【文章內(nèi)容簡介】 對功率消耗有嚴格限制的系統(tǒng)。LM74在其有效工作范圍內(nèi)可達0．0625℃的分辨率，轉(zhuǎn)換時間為425ms。（3）MAX6575L/H是美國MAXIM公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡單，調(diào)試容易，使用方便。測溫范圍為40～+125℃，其誤差范圍：在25℃時優(yōu)于177。3℃，在85℃時優(yōu)于177?！?，在125℃時優(yōu)于177。5℃。但是MAX6575L/H在其測溫范圍內(nèi)非線性誤差較MAX6575L的遠距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在5m以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個弊端。（4）DSl8820是美國Dallas半導體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的A/D轉(zhuǎn)換器及其它復雜外圍電路的缺點，而且，可以通過總線供電，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DSl8820的測溫范圍55～+125℃，固有測溫分辨率177?！?，由于每一個DSl8820出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其ROM中，因此CPU可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。（5）DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位Arduino板子相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。由于DTH11獨特的單總線接口方式在多點測溫時有明顯的優(yōu)勢，占用MCU的I/0引腳資源少，和MCU的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠，所以，選用DTH11作為溫濕度測量的傳感器。3 系統(tǒng)硬件電路的設計 根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構想，下面進行系統(tǒng)硬件電路的具體設計，系統(tǒng)的總。 系統(tǒng)的總體結(jié)構框圖 本系統(tǒng)由溫、濕度數(shù)據(jù)采集、無線收發(fā)、Arduino數(shù)據(jù)接收處理及微機數(shù)據(jù)顯示幾部分組成。數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分主要以Arduino作為核心主機，以單片智能化濕度、溫度傳感器作為從機加上數(shù)據(jù)無線發(fā)送模塊。Arduino接收數(shù)據(jù)并通過串行口將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機，計算機對接收到的數(shù)據(jù)進行處理和顯示。 溫濕度采集部分電路設計（1），大于20米時根據(jù)實際情況降低上拉電阻的阻值。（2）。否則線路壓降會導致傳感器供電不足，造成測量偏差。（3）每次讀出的溫濕度數(shù)值是上一次測量的結(jié)果，欲獲取實時數(shù)據(jù),需連續(xù)讀取兩次，但不建議連續(xù)多次讀取傳感器，每次讀取傳感器間隔大于5秒即可獲得準確的數(shù)據(jù)。 溫濕度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路框圖 關于單總線的說明DHT11器件采用簡化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由單總線完成。設備（主機或從機）通過一個漏枀開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，而讓其它設備使用總線；單總線通常要求外接一個約 ，這樣，當總線閑置時，其狀態(tài)為高電平。由于它們是主從結(jié)極，只有主機呼叫從機時，從機才能應答，因此主機訪問器件都必須嚴格遵循單總線序列，如果出現(xiàn)序列混亂，器件將不響應主機。單總線傳送數(shù)據(jù)位定義：DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。 傳輸數(shù)據(jù)的格式 8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗位。注：其中溫濕度小數(shù)部分為0。（1）校驗位數(shù)據(jù)定義：“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”8bit校驗位等于所得結(jié)果的末8位。（2）示例一：接收到的40位數(shù)據(jù)為：0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101濕度高8位 濕度低8位 溫度高8位 溫度低8位 校驗位計算：0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000= 0100 1101接收數(shù)據(jù)正確：濕度：0011 0101=35H=53%RH；溫度：0001 1000=18H=24℃示例二：接收到的40位數(shù)據(jù)為：0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1001濕度高8位 濕度低8位 溫度高8位 溫度低8位 校驗位計算：0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000＝ 0100 110101001101不等于0100 1001本次接收的數(shù)據(jù)不正確，放棄，重新接收數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)時序圖及傳送接收的步驟用戶主機（MCU）發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，待主機開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信采集。： 數(shù)據(jù)時序圖注：主機從DHT11讀取的溫濕度數(shù)據(jù)總是前一次的測量值，如兩次測間隔時間很長，請連續(xù)讀兩次以第二次獲得的值為實時溫濕度值。外設讀取步驟 主機和從機之間的通信可通過如下幾個步驟完成（外設（如微處理器）讀取DHT11的數(shù)據(jù)的步驟）。步驟一： DHT11上電后（DHT11上電后要等待 1S 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不能發(fā)送任何指令），測試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時 DHT11的DATA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時 DHT11的 DATA 引腳處于輸入狀態(tài)，時刻檢測外部信號。步驟二： 微處理器的I/O設置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于18ms，然后微處理器的I/O設置為輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，微處理器的I/O即DHT11的DATA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待DHT11做出回答信號，： 主機發(fā)送起始信號步驟三： DHT11的DATA引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結(jié)束，延遲后DHT11的DATA引腳處于輸出狀態(tài)，輸出 80微秒的低電平作為應答信號，緊接著輸出 80 微秒的高電平通知外設準備接收數(shù)據(jù)，微處理器的 I/O 此時處于輸入狀態(tài)，檢測到 I/O 有低電平（DHT11回應信號）后，等待80微秒的高電平后的數(shù)據(jù)接收，： 發(fā)送信號步驟四： 由DHT11的DATA引腳輸出40位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O電平的變化接收40位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)“0”的格式為： 50 微秒的低電平和 2628 微秒的高電平，位數(shù)據(jù)“1”的格式為： 50 微秒的低電平加70微秒的高電平。位數(shù)據(jù)“0”、“1”格式信號如圖所示： 數(shù)據(jù)格式結(jié)束信號： DHT11的DATA引腳輸出40位數(shù)據(jù)后，繼續(xù)輸出低電平50微秒后轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，由于上拉電阻隨之變?yōu)楦唠娖?。但DHT11內(nèi)部重測環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，等待外部信號的到來。 環(huán)境因素對器件性能的影響（1）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傳感器進離電子元件，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，傳感器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。（2）光線影響 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。（3）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45℃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。（4）配線注意事項 DATA信號線材質(zhì)量會影響通訊距離和通訊質(zhì)量,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。 無線收發(fā)模塊NRF2401的配置 NRF2401 是NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC 自己的Enhanced Short Burst 協(xié)議。可以實現(xiàn)點對點或是1 對6 的無線通信。無線通信速度可以達到2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模塊的GERBER 文件可以直接加工生產(chǎn)。嵌入式工程師或是單片機愛好者只需要為單片機系統(tǒng)預留5 個GPIO，1 個中斷輸入引腳，就可以很容易實現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為MCU 系統(tǒng)構建無線通信功能。　NRF24L01功能框圖NRF24L01 ，從Arduino控制的角度來看，我們只需要關的六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。（1）CSN：芯片的片選線，CSN 為低電平芯片工作。（2）SCK：芯片控制的時鐘線（SPI 時鐘）（3）MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線（Master input slave output）（4）MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（Master output slave input）（5）IRQ：中斷信號。無線通信過程中MCU 主要是通過IRQ 與NRF24L01 進行通信。（6）CE： 芯片的模式控制線。在 CSN 為低的情況下，CE 協(xié)同NRF24L01 的CONFIG 寄存器共同決定NRF24L01 的狀態(tài)（參照NRF24L01 的狀態(tài)機）。　NRF2401狀態(tài)機 NRF2401 狀態(tài)機NRF24L01 的狀態(tài)機。主要有以下幾個狀態(tài)（1）Power Down Mode：掉電模式（2）Tx Mode：發(fā)射模式（3）Rx Mode：接收模式（4）Standby1Mode：待機1 模式（5）Standby2 Mode：待機2 模式。 NRF24L01固件編程的基本思路（1） 置 CSN 為低，使能芯片，配置芯片各個參數(shù)。（ 與Rx 的配置過程）配置參數(shù)在 Power Down 狀態(tài)中完成。（2） 如果是 Tx 模式，填充Tx FIFO。（3） 配置完成以后，通過 CE 與CONFIG 中的PWR_UP 與PRIM_RX 參數(shù)確定24L01要切換到的狀態(tài)。 Tx Mode：PWR_UP=1。 PRIM_RX=0。 CE=1 (保持超過10us 就可以)； Rx Mode: PWR_UP=1。 PRIM_RX=1。 CE=1。（4) IRQ 引腳會在以下三種情況變低： Tx FIFO 發(fā)完并且收到ACK（使能ACK 情況下） Rx FIFO 收到數(shù)據(jù)達到最大重發(fā)次數(shù)將 IRQ 接到外部中斷輸入引腳，通過中斷程序進行處理。3 Tx 與Rx 的配置過程本節(jié)只是敘述了采用ENHANCED SHORT BURST 通信方式的Tx 與Rx 的配置及通信過程，熟悉了24L01 以后可以采用別的通信方式?！x模式初始化初始化步驟24L01 相關寄存器寫Tx 節(jié)點的地址TX_ADDRTX_ADDR寫Rx 節(jié)點的地址（主要是為了使能Auto Ack）RX_ADDR_P0使能AUTO ACKEN_AA使能PIPE 0EN_RXADDR配置自動重發(fā)次數(shù)SETUP_RETRSETUP_RETR選擇通信頻率RF_CH配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率）RF_SETUP選擇通道0 有效數(shù)據(jù)寬度Rx_Pw_P0配置24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式CONFIG（1）寫Tx 節(jié)點的地址 TX_ADDR（2）寫Rx 節(jié)點的地址（主要是為了使能Auto Ack） RX_ADDR_P0（3）使能AUTO ACK EN_AA（4）使能PIPE 0 EN_RXADDR（5）配置自動重發(fā)次數(shù) SETUP_RETR（6）選擇通信頻率 RF_CH（7）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率） RF_SETUP（8 ) 選擇通道0 有效數(shù)據(jù)寬度 Rx_Pw_P0（9）配置24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式 CONFIG。　Rx模式初始化初始化步驟24L01 相關寄存器寫Rx 節(jié)點的地址RX_ADDR_P0RX_ADDR_P0使能AUTO ACKEN_AA使能PIPE 0EN_RXADDR選擇通信頻率RF_CHRF_CH選擇通道0 有效數(shù)據(jù)寬度Rx_Pw_P0配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率）RF_SETUP配置24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式CONFIGCONFIG初始化步驟 24L01 相關寄存器（1）寫Rx 節(jié)點的地址 RX_ADDR_P0（2）使能AUTO ACK EN_AA（3）使能PIPE 0 EN_RXADDR（4）選擇通信頻率 RF_CH（5）選擇通道0 有效數(shù)據(jù)寬度 Rx_Pw_P0（6）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率） RF_SETUP（7）配置24L01 的基本參數(shù)以及切換工作模式 CONFIG。NRF2401 相關命令的宏定義NRF24L01 的基本思路就是通過固定的時序與命令，控制芯片進行發(fā)射與接收　SPI指令接口SPI接口指令指令名稱指令格式操作R_REGISTER000AAAAA讀配置寄存器 AAAAA指出讀操作的寄存器W_R