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溫濕度(DHT90/SHT10)實時顯示小系統詳解

一、 目的與要求
制作一個溫濕度實時顯示小系統，響應時間控制在1s左右，探頭部分能夠放進大約10cm直徑的容器中。
二、 工作原理
采用AT89S52單片機作為本系統的控制單元，傳感器采用DHT90（即把SHT10封裝為4個2.54標準插針的獨立結構，大連北方測控代理 的價格為50元/片），顯示模塊為LCD1602。單片機收到來自DHT90的溫濕度數據，再經過軟件線性擬合，最后送到1602上顯示并沒隔1s刷新一 次數據。
三、 原理圖
 
圖1 溫濕度顯示系統原理圖 (原文件名:圖1.jpg) 

四、 硬件設計
電源部分采用+5V開關電源集成模塊（實測輸出電壓5.19V），這符合DHT90和AT89S52單片機的供電要求。本系統電路設計較簡單，難點至于軟件編寫與調試。
五、 軟件設計
5.1 流程圖
 
軟件流程圖 (原文件名:流程圖.jpg) 
  5.2 軟件調試過程及經驗
    對于本系統，我首先調試1602的顯示程序，重點理解時序圖。對硬件理解清楚后，參照相關程序，編寫自己規(guī)范的程序。然后，調試 DHT90數據通信顯示，在SHT11(DHT90/SHT10也屬于同系列)例程中，顯示功能是利用51單片機串口向上位機發(fā)數據，在上位機上顯示溫濕 度。所以，這部分在我的程序中就去掉了。同樣，DHT90程序部分的關鍵也是時序圖，讀明白時序圖，就可以很快得進入編程調試階段。
六、 系統實物圖

圖2 單片機控制及顯示部分 (原文件名:圖2.jpg) 


圖3 LCD1602顯示特寫 (原文件名:圖3.jpg) 


圖4 傳感器部分特寫（準備封裝為一個小的探頭） (原文件名:圖4.jpg) 
七、 菜鳥的小結
在兩個多月的時間里，我從零開始做這個溫濕度測量小系統，現在終于有了初步的成果。在這期間，我學到了很多東西，比如說焊接技術（當然還是比較 菜），下載線制作等等。我覺得最重要的一點是鍛煉了自己的實踐能力。嗯，很多東西難與不難就看你做沒做過。呵呵，套用毛主席他老人家的一句話就是：沒有實 踐就沒有發(fā)言權。一開始，做下載線，我感覺很難很難，但現在回頭一看，那就是小case而已。
通過這個小系統的制作，我從一個“理想的電子愛好者”轉變?yōu)橐粋€“實踐的電子愛好者”。從享受電子成品的快樂到享受電子DIY過程的快樂，這是一直升華，DIY很美妙。最后一句與所有DIY愛好者共勉。

最后，歡迎大家交流學習，給我批評指正！

[code="CSHARP"]
/**
 * ;功能說明:DHT90與LCD1602的溫濕度顯示
 * ;文件名稱:DHT90.c   
 *
 * ;微處理器:AT89S52
 * ;編譯環(huán)境:Keil uVision V2.38a
 *
 * ;作    者:
 * ;版    權:(c)
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15   
 * ;版    本:V1.2 
 * ;修改日期:2008.08.16
 * ;修改說明:添加了一個LCD_disp_str()函數
 * ;**********************************************************************************
 */

/**
 * ************定義接口********************
 * P0------DB0～DB7  (LCD1602)    
 * P2.0------RS      (LCD1602)
 * P2.1------RW      (LCD1602)
 * P2.2------E       (LCD1602)
 * P2.6------SCK     (DHT90)
 * P2.7------DATA    (DHT90)
 */
  #include <AT89x51.h>
  #include <intrins.h>
  #include <math.h>    //Keil library
  #include <stdio.h>   //Keil library
// *********************第一部分LCD1602設置 START****************************************
  #define LCD_DB        P0
sbit LCD_RS = P2 ^ 0; //P2^0是p2.0的意思；LCD_RS與P2.0等效起來，對LCD_RS 讀寫，就是對P2.0讀寫 好處在于LCD_RS含義直接明了，寫程序多了就會知道有必要de
sbit LCD_RW = P2 ^ 1; //P2^1是p2.1的意思
sbit LCD_E = P2 ^ 2; //P2^2是p2.2的意思

/**
 * *****定義函數***************
 */
// define uchar unsigned char
// define uint unsigned int
void LCD_init(void); //初始化函數
void LCD_write_command(uchar command); //寫指令函數
void LCD_write_data(uchar dat); //寫數據函數
void LCD_disp_char(uchar x, uchar y, uchar dat); //在某個屏幕位置上顯示一個字符,X（0-15),y(1-2)
void LCD_disp_str(uchar x, uchar y, uchar * str); //LCD1602顯示字符串函數
void delay_n10us(uint n); //延時函數

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:LCD_init();
 * ;功    能:初始化LCD1602
 * ;占用資源:--
 * ;參數說明:--
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
void LCD_init(void) {
    delay_n10us(10);
    LCD_write_command(0x38); //設置8位格式，2行，5x7
    delay_n10us(10);
    LCD_write_command(0x0c); //整體顯示，關光標，不閃爍
    delay_n10us(10);
    LCD_write_command(0x06); //設定輸入方式，增量不移位
    delay_n10us(10);
    LCD_write_command(0x01); //清除屏幕顯示
    delay_n10us(100); //延時清屏，延時函數，延時約n個10us
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:LCD_write_command();
 * ;功    能:LCD1602寫指令函數
 * ;占用資源: P2.0--RS(LCD_RS),P2.1--RW(LCD_RW),P2.2--E(LCD_E).
 * ;參數說明:dat為寫命令參數
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
void LCD_write_command(uchar dat) {
    delay_n10us(10);
    LCD_RS = 0; //指令
    LCD_RW = 0; //寫入
    LCD_E = 1; //允許
    LCD_DB = dat;
    delay_n10us(10); //實踐證明，我的LCD1602上，用for循環(huán)1次就能完成普通寫指令。
    LCD_E = 0;
    delay_n10us(10); //實踐證明，我的LCD1602上，用for循環(huán)1次就能完成普通寫指令。
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:LCD_write_data();
 * ;功    能:LCD1602寫數據函數
 * ;占用資源: P2.0--RS(LCD_RS),P2.1--RW(LCD_RW),P2.2--E(LCD_E).
 * ;參數說明:dat為寫數據參數
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
void LCD_write_data(uchar dat) {
    delay_n10us(10);
    LCD_RS = 1; //數據
    LCD_RW = 0; //寫入
    LCD_E = 1; //允許
    LCD_DB = dat;
    delay_n10us(10);
    LCD_E = 0;
    delay_n10us(10);
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:LCD_disp_char();
 * ;功    能:LCD1602顯示一個字符函數，在某個屏幕位置上顯示一個字符,X（0-15),y(1-2)。
;占用資源:--
 * ;參數說明:X為1602的列值(取值范圍是0-15),y為1602的行值(取值范圍是1-2)，dat為所要顯示字符對應的地址參數。
;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
void LCD_disp_char(uchar x, uchar y, uchar dat) {
    uchar address;
    if (y == 1)
        address = 0x80 + x;
    else
        address = 0xc0 + x;
    LCD_write_command(address);
    LCD_write_data(dat);
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:LCD_disp_str();
 * ;功    能:LCD1602顯示字符串函數，在某個屏幕起始位置{X（0-15),y(1-2)}上顯示一個字符串。
;占用資源:--
 * ;參數說明:X為1602的列值(取值范圍是0-15),y為1602的行值(取值范圍是1-2)，str為所要顯示字符串對應的指針參數。
;創(chuàng)建日期:2008.08.16
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
void LCD_disp_str(uchar x, uchar y, uchar * str) {
    uchar address;
    if (y == 1)
        address = 0x80 + x;
    else
        address = 0xc0 + x;
    LCD_write_command(address);
    while (* str != '\0') {
        LCD_write_data(* str);
        str++;
    }
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:delay_n10us();
 * ;功    能:延時函數，延時約n個10us
 * ;占用資源:--
 * ;參數說明:--
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.1(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:2008.08.16
 * ;修改說明:修改為較精確的延時函數
;-------------------------------------
 */
void delay_n10us(uint n) {
    uint i;
    for(i = n;i > 0;i--) {
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_(); //延時10us@12M晶振
    }
}
// *********************第一部分LCD1602設置 END****************************************
// *********************第二部分DHT90設置   START****************************************
sbit SCK = P2 ^ 6; //定義通訊時鐘端口
sbit DATA = P2 ^ 7; //定義通訊數據端口

typedef union {
    unsigned int i; //定義了兩個共用體
    float f;
}
value;

enum {
    TEMP, HUMI}; //TEMP=0,HUMI=1
// define noACK 0             //用于判斷是否結束通訊
// define ACK   1             //結束數據傳輸
// adr  command  r/w
// define STATUS_REG_W 0x06   //000   0011    0
// define STATUS_REG_R 0x07   //000   0011    1
// define MEASURE_TEMP 0x03   //000   0001    1
// define MEASURE_HUMI 0x05   //000   0010    1
// define RESET        0x1e   //000   1111    0
/**
 * ***************定義函數***************
 */
void s_transstart(void); //啟動傳輸函數
void s_connectionreset(void); //連接復位函數
char s_write_byte(unsigned char value); //DHT90寫函數
char s_read_byte(unsigned char ack); //DHT90讀函數
char s_measure(unsigned char * p_value, unsigned char * p_checksum, unsigned char mode); //測量溫濕度函數
void calc_dht90(float * p_humidity , float * p_temperature); //溫濕度補償

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:s_transstart();
 * ;功    能:啟動傳輸函數
 * ;占用資源:--
 * ;參數說明:--
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
void s_transstart(void)
// generates a transmission start
// _____         ________
// DATA:      |_______|
// ___     ___
 { // SCK : ___|   |___|   |______
    DATA = 1;
    SCK = 0; //Initial state
    _nop_();
    SCK = 1;
    _nop_();
    DATA = 0;
    _nop_();
    SCK = 0;
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    SCK = 1;
    _nop_();
    DATA = 1;
    _nop_();
    SCK = 0;
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:s_connectionreset();
 * ;功    能:連接復位函數
 * ;占用資源:--
 * ;參數說明:--
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
void s_connectionreset(void)
// communication reset: DATA-line=1 and at least 9 SCK cycles followed by transstart
// _____________________________________________________         ________
// DATA:                                                      |_______|
// _    _    _    _    _    _    _    _    _        ___     ___
 { // SCK : __| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |______|   |___|   |______
    unsigned char i;
    DATA = 1;
    SCK = 0; //Initial state
    for(i = 0;i < 9;i++) { // 9 SCK cycles
        SCK = 1;
        SCK = 0;
    }
    s_transstart(); //transmission start
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:s_write_byte();
 * ;功    能:DHT90寫函數
;占用資源:--
 * ;參數說明:--
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
char s_write_byte(unsigned char value)
// ----------------------------------------------------------------------------------
 { // writes a byte on the Sensibus and checks the acknowledge
    unsigned char i, error = 0;
    for (i = 0x80;i > 0;i /= 2) { // shift bit for masking
        if (i &value) DATA = 1; //masking value with i , write to SENSI-BUS
        else DATA = 0;
        SCK = 1; //clk for SENSI-BUS
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_(); //pulswith approx. 5 us    
        SCK = 0;
    }
    DATA = 1; //release DATA-line
    SCK = 1; //clk #9 for ack 
    error = DATA; //check ack (DATA will be pulled down by DHT90),DATA在第9個上升沿將被DHT90自動下拉為低電平。
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    SCK = 0;
    DATA = 1; //release DATA-line
    return error; //error=1 in case of no acknowledge //返回：0成功，1失敗
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:s_read_byte();
 * ;功    能:DHT90讀函數
;占用資源:--
 * ;參數說明:--
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
char s_read_byte(unsigned char ack)
{ // reads a byte form the Sensibus and gives an acknowledge in case of "ack=1"
    unsigned char i, val = 0;
    DATA = 1; //release DATA-line
    for (i = 0x80;i > 0;i /= 2) { // shift bit for masking
        SCK = 1; //clk for SENSI-BUS
        if (DATA) val = (val | i); //read bit  
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_(); //pulswith approx. 5 us
        SCK = 0;
    }
    if (ack == 1)DATA = 0; //in case of "ack==1" pull down DATA-Line
    else DATA = 1; //如果是校驗(ack==0)，讀取完后結束通訊
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_(); //pulswith approx. 5 us
    SCK = 1; //clk #9 for ack
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_(); //pulswith approx. 5 us 
    SCK = 0;
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_(); //pulswith approx. 5 us
    DATA = 1; //release DATA-line
    return val;
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:s_measure();
 * ;功    能:測量溫濕度函數
;占用資源:--
 * ;參數說明:--
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
char s_measure(unsigned char * p_value, unsigned char * p_checksum, unsigned char mode)
{ // makes a measurement (humidity/temperature) with checksum
    unsigned error = 0;
    unsigned int i;

    s_transstart(); //transmission start
    switch (mode) { // send command to sensor
        case TEMP : error += s_write_byte(MEASURE_TEMP);
            break;
        case HUMI : error += s_write_byte(MEASURE_HUMI);
            break;
        default : break;
    }
    for (i = 0;i < 65535;i++) if (DATA == 0) break; //wait until sensor has finished the measurement
    if (DATA) error += 1; // or timeout (~2 sec.) is reached  * (p_value) = s_read_byte(ACK); //read the first byte (MSB)  * (p_value + 1) = s_read_byte(ACK); //read the second byte (LSB)  * p_checksum = s_read_byte(noACK); //read checksum
    return error;
}

/**
 * --------------------------------------
 * ;模塊名稱:calc_dht90();
 * ;功    能:溫濕度補償函數
;占用資源:--
 * ;參數說明:--
 * ;創(chuàng)建日期:2008.08.15
 * ;版    本:FV1.0(函數版本Function Version)
 * ;修改日期:--
 * ;修改說明:--
 * ;-------------------------------------
 */
void calc_dht90(float * p_humidity , float * p_temperature)
// calculates temperature [C] and humidity [%RH]
// input :  humi [Ticks] (12 bit)
// temp [Ticks] (14 bit)
// output:  humi [%RH]
 { // temp [C]
    const float C1 = -4.0; // for 12 Bit
    const float C2 = + 0.0405; // for 12 Bit
    const float C3 = -0.0000028; // for 12 Bit
    const float T1 = + 0.01; // for 14 Bit @ 5V
    const float T2 = + 0.00008; // for 14 Bit @ 5V
   
    float rh = * p_humidity; // rh:      Humidity [Ticks] 12 Bit
    float t = * p_temperature; // t:       Temperature [Ticks] 14 Bit
    float rh_lin; // rh_lin:  Humidity linear
    float rh_true; // rh_true: Temperature compensated humidity
    float t_C; // t_C   :  Temperature [C]
   
    t_C = t * 0.01 - 40; //calc. temperature from ticks to [C]
    rh_lin = C3 * rh * rh + C2 * rh + C1; //calc. humidity from ticks to [%RH]
    rh_true = (t_C-25) * (T1 + T2 * rh) + rh_lin; //calc. temperature compensated humidity [%RH]
    if (rh_true > 100)rh_true = 100; //cut if the value is outside of
    if (rh_true < 0.1)rh_true = 0.1; //the physical possible range
     * p_temperature = t_C; //return temperature [C] * p_humidity = rh_true; //return humidity[%RH]
}
// *********************第二部分DHT90設置   END****************************************
// *********主函數*****************
void main(void) {
    value humi_val, temp_val;
    unsigned char error, checksum;
    unsigned int wendu, shidu;
    LCD_init();
    s_connectionreset();
    LCD_disp_str(0, 1, "TE");
    LCD_disp_str(0, 2, "RH");
    // *********初始化溫度顯示區(qū)*********
    LCD_disp_str(2, 1, "TTT.TC");
    // *********初始化濕度顯示區(qū)*********
    LCD_disp_str(2, 2, "RRR.R%");

    delay_n10us(20000); //延時0.2s
   
    while (1) {
        error = 0;
        error += s_measure((unsigned char *) &humi_val . i, &checksum, HUMI); //measure humidity
        error += s_measure((unsigned char *) &temp_val . i, &checksum, TEMP); //measure temperature
        if (error != 0) s_connectionreset(); //in case of an error: connection reset
        else {
            humi_val . f = (float)humi_val . i; //converts integer to float
            temp_val . f = (float)temp_val . i; //converts integer to float
            calc_dht90(&humi_val . f, &temp_val . f); //calculate humidity, temperature
            wendu = 10 * temp_val . f;
            LCD_disp_char(2, 1, wendu / 1000 + '0'); //顯示溫度百位
            LCD_disp_char(3, 1, (wendu % 1000) / 100 + '0'); //顯示溫度十位
            LCD_disp_char(4, 1, (wendu % 100) / 10 + '0'); //顯示溫度個位
            LCD_disp_char(6, 1, (wendu % 10) + '0'); //顯示溫度小數點后第一位
           
            shidu = 10 * humi_val . f;
            LCD_disp_char(2, 2, shidu / 1000 + '0'); //顯示濕度百位
            LCD_disp_char(3, 2, (shidu % 1000) / 100 + '0'); //顯示濕度十位
            LCD_disp_char(4, 2, (shidu % 100) / 10 + '0'); //顯示濕度個位
            LCD_disp_char(6, 2, (shidu % 10) + '0'); //顯示濕度小數點后第一位
        }
        // ----------wait approx. 0.8s to avoid heating up SHTxx------------------------------
        delay_n10us(80000); //延時約0.8s
    }
}
[/code]