【文章內(nèi)容簡介】 同時(shí) 微處理器內(nèi)部寫有定時(shí)發(fā)送無線數(shù)據(jù) 程序 ， 每過 1s 發(fā)送一次數(shù)據(jù) ， 使得使用更加合理。 無線 溫 濕 度檢測系統(tǒng) 許多場合都要對溫度進(jìn)行監(jiān)測和控制。比如現(xiàn)代電力系統(tǒng)向著高電壓大機(jī)組、大容量的方向發(fā)展，對電力系統(tǒng)供電可靠性的要求越來越高，由于絕大多數(shù)的電力設(shè)備長期 在高電壓、大電流和滿負(fù)荷的條件下運(yùn)行，導(dǎo)致熱量集結(jié)加劇，如果不對溫度的變化采取有效的監(jiān)測措施，將會危及電力設(shè)備的安全運(yùn)行 ?；谝陨媳尘?，提出 一種基于 ATMEGA48 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集及無線收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。無線收發(fā)部分，采用 Silicon Labs 公司 推出的 SI4432 無線收發(fā)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，使得數(shù)據(jù)采集更加具有實(shí)時(shí)性。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由少量的外部設(shè)備、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，以及供電電路組成。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊基于低功耗單片射頻收發(fā)芯片 SI4432，采用具有 8K 系統(tǒng)內(nèi)可編程 FLASH 的 8位 AVR 微控制器 ATMEGA48 為主處理芯片 ,完成數(shù)據(jù)的處理和控制。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 0VC C濾波電路00LED 指示J5PLU G D C 32 10R3470C547ufD1LEDC40. 1ufVC CVC C4 硬件設(shè)計(jì) 電源轉(zhuǎn)換 本 無線溫濕度檢測 系統(tǒng)有兩種供電電平 ，一是 5V，主要供給液晶 LCD1602 等集成器件工作；二是 ，主要供給 無線射頻收發(fā)芯片 SI4432 、 ATMEGA48 單片機(jī)、溫濕度傳感器 SHT10 模塊工作 。 5V 電平的獲取 5V電壓直接由外界電源輸入， 由于一般的電源模塊質(zhì)量參差不齊，故在電源輸入端 采用的 大小電容并聯(lián) 濾波 結(jié)構(gòu)。大電容起到穩(wěn)壓作用、并且能濾除低頻干擾信號；小電容主要起到濾除高頻干擾信號。兩者互補(bǔ)， 獲得較大濾波頻段。電路原理如圖 41 所示 。 圖 41 5V 電源濾波電路 電 平 的獲取 一般來說 ，由 5V獲取 ，比較常用的是：一、采用低壓差線性穩(wěn)壓器，如 （模塊本身可適應(yīng)較寬范圍的供電電壓） 。 二、采用齊納二極管和電阻做成的簡單降壓系統(tǒng) 。 三、采用最簡單的電阻分壓式法 。 方 案 一 ： AMS1117是一個(gè)低漏失電壓調(diào)整器 ,它的穩(wěn)壓調(diào)整管是由一個(gè) PNP驅(qū)動的 NPN管組成的 ,漏失電壓定義為 :VDROP = VBE+VSAT。 AMS1117有固定和可調(diào)兩個(gè)版本可用，輸出電壓可以是： 、 、 、 、 、 、 、 和 。片內(nèi)過熱切斷電路提供了過載和過熱保護(hù) ,以防環(huán)境溫度造成過高的結(jié)溫。為了確保 AMS1117的穩(wěn)定性 ,對可調(diào)電壓版本 ,輸出需要連接一個(gè)至少 22μ F的鉭電容。對于固定電壓版本，可采用更小的電容，具體可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定。通常，線性調(diào)整器的穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。 方 案 二 ： 齊納二極管 (又叫 穩(wěn)壓二極管 )，此 二極管 是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的 半導(dǎo)體 器件。在臨界擊穿點(diǎn)上 ,反向電阻降低到一個(gè)很小杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 的數(shù)值，在這個(gè)低 阻值 區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，由于這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。 方案三： 回路中某部分電路電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)（如：測定導(dǎo)體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路），即大范圍內(nèi)測量時(shí)，必須采用分壓接法 。 經(jīng)過比 較， 第 一 種 采用低壓差線性穩(wěn)壓器 ，是最適合本系統(tǒng)的。 故 采用 獲取 電壓 ， 如圖 42 所示 。 圖 42 電 平 轉(zhuǎn)換電路 微控制器系統(tǒng) MCU 系統(tǒng) 本系統(tǒng)核心控制器是 ATMEGA48。因?yàn)楸鞠到y(tǒng) 的電源供電是 ，而這款單片機(jī)可 以 達(dá)到這一要求 ， IO輸出可以直接方便的連接無線模塊 ， 而且 ATMEGA48 功耗低，可以節(jié)約系統(tǒng)的電量 。 ATMEGA48是 高性能、低功耗的 8位 AVR174。微處理器，其特性： ① 先進(jìn)的 RISC結(jié)構(gòu)： 131條指令 – 大多數(shù)指令的執(zhí)行時(shí)間 為單個(gè)時(shí)鐘周期 ；32x8通用工作寄存器；全靜態(tài)操作；工作于 16MHz時(shí)性能高達(dá) 16 MIPS； 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器。 ②非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器： 4字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash擦寫壽命 : 10000次；具有獨(dú)立鎖定 的可選 Boot代碼區(qū)，通過片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時(shí)讀寫操作； 256字節(jié)的 EEPROM 擦寫壽命 :100000次； 512字節(jié)的片內(nèi)SRAM； 可以對鎖定的 進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。 ③外設(shè)特點(diǎn) ： 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器；一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較 功能和捕捉功能的 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器；具有獨(dú)立振蕩器的杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC；六通道 PWM； 8路 10位 ADC(TQFP與 MLF封裝 )； 6路 10位 ADC(PDIP封裝 )；可編程的串行 USART 接口；可工作于主機(jī) /從機(jī)模式的 SPI串行接口；面向字節(jié)的兩線串行接口；具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器；片內(nèi)模擬比較器；引腳電平變化可引發(fā)中斷及喚醒 MCU。 ④ 特殊的微控制器特點(diǎn)：上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測；經(jīng)過標(biāo)定的片內(nèi)RC振蕩器；片內(nèi) /外中斷源；五種休眠模式：空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式和 Standby 模式 。 ⑤ I/O口與封裝： 23個(gè)可編程的 I/O口線 ； 32引腳 TQFP封裝與 32引腳 MLF封裝。 ⑥ 極低功耗 ARMEGA48 可以采用 ISP 方式下載程序。而采用這種下載方式，我們可以在不拆下單片機(jī)的情況下更新程序，極其方便 。因此可在小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)上 添加 DH_10牛角座電路，充當(dāng) ISP 下載接口。 ATMEGA48 系統(tǒng)，如圖 43 所示 。 圖 43 ATMEGA48 系統(tǒng)電路 液晶顯示模塊 采用顯示模塊好處是良好的人機(jī)交互界面 可以為產(chǎn)品的使用帶來方便，特別是本系統(tǒng)，信息顯示是必須的 功能。常見的顯示電路有數(shù)碼管電路 ， LED 點(diǎn)陣 屏 ，液晶顯示器。 第一 類是 LED 數(shù)碼管 。它 實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè) LED。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 字 樣了。一般杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為 左右，電流不超過 30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用 LED 數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是 0、 A、 B、 C、 D、 E、 F。 第二類是 LED 點(diǎn)陣 屏 ，它 是由幾萬 至 幾十萬個(gè) 半導(dǎo)體發(fā)光二極管 像素點(diǎn)均勻排列組成 的 。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。 LED 顯示屏分為圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由 LED 矩陣 塊組成。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂 。 以實(shí)時(shí)、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、 VCD 節(jié)目以及現(xiàn)場實(shí)況。 液晶顯示器能顯示字符和漢字。 用 LCD 顯示一個(gè)字符 原理如下 ，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 6 8 或 8 8 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“ 1”，其它的為“ 0”，為“ 1”的點(diǎn)亮，為“ 0”的不亮。這樣一來就組成 某個(gè) 字符。 典型的字符型液晶有 1602 液晶。漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對齊，送第三個(gè)字節(jié)??直到 所有的點(diǎn)陣碼 顯示完就可以 LCD 上得到一個(gè)完整漢字 ，常見的如 12864 液晶 ,5110 液晶都能顯示漢字。 由于本系統(tǒng)是便攜式設(shè)備，功耗要求嚴(yán)格，顯示的內(nèi)容較多， 故選擇液晶類顯示器為比較好的選擇。同時(shí)由于 只需顯示字符和數(shù)字，故采用應(yīng)用廣泛的LCD1602 液晶。 電路圖如 44所示 。 圖 44 LCD1602 電路原理圖 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 LCD1602 是一種用 5 7 點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器。其內(nèi)部 1602 液晶模塊的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有 ： 阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼 。順序與 ASCII 碼 一致 ，所以 1602 能 識別 ASCII 碼 。 溫濕 度采集模塊 溫濕度采集芯片的選擇 本系統(tǒng)的重要擴(kuò)展功能就是 溫 濕度的采集 。 溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號的設(shè)備或裝置。 選擇 溫濕度傳感器芯片時(shí)，一般都選擇 SHT10 溫濕度傳感器， DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器， SHTl5 單片、多用途的智能溫濕度傳感器。 選擇一： DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(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 位單片機(jī)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)。 選擇二： SHTl5屬單片、多用途的智能溫／濕度傳感器。它將溫度和濕度傳感器、信號調(diào)理、數(shù)字變換、串行數(shù)字通信接口、數(shù)字校準(zhǔn)全部集成到個(gè)高集成度、體積極小的芯片當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了溫濕度傳感器的數(shù)字式輸出、且免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，適配各種單片機(jī)構(gòu)成相對濕度／溫度檢測系統(tǒng)。極大方便了溫濕度傳感器在嵌入式測控領(lǐng)域的應(yīng)用，因而該傳感器在數(shù)字式溫濕度測控領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 選擇三： SHT10屬于 Sensirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。傳感器將傳感元件和信號 處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號。傳感器采用專利的 CMOSens174。 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)電容性聚合體測濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與 14 位的 A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進(jìn)行標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，用于內(nèi)部的信號校準(zhǔn)。兩線制的串行接口與內(nèi)部的電壓調(diào)整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而 簡單。微小的體積、極低的功耗，使 SHT10成為各類應(yīng)用的首選。 表 41是三種溫濕度采集芯片數(shù)據(jù)參照表。 型號 參數(shù) DHT11 SHT10 SHT15 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 測量范圍 20－ 90％ RH 0－ 50℃ 0－ 100％ RH 40－ ℃ 0－ 100％ RH 40－ ℃ 測濕精度 177。 5％ RH 177。 ％ RH 177。 2％ RH 測溫精度 177。 2℃ 177。 ℃ 177。 ℃ 供電電壓 表 41 溫濕度采集的芯片的對比 SHT10 與微控制器的連接 SHTl0與微控制器的連接，即為 SHTl0的串行接口電路與微控制器的連接。 SHTl0與微控制器的接口連接圖，如圖 45所示。 圖 45 接口連接圖 串行時(shí)鐘輸入 (SCK)： SCK用于微控制器與 SHTl0之間的通信同步。由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小的 SCK頻率限制。即微控制器可以以任意慢的速度與 SHTl0通信。串行數(shù)據(jù) (DATA)： DATA三態(tài)引腳是內(nèi)部的數(shù)據(jù)的輸出和外部數(shù)據(jù)的輸入引腳。 DATA在 SCK時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并在 SCK時(shí)鐘的上升沿有效。即微控制器可以在 SCK的高電平段讀取有 效數(shù)據(jù)。在微控制器向 SHTl0傳輸數(shù)據(jù)的過程中，必須保證數(shù)據(jù)線在時(shí)鐘線的高電平段內(nèi)穩(wěn)定。為了避免信號沖突，微控制器僅將數(shù)據(jù)線拉低，在需要輸出高電平的時(shí)候，微控制器將引腳置為高阻態(tài)，由外部的上拉電阻將信號拉至高電平。 SHT10的測量時(shí)序 微控制器用一組“啟動傳輸”時(shí)序來發(fā)起一個(gè)通信過程。它包括：當(dāng) SCK時(shí)鐘高電平時(shí) DATA翻轉(zhuǎn)為低電平。在 DATA為低電平期間， SCK變?yōu)榈碗娖剑俜D(zhuǎn)為高電平，隨后是在 SCK時(shí)鐘高電平時(shí) DATA翻轉(zhuǎn)為高電平 ,如圖 46所示。 圖 46 SHT10 啟動