【文章內(nèi)容簡介】 、 性價比高等優(yōu)點。 方案三：使用 MPS430，凌陽 61 單片機 等 16 位單片機或者 ARM 系列 32 位單片機 。 由于本系統(tǒng)控制功能簡單，沒有必要為了提高性能而增加成本和開發(fā)難度。 經(jīng)過綜合考慮，本題目采用第二套方案 ，選取 IO 口個數(shù)和 ROM 大小適合本系統(tǒng)的Mega8 單片機 。 溫濕度傳感器選擇 方案一：熱敏電阻 +電阻式或電容式濕度傳感器 +AD 轉(zhuǎn)換。 本方案采用熱敏電阻和電阻（電容）式濕度傳感器，需要經(jīng)過信號調(diào)理，放大， AD轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)。缺點是每個環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)問題，設(shè)計復雜，且自行設(shè)計需要標定，準確度存在著達不到要求的可能。優(yōu)點在于批量硬件成本較低。 方案二： DS18b20+集成濕度傳感器。 本方案采用集成式溫度和濕度傳感器，設(shè)計時可省去信號調(diào)理， AD 轉(zhuǎn)化等環(huán)節(jié)，集成傳感器在出廠前已經(jīng)進行了標定校準，準確度和精度高，使用方便。缺點是成本較高。 方案三：集成溫濕度傳感器。 本方案可選用 SHT SHT11 等國外產(chǎn)集成溫濕度傳感器，也可選用成本較低的國產(chǎn)DHT11 等。其優(yōu)點在于，相比于溫濕度采集分體的方案二，本方案選取集成溫度濕度于一體的集成傳感器，可占用更少的 IO 口，系統(tǒng)工作更穩(wěn)定，由于同時可讀取到溫度和濕度數(shù)據(jù)，設(shè)計工作量也減小不少。 綜合考慮：本系統(tǒng)選擇第三種方案，選用國 產(chǎn)的 DHT11。 通信模塊選擇 方案一： 27M 自制無線電收發(fā)電路 。 5 自制無線收發(fā)電路存在著很大的風險，首先調(diào)試不易，其次工作起來可能發(fā)生頻率漂移，長時間工作不穩(wěn)定，自行設(shè)計方案不太成熟。優(yōu)點是一旦調(diào)試成功且能穩(wěn)定工作，批量成本很低。 方案二： PTR202 J05U、 F05V 等 315M/433M 無線收發(fā)模塊 。 這種無線收發(fā)模塊市場上很多，技術(shù)也很成熟，已經(jīng)廣泛用到了無線遙控玩具，無線報警器，工業(yè)數(shù)據(jù)采集等場合。缺點是同類產(chǎn)品過多，同頻干擾較強烈。 方案三： nRF240 JF24C 等 無線收發(fā)一 體模塊 。 無線收發(fā)模塊采用跳頻技術(shù)可以有效的減小同頻干擾，具有信道多的優(yōu)點，收發(fā)一體用起來比較方便。 方案四：藍牙串口模塊 。 藍牙串口模塊工作穩(wěn)定性高，速度相對較快，且可以很方便的與上位機的藍牙適配器連接進行通信。缺點在于傳輸距離比較近，約 10m 左右，適合近距離數(shù)據(jù)傳輸，且成本高。 綜合考慮：本系統(tǒng)選擇方案二和方案四，選用 315M 無線收發(fā)模塊和藍牙串口模塊，分別用于控制器與被控終端通信，以及監(jiān)控器與控制器通信。 監(jiān)控器顯示方式選擇 方案一：使用 多位 數(shù)碼管顯示 。 數(shù)碼管 的 顯示信息量有限，不能顯示 字符和中文，信息不夠直觀 ， 且功耗較大 ，不適合手持式設(shè)備 。 方案二：使用 LCD1602。 LCD1602 可以顯示字符且功耗較低 。 但是顯示面積小，不能顯示中文，人機界面不夠友好。 方案三：使用 LCD12864。 LCD12864 具有顯示信息量大，顯示面積大，可以顯示中文，人機界面友好等優(yōu)點 。但 其 功耗稍大 ，且體積過大、分辨率低，不適合手持式設(shè)備 。 方案四：使用 NOKIA5110 LCD 圖形點陣液晶顯示 。 5110 LCD 具有 84*48 點陣圖形顯示能力，可同時顯示 4 行，每行 7 個的 12*12 漢字，或者顯示 6 行，每行 14 個的 6*8 ASCII 碼字符。顯示信息量一般，且不帶字庫，顯示信息量過大時，需占用單片機大量 ROM 或 RAM 空間，可外擴 Flash 解決此問題。優(yōu)點在于體積小，分辨率高，功耗低，性價比較高等。 方案五：使用 TFT 材質(zhì) 16K 色或 26 萬色彩色液晶顯示 。 6 TFT 材質(zhì) LCD 現(xiàn)已廣泛用于手機、 Mp4 等數(shù)碼產(chǎn)品，以及電腦液晶顯示器、液晶電視等。具有色彩艷麗，分辨率高，顯示信息量大等優(yōu)點。缺點是功耗稍高，需要高壓驅(qū)動，將 可能 會被近期新興的 LED 彩色液晶屏逐步取代。本系統(tǒng)顯示信息量不是很大，無需彩色顯示而增加成本，且其驅(qū)動程 序復雜，讓作者望而卻步。因此本系統(tǒng)不打算選擇此方案。 綜合考慮：本系統(tǒng)選擇方案四，選用 NOKIA5110 LCD 作為監(jiān)控器顯示設(shè)備。 7 第二章 硬件設(shè)計 系統(tǒng) 硬件部分 的 整體 框圖 如圖 所示 ： 控 制 器 M C UD H T 1 1溫 濕 度 采 集光 敏 二 極 管光 照 采 集R E 2 0 0 B人 體 熱 釋 紅 外 采 集D S 1 3 0 2時 間 信 息 采 集藍 牙 串 口 模 塊 從 機P T 2 2 6 2編 碼 電 路F 0 5 R無 線 3 1 5 M發(fā) 射 模 塊監(jiān) 控 器 M C UP T 2 2 7 2 解 碼 電 路J 0 5 U 無 線 3 1 5 M 接 收 模 塊藍 牙 串 口 模 塊 主 機N O K I A 5 1 1 0L C D 顯 示 屏按 鍵U L N 2 0 0 3 驅(qū) 動 電 路繼 電 器電 源 電 路電 源 電 路控 制 器 部 分監(jiān) 控 器 部 分被控終端部分被 控 電 器 及 環(huán) 境 控 制 設(shè) 備 圖 系統(tǒng)整體方框圖 控制器 控制器硬件整體框圖 如圖 所示。 控 制 器 M C UD H T 1 1溫 濕 度 采 集光 敏 二 極 管光 照 采 集R E 2 0 0 B人 體 熱 釋 紅 外 采 集D S 1 3 0 2時 間 信 息 采 集藍 牙 串 口 模 塊 從 機P T 2 2 6 2編 碼 電 路F 0 5 R無 線 3 1 5 M發(fā) 射 模 塊電 源 電 路 圖 控制器硬件整體框圖 MCU 及其最小系統(tǒng)電路 本系統(tǒng)經(jīng)過第一章的論證，選用了 ATmel 公司生產(chǎn)的 AVR 系列 Mega8LDIP 封裝單片機。 Mega8L 具有高性能、低功耗的特點，具有先進的 RISC 結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成兩個具有獨 8 立預分頻器和比較器功能的 8 位定時器 /計數(shù)器和一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時器 / 計數(shù)器。內(nèi)部集成了可通過調(diào)整熔絲位選擇的 1M， 2M， 4M， 8M 的RC 震蕩作為時鐘電路，不過精確度不高且有一定的溫漂，由于本系統(tǒng)要進行串口通信對時鐘要求較高，因此外接了 的晶振。 Mega8L 片內(nèi)還集成了可選擇不同延時的上電延時復位電路，不過為了穩(wěn)定和調(diào)試方便，本系統(tǒng)也外接了上電自動復 位和手動復位電路。 圖 所示 為控制器部分的 MCU 最小系統(tǒng)電路原理圖，其中 C7 是增加單片機工作穩(wěn)定性的電源去耦電容。 PC6 (RESET)1PD0 (RXD)2PD1 (TXD)3PD2 (INT0)4PD3 (INT1)5PD4 (XCK/T0)6VCC7GND8PB6 (XTAL1/TOSC1)9PB7 (XTAL2/TOSC2)10PD5 (T1)11PD6 (AIN0)12PD7 (AIN1)13PB0 (ICP)14PB1 (OC1A)15PB2 (SS/OC1B)16PB3 (MOSI/OC2)17PB4 (MISO)18PB5 (SCK)19AVCC20AREF21GND22PC0 (ADC0)23PC1 (ADC1)24PC2 (ADC2)25PC3 (ADC3)26PC4 (ADC4/SDA)27PC5 (ADC5/SCL)28JP1ATmega8L8PCC510uGNDR2S1ResetVCCRSTX112C422p12C622pRXDTXDXTAL1XTAL2MOSISCKMISOVCCSwitch0Switch1GuangZhaoHongWaiADR1ADR2ADR3ADR4T_D0T_D1R_D0R_D1C7104VCCT_D2R_D2SDASCLDS1302_RETWenShiDu 圖 控制器單片機最小系統(tǒng)電路原理圖 溫濕度采集 溫濕度傳感器采用廣州奧松電子有限公司生產(chǎn)的集成數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11。 DHT11 數(shù)字溫濕度 傳感器是一款含有已校準數(shù)字信 號輸出的溫濕度復合傳感器 。 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。傳感器包括一個電 阻 式 感 濕元件和一 個 NTC 測溫元件，并與一個 高性能 8 位單片機相 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、性價比極高等優(yōu)點。每個 DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。 單 線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗， 信號傳輸距離可達 20 米以上， 使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品 為 4 針單排引腳封裝。 連接方便 。 DHT11 的外形、電氣連接及工作時序分別 如圖 、圖 和圖 所示。 9 圖 DHT11 外形圖 圖 DHT11 與 MCU 電氣連接圖 圖 DHT11 工作時序圖 光照采集電路 光照采集電路的設(shè)計本著簡單穩(wěn)定的原則進行。如圖 所示， D2 是光電二極管，工作模式為反接方式，類似于穩(wěn)壓二極管。當光照很弱時，其內(nèi)阻很大，在與 R3， R11 組成的串聯(lián)分壓電路中，其本身壓降很大，使 PNP 三極管 9015 的基極電壓很高，三極管不導通，發(fā)射極輸出低電平。當光照強度增加到使光電二極管壓降到一定程度時，三極管導通，輸出高電平。單片機采集后通過判斷高低電平即可知道光照強弱。可通過調(diào)節(jié)電位器 R3進行標定，使三極管的關(guān) 閉導通閥值固定在一個需要的數(shù)值。 10 R1210KLED2guangdianR3100KR1110KQ19015GuangZhaoVCC 圖 光照采集電路原理圖 人體熱釋電紅外采集 人體熱釋電紅外檢測模塊是一種能夠感應(yīng)人體靠近或遠離的傳感器，模塊將對人體的人體紅外熱輻射的信號轉(zhuǎn)化成電信號，人體都有恒定的體溫，一般在 37℃左右，會發(fā)出特定波長的紅外線 (普通人體會發(fā)射 10μ m 左右的特定波長紅外線 )，人體熱釋電紅外檢測模塊的菲涅爾透鏡將熱釋的紅外信號折射在 PIR(熱釋電紅外傳感器 )上，探測警戒區(qū)內(nèi)紅外線能量的變化。熱釋電紅外傳感器 (PIR)將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號，即熱電轉(zhuǎn) 換。因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當人體進人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異，信號被采集到伺服系統(tǒng)以后，由軟件對該新采集的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)存中已經(jīng)存在的前期探測數(shù)據(jù)進行延時比較，以判斷是否真的有人等紅外線源進入警戒區(qū)。 本系統(tǒng)采用市售的人體熱釋電紅外采集模塊，外形如圖 所示。內(nèi)部集成了熱釋電紅外傳感器和紅外傳感信號處理器 BISS0001。引出 VCC(+5V)、 OUT 和 GND 三個引腳。模塊上電后，當有人時， OUT 引腳輸出高電平，無人時模塊將 OUT 端點平拉低 ， 輸出低電平。主控器通過判斷與之對應(yīng)連接的 IO 的 電平 即可判斷有無人。 11 圖 人體熱釋電紅外傳感器模塊外形圖 時鐘電路 時鐘電路采用 DS1302。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口 SCLK(7)、 I/O(6)、 RST(5)與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù) 據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個 31 8 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 在本系統(tǒng)中， DS1302 與控制器 MCU 連接原理圖如圖所示。其中 J12 為備用電池，當系統(tǒng)掉電后， DS1302 會自動切換至備用電池供電，時鐘信息掉電不丟失，并且芯片可在備用電池的支持下繼續(xù)工作。 本系統(tǒng)時鐘電路原理圖如圖 所示。 VCC21X12X23GND4RET5I/O6SCLK7VCC18U10DS1302VCCX21 2J12 3VC15 100u/5VSCLSDADS1302_RET 圖 時鐘電路原理圖 射頻編碼電路 PT2262 PT2262/2272 是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路 ， PT2262/2272 最多可有 12 位 (A0A11)三態(tài)地址端管腳 (懸空 ,接高電平 ,接低電平 )， 任意組合可提供 531441 地址碼 ,PT2262 最多可有 6 位 (D0D5)數(shù)據(jù)端管腳 ， 設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從 17