【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 最佳選則。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的主要性能指標(biāo)如表35所示：表32 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的主要性能指標(biāo)通過(guò)對(duì)DHT11參數(shù)的分析，其溫度和濕度的測(cè)量精度其是能夠滿足系統(tǒng)的需要的。 顯示模塊硬件設(shè)計(jì)顯示模塊本次設(shè)計(jì)采用4位的七段數(shù)碼管，由于本次設(shè)計(jì)的精度是厘米級(jí)，四位已經(jīng)擁有足夠的顯示寬度。對(duì)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)和專用芯片驅(qū)動(dòng)兩種方法，但考慮到C8051F330的管腳較少，如果對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展也相對(duì)麻煩，這里直接采用MAX7219對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而完成系統(tǒng)的顯示功能。顯示模塊如圖35所示MAX7219/MAX7221是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器,它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個(gè)獨(dú)立的LED。其上包括一個(gè)片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè)8*8的靜態(tài)RAM用來(lái)存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。只有一個(gè)外部寄存器用來(lái)設(shè)置各個(gè)LED的段電流。MAX7221與SPI?、QSPI?以及 MICROWIRE?相兼容，同時(shí)它限制回轉(zhuǎn)電流的段驅(qū)動(dòng)來(lái)減少EMI（電磁干擾）。一個(gè)方便的四線串行接口可以聯(lián)接所有通用的微處理器。每個(gè)數(shù)據(jù)可以尋址在更新時(shí)不需要改寫所有的顯示。MAX7219/MAX7221同樣允許用戶對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)選擇編碼或者不編碼。整個(gè)設(shè)備包含一個(gè)150μA的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個(gè)掃描限制寄存器允許用戶顯示18位數(shù)據(jù)，還有一個(gè)讓所有LED發(fā)光的檢測(cè)模式。圖35 以MAX7219為核心的顯示系4 超聲波測(cè)距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)超聲波測(cè)距的原理，結(jié)合各模塊的功能進(jìn)行測(cè)距方案的設(shè)計(jì)。 總體方案流程圖調(diào)用單片機(jī)配置文件，對(duì)單片機(jī)初始化開(kāi)始對(duì)MAX7219初始化S2是否按下?發(fā)射模塊結(jié)束NY將數(shù)據(jù)送入顯示模塊調(diào)用適應(yīng)顯示調(diào)整子程序調(diào)用讀取溫度濕度數(shù)據(jù)調(diào)用中斷子程序，完成計(jì)時(shí)、運(yùn)算、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換和適應(yīng)顯示調(diào)整等操作外部中斷將數(shù)據(jù)送入顯示模塊返回S1是否按下?S3是否按下?YNN輸入室溫下固定的聲速值Y用溫濕度對(duì)速度校正圖41 總體方案流程圖在主程序的設(shè)計(jì)中，采用了預(yù)置聲速和溫濕度傳感器修正聲速兩種獨(dú)立的方法，即使溫濕傳感器出現(xiàn)故障也可保證系統(tǒng)的較低精度測(cè)量。 超聲波測(cè)距模塊HCSR04驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)要編寫超聲波測(cè)距模塊的驅(qū)動(dòng)程序，首先要了解其工作時(shí)序，其時(shí)序圖如圖42所示。 圖42 工作時(shí)序根據(jù)測(cè)距模塊HCSR04的時(shí)序圖，編寫驅(qū)動(dòng)程序流程：將觸發(fā)輸入信號(hào)端Trig拉高延時(shí)20us等待回響信號(hào)端Echo端高電平，對(duì)高電平計(jì)時(shí)將觸發(fā)輸入信號(hào)端Trig拉低圖43 測(cè)距模塊工作流程圖,根據(jù)模塊的測(cè)距范圍，這里設(shè)計(jì)超聲波脈沖60ms發(fā)送一次，防止連續(xù)測(cè)量時(shí)前后信號(hào)的相互干擾。SETB LCALL Delay_10us LCALL Delay_10us CLR LCALL DLAY_60ms 基于MAX7219的顯示子程序MAX7219時(shí)序圖如圖42所示。圖44 MAX7219時(shí)序圖根據(jù)MAX7219時(shí)序圖，編寫其操作子程序。操作子程序程序框圖如圖43所示：置寫入狀態(tài)開(kāi)始數(shù)據(jù)位數(shù)為八寫一位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是否寫完？清寫入狀態(tài)結(jié)束YN圖45 操作子程序程序框圖操作子程序如下所示： tran: mov r2,08h loop11: rlc a mov din,C clr clk setb clk djnz r2,loop11 mov a,r4 mov r2,08h loop22: rlc a mov din,c clr clk setb clk djnz r2,loop22 clr load setb load ret DHT11的通訊程序設(shè)計(jì)DHT11的程序需根據(jù)時(shí)序圖設(shè)計(jì)編寫，DHT11時(shí)序圖如圖46所示：（a） 時(shí)序圖1（b） 時(shí)序圖2（c） 時(shí)序圖中數(shù)字0信號(hào)表示方法（d） 時(shí)序圖中數(shù)字1信號(hào)表示方法圖46 DHT11時(shí)序圖根據(jù)DHT11的時(shí)序圖和其各信號(hào)的表示方式編寫通訊子程序，通訊子程序程序框圖如圖47所示：拉低總線，再拉高總線延時(shí)等待40us接受數(shù)據(jù)開(kāi)始返回是否為低電平？接收是否完成200us內(nèi)是否有低電平產(chǎn)生？200us內(nèi)是否有高電平產(chǎn)生？YNYNYNN圖47 通訊子程序程序框圖根據(jù)通訊子程序程序框圖編寫子程序如下：。濕度讀取子程序 。以下變量均為全局變量。溫度高8位== U8T_data_H。溫度低8位== U8T_data_L。濕度高8位== U8RH_data_H。濕度低8位== U8RH_data_L。校驗(yàn) 8位 == U8checkdata。調(diào)用相關(guān)子程序如下。 Read,Delay_10us , Delay 。RH: //主機(jī)拉低總線,延時(shí)約200ms CLR MOV A, 36H LCALL Delay SETB //延時(shí)40us LCALL Delay_10us LCALL Delay_10us LCALL Delay_10us LCALL Delay_10us //檢測(cè)從機(jī)是否響應(yīng)，無(wú)響應(yīng)則跳出 JB , RH_END MOV FLAG, 0LOOP1: INC FLAG MOV A, FLAG JB ,LOOP1_END //為高電平則跳出 NOP NOP NOP CJNE A, 0,LOOP1 LJMP RH_ENDLOOP1_END: MOV FLAG, 0LOOP2: INC FLAG MOV A, FLAG NOP NOP NOP JNB ,LOOP2_END //為低電平則跳出 CJNE A, 0, LOOP2 LJMP RH_ENDLOOP2_END: //進(jìn)入數(shù)據(jù)接收階段 LCALL Read MOV U8RH_data_H, U8data。 LCALL Read MOV U8RH_data_L, U8data。 LCALL Read MOV U8T_data_H,U8data。 LCALL Read MOV U8T_data_L, U8data。 LCALL Read MOV U8checkdata, U8data。 SETB 。 。注意：本程序沒(méi)有加校驗(yàn)程序 如果用戶需要校驗(yàn)請(qǐng)安以下說(shuō)明編寫校驗(yàn)程序 。RH_END: RET。讀數(shù)子程序。Read: MOV temp, 8 MOV U8data, 0LOOP_COM: //判斷低電平是否結(jié)束 MOV FLAG, 0LOOP3: INC FLAG MOV A, FLAG JB ,LOOP3_END //為高電平則跳出 NOP NOP NOP CJNE A, 0, LOOP3 LJMP COM_ENDLOOP3_END: 。 。CLR 。SETB 。 LCALL Delay_10us LCALL Delay_10us LCALL Delay_10us 。 MOV U8temp, 0 JNB , HIGH_END MOV U8temp, 1HIGH_END: MOV FLAG, 0LOOP4: INC FLAG MOV A, FLAG JNB ,LOOP4_END //為低電平則跳出 NOP NOP NOP CJNE A, 0, LOOP4 LJMP COM_ENDLOOP4_END: MOV A, FLAG CJNE A, 0,NO_FLAG LJMP COM_ENDNO_FLAG: MOV A, U8data RL A ORL A, U8temp MOV U8data, A //判斷高電平是否結(jié)束 DJNZ temp, LOOP_COMCOM_END: RET 軟件設(shè)計(jì)小結(jié)本章通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊的編程操作，并將各個(gè)模塊通過(guò)調(diào)用等方式組合到一起，逐漸構(gòu)建了完整的程序。這里就不詳細(xì)敘述處理程序的編輯過(guò)程。完整的程序見(jiàn)附錄A。5 電路板的設(shè)計(jì)和調(diào)試完成了設(shè)計(jì)工作后，用實(shí)物實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，并通過(guò)調(diào)試從實(shí)踐中驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性和正確性。 繪制電路原理圖總體方案確定后，選用合適的元器件繪制系統(tǒng)原理圖如圖63所示圖51 系統(tǒng)原理圖 調(diào)試結(jié)果分析 經(jīng)過(guò)一系列的軟硬件調(diào)試，基本實(shí)現(xiàn)了測(cè)距的功能，但在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)手持測(cè)距時(shí)測(cè)量的結(jié)果不穩(wěn)定。經(jīng)分析，這是由于測(cè)距儀測(cè)量的精度較高，手持測(cè)量時(shí)，由于手的抖動(dòng)導(dǎo)致了測(cè)量距離的變化。還有一個(gè)現(xiàn)象是，當(dāng)目標(biāo)較為復(fù)雜時(shí)，測(cè)距容易產(chǎn)生很大的波動(dòng)。經(jīng)過(guò)分析，可能是由于超聲波換能器的發(fā)射探頭的發(fā)射角較大，從而使測(cè)得的目標(biāo)較難識(shí)別，無(wú)法確定是哪個(gè)目標(biāo)。也有可能是由于測(cè)距模塊由于各種擾動(dòng)，沒(méi)能有效識(shí)別首波，產(chǎn)生了較大的誤差。6 超聲波測(cè)距系統(tǒng)誤差分析 影響精度因素分析本文所討論的超聲波測(cè)距方法是所謂的時(shí)間差法，根據(jù)其測(cè)量原理：產(chǎn)生誤差有兩方面的因素，一個(gè)是聲速的不準(zhǔn)確，一個(gè)是記錄時(shí)間的不準(zhǔn)確。對(duì)時(shí)間的測(cè)量，是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)最關(guān)鍵也是最難的一個(gè)環(huán)節(jié)?？赡軐?dǎo)致時(shí)間的不準(zhǔn)確因素主要集中在以下幾個(gè)方面：（1） 電路有一定的響應(yīng)時(shí)間，超聲換能器的反應(yīng)有一定的時(shí)間延遲，超聲波換能器中的晶振距離換能器前端口有一段距離，這都將導(dǎo)致時(shí)間的不準(zhǔn)確。雖然，這些因素可以進(jìn)行校準(zhǔn)，如本文所使用的HCSR04，但是，隨著器件的老化，其響應(yīng)特性將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致校準(zhǔn)失效，這時(shí)如果不進(jìn)行再次校準(zhǔn)，測(cè)量的時(shí)間將不再準(zhǔn)確。（2） 由于采用了計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)量時(shí)差，那么所使用的時(shí)鐘決定了測(cè)量的精度。還有就是單片機(jī)的執(zhí)行指令的速度，根據(jù)中斷的響應(yīng)過(guò)程特點(diǎn)，單片機(jī)的執(zhí)行速度越快，那么其檢測(cè)到回波信號(hào)的時(shí)間誤差就越小，測(cè)量的精度就高。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的是高速單片機(jī)，足以滿足要求。需要考慮的是時(shí)鐘的不準(zhǔn)確性，由于時(shí)鐘頻率將隨溫度等外部條件的變化而發(fā)生波動(dòng)，且其也存在老化的問(wèn)題，所以要想測(cè)得極準(zhǔn)，那么就要求對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行溫度補(bǔ)償，并定時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。（3） 前邊已經(jīng)對(duì)本次設(shè)計(jì)所采用的測(cè)距模塊HCSR04有過(guò)介紹，由于其所采用的檢測(cè)原理方面的劣勢(shì)，其回波的首波有時(shí)候不容易被檢測(cè)到，這就導(dǎo)致了測(cè)量的不確定性。在惡劣的環(huán)境