基于51单片机+SHT30设计的环境温度与湿度检测设备(IIC模拟时序)

一、项目介绍

当前文章介绍基于51单片机和SHT30传感器设计的环境温度与湿度检测设备。设备采用IIC模拟时序通信协议，能够实时监测环境的温度和湿度，并将数据通过LCD显示屏显示出来；可以广泛应用于室内环境监测、气象观测、农业温室监测等领域。

在本项目中，使用了51单片机作为主控芯片，SHT30传感器作为温湿度传感器，LCD显示屏作为数据显示模块。通过51单片机的GPIO口模拟IIC通信协议，实现了与SHT30传感器的数据通信。

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二、硬件设计

2.1 硬件构成

本次设计所需的硬件主要包括以下部分：

  • STC89C52单片机
  • SHT30温湿度传感器
  • 串口通信模块
  • LCD1602显示屏
  • 电源模块
  • 杜邦线等连接线

2.2 硬件接口及信号

本次设计使用51单片机通过IIC总线与SHT30传感器进行通信，同时使用串口与上位机进行数据传输，并使用液晶显示屏显示当前温湿度值。

具体接口和信号定义如下：

(1) 51单片机与SHT30传感器之间的IIC接口：

端口功能说明
P2.0SDA数据线
P2.1SCL时钟线
P2.2RESET复位线

(2) 51单片机与串口通信模块之间的接口：

端口功能说明
P3.0TXD发送线
P3.1RXD接收线
P3.2GND地线

(3) 51单片机与液晶屏之间的接口：

端口功能说明
P1.0-P1.7DB0-DB7数据线
P0.0RS指令/数据选择线
P0.1RW读/写选择线
P0.2E使能线
P0.3CS片选线
VCC电源正极5V
GND电源地地

三、软件设计

3.1 SHT30传感器代码

下面代码读取SHT30传感器的值并通过串口打印。

#include <REG52.h>
#include <stdio.h>#define uchar unsigned char
#define uint unsigned intsbit 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);  // 主机发送写地址write_byte(0x2C);  // 选择开始温度测量命令write_byte(0x06);stop();delay(15);    // 延时等待温度测量完成start();write_byte(0x81);  // 主机发送读地址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; // 温度值转换公式return temp;
}float measure_humi(void)
{uchar humi_h, humi_l, crc;float humi;start();write_byte(0x80);  // 主机发送写地址write_byte(0x2C);  // 选择开始湿度测量命令write_byte(0x06);stop();delay(15);    // 延时等待湿度测量完成start();write_byte(0x81);  // 主机发送读地址humi_h=read_byte();  ack();humi_l=read_byte(); ack();crc=read_byte();stop();humi = ((humi_h<<8)+humi_l)*100.0/0xffff; // 湿度值转换公式return humi;
}void main()
{   float temp, humi;init_sht30();   // SHT30 初始化TMOD=0x20;      // 定时器0工作方式2，8位定时器，用于波特率设置TH1=0xfd;       // 波特率9600TL1=0xfd;TR1=1;          // 启动定时器0SCON=0x50;      // 设置串口工作方式1，允许接收，允许接收中断ES=1;           // 允许串口中断while(1){temp = measure_temp();humi = measure_humi();printf("Temperature: %.1fC, Humidity: %.1f%\n", temp, humi);delay(500); // 间隔时间500ms}
}void ser() interrupt 4 using 2
{if(RI)          // 接收到数据{RI=0;       // 清除标志位}if(TI)          // 发送完毕{TI=0;       // 清除标志位}
}

在上面的代码中，定义了两个函数 measure_temp 和 measure_humi，分别用于测量温度和湿度值，并返回结果。在主函数中，利用这两个函数得到当前的温湿度值，然后通过串口打印出来。

3.2 LCD1602显示屏代码

下面代码是LCD1602驱动代码，完成数字字符显示。

#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中写入数字12345RS = 0;  //选择指令寄存器LCD1602_DB = 0x80;  //设置地址为第一行的第一个字符位置(0x80 + 0x00)E = 1;delay(5);E = 0;RS = 1;  //选择数据寄存器LCD1602_DB = 0x31;  //写入数字1E = 1;delay(5);E = 0;LCD1602_DB = 0x32;  //写入数字2E = 1;delay(5);E = 0;LCD1602_DB = 0x33;  //写入数字3E = 1;delay(5);E = 0;LCD1602_DB = 0x34;  //写入数字4E = 1;delay(5);E = 0;LCD1602_DB = 0x35;  //写入数字5E = 1;delay(5);E = 0;delay(500); //间隔时间为500ms}
}

在上面的代码中，定义了函数 delay 用于延时等待，并且实现了LCD1602的初始化和写入操作。在主函数中，执行LCD1602的初始化操作，然后循环不断向LCD中写入数字12345，并且间隔时间为500ms。

3.3 完整代码

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>#define uchar unsigned char
#define uint unsigned intsbit SDA = P2^0;	//定义SDA引脚
sbit SCL = P2^1;	//定义SCL引脚
sbit CS = P0^3;		//定义液晶屏片选引脚
sbit RW = P0^1;		//定义液晶屏读/写引脚
sbit RS = P0^0;		//定义液晶屏指令/数据引脚
sbit E = P0^2;		//定义液晶屏使能引脚void delay(int n)	//延时函数，n为延时时间
{int i;while(n--){for(i=0; i<120; i++);}
}void start()		//开始信号
{SDA = 1;		//数据线高电平_nop_();SCL = 1;		//时钟线高电平_nop_();SDA = 0;		//数据线低电平_nop_();SCL = 0;		//时钟线低电平_nop_();
}void stop()			//结束信号
{SDA = 0;		//数据线低电平_nop_();SCL = 1;		//时钟线高电平_nop_();SDA = 1;		//数据线高电平_nop_();
}void ack()			//应答信号
{SDA = 0;		//数据线低电平_nop_();SCL = 1;		//时钟线高电平_nop_();SCL = 0;		//时钟线低电平_nop_();SDA = 1;		//数据线高电平_nop_();
}void nack()			//非应答信号
{SDA = 1;		//数据线高电平_nop_();SCL = 1;		//时钟线高电平_nop_();SCL = 0;		//时钟线低电平_nop_();
}void write_byte(uchar dat)	//写一个字节
{uchar i;for(i=0; i<8; i++){SDA = dat & 0x80;_nop_();SCL = 1;_nop_();SCL = 0;_nop_();dat <<= 1;}ack();
}uchar read_byte()	//读一个字节
{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()			//测量温湿度值
{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++);	//等待测量结果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;	//转化温度humi = 100 * humi / 65535;		//转化湿度//将温湿度值通过串口发送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)	//显示温湿度值
{uchar i;uchar temp_str[5];uchar humi_str[5];//转化为字符串sprintf(temp_str, "%.1f", temp);sprintf(humi_str, "%.1f", humi);//显示温度RS = 0;E = 1;P1 = 0x80;	//第一行第一个字符E = 0;RS = 1;for(i=0; i<5; i++){E = 1;P1 = temp_str[i];E = 0;}//显示湿度RS = 0;E = 1;P1 = 0xc0;	//第二行第一个字符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();	//测量温湿度值并通过串口发送delay(1000);display(temp, humi);	//显示温湿度值}
}

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