一、項目介紹

當前文章介紹基于51單片機和SHT30傳感器設(shè)計的環(huán)境溫度與濕度檢測設(shè)備。設(shè)備采用IIC模擬時序通信協(xié)議，能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)境的溫度和濕度，并將數(shù)據(jù)通過LCD顯示屏顯示出來；可以廣泛應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測、氣象觀測、農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測等領(lǐng)域。

(資料圖)

在本項目中，使用了51單片機作為主控芯片，SHT30傳感器作為溫濕度傳感器，LCD顯示屏作為數(shù)據(jù)顯示模塊。通過51單片機的GPIO口模擬IIC通信協(xié)議，實現(xiàn)了與SHT30傳感器的數(shù)據(jù)通信。

二、硬件設(shè)計2.1 硬件構(gòu)成

本次設(shè)計所需的硬件主要包括以下部分：

STC89C52單片機SHT30溫濕度傳感器串口通信模塊LCD1602顯示屏電源模塊杜邦線等連接線2.2 硬件接口及信號

本次設(shè)計使用51單片機通過IIC總線與SHT30傳感器進行通信，同時使用串口與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，并使用液晶顯示屏顯示當前溫濕度值。

具體接口和信號定義如下：

(1) 51單片機與SHT30傳感器之間的IIC接口：

端口	功能	說明
P2.0	SDA	數(shù)據(jù)線
P2.1	SCL	時鐘線
P2.2	RESET	復(fù)位線

(2) 51單片機與串口通信模塊之間的接口：

端口	功能	說明
P3.0	TXD	發(fā)送線
P3.1	RXD	接收線
P3.2	GND	地線

(3) 51單片機與液晶屏之間的接口：

端口	功能	說明
P1.0-P1.7	DB0-DB7	數(shù)據(jù)線
P0.0	RS	指令/數(shù)據(jù)選擇線
P0.1	RW	讀/寫選擇線
P0.2	E	使能線
P0.3	CS	片選線
VCC	電源正極	5V
GND	電源地	地

三、軟件設(shè)計3.1 SHT30傳感器代碼

下面代碼讀取SHT30傳感器的值并通過串口打印。

#include < REG52.h > #include < stdio.h > ? #define uchar unsigned char #define uint unsigned int ? sbit SDA=P2^0; sbit SCL=P2^1; ? void delay(int n) {     int i;     while(n--)     {         for(i=0; i< 120; i++);     } } ? void start() {     SDA = 1;     _nop_();     SCL = 1;     _nop_();     SDA = 0;     _nop_();     SCL = 0;     _nop_(); } ? void stop() {     SDA = 0;     _nop_();     SCL = 1;     _nop_();     SDA = 1;     _nop_(); } ? void ack() {     SDA = 0;     _nop_();     SCL = 1;     _nop_();     SCL = 0;     _nop_();     SDA = 1;     _nop_(); } ? void nack() {     SDA = 1;     _nop_();     SCL = 1;     _nop_();     SCL = 0;     _nop_(); } ? void write_byte(uchar dat) {     uchar i;     for(i=0; i< 8; i++)     {         SDA = dat & 0x80;         _nop_();         SCL = 1;         _nop_();         SCL = 0;         _nop_();         dat < <= 1;     }     ack(); } ? uchar read_byte() {     uchar i, dat;     for(i=0; i< 8; i++)     {         dat < <= 1;         SCL = 1;         _nop_();         dat |= SDA;         SCL = 0;         _nop_();     }     return dat; } ? void init_sht30() {     start();     write_byte(0x80);     if(read_byte() != 0x5A)     {         stop();         return;     }     write_byte(0xBE);     if(read_byte() != 0x08 || read_byte() != 0x00)     {         stop();         return;     }     stop(); } ? float measure_temp(void) {     uchar temp_h, temp_l, crc;     float temp; ?     start();     write_byte(0x80);  // 主機發(fā)送寫地址     write_byte(0x2C);  // 選擇開始溫度測量命令     write_byte(0x06);     stop(); ?     delay(15);    // 延時等待溫度測量完成 ?     start();     write_byte(0x81);  // 主機發(fā)送讀地址     temp_h=read_byte();       ack();     temp_l=read_byte();      ack();     crc=read_byte();     stop(); ?     temp = ((temp_h< <8)+temp_l)*175.0/0xffff - 45.0; // 溫度值轉(zhuǎn)換公式 ?     return temp; } ? float measure_humi(void) {     uchar humi_h, humi_l, crc;     float humi; ?     start();     write_byte(0x80);  // 主機發(fā)送寫地址     write_byte(0x2C);  // 選擇開始濕度測量命令     write_byte(0x06);     stop(); ?     delay(15);    // 延時等待濕度測量完成 ?     start();     write_byte(0x81);  // 主機發(fā)送讀地址     humi_h=read_byte();       ack();     humi_l=read_byte();      ack();     crc=read_byte();     stop(); ?     humi = ((humi_h< <8)+humi_l)*100.0/0xffff; // 濕度值轉(zhuǎn)換公式 ?     return humi; } ? void main() {        float temp, humi; ?     init_sht30();   // SHT30 初始化 ?     TMOD=0x20;      // 定時器0工作方式2，8位定時器，用于波特率設(shè)置     TH1=0xfd;       // 波特率9600     TL1=0xfd;     TR1=1;          // 啟動定時器0 ?     SCON=0x50;      // 設(shè)置串口工作方式1，允許接收，允許接收中斷     ES=1;           // 允許串口中斷 ?     while(1)     {         temp = measure_temp();         humi = measure_humi();         printf("Temperature: %.1fC, Humidity: %.1f%\\n", temp, humi);         delay(500); // 間隔時間500ms     } } ? void ser() interrupt 4 using 2 {     if(RI)          // 接收到數(shù)據(jù)     {         RI=0;       // 清除標志位     }     if(TI)          // 發(fā)送完畢     {         TI=0;       // 清除標志位     } }

在上面的代碼中，定義了兩個函數(shù) measure_temp和 measure_humi，分別用于測量溫度和濕度值，并返回結(jié)果。在主函數(shù)中，利用這兩個函數(shù)得到當前的溫濕度值，然后通過串口打印出來。

3.2 LCD1602顯示屏代碼

下面代碼是LCD1602驅(qū)動代碼，完成數(shù)字字符顯示。

#include < REG52.h > ? #define LCD1602_DB P0 sbit  RS = P2^5; sbit  RW = P2^6; sbit  E  = P2^7; ? void delay(int n) {     int i;     while(n--)     {         for(i=0; i< 120; i++);     } } ? void main() {        //LCD 初始化     delay(1000);     LCD1602_DB = 0x38;     E = 1;     delay(5);     E = 0; ?     delay(500);     LCD1602_DB = 0x08;     E = 1;     delay(5);     E = 0; ?     delay(500);     LCD1602_DB = 0x01;     E = 1;     delay(5);     E = 0; ?     delay(500);     LCD1602_DB = 0x06;     E = 1;     delay(5);     E = 0; ?     delay(500);     LCD1602_DB = 0x0C;     E = 1;     delay(5);     E = 0; ?     while(1)     {         //向LCD中寫入數(shù)字12345         RS = 0;  //選擇指令寄存器?         LCD1602_DB = 0x80;  //設(shè)置地址為第一行的第一個字符位置(0x80 + 0x00) ?         E = 1;         delay(5);         E = 0; ?         RS = 1;  //選擇數(shù)據(jù)寄存器 ?         LCD1602_DB = 0x31;  //寫入數(shù)字1         E = 1;         delay(5);         E = 0; ?         LCD1602_DB = 0x32;  //寫入數(shù)字2         E = 1;         delay(5);         E = 0; ?         LCD1602_DB = 0x33;  //寫入數(shù)字3         E = 1;         delay(5);         E = 0; ?         LCD1602_DB = 0x34;  //寫入數(shù)字4         E = 1;         delay(5);         E = 0; ?         LCD1602_DB = 0x35;  //寫入數(shù)字5         E = 1;         delay(5);         E = 0; ?         delay(500); //間隔時間為500ms     } }

在上面的代碼中，定義了函數(shù) delay用于延時等待，并且實現(xiàn)了LCD1602的初始化和寫入操作。在主函數(shù)中，執(zhí)行LCD1602的初始化操作，然后循環(huán)不斷向LCD中寫入數(shù)字12345，并且間隔時間為500ms。

3.3 完整代碼

#include< reg52.h > #include< intrins.h > ? #define uchar unsigned char #define uint unsigned int ? sbit SDA = P2^0;    //定義SDA引腳 sbit SCL = P2^1;    //定義SCL引腳 sbit CS = P0^3;     //定義液晶屏片選引腳 sbit RW = P0^1;     //定義液晶屏讀/寫引腳 sbit RS = P0^0;     //定義液晶屏指令/數(shù)據(jù)引腳 sbit E = P0^2;      //定義液晶屏使能引腳 ? void delay(int n)   //延時函數(shù)，n為延時時間 {     int i;     while(n--)     {         for(i=0; i< 120; i++);     } } ? void start()        //開始信號 {     SDA = 1;        //數(shù)據(jù)線高電平     _nop_();     SCL = 1;        //時鐘線高電平     _nop_();     SDA = 0;        //數(shù)據(jù)線低電平     _nop_();     SCL = 0;        //時鐘線低電平     _nop_(); } ? void stop()         //結(jié)束信號 {     SDA = 0;        //數(shù)據(jù)線低電平     _nop_();     SCL = 1;        //時鐘線高電平     _nop_();     SDA = 1;        //數(shù)據(jù)線高電平     _nop_(); } ? void ack()          //應(yīng)答信號 {     SDA = 0;        //數(shù)據(jù)線低電平     _nop_();     SCL = 1;        //時鐘線高電平     _nop_();     SCL = 0;        //時鐘線低電平     _nop_();     SDA = 1;        //數(shù)據(jù)線高電平     _nop_(); } ? void nack()         //非應(yīng)答信號 {     SDA = 1;        //數(shù)據(jù)線高電平     _nop_();     SCL = 1;        //時鐘線高電平     _nop_();     SCL = 0;        //時鐘線低電平     _nop_(); } ? void write_byte(uchar dat)  //寫一個字節(jié) {     uchar i;     for(i=0; i< 8; i++)     {         SDA = dat & 0x80;         _nop_();         SCL = 1;         _nop_();         SCL = 0;         _nop_();         dat < <= 1;     }     ack(); } ? uchar read_byte()   //讀一個字節(jié) {     uchar i, dat;     for(i=0; i< 8; i++)     {         dat < <= 1;         SCL = 1;         _nop_();         dat |= SDA;         SCL = 0;         _nop_();     }     return dat; } ? void init_sht30()   //SHT30初始化 {     start();     write_byte(0x80);     if(read_byte() != 0x5A)     {         stop();         return;     }     write_byte(0xBE);     if(read_byte() != 0x08 || read_byte() != 0x00)     {         stop();         return;     }     stop(); } ? void measure()          //測量溫濕度值 {     float humi, temp;     uint i;     start();     write_byte(0x80);     read_byte();     read_byte();     read_byte();     write_byte(0x2C);     write_byte(0x06);     for(i=0; i< 40000; i++); //等待測量結(jié)果     start();     write_byte(0x80);     read_byte();     read_byte();     read_byte();     humi = read_byte() * 256;     humi += read_byte();     temp = read_byte() * 256;     temp += read_byte();     stop();     temp = -45 + (175*temp)/65535;  //轉(zhuǎn)化溫度     humi = 100 * humi / 65535;      //轉(zhuǎn)化濕度     //將溫濕度值通過串口發(fā)送     printf("Temperature: %.1fC\\n", temp);     printf("Humidity: %.1f%%RH\\n", humi); } ? void init_lcd()         //液晶屏初始化 {     RW = 0;     RS = 0;     E = 0;     delay(15);     write_byte(0x30);     delay(15);     write_byte(0x30);     delay(5);     write_byte(0x30);     delay(5);     write_byte(0x38);     write_byte(0x08);     write_byte(0x01);     write_byte(0x06);     write_byte(0x0c); } ? void display(float temp, float humi)    //顯示溫濕度值 {     uchar i;     uchar temp_str[5];     uchar humi_str[5];     //轉(zhuǎn)化為字符串     sprintf(temp_str, "%.1f", temp);     sprintf(humi_str, "%.1f", humi);     //顯示溫度     RS = 0;     E = 1;     P1 = 0x80;  //第一行第一個字符     E = 0;     RS = 1;     for(i=0; i< 5; i++)     {         E = 1;         P1 = temp_str[i];         E = 0;     }     //顯示濕度     RS = 0;     E = 1;     P1 = 0xc0;  //第二行第一個字符     E = 0;     RS = 1;     for(i=0; i< 5; i++)     {         E = 1;         P1 = humi_str[i];         E = 0;     } } ? void main() {     init_sht30();   //SHT30初始化     init_lcd();     //液晶屏初始化     while(1)     {         measure();  //測量溫濕度值并通過串口發(fā)送         delay(1000);         display(temp, humi);    //顯示溫濕度值     } } ?

審核編輯：湯梓紅

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