【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 T11 傳感器 與一個(gè) 10K 的上拉電阻組成 。電路 圖如圖 36 所示： 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 圖 36 DHT11 溫濕度采集模塊電路圖 無線數(shù)據(jù)傳輸 無線傳輸模塊是信息傳輸?shù)暮诵?，承?dān)了信息的傳輸工作。常用的無線模塊有 NRF90NRF24L0 CC1100、 Si443 CC10 CC2500等型號(hào)。在選用無線模塊方面有如下幾個(gè)方案： 方案一、選用 Si4432 型號(hào)模塊。 Si4432 型號(hào)模塊具有完整的 FSK收發(fā)器，最大發(fā)射功率為 17dBm，接收靈敏度高達(dá) 115dBm，傳輸速率最大可達(dá) 128Kbps，工作頻率為 433M免費(fèi) ISM 頻段 (~)，也可以工作于 ~，空曠通訊距離可達(dá) 800米以上。 方案二、選用 NRF905 型號(hào)模塊。 NRF905 型號(hào)模塊工作電壓為 ~，調(diào)制方式為GFSK，最大傳輸速率為 50Kbps，瞬間最大工作電流小于 30mA，并且 433MHZ 開放 ISM頻段免許可使用，工作頻段為 ~，空曠地通訊距離為 100 米以上。 方案三、選用 CC1100 型號(hào)模塊。 CC1100 型號(hào)模塊的工作電壓為 ~，最大發(fā)射功率為 10mV，瞬間最大工作電流小于 30mA，并且 433MHz 的免費(fèi) ISM頻段免許可使用，工作頻段為 402MHz~470MHz，最高工作速率為 500Kbps，支持 2FSK、 GFSK 和 MSK 調(diào)制方式，空曠地通訊距離為 250 米以上。 方案四、選用 CC1020 型號(hào)模塊。 CC1020 型號(hào)模塊工作電壓為 ~，低電流消耗為 ，工作頻率范圍為 402MHz~470MHz，靈敏度高，數(shù)據(jù)率最高可達(dá) ,SPI接口配置內(nèi)部寄存器，標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于嵌入式應(yīng)用，開闊地通訊距離可達(dá) 500 米以上。 方案五、選用 NRF24L01 型號(hào)模塊。 NRF23L01 型號(hào)模塊的工作電壓為 ~，調(diào)制方式為 GFSK，最大發(fā)射功率為 1mV,瞬間最大工作電流小于 15mA，最大傳輸效率為2Mkbps，工作頻率為 ~，掉電模式下的功耗 400mA，待機(jī)模式下的功耗為32uA，具有片內(nèi)穩(wěn)壓器，可在 ~ 低電壓工作，空曠地通訊距離可達(dá) 20 米以上。 方案六、選用 CC2500 型號(hào)模塊。 CC2500 型號(hào)模塊的工作電壓為 ~，工作頻率范圍為 2400~， ISM 和 SRD 頻段免許可使用，最高工作速率為 500Kbps,支持2FSK、 GFSK 和 MSK 調(diào)制方式，接收靈敏度高，支持低功率電磁波激活功能，外部中斷喚醒，外部中斷或 RTC 喚醒系統(tǒng)，空曠地通訊距離為 20 米以上。 方案一、方案三、方案四性能十分強(qiáng)大，可相對(duì)于其他幾個(gè)方案來說過于復(fù)雜，跟本設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)初衷相矛盾。而方案二的價(jià)格太高，因此不適合。由于平時(shí)從未接觸過 CC2500型號(hào)模塊，因此本設(shè)計(jì)采用方案五的 NRF24L01 無線傳輸模塊。 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 NRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作頻段范圍在 ~ 之間，而且 NRF24L01 的功耗非 常低，因此比較適合簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。 NRF24L01 主要特性 [12]如下： GFSK 調(diào)制； 硬件集成 OSI 鏈路層； 具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能； 片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和 CRC 校驗(yàn)碼； 數(shù)據(jù)傳輸率為 1Mb/s 或 2Mb/s； SPI 速率為 0Mb/s~10Mb/s； 125 個(gè)頻道； 與其他 NRF24 系列射頻器件相兼容； QFN20 引腳 4mm 4mm 封裝； 供電電壓為 ~。 NRF24L01 的封裝及引腳排列如圖 37 所示： 圖 37 NRF24L01 引腳排列 由于無 線傳輸模塊跟無線接收模塊 是一對(duì)的，都采用了 NRF24L01，因此它們的電路圖相同如下圖 38 所示： 圖 38 無線傳輸模塊原理圖 無線數(shù)據(jù)接收及顯示 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 無線數(shù)據(jù)接收 無線數(shù)據(jù)接收部分與無線發(fā)射部分是對(duì)應(yīng)的，同樣采用的是 NRF24L01 無線傳輸 模塊。NRF24L01 雖然比較簡(jiǎn)單，但是它在開闊地的實(shí)測(cè)距離仍可以達(dá)到 20 米以上，能滿足一般的需求。而且它的使用方法非常簡(jiǎn)單，不需要什么專業(yè)知識(shí)，只需要 5 個(gè)普通的 IO操作即可完成數(shù)據(jù)收發(fā)，任何單片機(jī)都可以選擇此模塊。 本設(shè)計(jì)使用的 NRF24L01 無線傳輸模 塊雖然小巧，但是一點(diǎn)不妨礙到它的使用領(lǐng)域。像車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識(shí)別、機(jī)器人控制、無線 232 數(shù)據(jù)通信、無線 485/422 數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)榷紩?huì)出現(xiàn)它的身影。 數(shù)據(jù)顯示 一個(gè)系統(tǒng)中，顯示部分同樣非常重要，它能將用戶所需要的資料信息都顯示出來。常用的顯示設(shè)備有數(shù)碼管 、 LCD 顯示屏 、 各類點(diǎn)陣等。 常用的顯示方案有如下幾種： 方案一、采用數(shù)碼管作為顯示模塊。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管。通過對(duì)其不同管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其顯示出 數(shù)字。由于它價(jià)格便宜、體積小、亮度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品。 方案二、采用 12864 液晶作為顯示模塊。 12864 液晶除了可以顯示數(shù)字、英文字母外，還能顯示中文、圖形等信息，每屏可以顯示 32 個(gè)中文字符或 64 個(gè) ASCII 碼字符?？梢哉f功能非常強(qiáng)大。 方案三、采用 1602液晶作為顯示模塊。 1602 液晶具有可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)用方便等特點(diǎn)，且操作簡(jiǎn)單，可以顯示數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)、字母等信息，顯示內(nèi)容比數(shù)碼管豐富。 由于本次設(shè)計(jì)需要顯示溫度、濕度等信息，因此不選擇成本非常高的 12864 液晶。如果采用數(shù)碼管，則需要用動(dòng)態(tài)掃描，占用的資源比較多，而且顯示界面不太友好。綜上所述，選擇 1602 液晶作為顯示模塊。 LCD1602 能夠顯示 32 個(gè)字符。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母、常用的符號(hào)、日文等。 LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，各引腳接口說明如表 32： 表 32 引腳接口說明表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 1602 液晶模塊的電路圖如圖 39 所示： 圖 39 1602 液晶顯示模塊電路圖 鍵盤輸入 由于本次設(shè)計(jì)添加了設(shè)置溫濕度警報(bào)的功能，所以需要配備鍵盤。 常用的鍵盤設(shè)計(jì)方案有以下幾種： 方案一、采用獨(dú)立按鍵組成的鍵盤。獨(dú)立按鍵的特點(diǎn)是一個(gè)按鍵占用一個(gè) I/O口，且編程非常簡(jiǎn)單，比較適合按鍵少的設(shè)計(jì)。 方案二、采用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤是將按鍵排列成矩陣形式，用其中的每一個(gè)按鍵，連接引自單片機(jī) I/O 口的行線與列線。行線所接的單片機(jī) I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了 [13,14]。 本次設(shè)計(jì)只需要四個(gè)按鍵，因此選用獨(dú)立按鍵組成的鍵盤。四個(gè)按鍵 KEY KEYKEY KEY4 分別對(duì)應(yīng)確認(rèn)、加 減 復(fù)位功能。 鍵盤按鍵電路圖如圖 310 所示： 圖 310 鍵盤輸入電路圖 蜂鳴 器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器。主要有壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種。本次設(shè)計(jì)采用的是壓電式蜂鳴器。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。當(dāng)蜂鳴器通電后，多諧振蕩器起振，輸出 ~ 的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。 蜂鳴器 模塊 的電路圖如圖 311 所示： 圖 311 蜂鳴器電路圖 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 在應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)的主要功能將由軟件來實(shí)現(xiàn)，好的軟件設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮微控制器的運(yùn)算和邏輯控制功能，從而提高儀器的 精度和使用的方便性 [15]。根據(jù) 各部件不同功能 的劃分，可分為信息發(fā)射部分和信息接 收 部分。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是將來自傳感器的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過程序處理后，在 LCD1602 液晶顯示屏上顯示，并且通過鍵盤控制所需要顯示的信息。只有將發(fā)射部分和接受部分兩部分軟件相互結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)氣象信息系統(tǒng)的采集顯示功能。系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖 41 所示： 發(fā)射部分 流程圖 接收部分流程圖 圖 41 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)流程圖 溫濕度采集模塊 溫濕度采集模塊 DHT11接收到一次開始信號(hào)后， DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，如果 DHT11 接收到主機(jī)發(fā)送的開始信號(hào)，則 DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出 40bit 的數(shù)據(jù)信息，并且采集一次溫度和濕度，采集結(jié)束后，由高速模式轉(zhuǎn)換到低速模式，如果 DHT11 沒有收到主機(jī)發(fā)送的開始信號(hào)，則不會(huì)進(jìn)行溫度和濕度的采集。 當(dāng)溫濕度采集模塊 DHT11 為空閑狀態(tài)時(shí)，即總線空閑狀態(tài)時(shí)，總線被拉到低電平，等待 DHT11 的 響應(yīng)，這時(shí)，總線被拉低的時(shí)間必須大于 18毫秒，才能使 DHT11 檢測(cè)到開始信號(hào)。 DHT11接收到主機(jī)發(fā)送的開始信號(hào)后，等待主機(jī)發(fā)送信號(hào)結(jié)束，緊接著發(fā)送 80us的低電平響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)在發(fā)送信號(hào)結(jié)束后，等待延時(shí) 20~40us 后，讀取 DHT11 的響應(yīng)信號(hào)，等待主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后，可以切換到輸入模式或者輸出高電平，總線被上拉電阻拉至高電平。 若總電平為低電平， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，發(fā)送結(jié)束后，總線被拉高 80us，緊 接著 發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送 1bit 數(shù)據(jù)信息都以 50us 開始，數(shù)據(jù)位上是 0 或者 1 由高電平的長(zhǎng)短決定。湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 當(dāng)數(shù)據(jù)信息 全部傳送完畢后， DHT11 拉低總線 50us，總線由上拉電阻拉高到高電平進(jìn)入空閑狀態(tài)。 溫濕度數(shù)據(jù)模塊流程圖如圖 42 所示： 圖 42 溫濕度數(shù)據(jù)模塊流程圖 無線傳輸模塊 無線傳輸模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 NRF24L01 配置為發(fā)射模式，接著將發(fā)射的數(shù)據(jù)寫入 NRF24L01，激活無線發(fā)射，然后檢測(cè) NRF24L01 的 IRQ 引腳，若為低電平，說明數(shù)據(jù)發(fā)送成功，產(chǎn)生發(fā)送中斷。若為高電平，則發(fā)送未成功，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。 無線傳輸模塊在接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 NRF24L01 配置為接收模式，等待 數(shù)據(jù)傳輸過來，當(dāng)接收模塊檢測(cè)到信號(hào)到來時(shí)，就將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到當(dāng)前信號(hào)的載波信號(hào)中，接著將 RX_DR置高， IRQ 則變?yōu)榈碗娖?，成功獲取數(shù)據(jù)。之后 CE 就變成低電平，而 NRF24L01 進(jìn)入空閑模式。 無線傳輸模塊的流程圖如圖 43 所示： 發(fā)射部分無線傳輸模塊流程圖 接收部分無線傳輸模塊流程圖 圖 43 無線傳輸模塊流程圖 湖州師范學(xué)院求真學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 顯示模塊 本次 設(shè)計(jì)使用的是帶背光的 LCD1602，因此 有 16 個(gè)引腳 ， 11 個(gè)與單片機(jī)的 I/O相連并通信，其中 8 個(gè) 為 數(shù)據(jù)引腳 ，其余 3 個(gè) 為 控制引腳。 通過 改變 3 個(gè)控制引腳的電平，可以對(duì)1602 液晶進(jìn)行寫命令，讀命令，寫數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)的操作，從而控制 1602 液晶。本設(shè)計(jì)中，只需對(duì) 1602 液晶進(jìn)行單向操作，所以省略了對(duì) 1602液晶的讀命令和讀數(shù)據(jù)的操作。 顯示模塊 的程序流程圖如圖 44 所示 ： 圖 44 顯示模塊流程圖 按鍵模塊 本次設(shè)計(jì)采用按鍵模塊的是四個(gè)獨(dú)立的按鍵，分別與單片機(jī) P0 口上的四個(gè)引腳相連 ，當(dāng)按鍵沒按下時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部對(duì)應(yīng)的 I/O 接口由于有上拉電阻，其輸入為高電平；當(dāng)某鍵被按下后，對(duì)應(yīng)的 I/O 接口變?yōu)榈碗娖健Ｖ灰诔绦蛑信袛?I/O 接口的狀態(tài)， 就 可知道哪個(gè)鍵處于閉合狀態(tài) ， 就可確定是哪個(gè)按鍵按下。按鍵模塊的流程圖如圖 45 所示： 圖 45 按鍵模塊流程圖