【文章內(nèi)容簡介】 對(duì)功率消耗有嚴(yán)格限制的系統(tǒng)。LM74在其有效工作范圍內(nèi)可達(dá)0．0625℃的分辨率，轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)優(yōu)于177。3℃，在85℃時(shí)優(yōu)于177?！?，在125℃時(shí)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(yuǎn)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(gè)弊端。（4）DSl8820是美國Dallas半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)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(jī)接口時(shí)需要的A/D轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，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(gè)DSl8820出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其ROM中，因此CPU可用簡單的通信協(xié)議就可以識(shí)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(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，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(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)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(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(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，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)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(dú)特的單總線接口方式在多點(diǎn)測溫時(shí)有明顯的優(yōu)勢(shì)，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(yuǎn)，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(shè)計(jì) 根據(jù)上一章所選的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)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(jī)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(jī)，以單片智能化濕度、溫度傳感器作為從機(jī)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(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。 溫濕度采集部分電路設(shè)計(jì)（1），大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況降低上拉電阻的阻值。（2）。否則線路壓降會(huì)導(dǎo)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(shí)時(shí)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。 溫濕度數(shù)據(jù)采集硬件接口電路框圖 關(guān)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(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過一個(gè)漏枀開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線；單總線通常要求外接一個(gè)約 ，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。由于它們是主從結(jié)極，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問器件都必須嚴(yán)格遵循單總線序列，如果出現(xiàn)序列混亂，器件將不響應(yīng)主機(jī)。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(yàn)位。注：其中溫濕度小數(shù)部分為0。（1）校驗(yàn)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(yàn)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(yàn)位計(jì)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(yàn)位計(jì)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(shí)序圖及傳送接收的步驟用戶主機(jī)（MCU）發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信采集。： 數(shù)據(jù)時(shí)序圖注：主機(jī)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(shí)間很長，請(qǐng)連續(xù)讀兩次以第二次獲得的值為實(shí)時(shí)溫濕度值。外設(shè)讀取步驟 主機(jī)和從機(jī)之間的通信可通過如下幾個(gè)步驟完成（外設(shè)（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(shí) DHT11的DATA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時(shí) DHT11的 DATA 引腳處于輸入狀態(tài)，時(shí)刻檢測外部信號(hào)。步驟二： 微處理器的I/O設(shè)置為輸出同時(shí)輸出低電平，且低電平保持時(shí)間不能小于18ms，然后微處理器的I/O設(shè)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(hào)，： 主機(jī)發(fā)送起始信號(hào)步驟三： DHT11的DATA引腳檢測到外部信號(hào)有低電平時(shí)，等待外部信號(hào)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(yīng)答信號(hào)，緊接著輸出 80 微秒的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，微處理器的 I/O 此時(shí)處于輸入狀態(tài)，檢測到 I/O 有低電平（DHT11回應(yīng)信號(hào)）后，等待80微秒的高電平后的數(shù)據(jù)接收，： 發(fā)送信號(hào)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(hào)如圖所示： 數(shù)據(jù)格式結(jié)束信號(hào)： 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)楦唠娖健５獶HT11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(hào)的到來。 環(huán)境因素對(duì)器件性能的影響（1）溫度影響 氣體的相對(duì)濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時(shí)，應(yīng)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(gè)印刷線路板，在安裝時(shí)應(yīng)盡可能將傳感器進(jìn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo)，傳感器與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。（2）光線影響 長時(shí)間暴露在太陽光下或強(qiáng)烈的紫外線輻射中，會(huì)使性能降低。（3）恢復(fù)處理 置于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器，通過如下處理程序，可使其恢復(fù)到校準(zhǔn)時(shí)的狀態(tài)。在45℃和10%RH的濕度條件下保持2 小時(shí)（烘干）；隨后在2030℃和70%RH的濕度條件下保持 5小時(shí)以上。（4）配線注意事項(xiàng) DATA信號(hào)線材質(zhì)量會(huì)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1 對(duì)6 的無線通信。無線通信速度可以達(dá)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(jī)愛好者只需要為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留5 個(gè)GPIO，1 個(gè)中斷輸入引腳，就可以很容易實(shí)現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為MCU 系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能?！RF24L01功能框圖NRF24L01 ，從Arduino控制的角度來看，我們只需要關(guān)的六個(gè)控制和數(shù)據(jù)信號(hào)，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(shí)鐘線（SPI 時(shí)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(hào)。無線通信過程中MCU 主要是通過IRQ 與NRF24L01 進(jìn)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(jī)）?！RF2401狀態(tài)機(jī) NRF2401 狀態(tài)機(jī)NRF24L01 的狀態(tài)機(jī)。主要有以下幾個(gè)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(jī)1 模式（5）Standby2 Mode：待機(jī)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(gè)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(huì)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(dá)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(jìn)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(guān)寄存器寫Tx 節(jié)點(diǎn)的地址TX_ADDRTX_ADDR寫Rx 節(jié)點(diǎn)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(dòng)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(diǎn)的地址 TX_ADDR（2）寫Rx 節(jié)點(diǎn)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(dòng)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?！x模式初始化初始化步驟24L01 相關(guān)寄存器寫Rx 節(jié)點(diǎn)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(guān)寄存器（1）寫Rx 節(jié)點(diǎn)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(guān)命令的宏定義NRF24L01 的基本思路就是通過固定的時(shí)序與命令，控制芯片進(jìn)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