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摘要：在工农业生产和日常生活中，经常要用到湿度和温度的检测和控制。本系统主要以AVR单片机为核心，使用SHT11温湿度传感器进行温度和湿度的检测，可实现温湿度的显示、调控和预警等功能，具有硬件简单、功能齐全的特点。
关键词：传感器；AVR单片机；SHT11
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 23-0000-02
1 引言
随着电子技术和微型计算机的迅速发展，计算机测量和控制技术在国民经济各个领域得到了迅猛的发展和应用，给人民生活带来了很多方便。单片机以其体积小、质量轻、成本低、功耗低、处理能强等特点，成为了主要的控制工具之一。在日常生活和工农业生产中，经常要用到温度检测和控制。传感器技术的发展，使之成为获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段，如今已渗透到工业生产、环境保护、资源调查、海洋探测、等极其之泛的领域，温湿度监测也工农业生产中得到广泛应用。
2 硬件设计
本系统设计的便携式温湿度检测仪，选用ATmega16单片机为核心，使用SHT11温湿度传感器进行检测，通过液晶显示器LCD1604显示出实际测量到温度值和湿度值。可实现温度和湿度的检测、显示的功能，具有硬件简单、功能齐全的特点。
2.1 主控制器。主控制器选择AVR系列单片机中应用广泛、比较典型的ATmega16单片机，具有功耗低、体积小、接口丰富、功能齐全等特点，具有较高的性价比。
2.2 温湿度检测传感器。温湿检测使用SHT11传感器。SHT11是一款高度集成的数字温湿度传感器，它将温度检测、湿度检测、A/D转换和信号变换等功能集成到一起，接口简单，测量精度高，传输可靠性高，内部结构如图1所示。芯片内的2个敏感元件分别将温湿转换成电信号，然后经由一个运算放大器，再通过一个14位的A/D转换器将放大后的电信号转换成数字信号由二线串行数字接口输出数据。
2.3 SHT11与AVR单片机的连接。SHT11与微处理器通过二线串口进行通讯，硬件电路设计非常简单，连接电路图2所示。其中DATA为数据线，连接时要接上拉电阻，SCK为时钟线，用于SHT11与处理器保持同步。
3 软件设计
3.1 通信协议与时序。SHT11芯片的通信协议是生产商自己定义的，与二线串行协议是不兼容的，因此要微处理器要用命令对SHT11进行控制，从而通过I/O口实现模拟通信时序。命令代码如表一所示，SHT11时序如图3所示。
（1）程序开始，微处理器发出传输开始命令启动数据传输，当SCK第一次为高电平时DATA由高电平变成低电平，SCK第二次翻转为高电平时，DATA由低电平变成高电平。然后开始传输下一个命令，此命令包含三个地址位（000）和五个命令位。
（2）控制器发出温湿度测量命令后，DATA总线设成输入状态等待SHT11的响应。SHT11接收到控制器送来的地址和命令码后，在第8个下降沿将DATA拉成低电平，再在第9个下降沿将DATA恢复成高电平，然后开始进行测量。
（3）当测量结束后，DATA再次被拉成低电平，控制器检测到DATA为低后，得知检测已经结束，然后重新启动SCK，SHT11将2个字节的测量数据和1个字节的CRC校验码通过DATA线传输给控制器，测量和通信完成后SHT11会转入睡眠模式。
图3 SHT11时序图
3.2 温湿度计算与补偿
（1）温度输出。SHT11测量的温度值线性很好，因此可以直接将输出的数字量转换成温度值，公式如下：T=d1+d2 SOT
其中为SOT测量值，d1和d2为特定系数，当电源电压为5V时，取值分别如下：
（2）湿度输出。SHT11输出的数字量是呈一定非线性相对湿度，为了获得准确数据，需要进行线性补偿和温度补偿。
[上述温度是在参考温度25℃的环境下测量的，由于温度对湿度测量的影响非常大，实际温度和参考温度有一定的差距，因此还要进行温度补偿。
4 结论
总之，本系统设计结构简单、功能齐全、成本低廉且测量精度高，具有广泛的应用价值。
参考文献：
[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[J].编程技术，2009，1：8-12.
[2]李叶紫，王喜斌，胡辉，孙东辉.MCS-51单片机应用教程，2004，3：12-13.
[3]搂然苗，李兴飞.51系列单片机设计实例.2000.
[4]周杭慈.单片机程序设计基础.2003.
关键词：传感器；AVR单片机；SHT11
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 23-0000-02
1 引言
随着电子技术和微型计算机的迅速发展，计算机测量和控制技术在国民经济各个领域得到了迅猛的发展和应用，给人民生活带来了很多方便。单片机以其体积小、质量轻、成本低、功耗低、处理能强等特点，成为了主要的控制工具之一。在日常生活和工农业生产中，经常要用到温度检测和控制。传感器技术的发展，使之成为获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段，如今已渗透到工业生产、环境保护、资源调查、海洋探测、等极其之泛的领域，温湿度监测也工农业生产中得到广泛应用。
2 硬件设计
本系统设计的便携式温湿度检测仪，选用ATmega16单片机为核心，使用SHT11温湿度传感器进行检测，通过液晶显示器LCD1604显示出实际测量到温度值和湿度值。可实现温度和湿度的检测、显示的功能，具有硬件简单、功能齐全的特点。
2.1 主控制器。主控制器选择AVR系列单片机中应用广泛、比较典型的ATmega16单片机，具有功耗低、体积小、接口丰富、功能齐全等特点，具有较高的性价比。
2.2 温湿度检测传感器。温湿检测使用SHT11传感器。SHT11是一款高度集成的数字温湿度传感器，它将温度检测、湿度检测、A/D转换和信号变换等功能集成到一起，接口简单，测量精度高，传输可靠性高，内部结构如图1所示。芯片内的2个敏感元件分别将温湿转换成电信号，然后经由一个运算放大器，再通过一个14位的A/D转换器将放大后的电信号转换成数字信号由二线串行数字接口输出数据。
2.3 SHT11与AVR单片机的连接。SHT11与微处理器通过二线串口进行通讯，硬件电路设计非常简单，连接电路图2所示。其中DATA为数据线，连接时要接上拉电阻，SCK为时钟线，用于SHT11与处理器保持同步。
3 软件设计
3.1 通信协议与时序。SHT11芯片的通信协议是生产商自己定义的，与二线串行协议是不兼容的，因此要微处理器要用命令对SHT11进行控制，从而通过I/O口实现模拟通信时序。命令代码如表一所示，SHT11时序如图3所示。
（1）程序开始，微处理器发出传输开始命令启动数据传输，当SCK第一次为高电平时DATA由高电平变成低电平，SCK第二次翻转为高电平时，DATA由低电平变成高电平。然后开始传输下一个命令，此命令包含三个地址位（000）和五个命令位。
（2）控制器发出温湿度测量命令后，DATA总线设成输入状态等待SHT11的响应。SHT11接收到控制器送来的地址和命令码后，在第8个下降沿将DATA拉成低电平，再在第9个下降沿将DATA恢复成高电平，然后开始进行测量。
（3）当测量结束后，DATA再次被拉成低电平，控制器检测到DATA为低后，得知检测已经结束，然后重新启动SCK，SHT11将2个字节的测量数据和1个字节的CRC校验码通过DATA线传输给控制器，测量和通信完成后SHT11会转入睡眠模式。
图3 SHT11时序图
3.2 温湿度计算与补偿
（1）温度输出。SHT11测量的温度值线性很好，因此可以直接将输出的数字量转换成温度值，公式如下：T=d1+d2 SOT
其中为SOT测量值，d1和d2为特定系数，当电源电压为5V时，取值分别如下：
（2）湿度输出。SHT11输出的数字量是呈一定非线性相对湿度，为了获得准确数据，需要进行线性补偿和温度补偿。
[上述温度是在参考温度25℃的环境下测量的，由于温度对湿度测量的影响非常大，实际温度和参考温度有一定的差距，因此还要进行温度补偿。
4 结论
总之，本系统设计结构简单、功能齐全、成本低廉且测量精度高，具有广泛的应用价值。
参考文献：
[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[J].编程技术，2009，1：8-12.
[2]李叶紫，王喜斌，胡辉，孙东辉.MCS-51单片机应用教程，2004，3：12-13.
[3]搂然苗，李兴飞.51系列单片机设计实例.2000.
[4]周杭慈.单片机程序设计基础.2003.