基于MSP430 的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)分析

如圖3、4 所示，SHT11 的傳輸過程為當(dāng)SCK 是高電平時(shí)DATA線是低電平，接著SCK 給出一個(gè)低脈沖，當(dāng)SCK 再次為高電平時(shí)DATA 再次升高。之后的命令序列由三個(gè)地址位（目前支持只000）和五個(gè)命令位組成。SHT11 通過第八個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿后的DATA 的下拉引腳來指示命令的正確接收。在SCK 時(shí)鐘的第九個(gè)下降沿時(shí)，DATA 線被釋放（升為高電平），如圖4 所示。傳輸兩個(gè)字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和一個(gè)字節(jié)的CRC 校驗(yàn)和傳輸，μC 必須通過DATA 線的下拉引腳接收每一個(gè)字節(jié)。

　　當(dāng)外部與SHT11 傳感器芯片的之間的通信突然中斷，則依據(jù)下面的時(shí)序可以使串口復(fù)位：如圖4 所示，置位DATA 線處于高電平，觸發(fā)SCK 脈沖9 次以上，緊接著在SCk 線上傳送一個(gè)“傳輸開始”命令序列。當(dāng)執(zhí)行溫（濕）度測量命令序列后，溫濕度測量控制器需要測量完成后才能接受新的命令。當(dāng)使用12 位和14 位測量精度時(shí)，分別需要55 和210ms 的測量時(shí)間。當(dāng)一次測量完成時(shí)，SHT11 芯片將置位數(shù)據(jù)線為低電平，此時(shí)溫濕度測量控制器必須重新啟動(dòng)SCK 信號后，傳輸2 字節(jié)的隨機(jī)測量數(shù)據(jù)和1 字節(jié)CRC校驗(yàn)和。溫濕度測量控制器必須通過置位DATA 線為低電平，來確認(rèn)接收的每一個(gè)字節(jié)，接收到數(shù)據(jù)是以MSB 序列傳輸?shù)摹貪穸葴y量控制器在確認(rèn)CRC 數(shù)據(jù)正確后便停止工作，如果CRC-8 校驗(yàn)和不存在或沒有被是以，則溫濕度測量控制器在接收到LSB 位后保持SCK 線為高電平來停止數(shù)據(jù)的傳輸，SHT11 芯片會(huì)在測量溫濕度和數(shù)據(jù)通信完成后，返回睡眠模式自動(dòng)節(jié)能。

　　1）顯示和按鍵模塊

　　系統(tǒng)的顯示模塊采用8 位數(shù)碼管顯示，加上4*1 的按鍵模塊控制。其中K1、K2 分別在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前溫度和濕度，K3、K4 顯示0,方便硬件調(diào)試。

　　2）報(bào)警模塊

　　系統(tǒng)采用了聲光報(bào)警。若系統(tǒng)檢測到周圍環(huán)境的溫濕度超過或低于測量的要求范圍，則單片機(jī)驅(qū)動(dòng)P3.5 接口的LED 閃爍，同時(shí)蜂鳴器響起，提醒報(bào)警。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)程序主要包括了主程序、溫濕度數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼管顯示、按鍵處理、聲光報(bào)警等模塊的設(shè)計(jì)。

　　圖5 是監(jiān)測儀主程序流程圖，在程序設(shè)計(jì)時(shí)采用按鍵選擇的結(jié)構(gòu)，主要為溫濕度顯示選擇。按鍵后，由單片機(jī)系統(tǒng)判斷，若為K1,則顯示當(dāng)前溫度；若為K2,則顯示當(dāng)前濕度；若為K3 或者K4,則顯示“0”.最后判斷溫濕度有沒有超限，若超限，則進(jìn)入聲光報(bào)警，LED 閃爍和蜂鳴器響起；若正常，則繼續(xù)測量溫濕度。

　　本系統(tǒng)的溫濕度測量模塊中，SHT11 芯片的I2C 口與MSP430 單片機(jī)通用I/O 口連接進(jìn)行數(shù)據(jù)命令的傳輸。溫濕度測量程序放在定時(shí)器的中斷服務(wù)程序里，系統(tǒng)自動(dòng)判斷事件后調(diào)用“寫”命令子程序、“讀”命令子程序、數(shù)值計(jì)算子程序和顯示子程序，最后將實(shí)際溫濕度值存儲(chǔ)于2 個(gè)固定存儲(chǔ)單元中，溫、濕度各占一個(gè)單元。

　　3 系統(tǒng)測試與分析

　　為了檢驗(yàn)SHT11 顯示溫濕度的正確性，利用可以顯示溫濕度的鬧鐘與本系統(tǒng)放在離加熱到一定溫度的熱水旁，觀察其讀數(shù)變化并記錄。表1 為鬧鐘與本系統(tǒng)監(jiān)測的溫濕度記錄結(jié)果對比。

　　溫濕度鬧鐘的參數(shù)：

　　溫度測量范圍：-20℃~ +60℃

　　溫濕度測量精度：±1.0℃（15℃~ 30℃）

　　±5%RH（40%RH ~ 80%RH）

　　溫度分辨率：0.1℃

　　濕度測量范圍：10%RH ~ 99%RH

　　濕度分辨率：1%RH

　　從得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，系統(tǒng)測量出來的溫度值與鬧鐘顯示的數(shù)值很接近，而相對溫度與鬧鐘的顯示數(shù)值有大概1% 到2% 的誤差，但在溫濕度鬧鐘的測量精度的誤差范圍內(nèi)。在用兩種不同的儀器測量溫濕度的時(shí)候，本系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫濕度，可以較快的得到實(shí)時(shí)數(shù)值，而溫濕度鬧鐘需要5s 時(shí)間的取樣刷新，所以相對于系統(tǒng)來說要得到當(dāng)前溫濕度時(shí)間較長，且測量數(shù)據(jù)也不如本系統(tǒng)精準(zhǔn)。

　　4 結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測和報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，設(shè)計(jì)出低功耗的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。通過軟硬件測試證明該系統(tǒng)能夠安全可靠的運(yùn)行測量誤差小，具有良好的應(yīng)用效果。