基于STC15W204S的温室智能变送器的设计

梅建虎

摘 要：针对温湿度传感器信息采集时驱动程序多集成在仪表端的现状，设计了1种基于微型处理器在温湿度传感器端进行驱动化处理并输出帧格式数据的温湿度传感模块。此设计采用温湿度传感器SHT10，LCD1602液晶屏，并通过串口通信将温湿度数据及时送到计算机显示，同时将显示的数据与设定值进行对比，若温湿度超过设定的范围，则启动蜂鸣器及LED灯报警。通过设计原理图，焊接电路，硬件调试，证明了该系统的可行性。

关键词：温湿度传感器SHT10；变送器；STC15W204S

中图分类号 TP273 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）15-0127-03

Abstract：in view of the temperature sensor information acquisition and integrated driver more explicit degrees in the status quo，this paper designed a kind of microprocessor based on temperature and humidity sensors to drive processing and output data of temperature and humidity sensor module frame format. This design USES the temperature and humidity sensor SHT10，LCD1602 LCD screen，and through a serial port communication will timely sent to the computer display，temperature and humidity data will display data compared with the set value at the same time，if the scope of the temperature and humidity more than set alarm buzzer and LED lamp is started. The feasibility of the system is proved by designing schematic diagram，welding circuit and hardware debugging.

Key words：Temperature and humidity sensor SHT10；The transmitter；STC15W204S

1 引言

溫室大棚在农产品生产和观赏花卉栽培方面起着重要作用，因此需要改善和提高温室大棚的科技水平和降低大棚建设的成本。目前，应用于温室大棚的温度检测系统多采用有模拟温度传感器、多路转换开关、A/D转换器及单片机等组成的传输系统。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把传感器信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高[1-5]。也有一部分设计研究使用的是PT100作为温度采集器，但其缺点在于需外接A/D转换模块，采集速度和精度不高。本设计所用的温湿度检测电路由SHT10、微控制器STC15W204s和MAX485组成，每个传感器使用同一个驱动电路，当上位机给出接受信号后，驱动电路工作，开始信号采集，且MAX485的传输距离可达到2km，方便远距离传输，此设计减少了驱动模块，体积小，成本低，具有明显优势。

2 系统总体方案设计

系统设计主要分为硬件电路设计和软件程序设计，硬件电路主要分为温湿度采集电路、单片机控制电路、报警电路、显示电路及串口电路。程序的设计使用C语言，因为C语言模块化编程，可读性较好，且具有很强的移植性，编写程序时可避免重复性工作。程序编译软件使用IAR FOR STM8编程软件。

采用单片机作为控制器的系统框如图1所示。

2.1 SHT10传感器单元设计 SHT10采集温室内的温湿度，经过传感器输出已校准的数字量。其采用3.3V供电，电源引脚VDD和GND之间增加一个100nF的电容用于去耦滤波。串行时钟输入SCK用于处理器与SHT10之间的通讯同步。串行数据DATA三态门用于MCU和SHT10之间的数据传输。为避免信号冲突，DATA脚需要1个外部的上拉电阻。SHT10传感器电路如图2所示：

2.2 报警单元设计 报警电路采用蜂鸣器和LED灯。蜂鸣器是无源蜂鸣器，因STM8S单片机PD4口带蜂鸣器复用功能，只能驱动无源蜂鸣器。由于单片机I/O口输出电流较小，驱动不了蜂鸣器，因此加了三极管S8050起放大电流的作用以及限流电阻。单片机内部LSI时钟可产生频率1KHz、2KHz及4KHz的蜂鸣信号。其次为了保证报警电路的可靠性增加LED闪烁报警，将LED接在单片机的SWIM即PD1口。当温湿度超过设定范围时报警电路启动蜂鸣器发声LED闪烁。报警电路如图3所示：

2.3 液晶显示单元设计 液晶显示用于显示温度和湿度，以便于人员观察。此电路供电不同于单片机供电电压，液晶显示是5V供电，10K的电位器用来调整液晶的对比度。STM8S单片机PB4、PB5引脚是真正的开漏输出，连接在1602的DB口时，要加上拉电阻。

2.4 信号传输单元设计 串口电路采用MAX3232芯片，MAX3232芯片是3.3V供电与单片机供电电压相同。电路中的电容值在MAX3232芯片手册上都为0.1uF。芯片上有2路串口，本设计只使用1路串口，分别接在单片机的PD6（UART_RX）引脚和PD5（UART_TX）引脚。串口通信电路如图5所示：

2.5 电源电路设计 电源电路是先通过USB提供5V电源用以给1602液晶显示供电，再通过AMS117正向低压降稳压器将5V电压降为3.3V给单片机及串口电路供电。电源电路如图6所示：

3 系统程序总体设计

系统的工作流程是传感器先采集环境中的温湿度数据，通过类似于I2C总线的方式送到STM8S单片机，单片机将温湿度数据进行修正，再将修正后的数据送与1602液晶显示，同时通过串口通信送到计算机显示。再设定温湿度允许范围，当环境温湿度低于或超过设定的范围时启动报警电路驅动蜂鸣器发声及LED闪烁直至调节环境温湿度到设定的范围内报警电路自动关闭。主程序流程图如图7所示：

SHT10读写数据的规则是：在时钟线的下降沿之后数据线改变状态，并在时钟线的上升沿有效。由于STM8S单片机与51单片机不同，它的I/O口输入输出方式是需要设置的，所以在启动SHT10数据传送时一定要注意设置STM8I/O的输入输出。发送数据时I/O口为推挽输出方式，读数据时I/O口为输入。SHT10子程序流程如图8所示：

4 结论

通过多次实验验证，此设计运用的传感器检测电路，运行稳定，精度高，成本低，达到了设计要求，且此系统的信号传输距离可达到2km左右。综合来说，此设计经济实用，操作方便。

5 结论

从电路板调试的情况来看，实现了方案设计的主要目的，使用的材料成本较低，且对于温湿度采集的速度和精度较高，适应于现今社会的农业生产要求。

参考文献

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[5]谈宏兴，施火泉，朱杰.基于C8051单片机的温度变送器设计[J].江南大学学报（自然科学版），2013，12（04）：415-418.

[6]张杰，杨笔锋，严学阳，等.基于STC15W204S单片机模拟单总线EEPROM芯片DS2431[J].微型机与应用，2017，36（08）：31-33，38.

（责编：张宏民）