【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /OUT Y 通道輸入 /輸出端 11 12 14 15 IN/OUT X 通道輸入 /輸出端 9 10 A B 地址端 3 OUT/IN Y 公共輸出 /輸入端 13 OUT/IN X 公共輸出 /輸入端 6 INH 禁止端 7 VEE 模擬信號(hào)接地端 8 Vss 數(shù)字信號(hào)接地端 16 VDD 電源 + 表 當(dāng) INH腳位“ 1”時(shí)，所以通道截止， CD4052的真值表如表 。 本設(shè)計(jì)將 CD4052的 A、 B引腳與 CD4052真值表 輸入狀態(tài) “開”通道 INH B A CD4052 0 0 0 X0,Y0 0 0 1 X1,Y1 0 1 0 X2,Y2 0 1 1 X3,Y3 1 * * NONE 表 STC89C52的 I/O口 、 ， X腳接 ； X0、 X X X3 引腳分別接超聲波傳感器S0、 S S S3的發(fā)射回路，則 Y0接 S1的接收回路， Y1接 S0的接收回路， Y2接 S3的接收回路，Y3 接 S2的接收回路。 Y腳接 CX20206A的 1 腳， CX20206A 是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz 與 超聲波 傳感器 頻率 40KHz 較為接近， 所以把它用于 超聲波 檢測(cè) 接收 電路。實(shí)驗(yàn)證明 用 CX20206A接收超聲波， 具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力 ，其電路圖如圖 ， 第 7腳 為 接收信號(hào)輸出端，將其與 STC89C52的 I/O口（外部中斷 0）相連 ，當(dāng)有接收信號(hào)時(shí)則響應(yīng)單片機(jī)外部中斷 0。 13 圖 超聲波測(cè)風(fēng)模塊電路原理圖如圖 ，其發(fā)射回路為 40kHz 脈沖信號(hào)經(jīng) 過(guò)三極管放大，再經(jīng)過(guò)脈沖變壓器，將脈沖電壓達(dá)到 100Vpp左右，從而驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射 40kHz的超聲波信號(hào)。接收通過(guò) 1N4148開關(guān)二極管與 發(fā)射回路隔離，經(jīng) F的電容送到接收回路中。 STC89C52通過(guò)控制I/O口 、 ，從 40kHz的脈沖信號(hào)并同時(shí)打開定時(shí)器 0，當(dāng) ，同時(shí)關(guān)閉定時(shí)器 0，從而測(cè)得超聲波的一路傳播時(shí)間，以此類推測(cè)得四路傳播時(shí)間，最后算出風(fēng)速、風(fēng)向大小。風(fēng)向以正北方向?yàn)?0176。 ， 正南為 180176。 ，正東為 90176。 ，正西為 270176。 。測(cè)試時(shí)將傳感器支架固定，選定 S0為北 ， S1為南， S2為西， S3為東。 圖 超聲波測(cè)風(fēng)電路 原理圖 14 超聲 波測(cè)風(fēng)方案設(shè)計(jì)論證 超聲波在空氣中 25℃ 的速度為 v=346m/s,本設(shè)計(jì)中兩對(duì)超聲波傳感器的固定距離為 d=,可求得在無(wú)風(fēng)條件下超聲波傳播時(shí)間為 t=d/v=≈ =630?s。 假設(shè)風(fēng)速是 50m/s,那么此時(shí)的超聲波順風(fēng)速度 v=346+50=396m/s，則超聲波順風(fēng)傳播時(shí)間為 t1=d/v=≈=550?s；此時(shí)的超聲波逆風(fēng)速度為 v=34650=296m/s,則超聲波逆風(fēng)傳播時(shí)間為t2=d/v=≈ =730?s。 假設(shè)風(fēng)速是 3m/s,此時(shí)的超聲波順風(fēng)速度為 v=346+3=349m/s,則超聲波順風(fēng)傳播時(shí)間為 t1=d/v=≈ =620?s。此時(shí)的逆風(fēng)速度為 343m/s,則逆風(fēng)傳播時(shí)間為 t2=≈ 632?s。 在本系統(tǒng)中的超聲波傳輸時(shí)間主要通過(guò)外部中斷 0 響應(yīng)定時(shí)器 0工作方式 1 計(jì)時(shí)，其中外部中斷的響應(yīng)時(shí)間為 100ns?200ns，這可以忽略不計(jì)。定時(shí)器 0 計(jì)數(shù)值從0?65535，單片機(jī)主頻為 ,則定時(shí)器 0 一個(gè)計(jì)數(shù)值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為 ?s,當(dāng)超聲波開始發(fā)射時(shí)定 時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收時(shí)單片機(jī)外部中斷響應(yīng)關(guān)閉定時(shí)器 0，從理論上分析風(fēng)速?gòu)?m/s?346m/s 超聲波的傳播時(shí)間單片機(jī)定時(shí)器是可以測(cè)得的。假如超聲波傳感器在電聲、聲電轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在一定時(shí)延，這是測(cè)風(fēng)精度的關(guān)鍵，當(dāng)超聲波電聲、聲電轉(zhuǎn)化時(shí)延大于或接近超聲波傳播時(shí)間時(shí)，則無(wú)法測(cè)得風(fēng)速的大小，所以超聲波傳感器的精度在這里很關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)采用 的 EFR40RS超聲波傳感器其電聲、聲電轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1ms,顯然大于超聲波 在空氣中距離為 d= 傳播時(shí)間 ，但是可以通過(guò)增大超聲波傳感器的固定距離 d 來(lái)增大傳播時(shí)間 ,其精度為 177。 3m/s,最小靈敏度為65dB,其帶寬為 3kHz。所以方案論證結(jié)果為，只要超聲波傳感器選擇精度較高的，而且傳感器之間的距離也不能太小，一般的 51單片機(jī)能夠測(cè)得其傳播時(shí)間，從而算出風(fēng)速大小。 氣象站系統(tǒng)的報(bào)警模塊 系統(tǒng)報(bào)警主要是當(dāng)所測(cè)得的溫濕度、風(fēng)速超過(guò)設(shè)定的值時(shí)，由蜂鳴器和 LED 產(chǎn)生報(bào)警。其原理圖如圖 和 。 LED 報(bào)警狀態(tài)為閃爍狀態(tài)。 發(fā)射模塊的蜂鳴器接 ， LED 燈接 ；接收模塊的蜂鳴器接 ， LED燈接 。 圖 蜂鳴器報(bào)警 圖 LED 報(bào)警 15 氣象站系統(tǒng)的電源部分 發(fā)射與接收模塊的電源均用 +9V的干電池經(jīng) 7805穩(wěn)壓輸出 +5V的電源， 其電路原理圖如圖 。圖中 J3的 2腳位 +9V， 1腳為地； S4為撥動(dòng)開關(guān)，電容 C1 C1 C1 C14均為 7805 輸入輸出端的濾波電容； D17 為發(fā)光二極管，即電源指示燈； D19為 1N4007 保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容 C14一個(gè)放電回路，防止 7805被擊穿損 壞。 圖 電源部分 發(fā)送與接收模塊的 MAX232 串口電路 MAX232 串口電路主要用于 STC89C52 單片機(jī)程序的燒寫以及用于擴(kuò)展與上位機(jī)的通信 。計(jì)算機(jī)串口 采用的是 RS232C負(fù)邏輯電平，“ 1”表示 12V，“ 0”表示 +12V，與單片機(jī)的的 TTL電平不同，因此通過(guò) MAX232 串口電路實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。其電路圖如圖 ， 圖中的 5 個(gè)電容均為 F的瓷片電容，起到降低芯片的噪聲干擾。 MAX232 的 11腳接 STC89C52 單片機(jī)的 TXD（ ）， 12 腳接單片機(jī)的 RXD（ ）； 右下為 串口母頭，用于與計(jì)算機(jī) 的通信，第 3腳（ 計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)輸出端）為從 計(jì)算 機(jī)輸出至單片機(jī)端口，第 2腳（ 計(jì)算 機(jī)數(shù)據(jù)輸入端）為從單片機(jī)輸入 至計(jì)算 機(jī) ， 5腳為地線，其余引腳在此不用 。 圖 MAX232 串口電路 16 接收模塊顯示電路 接收模塊顯示電路采用 LCD1602液晶顯示。 LCD1602能顯示 16個(gè)字符 2行，即 32個(gè)字符。 LCD液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的字符，這些字符有阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用符號(hào)和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的 ASCII 代碼。其引腳說(shuō)明如表 。 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 GND 電源地 9 DB2 數(shù)據(jù) 2 VCC 電源正極 10 DB3 數(shù)據(jù) 3 VEE 液晶顯示偏壓 11 DB4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 DB5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 DB6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 DB7 數(shù)據(jù) 7 DB0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 DB1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 表 LCD1602 引腳說(shuō)明 LCD1602在本設(shè)計(jì)中的電路連接圖如圖 ,1 腳和 3腳接地， 2腳接電源 +5V， 4腳接 STC89C52 圖 LCD1602 電路連接圖 單片機(jī)的 ,5 腳接 ,6腳接 ,7?14 腳接 P0口， 15 腳串接一個(gè) 10K 的電阻然后接到電源+5V。 第四章 氣象站系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 氣象站系統(tǒng)軟件部分分發(fā)送和接收兩個(gè)模塊 [12,13]，在此僅分析主程序與各子程序的流程。 涉及的子程序?yàn)?DHT21 溫濕度子程序，超聲波風(fēng)向風(fēng)速子程序，報(bào)警子程序， LCD1602 液晶顯示子程序。 軟件編程 所使用的編程語(yǔ)言為 C語(yǔ)言，編程軟件為 偉福 6000，此軟件程序編譯測(cè)試 后產(chǎn)生的 HEX文件通過(guò) STCISP V391軟件并通過(guò) MAX232串口 電路下載進(jìn) STC89C52單片機(jī) 。 詳細(xì)程序請(qǐng)見附錄 5 氣象站系統(tǒng)的主程序流程 17 圖 系統(tǒng)軟件主程序流程圖 系統(tǒng)子程序流程圖 發(fā)送 模塊 DHT21 溫濕度子程序流程圖 DHT21 為單總線數(shù)字信號(hào)輸出，其數(shù)據(jù)線接單片機(jī)的 ，其程序流程圖如圖 ， 首先由單片機(jī)拉低總線至少 500?s的低電平作為開始信號(hào)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完之后， 由從機(jī)拉低 50?s的低電平 后單片機(jī)再拉高總線，表示總線進(jìn)入空閑狀態(tài)。 發(fā)送模塊 DHT21采集 溫濕度 超聲波傳感器采集風(fēng)向風(fēng)速 單片機(jī)處理 溫濕度風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù) 超出預(yù)設(shè)溫濕度風(fēng)速？ 報(bào)警 Y 藍(lán)牙發(fā)射 藍(lán)牙接收 單片機(jī)處理 溫濕度風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù) 超出預(yù)設(shè)溫濕度風(fēng)速？ 報(bào)警 Y 液晶顯示 接收模塊 18 圖 DHT21 溫濕度子程序流程圖 發(fā)送模塊超聲波 測(cè)風(fēng)子程序 通過(guò)定時(shí)器 1工作方式 2定時(shí)發(fā)送四路 40kHz 的脈沖信號(hào)， CD4052的 A、 B腳選通發(fā)射與接收回路， 定時(shí)器 0 工作方式 1 計(jì)算超聲波的傳播時(shí)間 t， 分別測(cè)得四路時(shí)間值，最后求出風(fēng)速、風(fēng)向大小。 拉高延時(shí) 20～ 40μ s 從 機(jī) 拉 低80μ s 低電平 響 應(yīng) 信號(hào)？ 從機(jī)拉高 80μ s 高電平及是否結(jié)束？ N 結(jié)束 從機(jī)拉低 80μ s 低電平是否結(jié)束？ N Y Y 數(shù)據(jù)接收狀態(tài)， 40bit 最后一位結(jié)束？ N Y 從機(jī)拉低 50μ s 后，單片機(jī)拉高總線進(jìn)入空閑狀態(tài) 數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確否？ Y 接收數(shù)據(jù) 單片機(jī)發(fā)開始信號(hào)，拉低至少 500μ s 19 圖 超聲波測(cè)風(fēng)程序流程圖 接收模塊 LCD1602 顯示程序 1602液晶需要設(shè)置許多指令以及初始化等，這些都要通過(guò)寫命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。送入數(shù)據(jù)時(shí)要通過(guò)寫入并口即 P0口數(shù)據(jù)，之前先確定寫入的 RAM地址，再送入數(shù)據(jù)進(jìn)行特定位置的顯示。要特別注意的是，液晶顯示是以 ASCII碼顯示的，比如要顯示“ 0”，其對(duì)應(yīng)的 ASCII碼實(shí)際上是“ 0x30”，也就是“ 0+0x30”才是表示“ 0”或者用‘ 0’即加單引號(hào)也可以表示。 第一行后顯示濕度和溫度 值“ RH:xx .x% T:”，第二行后顯示風(fēng)速和風(fēng)向值 “ S： xxm/s D:xx”。 由于 LCD1602不能顯示字符“ ℃ ”和“ 176。 ”，故只顯示數(shù)值大小，默認(rèn)溫度 其程序 [14]流程圖如圖 。 外部中斷 0，定時(shí)器 0，定時(shí)器 1初始化 打 開定時(shí)器 1 定 時(shí) 發(fā) 送40kHz 的脈沖 打開定時(shí)器 0和外部中斷 0 四路通道發(fā) 射與接收選擇 是否產(chǎn)生外部中斷？ 關(guān)閉定時(shí)器 0 Y 讀取時(shí)間 是否有四路時(shí)間？ N Y 計(jì)算風(fēng)速、風(fēng)向的大小 20 圖 報(bào)警子程序 如果 所測(cè)得的溫濕度風(fēng)速值大小大于預(yù)設(shè)的值，則置相應(yīng)的 I/O 口為低電平，蜂鳴器將發(fā)出斷斷續(xù)續(xù)的鳴叫和 LED燈將一閃一閃。其程序流程圖如圖 。 第五章 氣象站系統(tǒng) 調(diào)試 系統(tǒng)主要由發(fā)送模塊和接收模塊 組成 。用萬(wàn)用表分別檢測(cè)無(wú)短路或斷路情況，測(cè)得電源部分7805 輸出端 +5V， 電源指示燈亮， 單片機(jī)芯片、 CD4052芯片、 MAX232 芯片、 CX20206A芯片、三極管等管腳芯片電壓正常 。藍(lán)牙模塊接上電源 LED 指示燈正常點(diǎn)亮 。 先對(duì)溫濕度采集電路進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)偉福 6000 編寫 C 語(yǔ)言程序， 再用 STCISP V391下載軟件將 HEX 文件燒寫進(jìn)入單片機(jī) ，發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙能夠正常傳輸數(shù)據(jù)，測(cè)得環(huán)境的溫濕度 能在接收模塊的LCD1602液晶顯示器上正常顯示，溫度精確到 ℃ ，濕度精確到 ％ ，溫度的測(cè)量范圍為 ℃?+℃ ，濕度測(cè)量范圍為 %?%， 并在超過(guò) 預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)產(chǎn)生 報(bào)警，報(bào)警狀態(tài)為 LED燈隔一秒的