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摘要：该文介绍了以STC12C5A16S2单片机为核心，对温湿度实时采集的设计与实现。用温湿度传感器采集温度、湿度，从DS1302时钟芯片读取当前日期和时间，经过STC12C5A16S2单片机分析处理后在1602液晶上显示，并通过CH376模块将采集到的时间和温湿度数据保存到U盘。若温湿度不在预定范围内可自动报警。
关键词：STC12C5A16S2单片机；DSl302时钟芯片；1602液晶；CH376S模块；报警
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）17-0237-03
1概述
温度、湿度是和人类生存密切相关的一项重要指标。小到体温、皮肤湿润度，大到一个生态系统的温湿度控制等等，都与之相关。基于CH376S的实时温湿度采集可以保证数据的科学性，节省不必要的人力资源浪费，而且目前单片机已渗透到我们生产、生活的各个领域，其价格便宜，学习简单，使用12C5A16S2单片机实现的实时温湿度采集可以准确地监测到各个时间点的温湿度变化，能够满足控制要求，总而言之，基于CH376S的实时温湿度采集具有广阔前景和实用价值。
2系统方案设计
2.1系统主控模块及框图
CH376S温湿度采集系统包括DS1302时钟模块、SHT20温湿度传感器模块、LCD1602模块、CH376S U盘存储模块。
2.2总体方案设计
12C5A16S2作为主控制器，主要处理SHT20温湿度传感器和DS1302时钟芯片送来的数据，然后通过CH376模块将数据存储到U盘里，并在1602液晶上实时显示出来。若所采集温湿度不在预设范围内，则启动报警装置。U盘里的数据可保存为XLS格式，方便处理和分析。系统原理图如图2所示。
3硬件电路设计
3.1主控模块
常用的STC89C52RC单片机不能满足设计要求，本次设计采用的主控模块为STC公司的STC12C5A16S2单片机。STC12C5A16S2单片机是台湾宏晶公司推出的新一代超强抗干扰、高速、搞可靠性、超低功耗的8051单片机，编程语言完全与传统8051单片机兼容。
3.2时钟模块
DSl302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能，工作电压为2.5V～5.5V。本设计采用5V供电，与单片机通信的RST、I/O、SCLK分别与单片机的P2.4、P2.3、P2.2相连，DSl302振荡源采用32.768k晶振。
DSl302与上一代的DS1202相比增加了主电源/后备电源双电源引脚。其中VCC2为主电源、VCC1为后备电源，后备电源采用的是CR1220 3V锂电池。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行，保证了所采集温湿度数据的实时性。DS1302引脚图如图3。
3.3显示模块
LCD1602是一个专门用于显示数字、字母、符号等的点阵型液晶模块，价格便宜，并且能够同时显示16×2即32个字符。液晶的RS、E分别与单片机的P3.5、P3.3连接，RW直接接地，数据端与单片机的P1口依次连接。
3.4传感器模块
本次设计采用的温湿度传感器为SHT20，是标准的12C格式输出。SHT20温湿度传感器的SDA、SCL分别与单片机的P2.1、P2.5相连进行数据传输。与DHT11传感器相比SHT20相对更稳定，数据更加准确。SHT20是一个经过改进的电容式湿度传感元件和一个标准的能隙温度传感元件。供电范围为2.1-3.6V，本设计采用AMS1117模块进行5V-3.3V电压转换，为SHT20供电。电源和接地之间须连接一个100nF的去耦电容，且电容的位置应尽可能靠近传感器。
传感器模块在一定范围内，性能稳定，但是若长期将传感器放到室外或其他恶劣环境中，尤其是在湿度>80%时，可能会造成温漂，使采集到的数据不准确。再将传感器放入正常环境，数据会慢慢恢复为准确值。
3.5 U盘存储模块
很多数码产品以及单片机系统都需要数据存储，以便于对数据进行分析。当前，U盘以其便携，价格相对适中，占据市场主导，所以采用U盘作为设备存储器是非常合理的。
CH376是U盘和SD卡文件管理控制芯片，能够存取U盘或者SD卡中的文件。数据采集时U盘格式要作出一定的修改，WINDOWS下的NTFS格式不能进行数据采集，U盘默认的FAT32格式可以进行存储操作。CH376可以用内置程序软件直接检测USB设备是否连接。采集到的数据格式可以为TXT、XLS等多种格式，方便处理和分析。
3.6报警模块
本设计所采用的报警模块为LED灯，当温度超出设定范围时，给P2.7一个低电平，红色LED亮起，当湿度高于设定范围时，给P3.4一个低电平，黄色LED亮。否则，指示灯为熄灭状态。LED旁串接一个1K分压电阻，防止烧坏LED小灯。
4软件设计
4.1软件总流程图
插入U盘后，LCD显示处理后的时间和温湿度数值，U盘开始实时存储数据。同时判断温湿度是否在预设范围，若不在设定范围内，点亮对应的LED灯；若温在设定范围内，则熄灭相应的LED灯。数据存储格式为一次采集10组数据，采集完成后进行软件复位，直接用追加的方式进行下一组的数据采集。取出U盘，则采集结束。软件总流程图如图4所示。
4.2 DS1302程序流程图
首先对DS1302初始化，然后使DS1302不具备写保护，再向其写入数据和地址，最后把时间在液晶上显示，并存储到U盘。DS1302程序流程图如图5所示。
SHT20采用标准的12C格式輸出，其输出的数据已经过标准的数字信号标定，误差相对更小。上电后，需短暂延时以保证所采集数据的可靠性。SHT20模块程序流程图如图6。
5总结
通过本次设计，我发现了自己的许多不足，考虑问题不够全面，以至于在硬件电路的设计部分走了许多弯路，对编程和一些软件使用方面的生疏也使我吃了不少苦头。但总体来说，我学到的更多，书本知识更容易与实际结合，动手能力也得到了极大增强。
关键词：STC12C5A16S2单片机；DSl302时钟芯片；1602液晶；CH376S模块；报警
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）17-0237-03
1概述
温度、湿度是和人类生存密切相关的一项重要指标。小到体温、皮肤湿润度，大到一个生态系统的温湿度控制等等，都与之相关。基于CH376S的实时温湿度采集可以保证数据的科学性，节省不必要的人力资源浪费，而且目前单片机已渗透到我们生产、生活的各个领域，其价格便宜，学习简单，使用12C5A16S2单片机实现的实时温湿度采集可以准确地监测到各个时间点的温湿度变化，能够满足控制要求，总而言之，基于CH376S的实时温湿度采集具有广阔前景和实用价值。
2系统方案设计
2.1系统主控模块及框图
CH376S温湿度采集系统包括DS1302时钟模块、SHT20温湿度传感器模块、LCD1602模块、CH376S U盘存储模块。
2.2总体方案设计
12C5A16S2作为主控制器，主要处理SHT20温湿度传感器和DS1302时钟芯片送来的数据，然后通过CH376模块将数据存储到U盘里，并在1602液晶上实时显示出来。若所采集温湿度不在预设范围内，则启动报警装置。U盘里的数据可保存为XLS格式，方便处理和分析。系统原理图如图2所示。
3硬件电路设计
3.1主控模块
常用的STC89C52RC单片机不能满足设计要求，本次设计采用的主控模块为STC公司的STC12C5A16S2单片机。STC12C5A16S2单片机是台湾宏晶公司推出的新一代超强抗干扰、高速、搞可靠性、超低功耗的8051单片机，编程语言完全与传统8051单片机兼容。
3.2时钟模块
DSl302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能，工作电压为2.5V～5.5V。本设计采用5V供电，与单片机通信的RST、I/O、SCLK分别与单片机的P2.4、P2.3、P2.2相连，DSl302振荡源采用32.768k晶振。
DSl302与上一代的DS1202相比增加了主电源/后备电源双电源引脚。其中VCC2为主电源、VCC1为后备电源，后备电源采用的是CR1220 3V锂电池。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行，保证了所采集温湿度数据的实时性。DS1302引脚图如图3。
3.3显示模块
LCD1602是一个专门用于显示数字、字母、符号等的点阵型液晶模块，价格便宜，并且能够同时显示16×2即32个字符。液晶的RS、E分别与单片机的P3.5、P3.3连接，RW直接接地，数据端与单片机的P1口依次连接。
3.4传感器模块
本次设计采用的温湿度传感器为SHT20，是标准的12C格式输出。SHT20温湿度传感器的SDA、SCL分别与单片机的P2.1、P2.5相连进行数据传输。与DHT11传感器相比SHT20相对更稳定，数据更加准确。SHT20是一个经过改进的电容式湿度传感元件和一个标准的能隙温度传感元件。供电范围为2.1-3.6V，本设计采用AMS1117模块进行5V-3.3V电压转换，为SHT20供电。电源和接地之间须连接一个100nF的去耦电容，且电容的位置应尽可能靠近传感器。
传感器模块在一定范围内，性能稳定，但是若长期将传感器放到室外或其他恶劣环境中，尤其是在湿度>80%时，可能会造成温漂，使采集到的数据不准确。再将传感器放入正常环境，数据会慢慢恢复为准确值。
3.5 U盘存储模块
很多数码产品以及单片机系统都需要数据存储，以便于对数据进行分析。当前，U盘以其便携，价格相对适中，占据市场主导，所以采用U盘作为设备存储器是非常合理的。
CH376是U盘和SD卡文件管理控制芯片，能够存取U盘或者SD卡中的文件。数据采集时U盘格式要作出一定的修改，WINDOWS下的NTFS格式不能进行数据采集，U盘默认的FAT32格式可以进行存储操作。CH376可以用内置程序软件直接检测USB设备是否连接。采集到的数据格式可以为TXT、XLS等多种格式，方便处理和分析。
3.6报警模块
本设计所采用的报警模块为LED灯，当温度超出设定范围时，给P2.7一个低电平，红色LED亮起，当湿度高于设定范围时，给P3.4一个低电平，黄色LED亮。否则，指示灯为熄灭状态。LED旁串接一个1K分压电阻，防止烧坏LED小灯。
4软件设计
4.1软件总流程图
插入U盘后，LCD显示处理后的时间和温湿度数值，U盘开始实时存储数据。同时判断温湿度是否在预设范围，若不在设定范围内，点亮对应的LED灯；若温在设定范围内，则熄灭相应的LED灯。数据存储格式为一次采集10组数据，采集完成后进行软件复位，直接用追加的方式进行下一组的数据采集。取出U盘，则采集结束。软件总流程图如图4所示。
4.2 DS1302程序流程图
首先对DS1302初始化，然后使DS1302不具备写保护，再向其写入数据和地址，最后把时间在液晶上显示，并存储到U盘。DS1302程序流程图如图5所示。
SHT20采用标准的12C格式輸出，其输出的数据已经过标准的数字信号标定，误差相对更小。上电后，需短暂延时以保证所采集数据的可靠性。SHT20模块程序流程图如图6。
5总结
通过本次设计，我发现了自己的许多不足，考虑问题不够全面，以至于在硬件电路的设计部分走了许多弯路，对编程和一些软件使用方面的生疏也使我吃了不少苦头。但总体来说，我学到的更多，书本知识更容易与实际结合，动手能力也得到了极大增强。