【正文】 計與實現(xiàn) 作為畢業(yè)設計的課題。 發(fā)射板 采用電源供電，接收 板 接收來自 發(fā)射板 的溫 濕 度數(shù)據，經過處理、保存后在 LCD1602上顯示 。 ② ARM處理器共有 37個寄存器，被分為若干個組 (BANK)，這些寄存器包括： 31個通用 寄存器，包括程序計數(shù)器 (PC指針 )，均為 32位的寄存器。在所有的寄存器中，有些是在 7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。 RF射頻通訊的發(fā)展及現(xiàn)狀 射頻 (簡稱 RF)射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。 在電子學理論中，電流流過導體，導體周圍會形成磁場；交變電流通過導體，導體周圍會形成交叉的電磁場，稱為電磁波。近代人類發(fā)明了廉價的高頻傳輸線纜 (射頻線 )，為了追求完美的信息傳輸質量，兼顧原有的無線設備，無線方式有線傳輸開始流行。手機，藍牙設備，無線路由器，無線網卡，電子標簽 (公交 IC卡 )等等都時刻影響著我們的生產和生活。目前，阻礙智能手機廠商采用溫濕度傳感器的主要原因，可能并非來自傳感器本身。未來我們還可能在一些針對老人的手持設備中加入溫濕度 傳感器 ，提醒他們及時補 充水分和調節(jié)空間溫濕度。 物聯(lián)網方面，客戶希望一塊紐扣電池可以為傳感器供電達 4年之久，另外多種傳感器的組網和無線傳輸方式也是一個問題。 本設計方案思路 基于 SI4432的溫濕度采集 ，主要包括以下幾部分：①前端溫濕度傳感器 SHT②微控制器、③前端傳送部分、④無線傳輸線路 SI443⑤接收端、⑥液晶屏顯示系統(tǒng)。 主要問題有兩部分：首先是硬件電路，包括 SHT10 和 ATMEGA48 的接口以及單片機的其他相關電路，使用 PCB 設計電路元器件圖以及 PCB 板，并最終焊接好電路。 研發(fā)方向和技術關鍵 研究內容 ① 發(fā)射板 以單片機 ATMEGA48 為主控芯片，對 SHT10 溫濕度數(shù)據的讀取，再通過 Si4432 無線芯片把數(shù)據發(fā)射到另外接收板。 （ 2） 接收天線是接收系統(tǒng)的最前端，直接影響著接收機的接收靈敏度和后端的解調處理，它的制作至關重要。 （ 5） PCB 制作布局要解決數(shù)?；旌想娐返牟季€、電源模塊的制作與濾波 問題 。該系統(tǒng)包括電源模塊、 MCU控制模塊、數(shù)據接收模塊、液晶顯示模塊、按鍵控制模塊等電路組成。 微控制器系統(tǒng) 微控制器系統(tǒng)主要由 MCU 系統(tǒng)、按鍵控制電路、液晶顯示電路組成，當 MCU 正確讀取了溫濕 度傳感器的數(shù)據 并通過 SI4432 無線射頻芯片發(fā)送到接收顯示板后 ，就會在 接收板上的 液晶 顯示屏 LCD1602 中進行顯示 ?；谝陨媳尘?，提出 一種基于 ATMEGA48 單片機的數(shù)據采集及無線收發(fā)系統(tǒng)的設計方法。 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 9 0VC C濾波電路00LED 指示J5PLU G D C 32 10R3470C547ufD1LEDC40. 1ufVC CVC C4 硬件設計 電源轉換 本 無線溫濕度檢測 系統(tǒng)有兩種供電電平 ，一是 5V，主要供給液晶 LCD1602 等集成器件工作；二是 ，主要供給 無線射頻收發(fā)芯片 SI4432 、 ATMEGA48 單片機、溫濕度傳感器 SHT10 模塊工作 。電路原理如圖 41 所示 。 方 案 一 ： AMS1117是一個低漏失電壓調整器 ,它的穩(wěn)壓調整管是由一個 PNP驅動的 NPN管組成的 ,漏失電壓定義為 :VDROP = VBE+VSAT。對于固定電壓版本，可采用更小的電容，具體可以根據實際應用確定。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。 圖 42 電 平 轉換電路 微控制器系統(tǒng) MCU 系統(tǒng) 本系統(tǒng)核心控制器是 ATMEGA48。 ②非易失性的程序和數(shù)據存儲器： 4字節(jié)的系統(tǒng)內可編程 Flash擦寫壽命 : 10000次；具有獨立鎖定 的可選 Boot代碼區(qū)，通過片上 Boot 程序實現(xiàn)系統(tǒng)內編程真正的同時讀寫操作； 256字節(jié)的 EEPROM 擦寫壽命 :100000次； 512字節(jié)的片內SRAM； 可以對鎖定的 進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密。 ⑥ 極低功耗 ARMEGA48 可以采用 ISP 方式下載程序。 圖 43 ATMEGA48 系統(tǒng)電路 液晶顯示模塊 采用顯示模塊好處是良好的人機交互界面 可以為產品的使用帶來方便，特別是本系統(tǒng)，信息顯示是必須的 功能。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。常用 LED 數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是 0、 A、 B、 C、 D、 E、 F。 LED 顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由 LED 矩陣 塊組成。 用 LCD 顯示一個字符 原理如下 ，因為一個字符由 6 8 或 8 8 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“ 1”，其它的為“ 0”，為“ 1”的點亮，為“ 0”的不亮。 由于本系統(tǒng)是便攜式設備，功耗要求嚴格，顯示的內容較多， 故選擇液晶類顯示器為比較好的選擇。其內部 1602 液晶模塊的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有 ： 阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼 。 選擇 溫濕度傳感器芯片時，一般都選擇 SHT10 溫濕度傳感器， DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器， SHTl5 單片、多用途的智能溫濕度傳感器。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾 能力強、性價比極高等優(yōu)點。 選擇三： SHT10屬于 Sensirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與 14 位的 A/D轉換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。微小的體積、極低的功耗，使 SHT10成為各類應用的首選。 ％ RH 177。 ℃ 供電電壓 表 41 溫濕度采集的芯片的對比 SHT10 與微控制器的連接 SHTl0與微控制器的連接，即為 SHTl0的串行接口電路與微控制器的連接。即微控制器可以以任意慢的速度與 SHTl0通信。在微控制器向 SHTl0傳輸數(shù)據的過程中，必須保證數(shù)據線在時鐘線的高電平段內穩(wěn)定。在 DATA為低電平期間， SCK變?yōu)榈碗娖?，再翻轉為高電平，隨后是在 SCK時鐘高電平時 DATA翻轉為高電平 ,如圖 46所示。 SHTl0通過在第 8個 SCK時鐘的下降沿之后，將 DATA拉低來指示正確接收到命令。在重新啟動時鐘線讀取測量結果之前，微控制器必須等待這個測量結束信號出現(xiàn)在數(shù)據線上。微控制器需要通過下拉DATA為低電平以確認每個字節(jié)。 SHTl0完整的測量時序由啟動傳輸時序、發(fā)布命令、等待測量完成、讀回數(shù)據這 4個部分組成。 圖 47 通信復位時序 信號轉換 濕度的非線性補償請參閱圖 48為獲得精確的測 量數(shù)據，建議用以下公式進行信號轉換?？捎萌缦鹿綄?shù)字輸出 (SOT)轉換為溫度值，溫度轉換系數(shù)請閱表 44。C) d2(176。 圖 49 SHT10電路原理圖 無線收發(fā)模塊 無線收發(fā)芯片的比較 本系統(tǒng)的無線收發(fā)模塊是采用 SI4432 無線射頻收發(fā)芯片，雖然芯片是課題規(guī)定的，但我也跟一些其他的無線收發(fā)芯片做了簡單的比較，例如： CC100 無線收發(fā)芯片； nRF401 無線收發(fā)芯片； SI4432 無線收發(fā)芯片。 nRF401無線收發(fā)芯片所需外圍元件較少，并可直接對接 單片機串口 。 表 45是三種無線收發(fā)芯片參數(shù)的比較。 圖 410 引腳連接圖 本設計中由于 無線 模塊電源要求質量很高，雖然在前級板已經做過電源濾波措施，在獲取 電源后，仍采用 電容濾波的結構有效濾波。主要是 ATMEGA48 單片機與 溫濕度傳感器 SHT10 數(shù)據串行通信以及與單片機與無線模塊 SPI 通信協(xié)議的程序設計。 其次，浮點數(shù)運算的優(yōu)化和液晶顯示程序也是需要注意的地方。 （ 2）主程序 （ 數(shù)據接收液晶顯示板 ） 主程序模塊中先對 LCD1602 液晶顯示器和無線模塊 SI4432 的控制管腳初始化，然后進行控制流程的無限循環(huán)，在該循環(huán)中先掃描無線模塊是否收到數(shù)據，當收到數(shù)據以后，存儲溫濕度的信息到無線接收數(shù)組，然后對溫濕度信息進行提取處理，并用 LCD1602 將其顯示出來。 如圖 53。 初始化 測溫濕度 判斷 SHT10 Y 是否出錯 N 顯示溫濕度 無線 發(fā)送 模塊 延時 100ms 圖 54 采集模塊 流程圖 （ 5） LCD1602 液晶 顯示 控制流程 數(shù)據接收 顯示 板中 SI4432無線接收模塊把發(fā)射板中的溫濕度數(shù)據接收到后經過單片機控制在液晶顯示屏上顯示 。 該軟件 目前是國內從事電路設計的工程師和技術人員主要使用的電路設計軟件之一，是 PCB 設計高端用戶最常用的工具軟件 。 （ 2） 電路布局應按照模塊化進行，注意電源電路 濾波和集成器件的去耦 。元件擺放盡量對其平行， 要 美觀大方。 （ 5） 插頭、插座放置的位置應便于操作，確保方向的正確性 與 PCB 板連接 。杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 25 從單板上連線最 密集的區(qū)域開始布線。 （ 3） 導線間的最小間距是由線間絕緣電阻和擊穿電壓決定的，在可能的情況下盡量定得大一些，一般不能小于 12mil。兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合。 （ 9） 為了減少層間信號的電磁干擾，相鄰布線層的信號線走向應取垂直方向。 因為無線模塊比較昂貴和精密，所以我一開始是斷開無線模塊和單片機連接的。經過實際測試，均符合要求。然后用示波器觀察，有明顯的方波出現(xiàn)，說明單 片機能夠正常工作。雖然液晶和單片機聯(lián)調毫無問題，但是添加無線模塊控制程序后，初始上電，什么現(xiàn)象都沒有，的確令人懊惱，因為是兩塊板子，而且杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 26 無線模塊好壞也不知，程 序是否錯誤也不知，也許是其中一塊板子是好的，也許兩塊都是好的，也可能兩塊板子都壞的。后來仔細核對了官方 demo程序和閱讀了數(shù)據手冊，發(fā)現(xiàn)每次發(fā)射完必須重新設置成發(fā)射模式才行。至此無線模塊已經調試成功。所以我設置成每隔一定時間發(fā)送一次數(shù)據，結果成功了。 最終我將數(shù)據與 DS18B20 測得的實時溫度相比較，兩者非常接近，差約 攝氏度的樣子，說明溫濕度檢測工作正常，精度很高。實現(xiàn)了 對溫濕度采集的數(shù)據的無線傳輸與接收。 通過這次設計，在進行電路設計，焊接，程序設計，調試等工作的同時，更加深入的了解了溫度傳感器，無線傳輸模塊，以及單片機的結構功能和具體應用，也使我們對電路 PCB 板有了更深的認識。本論文從選題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的， 傾注了 孔慶鵬 老師大量的心血。另外，實驗室的 學長 也時常幫助我，在此我也衷心的感謝他們。 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 29 參考文獻 [1].黃友銳 .單片機 原理及應用 .合肥：合肥工業(yè) 大學出版社， [2].黃智偉 .無線發(fā)射與接收電路設計 [M]. 北京：北京航空航天大學出版社，20xx. 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