【正文】 Layout/ Router支持完整的PCB設(shè)計(jì)流程，涵蓋了規(guī)則驅(qū)動(dòng)下的交互式布局布線，DRC/DFT/DFM校驗(yàn)與分析，直到最后的生產(chǎn)文件（Gerber）、裝配文件及物料清單（BOM）輸出等全方位的功能需求，確保PCB工程師高效率地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。該軟件目前是國(guó)內(nèi)從事電路設(shè)計(jì)的工程師和技術(shù)人員主要使用的電路設(shè)計(jì)軟件之一，是PCB設(shè)計(jì)高端用戶最常用的工具軟件。開(kāi)始1602和SI4432初始化無(wú)線接收模塊 讀取成功否？ N 無(wú)線接收模塊重啟 Y線性擬合數(shù)據(jù)1602顯示數(shù)據(jù)延時(shí)1s圖55 液晶顯示流程圖6 制作與調(diào)試 PCB制作與程序編寫(xiě)我是通過(guò)使用PADS Layout的手動(dòng)布線來(lái)畫(huà)PCB。 初始化測(cè)溫濕度 判斷SHT10 Y是否出錯(cuò) N顯示溫濕度 無(wú)線發(fā)送模塊延時(shí)100ms 圖54采集模塊流程圖（5）LCD1602液晶顯示控制流程數(shù)據(jù)接收顯示板中SI4432無(wú)線接收模塊把發(fā)射板中的溫濕度數(shù)據(jù)接收到后經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制在液晶顯示屏上顯示。單片機(jī)能通過(guò)這兩根線讀取溫濕度傳感器中的溫度寄存器和濕度寄存器的數(shù)據(jù)，當(dāng)讀出數(shù)據(jù)后，根據(jù)溫度的補(bǔ)償系數(shù)和濕度的補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。如圖53。下面的宏定義是為了方便程序的移植和程序的編寫(xiě)。（2）主程序（數(shù)據(jù)接收液晶顯示板）主程序模塊中先對(duì)LCD1602液晶顯示器和無(wú)線模塊SI4432的控制管腳初始化，然后進(jìn)行控制流程的無(wú)限循環(huán)，在該循環(huán)中先掃描無(wú)線模塊是否收到數(shù)據(jù)，當(dāng)收到數(shù)據(jù)以后，存儲(chǔ)溫濕度的信息到無(wú)線接收數(shù)組，然后對(duì)溫濕度信息進(jìn)行提取處理，并用LCD1602將其顯示出來(lái)。液晶顯示程序里最要注意的就是液晶執(zhí)行指令后的延時(shí)，當(dāng)延時(shí)不對(duì)市，液晶很容易顯示亂碼或者無(wú)顯示。其次，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的優(yōu)化和液晶顯示程序也是需要注意的地方。所以要嚴(yán)格按照器件的自定義時(shí)序來(lái)進(jìn)行程序的編寫(xiě)。主要是ATMEGA48單片機(jī)與溫濕度傳感器SHT10數(shù)據(jù)串行通信以及與單片機(jī)與無(wú)線模塊SPI通信協(xié)議的程序設(shè)計(jì)。電路如圖411所示。 圖410 引腳連接圖本設(shè)計(jì)中由于無(wú)線模塊電源要求質(zhì)量很高，雖然在前級(jí)板已經(jīng)做過(guò)電源濾波措施，仍采用電容濾波的結(jié)構(gòu)有效濾波。當(dāng)SDN=1 時(shí)芯片將被徹底關(guān)閉并且寄存器的內(nèi)容將丟失；12 GND地；13 ANT天線。表45是三種無(wú)線收發(fā)芯片參數(shù)的比較。～,20引腳QFN封裝(4mm4mm),可工作在315/433/868/915MHz四個(gè)頻段；內(nèi)部集成分集式天線、功率放大器、喚醒定時(shí)器、數(shù)字調(diào)制解調(diào)器、64字節(jié)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)FIFO，以及可配置的GPIO等。nRF401無(wú)線收發(fā)芯片所需外圍元件較少，并可直接對(duì)接單片機(jī)串口。nRF401是Nordic公司研制的單片μHF無(wú)線收發(fā)芯片，工作在433MHZISM頻段。圖49 SHT10電路原理圖 無(wú)線收發(fā)模塊 無(wú)線收發(fā)芯片的比較本系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)模塊是采用SI4432無(wú)線射頻收發(fā)芯片，雖然芯片是課題規(guī)定的，但我也跟一些其他的無(wú)線收發(fā)芯片做了簡(jiǎn)單的比較，例如：CC100無(wú)線收發(fā)芯片；nRF401無(wú)線收發(fā)芯片；SI4432無(wú)線收發(fā)芯片。非常適合使用在本系統(tǒng)中，故選擇SHT10作為系統(tǒng)中溫濕度采集模塊的核心器件。C)d2(176。C)d2(176。可用如下公式將數(shù)字輸出(SOT)轉(zhuǎn)換為溫度值，溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)請(qǐng)閱表44。%RH/℃50%RH，溫度補(bǔ)償系數(shù)請(qǐng)參閱表43。 圖47 通信復(fù)位時(shí)序 信號(hào)轉(zhuǎn)換濕度的非線性補(bǔ)償請(qǐng)參閱圖48為獲得精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，建議用以下公式進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。復(fù)位時(shí)序如圖47所示。SHTl0完整的測(cè)量時(shí)序由啟動(dòng)傳輸時(shí)序、發(fā)布命令、等待測(cè)量完成、讀回?cái)?shù)據(jù)這4個(gè)部分組成。CRC校驗(yàn)字節(jié)后的確認(rèn)位表示通信結(jié)束。微控制器需要通過(guò)下拉DATA為低電平以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。在SCK線重新啟動(dòng)之后，2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)將被傳送。在重新啟動(dòng)時(shí)鐘線讀取測(cè)量結(jié)果之前，微控制器必須等待這個(gè)測(cè)量結(jié)束信號(hào)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上。微控制器在發(fā)布一組濕度或者溫度測(cè)量命令后，需要等待測(cè)量的結(jié)束。SHTl0通過(guò)在第8個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后，將DATA拉低來(lái)指示正確接收到命令。命令字節(jié)包括高3位的地址位(目前只支持000)和低5位的命令位。在DATA為低電平期間，SCK變?yōu)榈碗娖?，再翻轉(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。 SHT10的測(cè)量時(shí)序微控制器用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序來(lái)發(fā)起一個(gè)通信過(guò)程。在微控制器向SHTl0傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)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。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。即微控制器可以以任意慢的速度與SHTl0通信。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?！婀╇婋妷罕?1溫濕度采集的芯片的對(duì)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。2℃177。％RH177。型號(hào)參數(shù)DHT11SHT10SHT15測(cè)量范圍20－90％RH0－50℃0－100％RH40－℃0－100％RH 40－℃測(cè)濕精度177。微小的體積、極低的功耗，使SHT10成為各類應(yīng)用的首選。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(chǔ)存在OTP 內(nèi)存中，用于內(nèi)部的信號(hào)校準(zhǔn)。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)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(wú)縫連接。傳感器采用專利的CMOSens174。選擇三：SHT10屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。它將溫度和濕度傳感器、信號(hào)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(duì)濕度／溫度檢測(cè)系統(tǒng)。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)。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(zhǎng)期穩(wěn)定性。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。 溫濕度采集模塊本系統(tǒng)的重要擴(kuò)展功能就是溫濕度的采集。其內(nèi)部1602液晶模塊的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)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(xiě)、常用的符號(hào)和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。電路圖如44所示。 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。典型的字符型液晶有1602液晶。用 LCD 顯示一個(gè)字符原理如下，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)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。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(dòng)畫(huà)、錄像、電視、VCD節(jié)目以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。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。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、A、B、C、D、E、F。一般情況下，電流不超過(guò)30mA。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來(lái)表示。第一類是LED數(shù)碼管。圖43 ATMEGA48系統(tǒng)電路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(lái)方便，特別是本系統(tǒng)，信息顯示是必須的功能。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。⑥極低功耗ARMEGA48可以采用ISP方式下載程序。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(cè)；經(jīng)過(guò)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。②非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：4字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash擦寫(xiě)壽命: 10000次；具有獨(dú)立鎖定的可選Boot代碼區(qū)，通過(guò)片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作；256字節(jié)的EEPROM 擦寫(xiě)壽命:100000次；512字節(jié)的片內(nèi)SRAM；可以對(duì)鎖定的進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。ATMEGA48是高性能、低功耗的8位AVR174。 圖42 微控制器系統(tǒng) MCU系統(tǒng)本系統(tǒng)核心控制器是ATMEGA48。經(jīng)過(guò)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。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用，通過(guò)串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。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。對(duì)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。片內(nèi)過(guò)熱切斷電路提供了過(guò)載和過(guò)熱保護(hù),以防環(huán)境溫度造成過(guò)高的結(jié)溫。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(dòng)的NPN管組成的,漏失電壓定義為:VDROP = VBE+VSAT。二、采用齊納二極管和電阻做成的簡(jiǎn)單降壓系統(tǒng)。電路原理如圖41所示。大電容起到穩(wěn)壓作用、并且能濾除低頻干擾信號(hào)；小電容主要起到濾除高頻干擾信號(hào)。 4 硬件設(shè)計(jì) 電源轉(zhuǎn)換 本無(wú)線溫濕度檢測(cè)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；，主要供給無(wú)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。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由少量的外部設(shè)備、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，以及供電電路組成?；谝陨媳尘埃岢鲆环N基于ATMEGA48單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集及無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。許多場(chǎng)合都要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。 微控制器系統(tǒng)主要由MCU系統(tǒng)、按鍵控制電路、液晶顯示電路組成，當(dāng)MCU正確讀取了溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)并通過(guò)SI4432無(wú)線射頻芯片發(fā)送到接收顯示板后，就會(huì)在接收板上的液晶顯示屏LCD1602中進(jìn)行顯示。為了使芯片能正常工作并且提高信號(hào)接收靈敏度。該系統(tǒng)包括電源模塊、MCU控制模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、液晶顯示模塊、按鍵控制模塊等電路組成。該系統(tǒng)包括電源模塊、MCU控制模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、按鍵控制模塊等電路組成。（5）PCB制作布局要解決數(shù)?；旌想娐返牟季€、電源模塊的制作與濾波問(wèn)題。（3）用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度采樣模塊的控制。（2）接收天線是接收系統(tǒng)的最前端，直接影響著接收機(jī)的接收靈敏度和后端的解調(diào)處理，它的制作至關(guān)重要。③MCU讀取溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，顯示實(shí)時(shí)溫度、實(shí)時(shí)的濕度。 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 研究?jī)?nèi)容①發(fā)射板以單片機(jī)ATMEGA48為主控芯片，對(duì)SHT10溫濕度數(shù)據(jù)的讀取，再通過(guò)Si4432無(wú)線芯片把數(shù)據(jù)發(fā)射到另外接收板。其次是軟件部分，主要分兩部分：第一部分（發(fā)射板）完成ATMEGA48通過(guò)對(duì)SHT10的控制，并且對(duì)SI4432無(wú)線芯片的控制將數(shù)據(jù)發(fā)射到接收板上；第二部分（接收板）完成ATMEGA48對(duì)SI4432無(wú)線芯片所接收到的數(shù)據(jù)然后傳輸?shù)揭壕罫CD1602并顯示出來(lái)。主要問(wèn)題有兩部分：首先是硬件電路，包括SHT10和ATMEGA48的接口以及單片機(jī)的其他相關(guān)電路，使用PCB設(shè)計(jì)電路元器件圖以及PCB板，并最終焊接好電路。軟件反面，要初始化SHT10和LCD1602液晶，單片機(jī)發(fā)送指令到傳感器及LCD1602液晶，以及從傳感器接受數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送到接收板，然后液晶顯示所測(cè)的當(dāng)前溫濕度數(shù)據(jù)。 本設(shè)計(jì)方案思路基于SI4432的溫濕度采集，主要包括以下幾部分：①前端溫濕度傳感器SHT②微控制器、③前端傳送部分、④無(wú)線傳輸線路SI443⑤接收端、⑥液晶屏顯示系統(tǒng)。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，與歐美相比中國(guó)的食品運(yùn)輸缺乏監(jiān)控措施，采用溫濕度傳感器對(duì)運(yùn)輸中的食品進(jìn)行監(jiān)控可以有效幫助降低食品運(yùn)輸中的損失。 物聯(lián)網(wǎng)方面，客戶希望一塊紐扣電池可以為傳感器供電達(dá)4年之久，另外多種傳感器的組網(wǎng)和無(wú)線傳輸方式也是一個(gè)問(wèn)題。用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品上的溫濕度傳感器精度可能并不需要達(dá)到那么高，5%濕度精度、℃溫度精度已經(jīng)可以滿足客戶需求。未來(lái)我們還可能在一些針對(duì)老人的手持設(shè)備中加入溫濕度傳感器，提醒他們及時(shí)補(bǔ)充水分和調(diào)節(jié)空間溫濕度。在日本，針對(duì)溫濕度傳感器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)已經(jīng)走在了前列。目前，阻礙智能手機(jī)廠商采用溫濕度傳感器的主要原因，可能并非來(lái)自傳感器本身。溫濕度傳感器在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域中的應(yīng)用趨勢(shì): 智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展愈發(fā)快速，這里面少不了各種傳感器的支持。手機(jī)，藍(lán)牙設(shè)備，無(wú)線路由器，無(wú)線網(wǎng)卡，電子標(biāo)簽(公交IC卡)等等都時(shí)刻影響著我們的生產(chǎn)和生活。如果信息源經(jīng)過(guò)二次調(diào)制，用線纜傳輸?shù)綄?duì)端，對(duì)端用反調(diào)制將信息源還原后再應(yīng)用，不管頻率多低，也是射頻傳輸方式，如果沒(méi)有調(diào)制反調(diào)制過(guò)程，只是將信息源用線纜傳送到對(duì)端直接使用，不管頻率有多高，都是一般的有