基于CH376的實時溫濕度采集

王仲夏　白劍峰　馬萬國　楊坤

摘要：該文介紹了以STC12C5A16S2單片機(jī)為核心，對溫濕度實時采集的設(shè)計與實現(xiàn)。用溫濕度傳感器采集溫度、濕度，從DS1302時鐘芯片讀取當(dāng)前日期和時間，經(jīng)過STC12C5A16S2單片機(jī)分析處理后在1602液晶上顯示，并通過CH376模塊將采集到的時間和溫濕度數(shù)據(jù)保存到U盤。若溫濕度不在預(yù)定范圍內(nèi)可自動報警。

關(guān)鍵詞：STC12C5A16S2單片機(jī)；DSl302時鐘芯片；1602液晶；CH376S模塊；報警

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）17-0237-03

1概述

溫度、濕度是和人類生存密切相關(guān)的一項重要指標(biāo)。小到體溫、皮膚濕潤度，大到一個生態(tài)系統(tǒng)的溫濕度控制等等，都與之相關(guān)?；贑H376S的實時溫濕度采集可以保證數(shù)據(jù)的科學(xué)性，節(jié)省不必要的人力資源浪費，而且目前單片機(jī)已滲透到我們生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域，其價格便宜，學(xué)習(xí)簡單，使用12C5A16S2單片機(jī)實現(xiàn)的實時溫濕度采集可以準(zhǔn)確地監(jiān)測到各個時間點的溫濕度變化，能夠滿足控制要求，總而言之，基于CH376S的實時溫濕度采集具有廣闊前景和實用價值。

2系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1系統(tǒng)主控模塊及框圖

CH376S溫濕度采集系統(tǒng)包括DS1302時鐘模塊、SHT20溫濕度傳感器模塊、LCD1602模塊、CH376S U盤存儲模塊。

2.2總體方案設(shè)計

12C5A16S2作為主控制器，主要處理SHT20溫濕度傳感器和DS1302時鐘芯片送來的數(shù)據(jù)，然后通過CH376模塊將數(shù)據(jù)存儲到U盤里，并在1602液晶上實時顯示出來。若所采集溫濕度不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則啟動報警裝置。U盤里的數(shù)據(jù)可保存為XLS格式，方便處理和分析。系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

3硬件電路設(shè)計

3.1主控模塊

常用的STC89C52RC單片機(jī)不能滿足設(shè)計要求，本次設(shè)計采用的主控模塊為STC公司的STC12C5A16S2單片機(jī)。STC12C5A16S2單片機(jī)是臺灣宏晶公司推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、搞可靠性、超低功耗的8051單片機(jī)，編程語言完全與傳統(tǒng)8051單片機(jī)兼容。

3.2時鐘模塊

DSl302是由美國DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實時時鐘芯片。它可以對年、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行計時，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，工作電壓為2.5V～5.5V。本設(shè)計采用5V供電，與單片機(jī)通信的RST、I/O、SCLK分別與單片機(jī)的P2.4、P2.3、P2.2相連，DSl302振蕩源采用32.768k晶振。

DSl302與上一代的DS1202相比增加了主電源/后備電源雙電源引腳。其中VCC2為主電源、VCC1為后備電源，后備電源采用的是CR1220 3V鋰電池。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行，保證了所采集溫濕度數(shù)據(jù)的實時性。DS1302引腳圖如圖3。

3.3顯示模塊

LCD1602是一個專門用于顯示數(shù)字、字母、符號等的點陣型液晶模塊，價格便宜，并且能夠同時顯示16×2即32個字符。液晶的RS、E分別與單片機(jī)的P3.5、P3.3連接，RW直接接地，數(shù)據(jù)端與單片機(jī)的P1口依次連接。

3.4傳感器模塊

本次設(shè)計采用的溫濕度傳感器為SHT20，是標(biāo)準(zhǔn)的12C格式輸出。SHT20溫濕度傳感器的SDA、SCL分別與單片機(jī)的P2.1、P2.5相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。與DHT11傳感器相比SHT20相對更穩(wěn)定，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。SHT20是一個經(jīng)過改進(jìn)的電容式濕度傳感元件和一個標(biāo)準(zhǔn)的能隙溫度傳感元件。供電范圍為2.1-3.6V，本設(shè)計采用AMS1117模塊進(jìn)行5V-3.3V電壓轉(zhuǎn)換，為SHT20供電。電源和接地之間須連接一個100nF的去耦電容，且電容的位置應(yīng)盡可能靠近傳感器。

傳感器模塊在一定范圍內(nèi)，性能穩(wěn)定，但是若長期將傳感器放到室外或其他惡劣環(huán)境中，尤其是在濕度>80%時，可能會造成溫漂，使采集到的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。再將傳感器放入正常環(huán)境，數(shù)據(jù)會慢慢恢復(fù)為準(zhǔn)確值。

3.5 U盤存儲模塊

很多數(shù)碼產(chǎn)品以及單片機(jī)系統(tǒng)都需要數(shù)據(jù)存儲，以便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)前，U盤以其便攜，價格相對適中，占據(jù)市場主導(dǎo)，所以采用U盤作為設(shè)備存儲器是非常合理的。

CH376是U盤和SD卡文件管理控制芯片，能夠存取U盤或者SD卡中的文件。數(shù)據(jù)采集時U盤格式要作出一定的修改，WINDOWS下的NTFS格式不能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，U盤默認(rèn)的FAT32格式可以進(jìn)行存儲操作。CH376可以用內(nèi)置程序軟件直接檢測USB設(shè)備是否連接。采集到的數(shù)據(jù)格式可以為TXT、XLS等多種格式，方便處理和分析。

3.6報警模塊

本設(shè)計所采用的報警模塊為LED燈，當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時，給P2.7一個低電平，紅色LED亮起，當(dāng)濕度高于設(shè)定范圍時，給P3.4一個低電平，黃色LED亮。否則，指示燈為熄滅狀態(tài)。LED旁串接一個1K分壓電阻，防止燒壞LED小燈。

4軟件設(shè)計

4.1軟件總流程圖

插入U盤后，LCD顯示處理后的時間和溫濕度數(shù)值，U盤開始實時存儲數(shù)據(jù)。同時判斷溫濕度是否在預(yù)設(shè)范圍，若不在設(shè)定范圍內(nèi)，點亮對應(yīng)的LED燈；若溫在設(shè)定范圍內(nèi)，則熄滅相應(yīng)的LED燈。數(shù)據(jù)存儲格式為一次采集10組數(shù)據(jù)，采集完成后進(jìn)行軟件復(fù)位，直接用追加的方式進(jìn)行下一組的數(shù)據(jù)采集。取出U盤，則采集結(jié)束。軟件總流程圖如圖4所示。

4.2 DS1302程序流程圖

首先對DS1302初始化，然后使DS1302不具備寫保護(hù)，再向其寫入數(shù)據(jù)和地址，最后把時間在液晶上顯示，并存儲到U盤。DS1302程序流程圖如圖5所示。

SHT20采用標(biāo)準(zhǔn)的12C格式輸出，其輸出的數(shù)據(jù)已經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號標(biāo)定，誤差相對更小。上電后，需短暫延時以保證所采集數(shù)據(jù)的可靠性。SHT20模塊程序流程圖如圖6。

5總結(jié)

通過本次設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足，考慮問題不夠全面，以至于在硬件電路的設(shè)計部分走了許多彎路，對編程和一些軟件使用方面的生疏也使我吃了不少苦頭。但總體來說，我學(xué)到的更多，書本知識更容易與實際結(jié)合，動手能力也得到了極大增強(qiáng)。