一.简介
★本设计采用STC89C52RC作为主控芯片，编程简单易于控制。配合使用BMP180气压传感器和AHT10温湿度传感器，可以检测大气温湿度和压强，并可以通过气压换算出绝对高度。
★本设计集成CH340模块，可直接通过usb口下载程序。同时还集成降压稳压模块，可以使用5V以上的电池进行供电。
★本设计将剩余的I/O引脚引出，可供二次开发和功能扩展。同时配有5V和3.3V的电源输出引脚。配有4个按键，开源资料的代码中配有按键使用的代码，但没有使用。
二.设计展示
1.实物展示图
2.原理图
3.PCB布线图
4.三维图展示
三.AHT10介绍
1.简介
AHT10是一款精度高，完全校准，贴片封装的温湿度传感器，MEMS的制作工艺。传感器包括一个MEMS半导体电容式感湿元件、一个标准的片上温度传感器、一个全新设计的ASIC芯片。
AHT10 通信方式采用标准IIC通信方式，超小的体积、极低的功耗。温湿度传感器均在高精度的恒温恒湿腔室中进行出厂校准，直接输出经温度补偿后的湿度、温度等信息，用户无需要对湿度进行温度补偿，便可得到准确的温湿度信息。
2.详细特性介绍（参考AHT10数据手册）
★AHT10用于测量空气相对湿度和温度。
★对于相对湿度的测量，其分辨率可达0.024%，典型精度误差为2%，测量范围是0%-100%。一般情况下，相对湿度只需保留小数点后一位即可。
★对于温度的测量，其分辨率可达0.01℃，典型精度误差为±0.3℃，测量范围是-40℃-85℃。一般情况下，温度也只需保留小数点后一位。
★虽然从数据手册中可知，AHT10的最大供电电压为3.6V，但是直接购买的模块基本都配有降压稳压芯片，因此可支持5V供电。此外，测量时的功耗可低至0.07mW。
I2C总线中，SDA和SCL都需要接上拉电阻；VDD脚需要外接0.1uF的滤波电容。购买的模块的中所有外围电路都已配备。
3.代码编写指南
由图可知，当需要向设备写字节时，需发送0x70（读写位为0），当需要从设备读字节时，需发送0x71（读写位为1）。
以上内容均会体现在下面的代码中，只需对比理解即可。
#define AHT_ADDRESS 0x70 //AHT10器件地址
#define WRITE_CONFIG 0xe1 //写系统配置寄存器命令
#define TRIG_MEASURE 0xac //触发测量命令
#define SOFT_RESET 0xba //软复位命令
/******************************************
函数名称：AHT_Read_Status
函数功能：读取AHT10状态寄存器
入口参数：无
返回 值：状态寄存器8位数据
******************************************/
unsigned char AHT_Read_Status(void)
{
unsigned char Byte_first;
AHT_Start();
AHT_SendByte(AHT_ADDRESS+1); //读命令
AHT_WaitAck();
Byte_first = AHT_RecByte(); //读取状态寄存器
AHT_SendAck(1);
AHT_Stop();
return Byte_first;
}
/******************************************
函数名称：AHT_Read_Enable
函数功能：AHT10状态寄存器校准使能位读取
入口参数：无
返回 值：0-未校准，1-已校准
******************************************/
unsigned char AHT_Read_Enable(void)
{
unsigned char val = 0;
val = AHT_Read_Status();
if((val & 0x68) == 0x08) //判断bit[3]是否为1
return 1;
else
return 0;
}
/******************************************
函数名称：AHT_SendBA
函数功能：AHT10软复位
入口参数：无
返回 值：无
******************************************/
void AHT_SendBA(void)
{
AHT_Start();
AHT_SendByte(AHT_ADDRESS); //写命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(SOFT_RESET); //软复位命令
AHT_WaitAck();
AHT_Stop();
}
/******************************************
函数名称：AHT_Init
函数功能：AHT10初始化校准函数
入口参数：无
返回 值：0-初始化失败，1-初始化成功
******************************************/
unsigned char AHT_Init(void)
{
unsigned char counter;
AHT_Start();
AHT_SendByte(AHT_ADDRESS); //写命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(WRITE_CONFIG); //写系统配置寄存器命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(0x08); //初始化命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(0x00);
AHT_WaitAck();
AHT_Stop();
Delay500ms();
while(AHT_Read_Enable() == 0) //如果状态寄存器bit[3]为0，代表未校准，重新初始化校准
{
AHT_SendBA(); //AHT10软复位
Delay100ms();
AHT_Delay(11038);
AHT_Start();
AHT_SendByte(AHT_ADDRESS); //写命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(WRITE_CONFIG); //写系统配置寄存器命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(0x08); //初始化命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(0x00);
AHT_WaitAck();
AHT_Stop();
counter++;
if(counter >=10) //如果循环10以上，则初始化失败
return 0;
Delay500ms();
}
return 1; //初始化成功
}
★上述代码中，只需要在主程序开始阶段使用AHT_Init（）函数即可，用于设备的初始化。
AHT10的温湿度均为20位数据，因此转换公式中均除以2的20次方。
extern unsigned long humidity_dat; //湿度原始数据
extern unsigned long temperature_dat; //温度原始数据
/******************************************
函数名称：AHT_SendAC
函数功能：AHT10发送触发测量数据命令
入口参数：无
返回 值：无
******************************************/
void AHT_SendAC(void)
{
AHT_Start();
AHT_SendByte(AHT_ADDRESS); //写命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(TRIG_MEASURE); //触发测量命令
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(0x33); //后两个为固定命令，无特殊含义
AHT_WaitAck();
AHT_SendByte(0x00);
AHT_WaitAck();
AHT_Stop();
}
/******************************************
函数名称：read_hum_temp
函数功能：读取AHT10温湿度值
入口参数：无
返回 值：无
******************************************/
void read_hum_temp(void)
{
unsigned char cnt=0;
volatile unsigned char Byte_1th = 0;
volatile unsigned char Byte_2th = 0;
volatile unsigned char Byte_3th = 0;
volatile unsigned char Byte_4th = 0;
volatile unsigned char Byte_5th = 0;
volatile unsigned char Byte_6th = 0;
AHT_SendAC(); //发送触发测量命令
Delay100ms(); //发送触发测量命令后至少延时75ms然后检验状态位
while((AHT_Read_Status()&0x80)==0x80) //校验状态位，判断设备是否繁忙（处于测量状态）
{
AHT_Delay(1508);
if(cnt++>=100)
break;
}
AHT_Start();
AHT_SendByte(AHT_ADDRESS+1); //读命令
AHT_WaitAck();
Byte_1th = AHT_RecByte(); //状态寄存器
AHT_SendAck(0);
Byte_2th = AHT_RecByte(); //湿度前8bit
AHT_SendAck(0);
Byte_3th = AHT_RecByte(); //湿度中8bit
AHT_SendAck(0);
Byte_4th = AHT_RecByte(); //湿度后4bit和温度前4bit
AHT_SendAck(0);
Byte_5th = AHT_RecByte(); //温度中8bit
AHT_SendAck(0);
Byte_6th = AHT_RecByte(); //温度后8bit
AHT_SendAck(1);
AHT_Stop();
//合并湿度的20位数据
humidity_dat = (humidity_dat|Byte_2th)<<8;
humidity_dat = (humidity_dat|Byte_3th)<<8;
humidity_dat = humidity_dat|Byte_4th;
humidity_dat = humidity_dat>>4;
//合并温度的20位数据
temperature_dat = (temperature_dat|(Byte_4th&0x0f))<<8;
temperature_dat = (temperature_dat|Byte_5th)<<8;
temperature_dat = temperature_dat|Byte_6th;
}
long temperature,humidity;
//温湿度还原公式，需要将其放在主函数中，即read_hum_temp（）函数之后
humidity = humidity_dat*1000.0/1024/1024; //湿度转换
temperature = temperature_dat*200.0/1024/1024-50; //温度转换
四.BMP180介绍
1.简介
BMP180是一款高精度、小体积、超低能耗的压力传感器，可以应用在移动设备中。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.03hPa，并且耗电极低，只有3uA。
BMP180 通信方式采用标准IIC通信方式，其内部集成了温度传感器和压力传感器，可以测量大气温度和气压，可通过对应公式换算出对海拔高度。
其内部有一个EEPROM，用于存放176位校准系数数据。
2.详细特性介绍（参考BMP180数据手册）
★气压测量范围为：300hPa~1100hPa；
★温度测量范围为：-40℃~85℃。
3.代码编写指南
（1）.首先需要了解BMP180校准系数的读取
由图可知，当需要向设备写字节时，需发送0xee（读写位为0），当需要从设备读字节时，需发送0xef（读写位为1）。
BMP180获取到气压和温度数据后，不能直接使用。需要用其内部EEPROM中保存的校准系数进行处理，才能还原出对应的气压和温度。
主程序开始时，需要先从EEPROM中将176位的校准系数读取出来，用于后面的气压与气温原始数据的校准。具体代码如下：
#define BMP180_Address 0xee //BMP180器件地址
/******************************************
函数名称：write_bmp
函数功能：向一个寄存器写一个字节数据
入口参数：add-寄存器地址
dat-需要写入的数据
返回 值：无
******************************************/
void write_bmp(unsigned char add,unsigned char dat)
{
BMP_Start();
BMP_SendByte(BMP180_Address); //写命令
BMP_WaitAck();
BMP_SendByte(add); //写寄存器地址
BMP_WaitAck();
BMP_SendByte(dat); //写数据
BMP_WaitAck();
BMP_Stop();
}
/******************************************
函数名称：read_bmp
函数功能：从指定寄存器读一个字节数据
入口参数：add-寄存器地址
返回 值：一个字节8位数据
******************************************/
unsigned char read_bmp(unsigned char add)
{
unsigned char dat;
BMP_Start();
BMP_SendByte(BMP180_Address); //写命令
BMP_WaitAck();
BMP_SendByte(add); //写寄存器地址
BMP_WaitAck();
BMP_Start();
BMP_SendByte(BMP180_Address+1); //读命令
BMP_WaitAck();
dat = BMP_RecByte(); //读取一个字节数据
BMP_SendAck(1);
BMP_Stop();
return dat;
}
/******************************************
函数名称：read_bmp
函数功能：从相邻的两个指定寄存器读取两个字节数据
入口参数：add-第一个寄存器地址
返回 值：两个字节16位数据
******************************************/
short multiple_read(unsigned char add)
{
unsigned int msb,lsb;
short dat;
BMP_Start();
BMP_SendByte(BMP180_Address); //写命令
BMP_WaitAck();
BMP_SendByte(add); //写寄存器地址
BMP_WaitAck();
BMP_Start();
BMP_SendByte(BMP180_Address+1); //读命令
BMP_WaitAck();
msb = BMP_RecByte(); //读取第一个字节
BMP_SendAck(0);
lsb = BMP_RecByte(); //读取第二个字节
BMP_SendAck(1);
BMP_Stop();
Delay5ms();
dat = msb*256+lsb; //合并成16位数据
return dat;
}
//校准系数
extern short ac1,ac2,ac3,b1,b2,mb,mc,md;
extern unsigned short ac4,ac5,ac6;
/******************************************
函数名称：Init_BMP180
函数功能：读取BMP180EEPROM中的176bit校准数据
入口参数：无
返回 值：无
******************************************/
void Init_BMP180(void)
{
ac1 = multiple_read(0xAA);
ac2 = multiple_read(0xAC);
ac3 = multiple_read(0xAE);
ac4 = multiple_read(0xB0);
ac5 = multiple_read(0xB2);
ac6 = multiple_read(0xB4);
b1 = multiple_read(0xB6);
b2 = multiple_read(0xB8);
mb = multiple_read(0xBA);
mc = multiple_read(0xBC);
md = multiple_read(0xBE);
}
（2）.接着进行BMP180的气压与温度原始数据读取
0x2E对应温度采集，后四个对应气压采集（oss表示 oversampling_setting，过采样设置），具体对应如下表所示：
oss=0时，每次气压数据AD转换采样1次；
oss=1时，每次气压数据AD转换采样2次；
oss=2时，每次气压数据AD转换采样4次；
oss=3时，每次气压数据AD转换采样8次；
★随着采样次数的增加，转换所需要的时间也相应加长，但获得的数据会更加精确，噪声干扰减小。
★有关该控制寄存器具体介绍如下：
☆bit[4:0]用于选择需要采样的数据（气压 /温度）；
☆bit[5]为转换标志位，为1时代表正在AD转换；
☆bit[7:6]为气压的过采样设置。
有关温度与气压的原始数据读取如下：（一般情况下，两个数据均设定为16bit）
/******************************************
函数名称：bmp_read_ut
函数功能：BMP180温度原始值读取
入口参数：无
返回 值：温度原始数据
******************************************/
long bmp_read_ut(void)
{
BMP_Start();
BMP_SendByte(BMP180_Address); //写数据
BMP_WaitAck();
BMP_SendByte(0xf4); //写控制寄存器地址
BMP_WaitAck();
BMP_SendByte(0x2e); //读取温度命令
BMP_WaitAck();
BMP_Stop();
Delay5ms();
return (long)multiple_read(0xf6);
}
/******************************************
函数名称：bmp_read_up
函数功能：BMP180气压原始值读取
入口参数：无
返回 值：气压原始数据
******************************************/
long bmp_read_up(void)
{
BMP_Start();
BMP_SendByte(BMP180_Address); //写数据
BMP_WaitAck();
BMP_SendByte(0xf4); //写控制寄存器地址
BMP_WaitAck();
BMP_SendByte(0x34); //读取压力值，bit7~6控制过采样率，bit5置1代表开始转换，bit4~0决定采样数据；
//0x34时每次只采样一次，耗时4.5ms
BMP_WaitAck();
BMP_Stop();
Delay5ms();
return ((long)multiple_read(0xf6)&0x0000ffff); //读取2个字节数据
}
由上图可知，代码中读取数据的第一个字节寄存器地址为0xf6，是因为0xf6和0xf7中分别存储数据的高8位与低8位。
这两个数据寄存器中存储的数据，是由控制寄存器中的数据选择位(bit[4:0]）决定，即气压数据和温度数据共用这两个数据寄存器。
（3）.最后需要对原始数据进行校准
BMP180的数据手册中给出了校准系数的使用方法，具体如下图所示：
其代码实现为：
/******************************************
函数名称：bmp180_read_tp
函数功能：BMP180数据读取并校准
入口参数：choice：0-读取温度并校准，1-读取气压并校准
返回 值：温度/气压
******************************************/
long bmp180_read_tp(unsigned char choice)
{
long ut,up;
long x1,x2,x3,p;
long b3,b5,b6,b7;
unsigned long b4;
long temperature,pressure; //校准后的温度和气压
ut = bmp_read_ut(); //第一次读取数据会错误，不能省略该步骤
ut = bmp_read_ut(); //第二次读取温度原始数据
up = bmp_read_up(); //读取湿度原始数据
//根据数据手册的方法校准数据
if(choice == 0) //校准温度
{
x1 = ((ut -ac6)*ac5)>>15;
x2 = (((long)mc) << 11)/(x1 + md);
b5 = x1 + x2;
temperature = (b5 + 8) >> 4;
return temperature;
}
else //校准气压
{
//只使用气压时，同样需要温度校准时的步骤
x1 = ((ut -ac6)*ac5)>>15;
x2 = (((long)mc) << 11)/(x1 + md);
b5 = x1 + x2;
b6 = b5 - 4000;
x1 = ((long)b2 * (b6 * b6 >> 12)) >> 11;
x2 = ((long)ac2) * b6 >> 11;
x3 = x1 + x2;
b3 = ((((long)ac1) * 4 + x3) + 2)/4;
x1 = ((long)ac3) * b6 >> 13;
x2 = (((long)b1) * (b6 * b6 >> 12)) >> 16;
x3 = ((x1 + x2) + 2) >> 2;
b4 = (((long)ac4) * (unsigned long)(x3 + 32768)) >> 15;
b7 = ((unsigned long) up - b3) * 50000;
if(b7 < 0x80000000)
p = (b7 * 2) / b4 ;
else
p = (b7 / b4) * 2;
x1 = (p >> 8) * (p >> 8);
x1 = (((long)x1) * 3038) >> 16;
x2 = (-7357 * p) >> 16;
pressure = p + ((x1 + x2 + 3791) >> 4);
return pressure;
}
}
获取BMP180数据时，只需直接调用此函数即可。
（4）.海拔计算
上述为通过当前气压计算绝对海拔高度的公式，其中P0即为海平面气压。代码实现如下：
此部分代码有BUG，在本设计中无法使用。检查发现是POW函数导致的（加上POW函数后会导致无法开机）但仍未找到解决方法。希望有懂的可以指点一二。
/******************************************
函数名称：cal_altitude
函数功能：计算当前海拔
入口参数：temperature-当前气温
pressure-当前气压
返回 值：当前海拔
******************************************/
int cal_altitude(long temperature,long pressure)
{
float altitude;
altitude = 44330*(1-pow((pressure/101325.0),(1.0/5.255)));
// altitude *= 100;
return (int)altitude;
}
五.开源资料
该开源资料包含PCB文件和程序：
基于STC89C52RC的大气参数检测仪（AHT10温湿度模块、BMP180气压模块）
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