【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接，因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越，超快響應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，我們選擇方案二作為本系統(tǒng)的溫濕度傳感器。顯示器主要用來(lái)顯示溫度和濕度。方案一：采用LED數(shù)碼管。系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)數(shù)碼管工作，其中4個(gè)數(shù)碼管用來(lái)顯示溫度值，4個(gè)用來(lái)顯示濕度值。用兩片74LS573鎖存器分別控制段碼和位碼。通過(guò)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描，起到實(shí)時(shí)顯示功能。LED數(shù)碼管亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定，從而得到了廣泛的應(yīng)用。方案二：采用1602液晶屏。液晶屏顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形、液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在手提電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信等眾多領(lǐng)域。相對(duì)而言，液晶顯示器顯示質(zhì)量高、體積小、功耗低等特點(diǎn)，而且其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作更加方便。因此，我們選擇方案二。 GSM模塊的選擇GSM模塊主要是用來(lái)發(fā)送溫濕度監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。方案一：采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的TC35iTC35i是德國(guó)SIEMENS（西門(mén)子）公司的一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊。新版西門(mén)子工業(yè)GSM模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，~ ，電流消耗——，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，；可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào), 功耗在EGSM900(4類(lèi))和GSM1800(1類(lèi))分別為2W和1W ，通過(guò)接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V/，TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)通過(guò)AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),可選波特率為300b/s~115kb/s , ~115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通過(guò)AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù).方案二：采用華為公司生產(chǎn)的GTM900BGTM900B是華為公司的一款雙頻EGSM900/GSM1800雙頻的GSM模塊，品質(zhì)卓越的通信模塊。接收靈敏度106dbm，正常工作溫度20℃~70℃，~（），兼容GSM/GPRS Phase2/2+支持華為GT800協(xié)議，支持GSM標(biāo)準(zhǔn)AT指令， AT命令。40PIN FPC連接器UART 接口（最大串口速率可達(dá)115200bit/s）UART接口。標(biāo)準(zhǔn)SIM 卡接口（）兩路模擬音頻接口電源接口GSC射頻天線連接器，支持FR、EFR、HR 和AMR 的語(yǔ)音編碼支持免提通話，提供回聲抑制功能，短消息業(yè)務(wù)，支持MO 和MT 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和小區(qū)廣播短消息模式支持TEXT 和PDU。GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，GPRS CLASS 10 編碼方式CS1，CS2，CS3，CS4 ，支持PBCCH 內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議，提供大容量緩存電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，支持來(lái)電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持、呼叫等待、三方通話等集群功能。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，就是將數(shù)據(jù)發(fā)送至檢測(cè)手機(jī)，兩種GSM模塊都支持文本模式和中文模式，相比較而言，GTM900靈敏度比較高，同時(shí)價(jià)格較TC35I便宜，因此本設(shè)計(jì)選擇方案二的GTM900模塊。設(shè)計(jì)的總體思路：溫濕度的采集→溫濕度的處理→溫濕度的顯示→溫濕度超值報(bào)警→數(shù)據(jù)的發(fā)送。主要采用單片機(jī)模塊來(lái)控制數(shù)字溫濕度傳感器DHT21采集數(shù)據(jù)，通過(guò)液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)用按鍵可以設(shè)計(jì)溫濕度上下限，若超值將會(huì)報(bào)警，同時(shí)會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測(cè)手機(jī)。第4章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)總思路：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制住溫濕度的采集、溫濕度的處理、溫濕度的顯示以及溫濕度超值報(bào)警，通過(guò)串口用GSM模塊將報(bào)警數(shù)據(jù)發(fā)送。主要采用數(shù)字溫濕度傳感器DHT21采集數(shù)據(jù)，通過(guò)液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)用按鍵可以設(shè)計(jì)溫濕度上下限，若超值將會(huì)報(bào)警，同時(shí)會(huì)觸發(fā)GSM模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測(cè)手機(jī)。STC89C52是一種高性能、低功耗的CMOS八位微控制器，具有8K在系統(tǒng)在線可編程Flash存儲(chǔ)器，使用ATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品引腳和指令完全兼容。片上Flash允許ROM在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。 1. 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051； 2. 工作電壓：~（5V 單片機(jī)）/~（3V 單片機(jī)）； 3. 工作頻率范圍：0~40MHz； 4. 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) ； 5. 片上集成 512 字節(jié) RAM ； 6. 通用 I/O 口（32 個(gè)）復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻； 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（RXD/,TXD/）直接下載用戶程序； 8. 具有 EEPROM 功能； 9. 具有看門(mén)狗功能 ； 10. 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、TT2； 11. 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由第四章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 12. 通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 13. 工作溫度范圍：40~+85℃（工業(yè)級(jí)）/0~75℃（商業(yè)級(jí)）； STC89C52的引腳圖和實(shí)物圖如圖41所示。 （a）STC89C52引腳圖 （b）STC89C52實(shí)物圖圖41 STC89C52引腳圖和實(shí)物圖VCC（40 引腳）：電源電壓 VSS（20 引腳）：接地 P0 端口（~ ，39~32 引腳）：P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL 負(fù)載，對(duì)端口P0寫(xiě)入每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)寫(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編 在 程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié)端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié) 則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 端口（~，1~8 引腳）：P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 I/O 口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（i）。 此外， 和 還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（） 和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（） ，具體參數(shù)見(jiàn)表41所示。在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1 接收低 8 位地址。表 41 和 引腳復(fù)用功能引腳號(hào)功能特性T2 ( 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)輸入 )，時(shí)鐘輸出T2EX ( 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制 )P2 端口（~，21~28 引腳）：P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 I/O 端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4 個(gè)TTL輸入。 對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 P2 作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（i）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVX @DPTR”指令）時(shí)，P2送出高8位地址。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如 執(zhí)行“MOVX @R1”指令）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專(zhuān)用寄存器（SFR）區(qū) 中的 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。在對(duì)Flash ROM編程和程序校驗(yàn)期間， P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3 端口（~，10~17 引腳）：P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 I/O 端口。P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL 輸入。對(duì)端 口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。P3 做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流（i）。 在對(duì) Flash ROM 編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3 還接收一些控制信號(hào)。 P3 口除作為一般 I/O 口外，還有其他一些復(fù)用功能，如下表42所示。表 42 P3 口引腳復(fù)用功能 復(fù)用功能引腳號(hào)復(fù)用功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外部中斷0）INT1（外部中斷1）T0（定時(shí)器0的外部輸入）T1（定時(shí)器1的外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST（9 引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效， 用來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。看門(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，RST 引腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功 能無(wú)效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/ PROG（30 引腳）地址鎖存控制信號(hào)：（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部 定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址位8EH的SFR的第0位置“1” ，ALE操作將無(wú)效。這一位置“1” ，ALE僅在執(zhí)行MOVX 或 MOV 指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 PSE N（29引腳）：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) STC89C52RD 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN將不被激活。 EA/VPP（31 引腳）：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，A必須接 GND。注意加密方式 1 時(shí)，A將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，A應(yīng)該接 VCC。在Flash編程期間，A也接收12伏VPP電壓。 XTAL1（19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。RST引腳是單片機(jī)復(fù)位端，高電頻有效。在引腳端輸入至少連續(xù)兩個(gè)單片機(jī)周期的高電頻，單片機(jī)復(fù)位。使用時(shí)，在引腳與VSS引腳之間接一個(gè)10KΩ的下拉電阻，與VCC引腳之間接一個(gè)約10μF的電解電容，即可保證上電自動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用上點(diǎn)復(fù)位方式，電路如圖42所示。 圖42 復(fù)位電路單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)穩(wěn)定提供周期性的時(shí)鐘信號(hào)，一個(gè)晶振通常是一個(gè)系統(tǒng)共享，以使系統(tǒng)各部分保持同步，有些通訊系統(tǒng)的射頻和基頻使用不同的晶振，而是通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率，可以用于同一個(gè)晶振項(xiàng)鏈的不同鎖相環(huán)來(lái)提供的。設(shè)計(jì)中晶振電路如圖43所示。 圖 圖43 晶振電路 DHT21溫濕度傳感器電路 DHT21簡(jiǎn)介數(shù)字溫濕度傳感器DHT21是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號(hào)輸出溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專(zhuān)用的溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù)，確保產(chǎn)品具有卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和極高的可靠性。傳感器包括一個(gè)NTC測(cè)溫元件和一個(gè)電阻式感濕元件，并與一個(gè)性能高的8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT21傳感器都在即為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)型號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為給類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。 DHT21引腳說(shuō)明DHT21的供電電壓為5V。傳感器上電后，要等待1s以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。DHT21的外觀與引腳分布如圖44所示，各引腳功能如表43所示。 （a）DHT21的外觀圖 （b）DHT21的引腳分布圖圖44 DHT21的外觀與引腳分布圖表43 DHT21的引腳功能表引腳號(hào)名 稱(chēng)功能1VCC電源，~，建議電壓為5V2DATA串行數(shù)據(jù)端，單總線3GND地，電源負(fù)極4NC必須保持懸空 DHT21模塊電路的設(shè)計(jì)單總線接口DATA用于微處理器與DHT21之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間5ms左右,具體格式在下面說(shuō)明,當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式: 40bit數(shù)據(jù)=16bit濕度數(shù)據(jù)+1