基于单片机的盆花自动浇水控制新版系统标准设计.doc

目 录

摘要……………………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………………1
1序言…………………………………………………………………………………2
1.1选题目标和意义………………………………………………………………2
1.2自动浇花器诞生背景及中国外发展现实状况……………………………………2
1.3毕业设计采取研究方法和手段………………………………………………4
2 AT89C51单片机………………………………………………………………………4
2.1AT89C51单片机基础组成………………………………………………………4
2.2AT89C51关键特征…………………………………………………………………5
2.3管脚说明…………………………………………………………………………6
2.4AT89C51单片机存放器…………………………………………………………8
2.4.1程序存放器……………………………………………………………………8
2.4.2数据存放器……………………………………………………………………8
2.5振荡电路和时钟…………………………………………………………………9
2.6AT89C51中止系统………………………………………………………………10
2.6.1中止系统结构和中止控制……………………………………………………10
2.6.2中止响应过程…………………………………………………………………11
2.7定时器/计数器…………………………………………………………………12
2.7.1定时器/计数器0和1介绍…………………………………………………13
2.7.2定时器/计数器0和1相关特殊功效寄存器………………………………13
3温湿度传感器………………………………………………………………………14
3.1数字温湿度传感器 SHT-11………………………………………………………14
3.2SHT-11特征……………………………………………………………………15
3.2.1SHT-11特点…………………………………………………………………15
3.2.2SHT详规格……………………………………………………………………16
3.3SHT-11引脚……………………………………………………………………16
3.4SHT-11内部命令和接口时序…………………………………………………17
3.4.1SHT-11命令次序及命令时序………………………………………………17
3.4.2SHT-11内部命令……………………………………………………18
3.4.3SHT-11状态寄存器…………………………………………………………18
3.5硬件接口…………………………………………………………………………19
3.6恢复处理…………………………………………………………………………20
4DS1302时钟芯片……………………………………………………………………20
4.1DS1302时钟芯片介绍…………………………………………………………20
4.2引脚………………………………………………………………………………21
4.3命令字节…………………………………………………………………………21
5液晶显示器LCD……………………………………………………………………24
5.1液晶显示器分类………………………………………………………………24
5.2ATMPIRE 128×64………………………………………………………………25
5.2.1LCD 128×64 引脚功效……………………………………………………26
5.2.2KSO108 控制器指令功效……………………………………………………26
5.2.3应用说明……………………………………………………………………28
6盆花自动浇水系统设计………………………………………………………28
6.1土壤温湿度检测和控制………………………………………………………28
6.2 硬件电路设计………………………………………………………………29
6.3系统软件设计………………………………………………………………33
7结论………………………………………………………………………………36
参考文件………………………………………………………………………………36
致谢……………………………………………………………………………………37
附录…………………………………………………………………………………38

基于单片机盆花自动浇水控制系统设计

摘 要：此次设计盆花自动浇水系统包含土壤温湿度检测和控制和蓄水箱自动上水及水位报警两大部分。土壤温湿度检测和控制部分又包含了土壤温湿度检测和显示、自动浇水系统。土壤温湿度检测和显示以温湿度传感器SHT-11为感应部件，将检测到土壤温湿度值送入AT89C51单片机，再由其输出到LCD屏进行显示。自动浇水系统设计为智能和手动两个部分：智能浇水部分是经过单片机程序设定浇水上下限值和SHT-11送入单片机土壤湿度值相比较，当低于下限值时，单片机输出一个信号控制电磁阀打开，开始浇水，高于上限值时再由单片机输出一个信号控制电磁阀关闭，停止浇水；手动部分是由单片机从时钟芯片DS1302读入月份和天天实时时刻，经过软件程序设定定时浇水时间和浇水量。
关键词：AT89C51单片机 SHT-11温湿度传感器 LCD DS1302时钟芯片 C51程序 数字电路

Potted plant watering control system based on PLC

Abstract：The design of the automatic watering system includes soil pot humidity detection and display, automatic watering and storage box automatic water and water level alarm three parts. S- oil testing and display of temperature and humidity system takes Temperature and humidity sen- sor SHT - 11 as inductive components, it will detect the soil temperature and humidity value and input the value to the AT89C51 microcontroller,then the temperature and humidity value will be output to LCD screen displayed. Automatic watering system design for intelligence and manual two parts.Intelligent watering part through the microcontroller program setting the upper and lo- wer water attained,then comparing this upper and lower water attained with the vale that throug -hing SHT-11 inputting to the microcontroller. When below the limit SCM outputs a signal to o- pening the Electromagnetic valve ,and Start watering .if Above the upper limit value,the SCM will output another signal to Turnning off the Electromagnetic valve ,and Stop watering. Manual part read the time from the clock chip DS1302 by microcomputer. Through software program to setting the regular watering'time and Watering amount.Storage box Water level control system u- ses Pure hardware control.
Keywords: AT89C51 microcontroller; SHT - 11 temperature and humidity sensor; LCD; clock chip DS1302;C51 program; Digital circuit

1 序言
1.1 选题目标和意义
伴随社会生活进步，大家生活质量越来越高。在家里养盆花能够陶冶情操、丰富生活。同时，盆花经过光合作用可吸收二氧化碳，净化室内空气，在有花木地方空气中阴离子聚积较多，所以空气也尤其清新，而且有很多花木还可吸收空气中有害气体，所以，养盆花现在被很多人所喜爱。
盆花浇水量是否能做到适时适量，是养花成败关键。不过，在生活中大家总是会有没有暇顾及时候，比如工作太忙或出差、旅游等。花草生长问题80%以上是由花儿浇灌问题引发；好不轻易种植多个月花草,因为浇水不立即，长势不好，用来美化家园花草几乎成了“鸡肋”；不种植了吧，家中没有绿色衬托感觉没有生机；保留吧，花草长得不够旺盛，还影响家庭装饰效果。即使现在市面上有卖盆花自动浇水器，但价格十分昂贵，而且大多只能设定一个定时浇水时间，极难做到给盆花适时适量浇水。也有较经济盆花缺水报警器，能够提醒大家立即给盆花浇水。可是这种报警器只能报警，浇水还是需要大家亲自动手。当家里无人时，即使报警也无人浇水，就起不到应有作用了。所以，我想经过设计一个集盆花土壤湿度检测，自动浇水和蓄水箱自动供水于一体盆花自动浇水系统。让盆花在大家无暇照料时也能得到立即浇灌。
1.2 自动浇花器诞生背景及中国外发展现实状况
微喷系统是近几年利用中国外优异技术组装新型浇灌设施，关键是利用水流经过低压管道系统以一定速度从特制喷头喷出，在空气中分散成细小水滴，着落在花草植物、作物及周围地面上，从而达成立即补充水分目标。该系统含有用水量少、冲击力小浇灌特征，适适用于栽培密度大、植株柔软细嫩植物。自动浇花器诞生是伴随大家生活水平提升和生活节奏加紧而诞生一个懒人园艺用具。它把微喷概念应用于家庭盆花浇灌中，经过对应改善，达成合理给盆花自动浇水目标。
早在很多年前，国外就已经开始普及，中国使用电子类自动浇花器多数从国外进口，价格昂贵，但质量比较可靠。不过这并不太适适用于中国，现在中国外比较流行是玻璃制作自动浇花器。这种类型浇花器多数在中国山西和浙江一带加工生产，价格比较低廉，实用性没有电子类自动浇花器好。伴随中国居民消费水平和生活质量提升，居家园艺市场异常火爆，不过因为生活节奏加紧，种花轻易养花难问题暴露出来，而养花最关键问题就是浇水问题，研究表明花草80%以上死亡因为浇水不立即引发，所以中国商家已经看到了这种需求潜力。现在这类小居家用具厂家关键集中在广东，上海，浙江一带。现在市面上所出售自动浇花器关键有以下几类：
⑴ 电子类自动浇花器
电子类自动浇花器又叫时控喷淋装置，系统组成为：主机（或控制器）、主管（能够是花园管也能够是4/7mm微喷淋管）、分水接头(3通、4通、5通、6通、分水器）、副管(3/5mm)喷淋管（雾化喷头、旋转喷头、折射雾化喷头等）。
电子类自动浇花器依据电源不一样分为交流电自动浇花器和电池自动浇花器两种。控制器通常性能有：电磁阀控制；智能时控电路•微电脑芯片控制；适用电源为AC220V/50HZ；最适宜水压0.3-0.6Mpa；待机功率（4VA，浇水时＜12VA）；可控制连续作业时间是1分钟至168个小时；可天天自动完成十次以上浇水作业，可天天、隔天、隔多天自动循环进行浇水，手动自动两用；天天计时误差小于正负3秒；电器适应环境温度为-10～50℃；相对湿度＜90%RH。
⑵ 玻璃、陶瓷类自动浇花器
玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置，它由本身材质物理结构组成，依据器具物理渗水原理完成自动浇灌，当自动浇水器内部存水，本身形成一定压力，当碰到干燥土壤，水就会自上而下流出，当土壤湿润以后，会形成一个堵塞压力，从而造成水流速度变慢或停止。器具工艺不一样，效果也不一样，当然也因土壤疏松情况决定器具内水流速度。
目前传感器技术和单片机技术发展快速，其应用逐步由工业、军事等领域向其它领域渗透，已经和我们日常生活息息相关。而且智能家居概念也越来越受大家推崇，所以，微电脑控制电子类自动浇花系统有很好发展前景。
1.3 毕业设计所采取研究方法和手段
此次毕业设计是设计一个单片机控制自动浇水系统,实现室内盆花浇水自动化系统。该系统可对土壤温湿度进行监控,并对作物进行适时、适量浇水。其关键是单片机和温湿度传感器和浇水驱动电路组成检测控制部分。关键研究土壤湿度和浇水量之间关系、浇灌控制技术及设备系统硬件、软件编程各个部分。检测部分，单片机选择AT89C51单片机，温湿度传感器选择SHT11温湿度传感器。SHT-11采取COMSens专利传感器技术将温度湿度传感器、A/D转换器、数字接口、校准数据存放器、标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片内。软件选择C51语言编程。土壤温湿度传感器可将检测到土壤温湿度模拟量放大转换成数字量经过单片机内程序控制正确将温度和湿度分别显示在LCD显示器上，同时经过单片机内中止服务程序判定是否要给盆花浇水,若需浇水,则单片机系统发出浇水信号,并经放大驱动设备,开启电磁阀进行浇水,若不需浇水,则进行下一次循环检测。在浇水系统中也同时设计一个手动浇水部分，系统工作时经过设置键按下是否来选择浇水系统工作方法。土壤浇水驱动电路采取继电器开关电路，蓄水箱水位报警和自动上水部分采取纯硬件控制。
2 AT89C51单片机
AT89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机可擦除只读存放器能够反复擦除100次。该器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造，和工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功效8位CPU和闪烁存放器组合在单个芯片中，ATMELAT89C51是一个高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一个灵活性高且价廉方案。
2.1 AT89C51单片机基础组成
AT89C51由一个8位微处理器，128KB片内数据存放器RAM，21个特殊功效寄存器SFR，4KB片内程序存放器Flash ROM，64KB可寻址片内外统一编址ROM，64KB可寻址片外RAM， 4个8位并行I/O接口（P0—P3），一个全双工通用异步串行接口UART，两个16位定时器/计数器，含有位操作功效布尔处理机及位寻址功效五个中止源、两个优先级中止控制系统和片内振荡器和时钟产生电路。其基础组成框图图2-1所表示。

图2-1 AT89C51基础组成

2.2 AT89C51关键特征
AT89C51关键特征有：
·和MCS-51 兼容
·4K字节可编程闪烁存放器
·寿命：1000写/擦循环
·数据保留时间：
·全静态工作：0Hz-24Hz
·三级程序存放器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中止源
·可编程串行通道
·低功耗闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
2.3 管脚说明

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联络 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经经过答辩

2.4 AT89C51单片机存放器
在单片机中，存放器分为程序存放器ROM和数据存放器RAM，而且两个存放器是独立编址。
AT89C51单片机芯片内配置有8KB（0000H～1FFFH）Flash程序存放器和256字节（00H～FFH）数据存放器RAM，依据需要可外扩到最大64KB程序存放器和64KB数据存放器，所以AT89C51存放器结构可分为4部分：片内程序存放器、片外程序存放器、片内数据存放器和片外数据存放器。假如以最小系统使用单片机，即不扩展，则AT89C51存放器结构就较简单：只有单片机本身提供8KB Flash程序存放器和256字节数据存放器RAM。
图2-3给出了AT89C51单片机存放器分布空间。左侧线框中为单片机本身提供8KB Flash程序存放器和256字节数据存放器RAM。右侧为可扩展64KB程序存放器ROM和64KB数据存放器RAM。
2.4.1 程序存放器
AT89C51单片机出厂时片内已带有8KBFlash程序存放器，使用时，引脚要按高电平（5V），这时，复位后CPU从片内ROM区0000H单元开始读取指令代码，一直运行到1FFFH单元，假如外部扩展有程序存放器ROM，则CPU会自动转移到片外ROM空间H～FFFFH读取指令代码。

图2-3 存放器空间分布图
2.4.2 数据存放器
AT89C51单片机出厂时片内已带有256字节数据存放器RAM，假如不够用，能够在片外扩展，最多可扩展64KB RAM。

图2-4 片内数据存放器结构
单片机自带数据存放器RAM结构图2-4所表示，此256字节单元（00H～FFH）低128字节（00H～7FH）单元为用户使用区，高128字节（80H～FFH）单元为特殊功效寄存器SFR区。
片内数据存放器00H～7FH单元又划分为3块：00H～1FH块是工作寄存器所用；20H～2FH块是位寻址功效单元区；30H～3FH是一般RAM区。工作寄存器又分为4组，在目前运行程序中只有一组是被激活，谁被激活有程序状态寄存器PSWRS1，RS0两位决定。

2.5 振荡电路和时钟
在AT89C51芯片内部，有一个振荡电路和时钟发生器，引脚XTAL1和XTAL2之间接入晶体振荡器和电容后组成内部时钟方法。也能够使用外部振荡器，由外部振荡器产生信号直接加载到振荡器输入端，作为CPU时钟源，称为外部时钟方法。采取外部时钟方法时，外部振荡器输出信号接至XTAL1，XTAL2悬空。两种方法电路连接图2-5所表示。大多数单片机采取内部时钟方法，此次设计亦然。

（a）使用片内振荡器接法 （b）使用片外振荡器接法
图2-5 AT89C51振荡器连接方法
在AT89C51单片机内部，引脚XTAL2和引脚XTAL1连接着一个高增益反相放大器，XTAL1引脚是反相放大器输入端，XTAL2引脚是反相放大器输出端。
芯片内部时钟发生器是一个二分频触发器，振荡器输出为其输入，输出为两相时钟信号（状态时钟信号），频率为振荡器输出信号频率1/2。状态时钟经三分频后为低字节地址锁存信号ALE，频率为振荡器输出信号频率1/6，经六分频后为机器周期信号，频率为/12。、通常取20～30pF陶瓷电容器。
2.6 AT89C51中止系统
为了提升系统工作效率，AT89C51单片机设置了中止系统，采取中止方法和外设进行数据传送。所谓“中止”，是指单片机在实施某一段程序过程中，因为某种原因（如异常情况或特殊请求），单片机临时中止正在实施程序，而去实施对应处理程序，待处理结束后，再返回到被打断程序处，继续实施原程序过程。
2.6.1 中止系统结构和中止控制
AT89C51有六个固定可屏蔽中止源，分别是三个片内定时器/计数器溢出中止TF0、TF1和TF2，两个外部中止(P3.2)和(P3.3)，一个片内串行口中止TI或RI。6个中止源有两级中止优先级，可形成中止嵌套。它们在程序存放器中各有固定中止入口地址，由此进入对应中止服务程序。
引发6个中止源符号、名称及产生条件以下：
：外部中止0，由P3.2端口线引入，低电平或下降沿引发；
：外部中止1，由P3.3端口线引入，低电平或下降沿引发；
T0：定时器/计数器0中止，由T0记满回零引发；
T1：定时器/计数器1中止，由T1记满回零引发；
TI/RI：串行口I/O中止，串行端口完成一帧字符发送/接收后引发中止；
T2：定时器/计数器2中止，由T2记满回零引发。
在此次设计中采取了定时器/计数器0中止，它中止控制寄存器包含定时器/计数器0、1控制寄存器TCON和中止许可控制寄存器IE。
① 定时器控制寄存器TCON
TCON是定时器/计数器和外部中止二者适用一个可位寻址特殊功效寄存器，它格式以下：
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
各控制位定义以下：TF1：定时器/计数器1溢出中止请求标志位。当定时器/计数器1计数产生溢出时，由内部硬件置位TF1，向CPU响应中止并转向该中止服务程序实施时，由硬件内部自动TF1清0。
TR1：定时器/计数器1开启/停止位。由软件置位/复位控制订时器/计数器1开启或停止计数。
TF0：定时器/计数器0溢出中止请求标志位。当定时器/计数器0计数产生溢出时，由内部硬件置位TF0，向CPU响应中止并转向该中止服务程序实施时，由硬件内部自动TF1清0。
TR0：定时器/计数器0开启/停止位。由软件置位/复位控制订时器/计数器0开启或停止计数。
IE1：外部中止请求标志位。当CPU检测到INT0低电平或下降沿且IT1=1时，由内部硬件置位IE1标志位（IE1=1）向CPU请求中止，当CPU响应中止并转向该中止服务程序实施时，由硬件内部将IE1清0。
IE0：外部中止请求标志位。当CPU检测到INT0低电平或下降沿且IT0=1时，由内部硬件置位IE0标志位（IE0=1）向CPU请求中止，当CPU响应中止并转向该中止服务程序实施时，由硬件内部将IE0清0。
IT1：用软件置位/复位IT1来选择外部中止INT1是下降沿触发还是电平触发中止请求。当IT1置1时，则外部中止INT1为下降沿触发中止请求，即INT1端口由前一个机器周期高电平跳变为下一个机器周期低电平，则触发中止请求；当IT1复位清0，则INT1低电平触发中止请求。
IT0：由软件置位/复位IT0来选择外部中止INT0是下降沿触发还是低电平触发中止请求，其控制原理同IT1。
② 中止许可控制寄存器
中止许可控制寄存器IE格式以下：
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
EA

ET2
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
各控制位定义以下：
EA：中止总控制为。EA=1，CPU开中止，它是CPU是否响应中止前提，在以前提下，假如某中止源中止许可位置1，才能响应该中止源中止请求。假如EA=0，不管哪个中止源有请求，CPU全部不予回应。
ET2：定时器/计数器T2中止控制位，ET2=1，许可T2计数溢出中止；ET2=0，严禁T2中止。
ES：串行口中止控制位，ES=1，许可串行口发送/接收中止；ES=0严禁串行口中止。
ET1：定时器/计数器T1中止控制位，ET1=1，许可T1计数溢出中止；ET1=0，严禁T1中止。
EX1：外部中止1控制位，EX1=1，许可中止；EX1=0，严禁外部中止1中止。
ET0：定时器/计数器T0中止控制位，ET0=1，许可T0计数溢出中止；ET0=0，严禁T0中止。
EX0：外部中止0控制位，EX0=1，许可中止；EX0=0，严禁外部中止0中止[1]。
2.6.2 中止响应过程
CPU中止处理从响应中止、控制程序转向对应中止矢量地址入口处实施中止服务程序，到实施返回（RETI）指令为止。中止响应可分为以下多个步骤：
① 保护断点，即保留下一个将要实施指令地址，把这个地址送入堆栈。
② 寻求中止入口，依据6个不一样中止源所产生中止，中止系统必需能够正确地识别中止源，查找6个不一样入口地址。以上工作是由单片机自动完成，和编程者无关。在6个入口地址处存放有中止处理程序。
③实施中止处理程序。
④中止返回：实施完中止指令后，从中止处返回到主程序，继续实施[2]。
2.6.2 中止响应过程
CPU中止处理从响应中止、控制程序转向对应中止矢量地址入口处实施中止服务程序，到实施返回（RETI）指令为止。中止响应可分为以下多个步骤：
① 保护断点，即保留下一个将要实施指令地址，把这个地址送入堆栈。
② 寻求中止入口，依据6个不一样中止源所产生中止，中止系统必需能够正确地识别中止源，查找6个不一样入口地址。以上工作是由单片机自动完成，和编程者无关。在6个入口地址处存放有中止处理程序。
③实施中止处理程序。
④中止返回：实施完中止指令后，从中止处返回到主程序，继续实施[2]。
2.7 定时器/计数器
AT89C51单片机内部设有两个16位可编程定时器/计数器，即定时器/计数器0和定时器/计数器1。除此之外还有一个可编程定时器/计数器2。
2.7.1定时器/计数器0和1介绍
定时器/计数器0和1内部有一个计数寄存器（和），它实际上是一个累加寄存器进行加1计数。定时器和计数器共用这个寄存器，但定时器/计数器同一时刻只能工作在其中一个方法下，不可能既工作在定时器方法，同时又工作在计数器方法。这两个工作方法根本区分是在于计数脉冲起源不一样。工作在定时器方法时，对振荡源12分频脉冲计数，即每过一个机器周期（1个机器周期在时间上和12个振荡周期时间相等），计数寄存器中值就加1。工作在计数器方法时，计数脉冲不是来自内部机器周期，而是来自外部输入。对定时器/计数器0、定时器/计数器1，计数脉冲分别来自T0、T1引脚。当这些引脚上输入信号产生高电平至低电平负跳变时，计数寄存器值就加1。单片机每个机器周期全部要对对外部输入进行采样，假如在第一个周期采得外部信号为高电平，在下一个周期采得信号为低电平，则在再下一个机器周期，即第三个机器周期计数寄存器值才增加1[1]。
2.7.2 和定时器/计数器0和1相关特殊功效寄存器
① 计数寄存器TH0、TL0和TH1、TL1
计数寄存器是16位，再开启定时器时需要对它设定初始值。是计数寄存器高8位，是计数寄存器低8位。TH0、TL0对应T/C0，TH1、TL1对应T/C1。
② 定时器/计数器控制寄存器TCON
定时器/计数器控制寄存器TCON格式以下：
TF1
TR1
TF0
TR1
IE1
IT1
IE0
IT0

TF1为T/C1溢出标志，溢出时由硬件置1，进入中止后又由硬件自动清0。
TR1为T/C1开启和停止位，由软件控制。置1时开启T/C1；清0时停止T/C1。
TF0和TR0功效和使用方法以TF1、TR1类似，只是它们针正确是T/C0。
③ 定时器/计数器方法控制寄存器TMOD
定时器/计数器方法控制寄存器TMOD格式以下所表示。它控制位全部是由软件控制，其中高4位是针对T/C1，低4位是针对T/C0，其功效和使用方法相同。
GATE

M1
M0
GATE

M1
M0
现在以T/C0来说明各控制位使用方法：GATE是一个选通位，当GATE位置1时，T/C0受到双重控制，只有为高电平且TR0位置1是T/C0才开始工作，当GATE位清0时，T/C0仅受到TR0控制。用来选择工作在定时器方法还是计数器方法。当该位置1时工作在计数器方法，清0时工作在定时器方法。M1和M0联合起来用于选择操作模式，一共有四种操作模式，如表2-2所表示。
表2-2 操作模式
M1
M0
操作模式
计数器配置
0
0
模式0
13位计数器
1
0
模式2
自动重转载8位计数器
1
0
模式2
自动重转载8位计数器
1
1
模式3
T0分为两个8位计数器，T1停止计数
3 温湿度传感器
传统模拟式湿度传感器需设计信号调理电路并要经过复杂校准、标定过程,测量精度难以得到确保,且在线性度、反复性、交换性、一致性等方面往往不尽人意。为处理这些问题，瑞士Sensirion 企业推出了新一代基于CMOSensTM技术数字式温湿度传感器。它很好地处理了温湿度传感器存在上述问题,实现了数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全交换功效[3]。
3.1 数字温湿度传感器SHT-11
数字温湿度传感器SHT—11采取COMSens专利传感器技术将温度湿度传感器、A/D
转换器、数字接口、校准数据存放器、标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片内（其内部结构图3-1所表示）[4]。

图3-1 数字温湿度传感器SHT—11内部结构图
由它内部结构可看出SHT-11含有不一样保护“微型结构”检测电极系统和聚合物覆盖层组成了传感器芯片电容,这么除保持了电容式湿敏器件原有特征外还可抵御来自其它方面影响。将温度传感器和湿度传感器结合在一起组成了一个单一个体,这就使得测量精度提升而且能够正确得出露点,而不会产生因为温度和湿度传感器之间随温度梯度改变而引发误差。而且将传感器元件、信号放大器、模/ 数转换器、OTP 校准数据存放器、I2C 工业标准串行总线等，电路功效部件全部采取CMOS 技术和温湿度传感器一起放置在一个芯片内。这不仅使信号强度增加,更关键是长久稳定性也得到增强,这对传感器系统是极为关键。同时,模/ 数转换也在一个芯片内同时完成,这可使信号对噪声不敏感,尤其关键是,在传感器芯片数据存放器内装载针对每一只传感器校准数据确保了每一只传感器全部有相同功效,能够实现100%交换。另外,。该传感器还含有I2C 二线串行总线接口,这可使传感器方便和任何类型微处理器、微控制器接口相连,为温湿度微机化测试带来极大方便,这不仅能降低温湿度测试系统开发时间,还可节省数字化接口软硬件成本。
该传感器还有反应快速、高精度、低功耗等优点。
3.2 SHT-11传感器输出
SHT-11相对湿度绝对精度、温度精度和25℃露点精度图3-2(a)～(c)所表示[4]。

（a）湿度绝对精度

（b）温度精度

（C）25℃露点精度
图3-2 相对湿度、温度和露点精度曲线
3.2.1 湿度值输出
SHT-11可经过I2C 总线直接输出数字量湿度值,其相对湿度输出特征曲线图3-2所表示。从中能够看出,SHT11 输出特征呈一定非线性,为了赔偿湿度传感器非线性以获取正确数据,可按式（3-1）修正湿度值:
=
式中,SORH 表示传感器相对湿度测量值,系数取值分别以下:
12位时：；
8位时： 。
3.2.2 温度值输出
SHT-11温度传感器线性很好,可用下列公式（3-2）将温度数字输出转换成实际温度值T :

式中，表示传感器温度测量值。当电源电压为5V，温度传感器分辨率为14位时，，；当温度传感器分辨率为12位时，，。

图3-3 相对湿度输出特征曲线

3.2.3 露点计算
空气露点值可依据相对湿度和温度值由下面公式计算：

式中，——饱和水蒸气压强（mmHg）
3.2.4 非线性校正及温度赔偿
式（3-1）为相对湿度非线性赔偿计算公式,对于单片机系统而言,计算量大而过复杂,下面给出简化计算方法。
（1）线性　当系统对湿度测量精度要求不高时,可采取以下线性计算公式。

式中，。
（2）2×线性 当系统对湿度测量精度要求较高时,可采取以下2×线性计算公式,即用最小计算复杂性来提升正确度。

式中，为8位湿度传感器输出湿度值。
当初，，；当初，，。
（3）温度赔偿 上述湿度计算公式是按环境温度为25℃进行计算,而实际测量温度值则在一定范围内改变,所以应考虑湿度传感器温度系数,可按式对环境温度进行赔偿。

当为12位时，，；当为8位时，，
3.3 SHT-11特征
3.3.1 SHT-11特点
SHT-11传感器特点以下:
1）相对湿度和温度一体测量；
2）正确露点测量；
3）全量程标定，无需重新标定即可交换使用；
4）超快响应时间；
5）两线制数字接口（最简单系统集成，较低价格）；
6）超小尺寸（7.5×5×2.5mm）；
7）高可靠性（工业CMOS工业）；
8）优化长久稳定性；
9）可完全浸没水中；
10）基于请求式测量，所以低能耗；
11）含有湿度传感器元件自检测能力；
12）传感器元件加热应用，亦可取得极高精度和稳定性。
3.3.2 SHT具体规格
1.相对湿度传感器（RH）性能参数以下：
范围：0—100%RH；
精度：±3%RH（20—80%RH）；
响应时间：≤4s；
复现性：±0.1%RH；
分辨率：0.03%RH；
工作温度：－40℃—＋120℃。
2.温度传感器（T）性能参数以下：
范围：－40℃—＋120℃；
精度：±0.5℃（在25℃时），±0.9℃（在0—40℃时）；
响应时间：≤20s；
复现性：±0.1℃；
分辨率：0.01℃。
3.电器数据
能耗：经典 30uW（@5V，12-bit，测量周期2秒）
经典 1uW（@2.4V,8-bit，测量周期2分）；
供电范围：2.4V—5.5V；
检测电流：0.5mA；
待机电流：0.3uV。
3.4 SHT-11引脚
SHT-11引脚图图3-4所表示。

图3-4 SHT-11引脚图
引脚介绍
引脚1—GND接地端；SHT-11供电电压为0.4～5.5V，传感器上电后要等候11ms以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令，电源引脚（VDD,GND）之间可增加一个100uF电容，用以去耦滤波。
引脚2—DATA双向串行数据线；SHT-11串行接口，在传感器读取及电源损耗方面全部做了优化处理。DATA三态门用于数据读取。
引脚3—SCK串行时钟输入；用于微处理器和SHT-11之间通讯同时。因为接口包含了完全静态逻辑，所以不存在最小SCK频率。
引脚4—VDD电源端，0.4—5.5V电源
引脚5—8—NC空管脚
3.5 SHT-11内部命令和接口时序
3.5.1 SHT-11内部命令
SHT-11 传感器共有5 条用户命令,具体命令格式见表3-1。在程序编程时依据命令编号来设定SHT-11工作状态。比如：0x03设置SHT-11为温度测量，0x05是设置SHT-11为湿度测量[5]。
表3-1 SHT-11传感器命令列表
命令
编号
说明
测量温度
00011
温度测量
测量湿度
00101
湿度测量
读寄存器
00111
“读”状态寄