【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 pp。 　　XTAL1：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：振蕩器反相放大器的輸出端。SHT11是瑞士Ssirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車(chē)、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。共主要特點(diǎn)如下： ◆高度集成，將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A／D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上； ◆提供二線(xiàn)數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡(jiǎn)單，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高； ◆測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換器(分辨率為8～12位，可以通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇)； ◆測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能； ◆封裝尺寸超小( mm mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式； ◆高可靠性，采用CMOSens工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。 SHT11的引腳功能SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡(jiǎn)單，引腳名稱(chēng)及排列順序如下圖所示。 各引腳的功能如下： ◆腳1和4信號(hào)地和電源，～ V； ◆腳2和腳3二線(xiàn)串行數(shù)字接口，其中DATA為數(shù)據(jù)線(xiàn)，SCK為時(shí)鐘線(xiàn)； ◆腳5～8未連接。 SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 溫濕度傳感器SHT11將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A／D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個(gè)14位的A／D轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過(guò)二線(xiàn)串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。SHT11在出廠(chǎng)前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中；在測(cè)量過(guò)程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)自傳感器的信號(hào)。此外，SHT11內(nèi)部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度升高5℃左右，同時(shí)功耗也會(huì)有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕(95％RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后SHT11溫度升高、相對(duì)濕度降低，較加熱前，測(cè)量值會(huì)略有差異。 微處理器是通過(guò)二線(xiàn)串行數(shù)字接口與SHT11進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線(xiàn)協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器I／O口模擬該通信時(shí)序。微處理器對(duì)SHT11的控制是通過(guò)5個(gè)5位命令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義如表1所列。 SHT11應(yīng)用設(shè)計(jì) 微處理器采用二線(xiàn)串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進(jìn)行通信，所以硬件接門(mén)設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單；然而，通信協(xié)議是芯片廠(chǎng)家自己定義的，所以在軟件設(shè)計(jì)中，需要用微處理器通用I／O口模擬通信協(xié)議。 硬件設(shè)計(jì)SHT11通過(guò)二線(xiàn)數(shù)字串行接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線(xiàn)需要外接上拉電阻，時(shí)鐘線(xiàn)SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì)SCK最低頻率沒(méi)有要求；，SCK頻率最高為10 MHz， V時(shí)，SCK最高頻率則為1 MHz。硬件連接如下圖所示。 光照傳感器TSL2561TSL2561簡(jiǎn)介T(mén)SL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。該芯片可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)顯示屏的監(jiān)控，目的是在多變的光照條件下，使得顯示屏提供最好的顯示亮度并盡可能降低電源功耗；還能夠用于街道光照控制、安全照明等眾多場(chǎng)合。該芯片的主要特點(diǎn)如下：◆ 可編程配置許可的光強(qiáng)度上下閾值，當(dāng)實(shí)際光照度超過(guò)該閾值時(shí)給出中斷信號(hào)；◆ 數(shù)字輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)總線(xiàn)協(xié)議；◆ 模擬增益和數(shù)字輸出時(shí)間可編程控制；◆ mm mm超小封裝，在低功耗模式下， mW；◆ 自動(dòng)抑制50 Hz/60 Hz的光照波動(dòng)。TSL256x的引腳功能 TSL256x有2種封裝形式： 6LEAD CHIPSCALE和6LEAD TMB。封裝形式不同，相應(yīng)的光照度計(jì)算公式也不同。各引腳的功能如下：腳1和腳3： 分別是電源引腳和信號(hào)地?！Ｄ_2： 器件訪(fǎng)問(wèn)地址選擇引腳。由于該引腳電平不同，該器件有3個(gè)不同的訪(fǎng)問(wèn)地址。器件訪(fǎng)問(wèn)地址和引腳2電平的對(duì)應(yīng)關(guān)系腳4和腳6： I2C或SMBus總線(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)。腳5： 中斷信號(hào)輸出引腳。當(dāng)光強(qiáng)度超過(guò)用戶(hù)編程配置的上或下閾值時(shí)，器件會(huì)輸出一個(gè)中斷信號(hào)。TSL2561的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 TSL2561是第二代周?chē)h(huán)境光強(qiáng)度傳感器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖２所示。通道0和通道1是兩個(gè)光敏二極管，其中通道0對(duì)可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)都敏感，而通道1僅對(duì)紅外線(xiàn)敏感。積分式A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)流過(guò)光敏二極管的電流進(jìn)行積分，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入芯片內(nèi)部通道0和通道1各自的寄存器中。當(dāng)一個(gè)積分周期完成之后，積分式A/D轉(zhuǎn)換器將自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)積分轉(zhuǎn)換過(guò)程。微控制器和TSL2560可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的SMBus( System Management Bus) ，TSL2561則可通過(guò)I2C總線(xiàn)協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)。對(duì)TSL2561的控制是通過(guò)對(duì)其內(nèi)部的16個(gè)寄存器的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，：TSL256x應(yīng)用設(shè)計(jì) TSL256x的訪(fǎng)問(wèn)遵循標(biāo)準(zhǔn)的SMBus和I2C協(xié)議，這使得該芯片軟件和硬件設(shè)計(jì)變得很簡(jiǎn)單。這兩種協(xié)議的讀寫(xiě)時(shí)序雖然很類(lèi)似，但仍存在不同之處。下面僅以TSL2561芯片為例，說(shuō)明TSL256x光強(qiáng)傳感器的實(shí)際應(yīng)用。硬件設(shè)計(jì) TSL2561能夠通過(guò)I2C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，所以硬件接口電路很簡(jiǎn)單。假如所選用的微控制器帶有I2C總線(xiàn)控制器，則將該總線(xiàn)的時(shí)鐘線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)直接和TSL2561的I2C總線(xiàn)的SCL和SDA分別相連；假如微控制器內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，則還需要再用2個(gè)上拉電阻接到總線(xiàn)上。假如微控制器不帶I2C總線(xiàn)控制器，則將TSL2561的I2C總線(xiàn)的SCL和SDA和普通I/O口連接即可；但編程時(shí)需要模擬I2C總線(xiàn)的時(shí)序來(lái)訪(fǎng)問(wèn)TSL2561，INT引腳接微控制器的外部中斷。用LM7805一塊，10K電阻一個(gè)，5號(hào)AA電池4節(jié)構(gòu)成+5V穩(wěn)壓電源。電路圖如下：LM7805簡(jiǎn)介：用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 編程思路及流程圖： 單片機(jī)開(kāi)始需將無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000設(shè)置處于接受狀態(tài)，通過(guò)串口中斷識(shí)別由PC用過(guò)無(wú)線(xiàn)信道傳輸來(lái)的指令，根據(jù)接受指令的內(nèi)容采集數(shù)據(jù)并啟動(dòng)發(fā)送。發(fā)送前需將PTR2000模塊設(shè)置為發(fā)射狀態(tài)，且等待5ms才可發(fā)送，發(fā)送完畢后，向PC機(jī)端發(fā)送“發(fā)送結(jié)束指令”，并將PTR2000重設(shè)為接受狀態(tài)。 ： 微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線(xiàn)接口SCK和DATA，其中SCK為時(shí)鐘線(xiàn)，DATA為數(shù)據(jù)線(xiàn)。該二線(xiàn)串行通信協(xié)議和I2C協(xié)議是不兼容的。在程序開(kāi)始，微處理器需要用一組啟動(dòng)傳輸時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)，如圖4所示。當(dāng)SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖剑S后又變?yōu)楦唠娖?；在SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。 開(kāi)始 SHT11初始化啟動(dòng)SHT11等待上位機(jī)發(fā)送指令測(cè)溫濕度溫濕度計(jì)算計(jì)算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)復(fù)位：微控制器能夠通過(guò)I2C總線(xiàn)協(xié)議對(duì)TSL2561進(jìn)行讀寫(xiě)。寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送器件地址，然后發(fā)送要寫(xiě)的數(shù)據(jù)。TSL2561的寫(xiě)操作過(guò)程如下： 先發(fā)送一組器件地址；然后寫(xiě)命令碼，命令碼是指定接下來(lái)寫(xiě)寄存器的地址00h～0fh和寫(xiě)寄存器的方式，是以字節(jié)、字或塊（幾個(gè)字）為單位進(jìn)行寫(xiě)操作的；最后發(fā)送要寫(xiě)的數(shù)據(jù)，根據(jù)前面命令碼規(guī)定寫(xiě)寄存器的方式，能夠連續(xù)發(fā)送要寫(xiě)的數(shù)據(jù)，內(nèi)部寫(xiě)寄存器會(huì)自動(dòng)加1。 結(jié) 論 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、生態(tài)監(jiān)控等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，尤其是在艱苦或惡劣環(huán)境條件下，具有傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)將基于ZigBee 的無(wú)線(xiàn)傳器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境測(cè)控，利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)農(nóng)作物現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集，設(shè)計(jì)了簇狀的無(wú)線(xiàn)傳器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案，完成了傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。這種無(wú)線(xiàn)測(cè)控的方式相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，其優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)組建簡(jiǎn)單，一次性構(gòu)建成本低，擴(kuò)展性強(qiáng)，靈活性大，能有效地改善現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理模式，并極大地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效力。 致 謝 在賀桂芳導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，我順利完成了本畢業(yè)設(shè)計(jì)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，賀老師的認(rèn)真指導(dǎo)使我少走了很多彎路，解決了我在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中遇到的很多困難和問(wèn)題，對(duì)我的論文提出了很多的改進(jìn)意見(jiàn)。在此，我首先向賀老師致以深深的敬意和衷心的感謝！ 同時(shí)，感謝其他在我論文完成過(guò)程中幫助我和指導(dǎo)我的老師、同學(xué)，以及大學(xué)四年來(lái)在學(xué)習(xí)、生活中給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們。 最后，感謝養(yǎng)育我的父母，是他們給予了我物質(zhì)上的支持和精神上的關(guān)懷。參考文獻(xiàn)[1] ，2002，9(3):57[2] Endress+[3] 華邦A(yù)T89S52的單片機(jī)資料[EB/OL].,2006[4]STR15型微功率無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊技術(shù)手冊(cè)[EB/OL].,2006.[5] 賈伯年，：東南大學(xué)出版社，2000.[6] ：電子工業(yè)出版社，2001[7] 徐仁貴,:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.[8]Jack Blitg and Methods of Nondestructive Testing. Chapmanamp。Hall, 1996附錄A硬件電路圖附圖1：下位機(jī)系統(tǒng)電路圖附圖2：上位機(jī)系統(tǒng)電路圖45附錄B部分程序SHT11程序代碼ifndef __SHT11_H__define __SHT11_H__/*************************SHT11相關(guān)命令**************************/define TEM_TEST 0x03//溫度檢測(cè)命令define HUM_TEST 0x05//濕度檢測(cè)命令define REG_READ 0x07//讀寄存器define REG_WRITE 0x06//寫(xiě)寄存器define FUNCTION_SET 0x01//設(shè)置SHT11的工作精度為8位/濕度 12位溫度/**************************SHT11端口定義***************************/sbit SHT11_DATA=P2^0。sbit SHT11_SCK=P2^2。uchar flag_tempeture=0。 //顯示溫度位置的標(biāo)志uchar flag_humidity