【文章內容簡介】 采用 FSK 調制，直接數據輸入輸出，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合 采用 DSS+PLL 頻率合成技術，頻率穩(wěn)定性極好 靈敏度高，達到 105dBm 功耗小，接收狀態(tài) 250μA，接收待機狀態(tài)僅為 8μA 最大發(fā)射功率達 +10dBm 低工作電壓（ ），可滿足低功耗設備的要求 具有多個頻道，可方便地切換工作頻率，特別滿足需要多信道 工作的特殊場合 工作速率最高可達 20Kbit/s，也可支持低波特率的數據通信，如 9600Baud 僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調試 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠可達 1000 米 nRF401 集成度高，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元器件少，功耗極低，適合便攜式產品的設計。 nRF401 使用 20 引腳的 SSOCI 封裝，其引腳如圖所示。 nRF401 的引腳功能如下： 圖 nRF401 引腳分布圖 XC XC2：連接外部頻率，其中 XC1 為晶振輸入 ， XC2 為晶振輸出。 VDD：電源輸入端，電壓范圍為 ~。 VSS：電源地。 FILT1：濾波器輸入端。 VCO VCO2：外界壓控振蕩電感。 DIN：發(fā)射數據輸入端，該引腳用于接收單片機要發(fā)送的數據。 DOUT：接收數據輸出端，該引腳將無線模塊接收的數據輸出給單片機。 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設計論文 13 RF_PWR：發(fā)射功率設置。 CS：頻道選擇。 CS=0 時，芯片工作在頻道 1； CS=1 時，芯片工作在頻道 2。 ANT ANT2：天線接口。 PWR：低功耗控制。 PWR=1 時，芯片處于工作狀態(tài)； PWR=0 時，芯片待機狀態(tài)。 TXEN：模式切換。 TXEN=1 時，芯片處于發(fā)送狀態(tài)； TXEN=0 時，芯片處于接收狀態(tài)。 nRF401 為 PTR2022 的內置芯片，其外圍電路為 PTR2022 模塊集成。當芯片工作在頻道 1 時，芯片的工作頻率為 ；當芯片工作在頻道 2 時，芯片的工作頻率為。 DIN 與 DOUT 引腳輸出的是 TTL 電平信號，可以與單片機的 RxD 和 TxD直接相連；當其與 PC 連接時，則需要添加 RS232 電平轉換電路。芯片引腳 CS、 PWR、TXEN 的狀態(tài)直接影響芯片的工作方式。 PTR2022 模塊簡介 PTR2022 模板的引腳排列如圖 所示。各引腳的功能說明如下： 圖 PTR2022 引腳分布圖 VCC：電源輸入端，電壓范圍為 ~。 CS：頻道選擇。 CS=0 時，芯片工作在頻道 1； CS=1 時，芯片工作在頻道 2。 DO：接收數據輸出端，該引腳將無線模塊接收的數據輸出給單片機。 DI：發(fā)射數據輸入端，該引腳用于接收單片機要發(fā)送的數據。 GND：電源地。 PWR：節(jié)能控制。 PWR=1 時，芯片處于正常工作狀態(tài)； PWR=0 時，芯片處于待機狀態(tài)。 TXEN：模式切換。 TXEN=1 時，芯片 處于發(fā)送狀態(tài)； TXEN=0 時，芯片處于接收狀態(tài)。 在軟件編程過程中，對 PTR2022 的工作模式和工作頻道的選擇尤為重要，對于陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設計論文 14 PTR2022 模塊而言，它的工作模式設置主要包括工作頻道設置和發(fā)送、接收、待機狀態(tài)的設置。表給出了該模塊的工作頻道以及工作模式控制的選擇方式。 模塊引腳數輸入電平 模塊狀態(tài) TXEN CS PWR 工作頻道號 模塊狀態(tài) 0 0 1 1 接收 0 1 1 2 接收 1 0 1 1 發(fā)射 1 1 1 2 發(fā)射 0 待機 表 PTR2022 工作頻道及工作模 式控制的選擇方式 PTR2022 可與單片機（如 80C3 205 68HC0 PIC、 Z8 等）配合使用，可直接接單片機的串口或者 I/O 口，也可與計算機串口進行通信，此時需要在中間簡單地接一個RS232 電平轉換芯片，如 MAX232 等。 在使用模塊之前可以使用以下介紹的 PTR2022 簡單測試方法，判定模塊是否正常工作。 將發(fā)射端芯片設置為發(fā)射方式，使得 TXEN 為高電平， PWR 為高電平，并通過單片機串口向 PTR2022 不斷發(fā)送數據。建議直接發(fā)送 ASCII 碼，如 a，這樣上位機更容易檢測到接收的數據是否正確。 將接收端芯片設置為接收方式，使得 TXEN 為低電平， PWR 為高電平，并將接收到的數據經 RS232 電平轉換后送給計算機串口，用計算機終端程序（如串行調試助手）即可監(jiān)視到接收到的 ASCII 數據。 通過以上簡單測試方法，可以直接判定 PTR2022 模塊是否可以正常工作。在實際使用過程中有以下幾點需要注意： PTR2022 通過 RS232 電平轉換后可以直接與 PC 機相連，但是占用計算機資源比較大，建議在 PTR2022 與計算機之間增加一個單片機。 供電電源會直接影響 PTR2022 通信性能，如果使用開關電源會使通信誤碼率增 大。有條件的話，可使用獨立的直流電源供電，與其他數字電路的供電分開，并在 PTR 電源兩端增加去耦電容，且盡量靠近模塊。 PTR2022 在空曠場地下，傳輸距離可達 100m 以上。在不超過最大供電電壓的情況下，適當地增加電壓，可增加傳輸距離。 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設計論文 15 第三章 系統(tǒng)硬件設計與實現 溫濕度傳感器電路設計 DHT11 引腳說明 Pin 名稱 注釋 1 VDD 供電 DC 2 DATA 串行數據，單總線 3 NC 空腳，懸空 4 GND 接地，電源負極 表 DHT11 引腳說明 DHT11 接口說 明 建議連接線長度短于 20 米時用 5K 上拉電阻 ,大于 20 米時根據實際情況使用合適的上拉電阻。 圖 DHT11 典型應用 DHT11 的電源引腳 DHT11 的供電電壓為 3－ 。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個 100nF 的電容，用以去耦濾波。 DHT11 的串行接口 (單線雙向 ) DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次通訊時間 4ms 左右，數據分小數部分和整數部分，具體格式在軟件設計部分說 明，當前小數部分用于以后擴展，現讀出為零。 DHT11 的測量分辨率 測量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度） DHT11 的電氣特性 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設計論文 16 VDD=5V， T = 25 ℃ 參數 條件 min typ max 單位 供電 DC 3 5 V 供電電流 測量 mA 平均 1 mA 待機 100 150 μ A 采樣周期 秒 1 次 注 :采樣周期間隔不得低于 1 秒鐘。 表 DHT11 的電氣特性表 DHT11 的應用信息 工作與貯存條件 超出建議的工作范 圍可能導致高達 3%RH 的臨時性漂移信號。返回正常工作條后，傳感器會緩慢地向校準狀態(tài)恢復。要加速恢復進程 /可參閱 “恢復處理”。在非正常工作條件下長時間使用會加速產品的老化過程。 暴露在化學物質中 電阻式濕度傳感器的感應層會受到化學蒸汽的干擾，化學物質在感應層中的擴散可能導致測量值漂移和靈敏度下降。在一個純凈的環(huán)境中，污染物質會緩慢地釋放出去。下文所述的恢復處理將加速實現這一過程。高濃度的化學污染會導致傳感器感應層的徹底損壞。 恢復處理 置于極限工作條件下或化學蒸汽中的傳感器，通過如下處理程序，可使其恢復到校 準時的狀態(tài)。在 5060℃和 10%RH 的濕度條件下保持 2 小時（烘干）；隨后在 2030℃和 70%RH 的濕度條件下保持 5 小時以上。 溫度影響 氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時，應盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板，在安裝時應盡可能將 DHT11 遠離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外殼的良好通風。為降低熱傳導， DHT11 與印刷電路板其它部分的銅鍍層應盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。 光線 長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻射中， 會使性能降低。 配線注意事項 DATA 信號線材質量會影響通訊距離和通訊質量，推薦使用高質量屏蔽線。 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設計論文 17 硬件連接原理圖： 圖 溫濕度傳感器硬件電路原理圖 瓦斯?jié)舛葌鞲衅麟娐吩O計 本設計采用的是 NDIR 紅外氣體傳感器 MH440V/D， 設計原理如圖 所示： 瓦 斯 濃 度傳 感 器A / D 轉 換芯 片單 片 機 圖 瓦斯?jié)舛葌鞲衅饔布B接原理框圖 由于設計中采用的是 MH440V/D 的模擬數據傳輸方式，因此，在信號被單片機識別前，需要將模擬信號轉換成數字信號。 MH440V/D 管 腳定義 1． GND 2． VCC 3． RXD 4． VOUT 5． TXD MH440V/D 使用說明 傳感器上電開始，傳器感在前 10s 輸出 表示傳感器“自檢”，在此期間傳感器的通訊端口不可用，禁止一上電就立即開始建立和傳感器通訊。從第 11s 開始到 70s 結束為傳感器預熱時間，在此期間讀出的氣體濃度值不準確，要獲得準確的濃度值需要等傳感器預熱結束。其通信方式如下： 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設計論文 18 將傳感器 VCC 端接 5V， GND 端接電源地， VOUT 端接 ADC 的輸入端。傳感器經過預熱時間后從 VOUT 端輸出表征氣體濃 度的電壓值， ~ 代表氣體濃度值 0~滿量程。 將傳感器 VCC 端接 5V， GND 端接電源地， RXD 端接探測器的 TXD， TXD 端接探測器的 RXD。探測器可以直接通過傳感器的 UOUT 接口讀出氣體濃度值，不需要計算。 通訊協(xié)議如下： 波特率： 9600， 8 位數據， 1 位停止位，無校驗位 每幀數據 9 個字節(jié)， 0xff 開頭，校驗值結尾 校驗值 =（取反（ DATA1+DATA2+?? +DATA7）） +1 1)讀傳感器濃度值與溫度值： 主機在發(fā)送讀傳感器濃度值時發(fā)送命令如下： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 起始位0XFF 探測器編號 命令 0X86 00 00 00 00 00 校驗值 從機返回數據格式為： 1 2 3 4 5 6 7 8 起始位0XFF 探測器編號 通道 高位 通道 低位 溫度 通道 校驗值 氣體濃度值 =通道高位 *256+通道低位，氣體濃度值為有符號數。 傳感器編號為： 0x01。 環(huán)境溫度值 =溫度通道 40。 2)零點校準時發(fā)送 :0xff,0x87,0x87,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xf2 第一個字節(jié) (0xff)為起始字節(jié)，第二個字節(jié) (0x87)為重復命令，第三個字節(jié) (0x87)為命令 ,后五個字節(jié)為任意值 ,最后一個字節(jié) (0xf2)為校驗和。 沒有返回信息。 3) SPAN 點校準時發(fā)送： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 起始位0XFF 探測器編號 命令 0X88 Span 高位 Span 低位 00 00 00 校驗值 第一個字節(jié) (0xff)為起始字節(jié)，第二個字節(jié)為探測器編號，第三個字節(jié) (0x88)為命令，第四個字節(jié)為 span 高位值，第五個字節(jié)為 span 低位值，后三個字節(jié)為任意值 ,最后一個字節(jié)為 校驗和。沒有返回信息。 MH440V/D 維護保養(yǎng)應注意的事項 陜西國防學院機電工程學院畢業(yè)設計論文 19 傳感器應定期標定，建議不大于 3 個月。 不要在粉塵密度大的環(huán)境長期使用傳感器。 請在傳感器供電范圍內使用傳感器。 禁止直接焊接傳感器管腳。 禁止剪斷傳感器管腳。 ADC0809 芯片介紹 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉換器、 8 路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉換器，可以和單片機直接接口。 其外觀如圖 所示。 . 圖 ADC0809 外觀圖 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范 圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示 ： C B A 選擇的通道