基于sht11的溫室多點測量系統(tǒng)設計

1、第25卷第11期國外電子測量技術V0125，No112006年11月ForeignElectronicMeasurementTechn0109yNoV，2006基于SHTll的溫室多點測量系統(tǒng)設計樊建明(華南理工大學陳淵睿廣州510640)摘要：溫室內要實現(xiàn)溫濕度的精確控制必須進行多點測量。基于這一要求，本文采用多個數(shù)字溫濕度傳感器SHTll來設計溫室測量系統(tǒng)，以達到簡化軟硬件系統(tǒng)設計，提高測量精度的目的。首先介紹了SHTll的結構特點

2、、接口電路和工作時序，然后確定了采用多個SHTll紐成的溫濕度測量系統(tǒng)的軟硬件設計方案，最后基于AT89S52單片機設計了電路簡潔、大大節(jié)省I／O口資源、具有現(xiàn)場獨立顯示和遠距離通信功能的多點溫濕度測量系統(tǒng)，并編寫了PC機端直觀的數(shù)據(jù)觀測界面程序，為現(xiàn)代化溫室的集中管理提供了條件。關鍵詞：sHTll溫室多點測量系統(tǒng)單片機Des蟾nofgreenhousemulti—pointsmeasuringsystembasedonSHTllFan

3、JianmingChenYuanrui(so“chChinaUniljersit，ofTechtozog，，G髓醢ngdo機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)量和質量，而溫濕度的測量又是溫室控制系統(tǒng)精確運行的關鍵，所以設計一個高效、準確的溫濕度測量系統(tǒng)是改善溫室控制系統(tǒng)性能的前提條件。過去常用熱敏電阻和濕敏電容來分別測量溫度和濕度，這種溫濕度測量系統(tǒng)在測量點比較少而且精度要求不高的場合還是可以勝任的，但在多點測

8、量和精度要求比較高的場合其缺點就更為突出，因為當同時涉及到兩個參數(shù)的檢測時每一個測量點都必須使用兩個獨立的傳感器和獨立的數(shù)據(jù)初步處理電路，這將使多點測量系統(tǒng)成本大大提高，而且也很大程度上增加了系統(tǒng)設計的復雜性。對于此類系統(tǒng)的設計，若能找到集溫濕度傳感器于一體的集成式傳感器則會使測量系統(tǒng)成本降低和設計大大簡化，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的結構

9、特點和工作特性，然后結合溫室內溫濕度多點測量的要求和SHTll的測量原理討論了基金項目：廣東省自然科學基金(04020011)。作者簡介：樊建明(1982一)，男，華南理工大學電力學院碩士研究生，主要研究方向為溫室智能控制系統(tǒng)。4宣日萬方數(shù)據(jù)國外電子測量技術第25卷DATASCK圖3SHTll啟動傳輸時序‘00000101’表示相對濕度測量，‘OOOO001l’表示溫度測量，‘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[1]。sHTll則通過在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡?個SCK時鐘周期下降沿之后，將DATA拉低來表示正確接收到命令，并第9個SCK時鐘周期的下降沿之后釋放DA—TA線(即恢復高電平)，圖4以微控制器發(fā)送濕度測量命令‘OOo0010l’為例說明發(fā)送命令的時序。圖4命令發(fā)送時序微控制器發(fā)送一組測量命令后需要根據(jù)測量數(shù)據(jù)精確度8／12／14bit分別等待大約11／55／210ms，而SHTll則通過拉低DATA表示測量結束，并

11、且把測量結果存儲在內部的存儲器內，然后自動進入空閑狀態(tài)，等微控制器執(zhí)行完其他任務后再來讀取。測量數(shù)據(jù)讀取前，微控制器先重新啟動SCK，接著2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1字節(jié)的cRC校驗將由SHTll傳送給微控制器。2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)是從高字節(jié)的高位開始傳送，并以cRC校驗字節(jié)的確認為表示通信結束。微控制器需要通過拉低DATA來確認接收的每個字節(jié)，若不使用CRC校驗位則微控制器可以在接收完測量數(shù)據(jù)的最低位后保持DATA為高電平來終止通信，圖5給出了數(shù)

12、據(jù)讀取時序圖。lO0lDA誕塑!吵Cj亞]耋[衛(wèi)C1匝基五]習圖5讀取數(shù)據(jù)時序另外，當遇到與SHTll通信發(fā)生錯誤時，微控制器可以通過發(fā)送通信復位序列重新復位SHTll的串行接口。復位時序為DATA令保持高電平時，觸發(fā)SCK時鐘9次或更多次，這就可以復位串口，而狀態(tài)寄存器內容仍然保留，通信復位時序如圖6所示。R，DAI壘／廠————————————————————————————————————————一sc鑒爪風風風風風風風風廠圖6通

13、信復位時序2溫室內的溫濕度多點采集系統(tǒng)設計21多個SHTll與微控制器連接方案選擇[5]溫室內的溫濕度控制是基于整個溫室空間的，由于種種因素的影響使得溫室內的局部溫濕度可能不一樣，在傳統(tǒng)溫室應用中溫濕度測量基本上是基于熱敏電阻和濕敏電容作為傳感器的，多點測量系統(tǒng)硬件電路復雜，導致其控制誤差大。采用集溫濕度傳感器、放大電路、A／D轉換電路及存儲器于一體的數(shù)字傳感器芯片SHTll，則可以很容易解決溫室應用中溫濕度多點測量系統(tǒng)設計的復雜性，以

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

15、的逐個測量方式在多點測量系統(tǒng)中必然導致數(shù)據(jù)采集時間過長、控制滯后，從而影響控制系統(tǒng)性能的提高。在溫室測控應用系統(tǒng)中，要求所采集的溫濕度數(shù)據(jù)是反應整個溫室相同時間點的總體情況的，所以多個SHTll必須同時開始測量，即微控制器必須同時向多個SHTll發(fā)送測量命令。結合溫室應用的具體要求，本文對多個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I／O口上，而DATA線則分別接到不同I／O口線上。這