基于MSP430 的溫濕度監控系統分析

如圖3、4 所示，SHT11 的傳輸過(guò)程為當SCK 是高電平時(shí)DATA線(xiàn)是低電平，接著(zhù)SCK 給出一個(gè)低脈沖，當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(guò)第八個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿后的DATA 的下拉引腳來(lái)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(xiàn)被釋放（升為高電平），如圖4 所示。傳輸兩個(gè)字節的測量數據和一個(gè)字節的CRC 校驗和傳輸，μC 必須通過(guò)DATA 線(xiàn)的下拉引腳接收每一個(gè)字節。

　　當外部與SHT11 傳感器芯片的之間的通信突然中斷，則依據下面的時(shí)序可以使串口復位：如圖4 所示，置位DATA 線(xiàn)處于高電平，觸發(fā)SCK 脈沖9 次以上，緊接著(zhù)在SCk 線(xiàn)上傳送一個(gè)“傳輸開(kāi)始”命令序列。當執行溫（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。當一次測量完成時(shí)，SHT11 芯片將置位數據線(xiàn)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 字節的隨機測量數據和1 字節CRC校驗和。溫濕度測量控制器必須通過(guò)置位DATA 線(xiàn)為低電平，來(lái)確認接收的每一個(gè)字節，接收到數據是以MSB 序列傳輸的。溫濕度測量控制器在確認CRC 數據正確后便停止工作，如果CRC-8 校驗和不存在或沒(méi)有被是以，則溫濕度測量控制器在接收到LSB 位后保持SCK 線(xiàn)為高電平來(lái)停止數據的傳輸，SHT11 芯片會(huì )在測量溫濕度和數據通信完成后，返回睡眠模式自動(dòng)節能。

　　1）顯示和按鍵模塊

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

　　2）報警模塊

　　系統采用了聲光報警。若系統檢測到周?chē)h(huán)境的溫濕度超過(guò)或低于測量的要求范圍，則單片機驅動(dòng)P3.5 接口的LED 閃爍，同時(shí)蜂鳴器響起，提醒報警。

　　2 系統軟件設計

　　整個(gè)程序主要包括了主程序、溫濕度數據采集、數碼管顯示、按鍵處理、聲光報警等模塊的設計。

　　圖5 是監測儀主程序流程圖，在程序設計時(shí)采用按鍵選擇的結構，主要為溫濕度顯示選擇。按鍵后，由單片機系統判斷，若為K1,則顯示當前溫度；若為K2,則顯示當前濕度；若為K3 或者K4,則顯示“0”.最后判斷溫濕度有沒(méi)有超限，若超限，則進(jìn)入聲光報警，LED 閃爍和蜂鳴器響起；若正常，則繼續測量溫濕度。

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

　　3 系統測試與分析

　　為了檢驗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放在離加熱到一定溫度的熱水旁，觀(guān)察其讀數變化并記錄。表1 為鬧鐘與本系統監測的溫濕度記錄結果對比。

　　溫濕度鬧鐘的參數：

　　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)驗結果可以看出，系統測量出來(lái)的溫度值與鬧鐘顯示的數值很接近，而相對溫度與鬧鐘的顯示數值有大概1% 到2% 的誤差，但在溫濕度鬧鐘的測量精度的誤差范圍內。在用兩種不同的儀器測量溫濕度的時(shí)候，本系統實(shí)時(shí)顯示當前溫濕度，可以較快的得到實(shí)時(shí)數值，而溫濕度鬧鐘需要5s 時(shí)間的取樣刷新，所以相對于系統來(lái)說(shuō)要得到當前溫濕度時(shí)間較長(cháng)，且測量數據也不如本系統精準。

　　4 結論

　　本設計在傳統的溫濕度監測和報警系統的基礎上加以改進(jìn)，設計出低功耗的溫濕度監測系統。通過(guò)軟硬件測試證明該系統能夠安全可靠的運行測量誤差小，具有良好的應用效果。