基于STC15W204S的溫室智能變送器的設(shè)計(jì)

梅建虎

摘 要：針對(duì)溫濕度傳感器信息采集時(shí)驅(qū)動(dòng)程序多集成在儀表端的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了1種基于微型處理器在溫濕度傳感器端進(jìn)行驅(qū)動(dòng)化處理并輸出幀格式數(shù)據(jù)的溫濕度傳感模塊。此設(shè)計(jì)采用溫濕度傳感器SHT10，LCD1602液晶屏，并通過串口通信將溫濕度數(shù)據(jù)及時(shí)送到計(jì)算機(jī)顯示，同時(shí)將顯示的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，若溫濕度超過設(shè)定的范圍，則啟動(dòng)蜂鳴器及LED燈報(bào)警。通過設(shè)計(jì)原理圖，焊接電路，硬件調(diào)試，證明了該系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器SHT10；變送器；STC15W204S

中圖分類號(hào) TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）15-0127-03

Abstract：in view of the temperature sensor information acquisition and integrated driver more explicit degrees in the status quo，this paper designed a kind of microprocessor based on temperature and humidity sensors to drive processing and output data of temperature and humidity sensor module frame format. This design USES the temperature and humidity sensor SHT10，LCD1602 LCD screen，and through a serial port communication will timely sent to the computer display，temperature and humidity data will display data compared with the set value at the same time，if the scope of the temperature and humidity more than set alarm buzzer and LED lamp is started. The feasibility of the system is proved by designing schematic diagram，welding circuit and hardware debugging.

Key words：Temperature and humidity sensor SHT10；The transmitter；STC15W204S

1 引言

溫室大棚在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和觀賞花卉栽培方面起著重要作用，因此需要改善和提高溫室大棚的科技水平和降低大棚建設(shè)的成本。目前，應(yīng)用于溫室大棚的溫度檢測系統(tǒng)多采用有模擬溫度傳感器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的測溫電纜，才能把傳感器信號(hào)送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高[1-5]。也有一部分設(shè)計(jì)研究使用的是PT100作為溫度采集器，但其缺點(diǎn)在于需外接A/D轉(zhuǎn)換模塊，采集速度和精度不高。本設(shè)計(jì)所用的溫濕度檢測電路由SHT10、微控制器STC15W204s和MAX485組成，每個(gè)傳感器使用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)上位機(jī)給出接受信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)電路工作，開始信號(hào)采集，且MAX485的傳輸距離可達(dá)到2km，方便遠(yuǎn)距離傳輸，此設(shè)計(jì)減少了驅(qū)動(dòng)模塊，體積小，成本低，具有明顯優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)，硬件電路主要分為溫濕度采集電路、單片機(jī)控制電路、報(bào)警電路、顯示電路及串口電路。程序的設(shè)計(jì)使用C語言，因?yàn)镃語言模塊化編程，可讀性較好，且具有很強(qiáng)的移植性，編寫程序時(shí)可避免重復(fù)性工作。程序編譯軟件使用IAR FOR STM8編程軟件。

采用單片機(jī)作為控制器的系統(tǒng)框如圖1所示。

2.1 SHT10傳感器單元設(shè)計(jì) SHT10采集溫室內(nèi)的溫濕度，經(jīng)過傳感器輸出已校準(zhǔn)的數(shù)字量。其采用3.3V供電，電源引腳VDD和GND之間增加一個(gè)100nF的電容用于去耦濾波。串行時(shí)鐘輸入SCK用于處理器與SHT10之間的通訊同步。串行數(shù)據(jù)DATA三態(tài)門用于MCU和SHT10之間的數(shù)據(jù)傳輸。為避免信號(hào)沖突，DATA腳需要1個(gè)外部的上拉電阻。SHT10傳感器電路如圖2所示：

2.2 報(bào)警單元設(shè)計(jì) 報(bào)警電路采用蜂鳴器和LED燈。蜂鳴器是無源蜂鳴器，因STM8S單片機(jī)PD4口帶蜂鳴器復(fù)用功能，只能驅(qū)動(dòng)無源蜂鳴器。由于單片機(jī)I/O口輸出電流較小，驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此加了三極管S8050起放大電流的作用以及限流電阻。單片機(jī)內(nèi)部LSI時(shí)鐘可產(chǎn)生頻率1KHz、2KHz及4KHz的蜂鳴信號(hào)。其次為了保證報(bào)警電路的可靠性增加LED閃爍報(bào)警，將LED接在單片機(jī)的SWIM即PD1口。當(dāng)溫濕度超過設(shè)定范圍時(shí)報(bào)警電路啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲LED閃爍。報(bào)警電路如圖3所示：

2.3 液晶顯示單元設(shè)計(jì) 液晶顯示用于顯示溫度和濕度，以便于人員觀察。此電路供電不同于單片機(jī)供電電壓，液晶顯示是5V供電，10K的電位器用來調(diào)整液晶的對(duì)比度。STM8S單片機(jī)PB4、PB5引腳是真正的開漏輸出，連接在1602的DB口時(shí)，要加上拉電阻。

2.4 信號(hào)傳輸單元設(shè)計(jì) 串口電路采用MAX3232芯片，MAX3232芯片是3.3V供電與單片機(jī)供電電壓相同。電路中的電容值在MAX3232芯片手冊(cè)上都為0.1uF。芯片上有2路串口，本設(shè)計(jì)只使用1路串口，分別接在單片機(jī)的PD6（UART_RX）引腳和PD5（UART_TX）引腳。串口通信電路如圖5所示：

2.5 電源電路設(shè)計(jì) 電源電路是先通過USB提供5V電源用以給1602液晶顯示供電，再通過AMS117正向低壓降穩(wěn)壓器將5V電壓降為3.3V給單片機(jī)及串口電路供電。電源電路如圖6所示：

3 系統(tǒng)程序總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的工作流程是傳感器先采集環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)，通過類似于I2C總線的方式送到STM8S單片機(jī)，單片機(jī)將溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，再將修正后的數(shù)據(jù)送與1602液晶顯示，同時(shí)通過串口通信送到計(jì)算機(jī)顯示。再設(shè)定溫濕度允許范圍，當(dāng)環(huán)境溫濕度低于或超過設(shè)定的范圍時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲及LED閃爍直至調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度到設(shè)定的范圍內(nèi)報(bào)警電路自動(dòng)關(guān)閉。主程序流程圖如圖7所示：

SHT10讀寫數(shù)據(jù)的規(guī)則是：在時(shí)鐘線的下降沿之后數(shù)據(jù)線改變狀態(tài)，并在時(shí)鐘線的上升沿有效。由于STM8S單片機(jī)與51單片機(jī)不同，它的I/O口輸入輸出方式是需要設(shè)置的，所以在啟動(dòng)SHT10數(shù)據(jù)傳送時(shí)一定要注意設(shè)置STM8I/O的輸入輸出。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)I/O口為推挽輸出方式，讀數(shù)據(jù)時(shí)I/O口為輸入。SHT10子程序流程如圖8所示：

4 結(jié)論

通過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此設(shè)計(jì)運(yùn)用的傳感器檢測電路，運(yùn)行穩(wěn)定，精度高，成本低，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，且此系統(tǒng)的信號(hào)傳輸距離可達(dá)到2km左右。綜合來說，此設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作方便。

5 結(jié)論

從電路板調(diào)試的情況來看，實(shí)現(xiàn)了方案設(shè)計(jì)的主要目的，使用的材料成本較低，且對(duì)于溫濕度采集的速度和精度較高，適應(yīng)于現(xiàn)今社會(huì)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求。

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（責(zé)編：張宏民）