNNY圖9主機(jī)通信軟件流程圖5.4從機(jī)通信軟件設(shè)計從機(jī)上電后一直處于接收狀態(tài)，當(dāng)接收到第一個字節(jié)數(shù)據(jù)即首先判斷命令是否有效，無效則丟掉此數(shù)據(jù)重新接收；有效則接收第二個字節(jié)數(shù)據(jù)。同時判斷此字節(jié)數(shù)據(jù)是否與從機(jī)地址相同，若不同則丟掉這兩個字節(jié)數(shù)據(jù)并重新接收；相同則此為采集第一節(jié)點(diǎn)有效命令。此時，從機(jī)開始啟動溫濕度數(shù)據(jù)采集，同時按照協(xié)議格式發(fā)送給主機(jī)。然后返回等待接收命令狀態(tài)。整個流程圖如圖10所示。等待接收第一個字節(jié)數(shù)據(jù)命令是否有效等待接收第一個字節(jié)數(shù)據(jù)命令是否有效接收第二個字節(jié)數(shù)據(jù)地址是否與節(jié)點(diǎn)地址相同主機(jī)命令對此節(jié)點(diǎn)有效，啟動數(shù)據(jù)采集，并將其發(fā)送給主機(jī)NYYN圖10從機(jī)通信軟件流程圖結(jié)束語到此為止，基于SHT1x的溫濕度采集單元軟件設(shè)計已經(jīng)完成。本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是測量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試使用方便、性價比高。實驗證明，該裝置運(yùn)行可靠，測量誤差小，具有很好的應(yīng)用效果，因此可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)的最后一門課，是對大學(xué)所學(xué)知識的一個總結(jié)和拓展，所以做好了可以是自己學(xué)到很多的東西。經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)、思考和設(shè)計。我從中學(xué)到了好多好多的東西：大學(xué)四年的學(xué)習(xí)得到了很好的總結(jié)，理論知識也得到了很好的鞏固和升華，理論很好的應(yīng)用到了實踐上，是理論與實踐結(jié)合，從而提高了我的理論實踐水平，進(jìn)而使我的科技素質(zhì)得到了提高。在整個設(shè)計的過程中除了我的科學(xué)知識得到了提高外，我的個人素質(zhì)也得到了很大的提高。畢業(yè)設(shè)計要求要有嚴(yán)謹(jǐn)、執(zhí)著的態(tài)度，積極、耐心、細(xì)致、謙虛的心態(tài)，還要求有較高的團(tuán)隊合作精神。設(shè)計期間我遇到了很多的問題，經(jīng)過自己的查找資料、老師同學(xué)的幫助最后都得到很好的解結(jié)；這段經(jīng)歷使我學(xué)到了和多過于為人處事的知識，這將在我以后的工作生涯中受益匪淺，為我以后的職業(yè)生涯打下了很堅實的基礎(chǔ)。但是，由于時間問題以及所學(xué)知識有限不能完成達(dá)到預(yù)期所要達(dá)到的要求，然而，這給我了一個啟示，就是讓我懂得以后的學(xué)習(xí)、生活中應(yīng)該注意些什么，應(yīng)該補(bǔ)充些什么知識。 參考文獻(xiàn)[1]李朝青.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995年7月[2]肖洪兵等編著.跟我學(xué)單片機(jī).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997年9月[3]王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計大全.北京:北京航空航天大學(xué)出版社1999年7月[4]王忠誠.電子電路用元器件入門教程.北京:電子工業(yè)出版社,2006年5月[5]劉義濤.protelDXP設(shè)計及應(yīng)用教程.北京:清華大學(xué)出版社,2000年6月[6]何立民.單片機(jī)應(yīng)用文集.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1994年6月[7]周興華編.手把手教你學(xué)單片機(jī).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993年1月[8]胡宴如,耿蘇燕.模擬電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999年9月[9]齊秋群.MOTOROLA單片機(jī)實用技巧集萃.北京:電子工業(yè)出版社,1997年2月[10]張明波編.數(shù)字電子技術(shù).北京:中國電力出版社,2003年10月[11]何立明.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000年[12]王幸之等編.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000年[13]王秀珍等編.微型計算機(jī)A/D,D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).北京:清華大學(xué)出版社,2004[14]涂時亮等編.單片微機(jī)軟件設(shè)計技術(shù).重慶:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社,2003附錄（1）看門狗程序Main(){

WDTRST=0x1E;

WDTRST=0xE1;

//初始化看門狗。

While(1)

{

WDTRST=0x1E;

WDTRST=0xE1;

//喂狗指令

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