基于51單片機的濕度監測仿真和程序-電子發燒友網

今天分享一個基于51單片機的濕度監測仿真和程序。

仿真所用的濕度傳感器為SHT11。SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。

其主要特點如下：

高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A／D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上；

提供二線數字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高；

測量精度可編程調節，內置A／D轉換器(分辨率為8～12位，可以通過對芯片內部寄存器編程米選擇)；

引腳	名稱	功能
1	GND	地線
2	DATA	串行數據線
3	SCK	串行時鐘線
4	VDD	電源正
NC	NC	懸空

傳輸啟動

數據傳輸初始化：

當SCK時鐘為高電平時，DATA翻轉位低電平，緊接著SCK變為低電平，

隨后在SCK時鐘高電平時，DATA翻轉為高電平。

void start_sht11(void)  //啟動
//--------------------------------------------------------
{  
   DATA=1; SCK=0;                   //數據為1，SCK=0
   _nop_();
   SCK=1;                          //第一個脈沖
   _nop_();
   DATA=0;                         //數據跌落
   _nop_ ();
   SCK=0;                         //完成一個脈沖
   _nop_(); _nop_(); _nop_();
   SCK=1;                         //再一個脈沖
   _nop_();
   DATA=1;                        //數據變為1       
   _nop_();
   SCK=0;                         //完成該脈沖       
}

讀寫數據

控制器向傳感器發送命令的過程中，DATA在SCK上升沿有效，且在SCK高電平時必須保持穩定；DATA在SCK下降沿之后改變。（參考上圖 DATA valid write 段）

從傳感器讀取數據讀取數據的過程中，DATA Tv在SCK變低以后有效，且維持到下一個SCK的下降沿。（參考上圖 DATA valid read 段）

char read(void) //讀一個字節 返回應答信號
//----------------------------------------------------------------------------------
// reads a byte form the Sensibus and gives an acknowledge in case of "ack=1" 
{ 
  unsigned char i,val=0;
  temp_LL=0;
  temp_h=0;
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  for (i=0x80;i>0;i/=2)             //位移8位
  { 
    SCK=1;                          //上升沿讀入
    if (DATA) val=(val | i);        //確定值  
    SCK=0;             
  }
  DATA=0;                        //讀應答信號，有應答為1，為應答為0 通過CPU下拉為應答
  SCK=1;                            //第9個脈沖
  _nop_(); _nop_(); _nop_();          //pulswith approx. 5 us 
  SCK=0;                
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  temp_h=val;
  val=0;
 ////低8位/////////////////////////////
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  for (i=0x80;i>0;i/=2)             //位移8位
  { 
    SCK=1;                          //上升沿讀入
    if (DATA) val=(val | i);        //確定值  
    SCK=0;             
  }
  DATA=1;//0;                       //不需要應答 通過CPU下拉為應答
  SCK=1;                            //第9個脈沖
  _nop_(); _nop_(); _nop_();          //pulswith approx. 5 us 
  SCK=0;                
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  temp_LL=val;
  return val ;
}
////////////




char write(unsigned char value) //寫一個字節 返回應答信號
//---------------------------------------------------------
{ 
  unsigned char i ;
  ack=0;  
  for (i=0x80;i>0;i/=2)             //釋放數據總線
  { if (i & value) DATA=1;          //寫入值
    else DATA=0;                        
    SCK=1;                          //上升沿寫入
     _nop_(); _nop_(); _nop_();        //延時  
    SCK=0;
  }
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  SCK=1;                            //第9個脈沖
  if  (DATA==1) ack=1;        //讀應答信號
  SCK=0;        
  return ack;                     //error=1 表示沒有應答
}

傳感器復位

如果出現通訊中斷，當DATA保持高電平時，觸發SCK時鐘9次或更多，然后發送“傳輸啟動”時序就可以完成傳感器的復位。

//////////////////////////////////
void sht_rest(void)  //復位 
{  
  unsigned char i; 
  DATA=1; SCK=0;                    //數據為1 時鐘為0
  for(i=0;i<9;i++)                  //9 個脈沖為 復位
  { SCK=1;
    SCK=0;
  }
  start_sht11();                   //啟動
}

Proteus仿真如下圖。主要功能是利用SHT11進行濕度的采集，并通過LCD1602顯示。在仿真中通過SHT11上面的操作按鈕就可以改變SHT11的溫度和濕度數值。該仿真沒有對溫度數據進行采集和現實。

完整的程序如下

#include 
#include
#define  uint unsigned int
#define uchar unsigned char   
/*------------------------------------------------
                 硬件端口定義
------------------------------------------------*/
sbit RS = P2^0;   //定義端口 
sbit RW = P2^1;
sbit EN = P2^2;
sbit LED = P2^4 ;


sbit RELAY = P1^0 ;


#define DataPort P0 
sbit DATA =P2^6;  //數據
sbit SCK=P2^7;    //時鐘
uchar cnt = 0 ;


unsigned char temp_h  ;  //全局應答變量
unsigned char temp_LL  ;//全局應答變量
unsigned char error  ;  //全局錯誤變量
unsigned char ack  ;  //全局應答變量


#define RS_CLR RS=0 
#define RS_SET RS=1


#define RW_CLR RW=0 
#define RW_SET RW=1 


#define EN_CLR EN=0
#define EN_SET EN=1


#define TEMP_ML 0x03       //000   0001    1 溫度命令
#define HUMI_ML 0x05       //000   0010    1 溫度命令


unsigned  int  xianzhi_h=0;//濕度顯值




uchar key ;
uchar key_buf ;
uchar temp ;
uchar frq_cnt = 0;
bit updat = 0 ;
uchar delay_cnt = 0 ;


#define  TH0_BUF 0x3c
#define  TL0_BUF 0xaf


void text_jisuan_humi(void);
/*------------------------------------------------
 uS延時函數，含有輸入參數 unsigned char t，無返回值
 unsigned char 是定義無符號字符變量，其值的范圍是
 0~255 這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編,大致延時
 長度如下 T=tx2+5 uS 
------------------------------------------------*/
void DelayUs2x(unsigned char t)
{   
 while(--t);
}
/*------------------------------------------------
 mS延時函數，含有輸入參數 unsigned char t，無返回值
 unsigned char 是定義無符號字符變量，其值的范圍是
 0~255 這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編
------------------------------------------------*/
void DelayMs(unsigned char t)
{
     
 while(t--)
 {
     //大致延時1mS
     DelayUs2x(245);
   DelayUs2x(245);
 }
}
/*------------------------------------------------
              判忙函數
------------------------------------------------*/
 bit LCD_Check_Busy(void) 
{ 
 DataPort= 0xFF; 
 RS_CLR; 
 RW_SET; 
 EN_CLR; 
 _nop_(); 
 EN_SET;
 return (bit)(DataPort & 0x80);
}
/*------------------------------------------------
              寫入命令函數
------------------------------------------------*/
 void LCD_Write_Com(unsigned char com) 
{  
// while(LCD_Check_Busy()); //忙則等待
 DelayMs(5);
 RS_CLR; 
 RW_CLR; 
 EN_SET; 
 DataPort= com; 
 _nop_(); 
 EN_CLR;
 }
/*------------------------------------------------
              寫入數據函數
------------------------------------------------*/
 void LCD_Write_Data(unsigned char Data) 
{ 
 //while(LCD_Check_Busy()); //忙則等待
 DelayMs(5);
 RS_SET; 
 RW_CLR; 
 EN_SET; 
 DataPort= Data; 
 _nop_();
 EN_CLR;
 }


/*------------------------------------------------
                清屏函數
------------------------------------------------*/
 void LCD_Clear(void) 
{ 
 LCD_Write_Com(0x01); 
 DelayMs(5);
 }
/*------------------------------------------------
              寫入字符串函數
------------------------------------------------*/
 void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s) 
{     
 if (y == 0) 
   {     
   LCD_Write_Com(0x80 + x);     //表示第一行
   }
 else 
   {      
   LCD_Write_Com(0xC0 + x);      //表示第二行
   }        
 while (*s) 
   {     
 LCD_Write_Data( *s);     
 s ++;     
   }
 }
/*------------------------------------------------
              寫入字符函數
------------------------------------------------*/
 void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data) 
{     
 if (y == 0) 
   {     
   LCD_Write_Com(0x80 + x);     
   }    
 else 
   {     
   LCD_Write_Com(0xC0 + x);     
   }        
 LCD_Write_Data( Data);  
 }
/*------------------------------------------------
              初始化函數
------------------------------------------------*/
 void LCD_Init(void) 
{
   LCD_Write_Com(0x38);    /*顯示模式設置*/ 
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x38); 
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x38); 
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x38);  
   LCD_Write_Com(0x08);    /*顯示關閉*/ 
   LCD_Write_Com(0x01);    /*顯示清屏*/ 
   LCD_Write_Com(0x06);    /*顯示光標移動設置*/ 
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x0C);    /*顯示開及光標設置*/
   }
/*------------------------------------------------
               定時器0中斷
------------------------------------------------*/
void TIM0_ISR() interrupt 1
{
  TR0=0;      
  TH0 = TH0_BUF ; 
  TL0 = TL0_BUF ;
  if(cnt<5)
  {
    cnt ++ ;
  }else
  {
    cnt = 0 ;
    updat = 1 ;
  }
  TR0=1;
}
/*******************************基本驅動程    *************************************/


/////////////////
//////////////////////
char read(void) //讀一個字節 返回應答信號
//----------------------------------------------------------------------------------
// reads a byte form the Sensibus and gives an acknowledge in case of "ack=1" 
{ 
  unsigned char i,val=0;
  temp_LL=0;
  temp_h=0;
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  for (i=0x80;i>0;i/=2)             //位移8位
  { 
    SCK=1;                          //上升沿讀入
    if (DATA) val=(val | i);        //確定值  
    SCK=0;             
  }
  DATA=0;                        //讀應答信號，有應答為1，為應答為0 通過CPU下拉為應答
  SCK=1;                            //第9個脈沖
  _nop_(); _nop_(); _nop_();          //pulswith approx. 5 us 
  SCK=0;                
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  temp_h=val;
  val=0;
 ////低8位/////////////////////////////
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  for (i=0x80;i>0;i/=2)             //位移8位
  { 
    SCK=1;                          //上升沿讀入
    if (DATA) val=(val | i);        //確定值  
    SCK=0;             
  }
  DATA=1;//0;                       //不需要應答 通過CPU下拉為應答
  SCK=1;                            //第9個脈沖
  _nop_(); _nop_(); _nop_();          //pulswith approx. 5 us 
  SCK=0;                
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  temp_LL=val;
  return val ;
}
////////////




char write(unsigned char value) //寫一個字節 返回應答信號
//---------------------------------------------------------
{ 
  unsigned char i ;
  ack=0;  
  for (i=0x80;i>0;i/=2)             //釋放數據總線
  { if (i & value) DATA=1;          //寫入值
    else DATA=0;                        
    SCK=1;                          //上升沿寫入
     _nop_(); _nop_(); _nop_();        //延時  
    SCK=0;
  }
  DATA=1;                           //釋放數據總線
  SCK=1;                            //第9個脈沖
  if  (DATA==1) ack=1;        //讀應答信號
  SCK=0;        
  return ack;                     //error=1 表示沒有應答
}
////////


void start_sht11(void)  //啟動
//--------------------------------------------------------
{  
   DATA=1; SCK=0;                   //數據為1，SCK=0
   _nop_();
   SCK=1;                          //第一個脈沖
   _nop_();
   DATA=0;                         //數據跌落
   _nop_ ();
   SCK=0;                         //完成一個脈沖
   _nop_(); _nop_(); _nop_();
   SCK=1;                         //再一個脈沖
   _nop_();
   DATA=1;                        //數據變為1       
   _nop_();
   SCK=0;                         //完成該脈沖       
}
//////////////////////////////////
void sht_rest(void)  //復位 
{  
  unsigned char i; 
  DATA=1; SCK=0;                    //數據為1 時鐘為0
  for(i=0;i<9;i++)                  //9 個脈沖為 復位
  { SCK=1;
    SCK=0;
  }
  start_sht11();                   //啟動
}


////////////////////////////////




//測量溫度或者是溫度，返回校驗值
void convert_data(unsigned char ml)
{ 
   unsigned int i;
   start_sht11();                   //啟動
   write(ml);//寫入測溫度
  if(ack==1) 
  {
    sht_rest() ;//復位
        write(ml);//寫入測溫度
    }  
  for (i=0;i<55535;i++){ if(DATA==0) break; }
   read();//讀溫度
}




/////////濕度采集處理//////


void get_humidata(void)
{
    error=0;
    ack=0;
      sht_rest() ;      //復位
     convert_data(HUMI_ML);
      text_jisuan_humi();
}


///////計算濕度//////
void text_jisuan_humi(void)
{
    float aa=0,bb=0,humi_zi;
  int   abcd=0;
  abcd = temp_h ;
  abcd = abcd <<8|temp_LL;
  aa = (float) abcd ;
   bb=aa*aa*2.8/1000000;
   aa=0.0405*aa;
   aa=aa-4-bb;
   humi_zi=aa;
    humi_zi=(humi_zi-3.3)*10;
     xianzhi_h=(int)humi_zi;
}


void Timer_Init(void)
{
  TMOD|=0x01;   //置定時器0工作方式1
  EA=1;         //打開全局中斷
  ET0=1;        //打開 定時器0 中斷
  TR0=1;
}
void main(void)
{
  char delay_cnt = 0;
  LED = 0 ;
  RELAY = 0 ;
  LCD_Init();       //液晶初始化
  LCD_Clear();    //清屏
  LCD_Write_String(0,0,"Humi:00.0%");        //初始顯示內容
  Timer_Init();      //定時器初始化
  while(1)
    {  
    if(updat)       //數更新
    {
      updat = 0 ;
      get_humidata();
      LCD_Write_Char(5,0,0x30+xianzhi_h/100%10);
      LCD_Write_Char(6,0,0x30+xianzhi_h/10%10);
      LCD_Write_Char(8,0,0x30+xianzhi_h%10);
    }
     } 
}