【文章內(nèi)容簡介】 鍵來鍵入控制指令。目前的常用按鍵方案如下：方案一：采用獨(dú)立式鍵盤各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，且每一個(gè)按鍵需占用一根I/O口線，通過檢測該線的高低電平狀態(tài)可以輕易判斷哪個(gè)按鍵被按下，該方法操作速度高，且軟件結(jié)構(gòu)簡單。但在按鍵數(shù)量過多時(shí)，易造成I/O口的浪費(fèi)。方案二：采用矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)決定了它只需m根行線和n根列線就可以組成mn個(gè)按鍵的鍵盤，非常適用于按鍵數(shù)量較多的場合。但是矩陣鍵盤多鍵共用的特性導(dǎo)致必須將行、列線信號配合起來并作適當(dāng)處理才能確定閉合鍵的狀態(tài)，因此軟件編程方面計(jì)較復(fù)雜，導(dǎo)致工作量大?？紤]到本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所用按鍵較少，因此選擇方案一，即采用獨(dú)立式按鍵，這樣既節(jié)約了單片機(jī)的I/O口，同時(shí)提高了操作速度且軟件編寫較簡單。 電源模塊方案一：，耗用資源少，但是6V的電壓同時(shí)給單片機(jī)和12864液晶供電，顯示屏亮度較低，有時(shí)甚至出現(xiàn)亂屏不動(dòng)作，效果不好。方案二：采用電源箱供電實(shí)驗(yàn)室的電源箱可提供雙電源，分別給顯示模塊和主控制器模塊供電，其優(yōu)點(diǎn)是可提供穩(wěn)定的5V電源，電流也可自行設(shè)定，但是占用資源過大，并且長導(dǎo)線不便于移動(dòng)測量。方案三：、12864液晶顯示、無線發(fā)送端nRF24L01供電，另外電腦USB口經(jīng)TTL給主控制器模塊供電，不僅解決了方案一的問題，而且能讓系統(tǒng)完整工作。綜合討論后，最終選擇方案三。 電壓電流互感器的選擇 電壓互感器，我們選擇的是用電壓互感器DLPT202D。電壓互感器DLPT202D體積小，精度高，一致性好，用于電壓與功率精確測量。電流互感器，我們選擇的是HTTA226B、5A/5mA電流互感器，體積小，精度高，一致性好，用于電流與功率精確測量以及電力測量及保護(hù)。 無線數(shù)傳模塊的選擇本系統(tǒng)為了模擬惡劣的環(huán)境，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)比較分散或者是無人監(jiān)守設(shè)備等情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所以需要運(yùn)用到無線數(shù)傳模塊對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸。有以下兩種設(shè)計(jì)方案可供選擇 ：方案一：nRF905nRF905是單片射頻的收發(fā)芯片，工作在433MHz的ISM頻段，芯片集成了頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等模塊，輸出功率及通信頻道可通過程序?qū)崿F(xiàn)配置。芯片能耗較低，當(dāng)以10dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流僅有 30mA，接收時(shí)工作電流更低，只有 ，多種低功率工作模式，整個(gè)芯片符合節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)。nRF905適合于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、礦井遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化、遙控檢測、無線門禁系統(tǒng)等。方案二：nRF24L01~。它的無線收發(fā)器是由頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器等組成。它的SPI 接口可以設(shè)置輸出功率、頻道選擇和協(xié)議。nRF24L01處于工作模式時(shí)電流消耗低：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射的功率為6dBm ，此時(shí)電流消耗為 9mA，接收模式時(shí)電流消耗為 。處于掉電模式及待機(jī)模式下電流的消耗更低。如果nRF2401A、nRF24L01和nRF24L01+在配置的過程中使用相同的通訊頻率、空中傳輸速率、地址長度、地址信息、數(shù)據(jù)長度和CRC校驗(yàn)方式，那么它們就可以實(shí)現(xiàn)相互通訊。它們具有使用簡單方便、性能穩(wěn)定、低成本等特點(diǎn)。經(jīng)過綜合考慮，方案二更符合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 本章小結(jié)經(jīng)過反復(fù)論證，本設(shè)計(jì)最終確定了“多路無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)方案，具體如下：本課題設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)STC12C5A60S2控制的多路無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？刂颇K由單片機(jī)STC12C5A60S2作為控制核心，主要功能模塊有：多路傳感器模塊，報(bào)警模塊，無線數(shù)傳模塊，按鍵模塊，上位機(jī)模塊，顯示模塊等。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并在VisualStudio，采用C編程語言，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示及分析處理。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： 1. 圍繞STC12C5A60S2核心控制器的硬件開發(fā)平臺，采用雙CPU控制，一端負(fù)責(zé)處理采集的數(shù)據(jù)并發(fā)送，另一端負(fù)責(zé)控制其接收數(shù)據(jù)；2. 采用四路溫濕度傳感器DHT11測量溫濕度、用DLPT202D電壓互感器測量交流電壓、HTTA226B5A/5mA電流互感器測量交流電流；3. 電源部分，負(fù)責(zé)給1286單片機(jī)STC12C5A60S發(fā)送端nRF24L01供電，接收端nRF24L01通過電腦的USB口供電；4. 下位機(jī)用12864液晶顯示7路數(shù)據(jù)信息，通過上位機(jī)來顯示數(shù)據(jù)歷史曲線、報(bào)警模塊紅燈閃亮報(bào)警；5. 在VisualStudio，運(yùn)用C編程語言，編寫上位機(jī)界面；6. 設(shè)計(jì)5個(gè)獨(dú)立按鍵來進(jìn)行選項(xiàng)設(shè)置、進(jìn)入等功能；7. 報(bào)警電路采用有源蜂鳴器，當(dāng)某個(gè)模塊測量值不在閾值之內(nèi)時(shí)，及時(shí)報(bào)警；8. 運(yùn)用三端穩(wěn)壓集成電路7805來進(jìn)行正電壓的輸出。；9. 必要時(shí)，可焊接兩個(gè)2個(gè)單片機(jī)STC12C5A60S2的最小系統(tǒng)來工作 。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體硬件框圖本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分為兩大模塊：下位機(jī)控制模塊、上位機(jī)控制模塊。 下位機(jī)控制模塊設(shè)計(jì) 微控制器STC12C5A60S2本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)STC12C5A60S2作為主控芯片。 STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng) 51系列單片機(jī)型號極多，但STC公司的1T增強(qiáng)系列具有強(qiáng)大的競爭力，因?yàn)樗粌H和8051的指令以及管腳完全兼容，而且其片內(nèi)具有大容量的程序存儲器且是FLASH工藝的，如本系統(tǒng)使用的STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60K FLASHROM，在此簡單介紹一下STC12C5A60S2單片機(jī)的特點(diǎn)： 增強(qiáng)型的8051CPU，1T(1024G)，單時(shí)鐘/機(jī)器周期；2；1280字節(jié)的RAM；通用I/O口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉。其I/O口可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉模式，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉模式，僅為輸入/高阻模式，開漏模式。每個(gè)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)20mA，但是對于整個(gè)芯片來說，不能超過120mA；擁有EEPROM功能；增加看門狗復(fù)位標(biāo)志位；內(nèi)部集成了MAX810專用復(fù)位電路；擁有外部掉電檢測電路；時(shí)鐘源：外部高精度的晶體/時(shí)鐘，而內(nèi)部是R/C振蕩器；4個(gè)16位定時(shí)器：擁有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器與傳統(tǒng)8051兼容，16位定時(shí)器T0和T1；1擁有3個(gè)時(shí)鐘輸出口，因?yàn)槠洫?dú)立的波特率發(fā)生器，；1擁有7路外部中斷I/O口，觸發(fā)方式均為傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，其中PCA模塊支持上升沿中斷，Power Down模式可以由外部中斷喚醒，INT0/，INT1/，T0/，T1/，RxD/，CCP0/，CCP0/；1擁有2路PWM ；1模數(shù)轉(zhuǎn)換，擁有8路10位精度的ADC，轉(zhuǎn)換速度高到250K/S；1通用全雙工異步串行口(UART)；1雙串口，RxD2/；1工作溫度：40~85℃；1封裝結(jié)構(gòu)有LQFP48，LQFP44，PDIP40，PLCC四種。STC12C5A60S2單片機(jī)中包含中央處理器(CPU)、程序存儲器(Flash)、數(shù)據(jù)存儲器(SRAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、串口I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。STC12C5A60S2系列的單片機(jī)包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可以稱作一個(gè)片上系統(tǒng)。 STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 STC12C5A60S2單片機(jī)管腳定義 溫濕度采集模塊設(shè)計(jì) 溫濕度采集模塊的設(shè)計(jì)主要基于溫濕度傳感器DHT11。DHT11 是廣州奧松有限公司研發(fā)生產(chǎn)的一款包含已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度一體化的數(shù)字傳感器。它采用專門的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，從而保證產(chǎn)品具備可靠性與穩(wěn)定性等特點(diǎn)。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，同時(shí)它功耗很低，5V電源電壓下，工作平均最大電流 。它成為了各類應(yīng)用場合甚至是最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。本次設(shè)計(jì)中我們使用了四個(gè)DHT11，采用并行的連接方式將他們放置于檢測范圍的四個(gè)邊角，從而得到四路的溫濕度信號。以此來模擬不同環(huán)境下監(jiān)測點(diǎn)溫濕度的變化情況。 DHT11封裝圖DHT11具有以下特性：216。 供電電壓： ~ DC216。 輸 出： 單總線數(shù)字信號216。 測量范圍： 濕度2090%RH， 溫度0~50℃216。 測量精度： 濕度+5%RH， 溫度+2℃216。 分 辨 率： 濕度1%RH， 溫度1℃216。 互 換 性： 可完全進(jìn)行互換 ，216。 長期穩(wěn)定性： 177。1%RH/年同時(shí)DHT11還具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）可同時(shí)對溫度和濕度進(jìn)行測量。（2）可自行進(jìn)行校準(zhǔn)，且輸出量全部是數(shù)字量；（3）低功耗且穩(wěn)定性極佳；（4）可進(jìn)行長距離的數(shù)據(jù)傳輸；（5）無需其他額外的部件；（6）應(yīng)用電路簡單，易于搭建。 DHT11應(yīng)用電路圖數(shù)字溫濕度傳感器DHT11采用的是單總線數(shù)據(jù)格式。即，單個(gè)的數(shù)據(jù)引腳端就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和輸出的雙向傳輸。其發(fā)送的數(shù)據(jù)由5Byte或40Bit組成。數(shù)據(jù)分為小數(shù)部分與整數(shù)部分。具體的格式說明如下：一次完整的數(shù)據(jù)信息傳輸為40Bit，高位先出。數(shù)據(jù)的格式：8Bit的濕度整數(shù)部分的數(shù)據(jù)+8Bit的濕度小數(shù)部分的數(shù)據(jù)+8Bit的溫度整數(shù)部分的數(shù)據(jù)+8Bit的溫度小數(shù)部分的數(shù)據(jù)+8Bit的校驗(yàn)和(校驗(yàn)和的數(shù)據(jù)由前四個(gè)字節(jié)相加和所得)。傳感器輸出的數(shù)據(jù)是沒有進(jìn)行編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)(溫度、濕度、小數(shù)、整數(shù)）之間必須分開來處理。如果，某一次從傳感器中讀出數(shù)據(jù)如下： Byte4 Byte3 Byte2 Byte1 Byte0 00101101 00000000 00011100 00000000 01001001通過上述的數(shù)據(jù)就可以計(jì)算得到溫度以及濕度的數(shù)值，具體的計(jì)算方法如下：濕度值=Byte4+Byte3=（%RH）；溫度值=Byte2+Byte1=（℃）；校驗(yàn)值=Byte1+Byte2+Byte3+Byte4=73（溫度值+濕度值），（校驗(yàn)正確）；在應(yīng)用的時(shí)候必須要注意：DTH11傳感器進(jìn)行一次通訊的最大時(shí)間值是3ms，而且主機(jī)連續(xù)采樣的時(shí)間間隔必須大于100ms。 本模塊采用了夏普公司開發(fā)生產(chǎn)的GP2Y1050AU0F傳感器。該傳感器體積較小，重量較輕，易于安裝。5V的輸入電路，導(dǎo)致其信號便于處理。它的工作原理：由于微?；蛘叻肿釉诠庹障聲?huì)產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，同時(shí)，還會(huì)吸收部分光照的能量。所以當(dāng)一束平行的單色光照射到被測顆粒場時(shí)，會(huì)因?yàn)轭w粒散射和吸收的影響，使得入射光的光強(qiáng)衰減。通過這種方法可得出入射光通過待測顆粒場的相對衰減率。而相對衰減率的大小能線性的反應(yīng)待測顆粒場灰塵的相對濃度。因?yàn)楣鈴?qiáng)的大小和經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換的電信號強(qiáng)弱成正比，經(jīng)過測量電信號就可以輕易得出入射光的相對衰減率。、。GP2Y1050AU0F傳感器的串口輸出參數(shù)為：1) 波 特 率：2400 bit/s；2) 每10ms發(fā)送一個(gè)字節(jié)，共7個(gè)字節(jié)，其中校驗(yàn)位=Vout(H)+ Vout(L)+Vref(H)+ Vref(L)；3) ： 數(shù)據(jù)發(fā)送格式起始位Vout(H)Vout(L)Vref（H）Vref（L）校驗(yàn)位結(jié)束位0xaa如：0x01如：0xe0如：0x00如：0x7a如：0x5b0xf