秦 偉

(陜西理工學院 物理與電信工程學院，陜西 漢中 723003)

溫度與濕度與人們的生活息息相關(guān)，與人的生理與心理狀態(tài)與環(huán)境溫度密切相關(guān)。傳統(tǒng)的溫濕度計，溫度是用水銀柱來顯示的，濕度是用機械式指針顯示、價格便宜，但是它精確度不高，不易讀數(shù)。采用單片機對溫濕度進行檢測，用LCD來顯示溫濕度的數(shù)值，不僅具有測量方便、簡單和靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高溫濕度檢測的精度，示數(shù)也更加直觀易讀。

1 溫濕度傳感器AM 2301

數(shù)字溫濕度傳感器AM2301是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合型傳感器,包括一個NTC測溫元件和一個電容式感濕元件，并與一個高性能8位單片機相連接，因此該產(chǎn)品具有超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。

AM2301數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式：40bit數(shù)據(jù)=16bit濕度數(shù)據(jù)+16bit溫度數(shù)據(jù)+8bit校驗和。濕度高8位+濕度低8位+溫度高8位+溫度低8位=校驗和（末8位）。例如：接收40bit數(shù)據(jù)如下：

byte4 byte3 byte2 byte1 byte0

0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110

濕度數(shù)據(jù)：0000 0010 1000 1100

溫度數(shù)據(jù)：0000 0001 0101 1111

0000 0010+1000 1100+0000 0001+0101 1111=1110 1110

所以校驗和為1110 1110。

由以上數(shù)據(jù)就可得到濕度和溫度的值計算方法：

hum(濕度)=byte4.byte3=65.2(%RH)

temp（溫度）=byte2.byte1=35.1（℃）

Verify（校驗）=byte4+byte3+byte2+byte1

當溫度低于0℃時溫度數(shù)據(jù)的最高位置1。

例如：-10.1℃表示為1000 0000 0110 0101

2 系統(tǒng)硬件電路設計

系統(tǒng)硬件電路主要由AT89C51單片機、AM2301溫濕度傳感器、FM1602C液晶顯示三部分電路構(gòu)成。AM2301用于檢測環(huán)境溫濕度，單片機AT89C51讀取AM2301的溫濕度數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行校驗、數(shù)據(jù)處理，處理后AT89C51控制液晶FM1602C將處理的數(shù)據(jù)顯示出來。系統(tǒng)電路如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)電路圖

（1）AM2301溫濕度傳感器電路。AM2301為4針單排引腳封裝，4個引腳分別為：VDD、DATA、GND、NC。VDD供電范圍為直流3.3～5.5V，電源引腳VDD和GND之間可增加一個100nF電容，用于去耦濾波。設計中用5V直流供電；DATA用于和處理器之間的通訊和同步，采用單總線格式，設計中將該引腳接5KΩ上拉電阻并連接到AT89C51的P2.0；GND接地；NC空腳，設計中該引腳懸空。

（2）液晶顯示電路。FM1602C為16針單排引腳封裝,16個引腳分別為：VSS、VDD、VEE、RS、RW、E、DB0-DB7、BLA、BLK。VSS電源地；VDD電源，設計中接+5V電源；VEE液晶驅(qū)動電壓，設計中VEE經(jīng)10KΩ可調(diào)電阻接+5V；RS寄存器選擇，設計中RS接單片機P2.3，當P2.3輸出高電平時表示數(shù)據(jù)輸入，當P2.3輸出低電平時表示指令代碼輸入；RW讀寫信號，RW接單片機P2.2,當P2.2為高電平時表示讀數(shù)據(jù)，當P2.2為低電平時表示寫數(shù)據(jù)；E使能信號，E接單片機P2.2；DB0-DB7數(shù)據(jù)線，DB0-DB7分別對應接至單片機P0.0-P0.7,并且P0.0-P0.7作為準雙向IO口，在使用時外接10K上拉排阻；BLA背光源負，實際測試中接地；BLK背光源正，實際測試中接+5V電源。

（3）電源電路。設計采用市電或備用電源供電，市電供電使用通用LM7805穩(wěn)壓芯片，即將市電轉(zhuǎn)換為9V交流經(jīng)整流濾波后用LM7805穩(wěn)壓獲得5V直流。備用電源用三節(jié)1.5V 7號電池供電。

3 系統(tǒng)軟件設計

（1）系統(tǒng)主程序設計。系統(tǒng)上電，AT89C51首先完成對串口及LCD1602的初始化工作，然后開始讀取am2301的溫濕度數(shù)據(jù)，對讀取的數(shù)據(jù)進行校驗，如果錯誤則重新讀取，如果數(shù)據(jù)正確則將讀取的溫濕度數(shù)據(jù)存入內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，然后對該數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將結(jié)果存入數(shù)據(jù)顯示寄存區(qū)，將待顯示數(shù)據(jù)送LCD1602顯示，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至串口，然后重新進行下一輪溫濕度數(shù)據(jù)讀取與顯示。系統(tǒng)主程序如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主程序流程圖

（2）AM2301溫濕度讀取程序設計。通過單總線訪問AM2301。首先主機發(fā)開始信號，然后主機等待接收AM2301響應信號，當AM2301發(fā)出響應信號后，主機則連續(xù)接收AM2301送出的40位數(shù)據(jù)，對40位數(shù)據(jù)校驗正確后則存入內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存區(qū)。

4 結(jié)語

基于AM2301的家用溫濕度計,經(jīng)實驗驗證，溫度絕對偏差最大為0.5℃，濕度絕對偏差最大為3%RH，設計運行穩(wěn)定。LCD顯示數(shù)字讀數(shù)方面，便于掌握環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，適合醫(yī)院、倉庫、家庭環(huán)境等測量溫濕度。