【正文】 面顯示以及模塊的測(cè)試。同樣方法對(duì)濕度閾值設(shè)定完成后，按確定鍵進(jìn)入下一個(gè)界面，就是環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)顯示界面如圖 54 所示：圖 54環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)顯示界面當(dāng)光強(qiáng)、溫度和濕度都在閾值范圍內(nèi)，就說明當(dāng)前光強(qiáng)屬于正常要求，所以不會(huì)產(chǎn)生警報(bào)，但是當(dāng)光強(qiáng)、溫度和濕度三個(gè)參數(shù)有一個(gè)或多個(gè)參數(shù)超過閾值范圍，就會(huì)聽到蜂鳴器警報(bào)響起，這時(shí)長(zhǎng)按“蜂鳴器解除鍵”，就會(huì)關(guān)閉蜂鳴器。剛把電源接通的時(shí)候(或者按下設(shè)置鍵)，第一個(gè)顯示的就是光強(qiáng)閾值設(shè)定界面，界面如圖51 所示：圖 51 光強(qiáng)閾值設(shè)定界面通過“左移鍵”、“右移鍵”、“+鍵”、“鍵”對(duì)光強(qiáng)閾值進(jìn)行設(shè)定，對(duì)光強(qiáng)閾值進(jìn)行設(shè)定完成以后，按確定鍵就表示對(duì)第一個(gè)界面設(shè)置完成，并且進(jìn)入第二個(gè)界面，第二個(gè)界面就是溫度閾值設(shè)定界面，如圖52所示：圖 52 溫度閾值設(shè)定界面這個(gè)界面被6個(gè)按鍵控制，6個(gè)按鍵分別是：；；4.“+鍵”；5.“鍵”；；。5 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)試分析人機(jī)操作界面由以下三個(gè)界面組成：光強(qiáng)閾值設(shè)定界面、溫度閾值設(shè)定界面和濕度閾值設(shè)定界面。系統(tǒng)實(shí)際上遵循的是“低電平優(yōu)先”的仲裁原則，將總線判給在數(shù)據(jù)線上先發(fā)送低電平的主器件，而其他發(fā)送高電平的主器件將失去總線控制權(quán)，如圖413所示：圖413 I2C總線上的總線仲裁⑩總線封鎖狀態(tài)　　在特殊情況下，如果需要禁止所有發(fā)生在I2C總線上的通信活動(dòng)，封鎖或關(guān)閉總線是一種可行途徑，只要掛接于該總線上的任意一個(gè)器件將時(shí)鐘線SCL鎖定在低電平上即可。在該時(shí)鐘周期的高電平期間，主器件1進(jìn)行例行抽檢時(shí)，結(jié)果檢測(cè)到一個(gè)不相匹配的電平“0”，這時(shí)主器件1只好決定放棄總線控制杈；因此，主器件2就成了總線的惟一主宰者，總線控制權(quán)也就最終得出了裁定結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)了總線仲裁的功能。兩個(gè)主器件在每次發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)位的同時(shí)都要對(duì)自己輸出端的信號(hào)電平進(jìn)行抽檢，只要抽檢的結(jié)果與它們自己預(yù)期的電平相符，就會(huì)繼續(xù)占用總線，總線控制權(quán)也就得不到裁定結(jié)果。假設(shè)在某一瞬間兩者相繼向總線發(fā)出了啟動(dòng)信號(hào)，鑒于：I2C總線的“線與”特性，使得在數(shù)據(jù)線SDA上得到的信號(hào)波形是DATA1和DATA2兩者相與的結(jié)果，該結(jié)果略微超前送出低電平的主器件1，其DATA1的下降沿被當(dāng)做SDA的下降沿。鑒于I2C總線的“線與”特性，使得時(shí)鐘線SCL上得到的時(shí)鐘信號(hào)波形，既不像主器件1所期望的CLK1，也不像主器件2所期望的CLK2，而是兩者進(jìn)行邏輯與的結(jié)果。⑧時(shí)鐘同步　　如果在某一I2C總線系統(tǒng)中存在兩個(gè)主器件節(jié)點(diǎn)，分別記為主器件1和主器件2，其時(shí)鐘輸出端分別為CLK1和CLK0，它們都有控制總線的能力。重啟動(dòng)信號(hào)Sr既作為前一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束，又作為后一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。一旦被控器釋放時(shí)鐘線，數(shù)據(jù)傳輸就得以繼續(xù)下去，這樣就使得被控器得到足夠時(shí)間轉(zhuǎn)移已經(jīng)收到的數(shù)據(jù)字節(jié)，或者準(zhǔn)備好即將發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)。對(duì)于反饋有效應(yīng)答位ACK的要求是，接收器在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低，并且確保在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。邏輯0的電平為低電壓，而邏輯1的電平取決于器件本身的正電源電壓VDD（當(dāng)使用獨(dú)立電源時(shí)），如圖49所示：　　圖49 I2C總線上的數(shù)據(jù)位傳送⑤應(yīng)答信號(hào)　　I2C總線上的所有數(shù)據(jù)都是以8位字節(jié)傳送的，發(fā)送器每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，就在時(shí)鐘脈沖9期間釋放數(shù)據(jù)線，由接收器反饋一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，在SCL呈現(xiàn)高電平期間，SDA上的電平必須保持穩(wěn)定，低電平為數(shù)據(jù)0，高電平為數(shù)據(jù)1。④數(shù)據(jù)位傳送啟動(dòng)信號(hào)是由主控器主動(dòng)建立的，在建立該信號(hào)之前I2C總線必須處于空閑狀態(tài)，如圖48所示： 圖48 I2C總線上的啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)③停止信號(hào)　　在時(shí)鐘線SCL保持高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA被釋放，使得SDA返回高電平（即正跳變），稱為I2C總線的停止信號(hào)，它標(biāo)志著一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K止。②啟動(dòng)信號(hào)　　在時(shí)鐘線SCL保持高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA上的電平被拉低（即負(fù)跳變），定義為I2C總線總線的啟動(dòng)信號(hào)，它標(biāo)志著一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。①總線空閑狀態(tài) I2C總線總線的SDA和SCL兩條信號(hào)線同時(shí)處于高電平時(shí)，規(guī)定為總線的空閑狀態(tài)。被控器向主控器發(fā)送的信息種類有：應(yīng)答信號(hào)、數(shù)據(jù)字節(jié)、時(shí)鐘低電平。在I2C總線通信的過程中，參與通信的雙方互相之間所傳輸?shù)男畔⒎N類歸納如下。TMP27BH1750FVI都是用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型傳感器集成電路，所以我們就把它們劃在一起進(jìn)行軟件分析。數(shù)據(jù)傳輸控制器能夠在CPU 不參與的情況下，完成AD數(shù)據(jù)向內(nèi)存任意位置的傳輸。在MSP430F5438A單片機(jī)內(nèi)部通常集成的是12位ADC。 片內(nèi)ADC程序MSP430系列單片機(jī)內(nèi)部集成了ADC，這為工程師在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)提供了很大的方便。如圖46所示：圖46 讀取DHT11總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后,再把總線拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開始,則DHT11沒有響應(yīng),，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。根據(jù)DHT11的操作時(shí)序來編寫相印的程序，通訊過程如圖45所示：圖45 DHT11的操作時(shí)序圖總線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。 DHT11單總線數(shù)據(jù)讀取程序數(shù)字溫濕度傳感器DHT11是一種單總線的溫濕度傳感器，接線簡(jiǎn)單。通過對(duì)它們的設(shè)計(jì)，我們可以將主控芯片的時(shí)鐘設(shè)為8MHZ。關(guān)于FLL，它的作用是和DCO一起，實(shí)現(xiàn)鎖頻環(huán)倍頻電路。時(shí)鐘源可以是上述的5個(gè)之一，也可以是DCOCLK分頻之后的信號(hào)DCOCLKDIV。子系統(tǒng)時(shí)鐘(SMCLK)通常用于高速外圍模塊。輔助時(shí)鐘(ACLK)可由軟件選擇作為各個(gè)外圍模塊的時(shí)鐘信號(hào)，一般用于低速外設(shè)。DCOCLK分頻之后的時(shí)鐘DCOCLKDIV一般提供給MCLK和SMCLK。一般對(duì)精度和穩(wěn)定性要求不高的應(yīng)用可以選擇片上時(shí)鐘。XT2CLK是一個(gè)高頻時(shí)鐘源，由外部提供，用來給MSP430F5438A的RF模塊提供時(shí)鐘，一般是外接25MHz晶體振蕩器。REFOCLK也是一個(gè)片上時(shí)鐘源。其中XT1CLK是一個(gè)低頻時(shí)鐘源，由外部提供，無需外加電容。MSP430的低功耗跟它的時(shí)鐘系統(tǒng)有很大關(guān)系。51的時(shí)鐘源只有一個(gè)來自外部晶振，直接提供給內(nèi)部工作；而MSP430的時(shí)鐘是一個(gè)專門的模塊，至少有3個(gè)可選時(shí)鐘源（MSP430F5438A有5個(gè)），這些基本的時(shí)鐘源不直接提供給CPU和外設(shè)使用，而是經(jīng)過一些數(shù)據(jù)選擇器和分頻器，得到3個(gè)有用的時(shí)鐘信號(hào)。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)流程圖如圖44所圖44數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)流程圖 主控芯片MSP430F5438A時(shí)鐘設(shè)定程序單片機(jī)工作離不開時(shí)鐘，在我們熟悉的51單片機(jī)里面。流程圖43所示：開始設(shè)置光強(qiáng)閾值設(shè)置溫度閾值設(shè)置濕度閾值結(jié)束圖43 按鍵設(shè)置流程圖 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)程序數(shù)據(jù)交換是本設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一環(huán)，是其他程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。開機(jī)時(shí)以及按下設(shè)定按鍵時(shí)，進(jìn)入設(shè)置子程序，開始修改閾值。所以必須滿足下列兩個(gè)條件：（1） 開機(jī)時(shí)進(jìn)入設(shè)置界面預(yù)設(shè)初值。芯片使用時(shí)嚴(yán)格按照時(shí)序，以及使用的環(huán)境溫度。在主程序框架的設(shè)計(jì)過程中，有一些事項(xiàng)需特別注意:中斷子程序中的代碼數(shù)量不宜過多，過多的代碼數(shù)量會(huì)使得中斷子程序運(yùn)行的時(shí)間變長(zhǎng)，定時(shí)的效果變差。系統(tǒng)主程序流程如圖42所示：液晶顯示預(yù)設(shè)值數(shù)據(jù)采集（A/D轉(zhuǎn)換）處理轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示設(shè)定完成？開始按鍵預(yù)設(shè)報(bào)警值圖42系統(tǒng)主程序流程圖首先系統(tǒng)上電復(fù)位，開始運(yùn)行程序。再初始化中斷向量表和與系統(tǒng)功能相關(guān)的微處理器的外設(shè)，包括I/O端口、液晶、內(nèi)部ADC、定時(shí)器、I2C串口、允許中斷等。 為了節(jié)省開發(fā)時(shí)間，提高程序的可移植性和可維護(hù)性，我們?cè)陂_發(fā)過程中采用模塊化編程。結(jié)構(gòu)化編程中各子程序間使用結(jié)構(gòu)良好的轉(zhuǎn)移或調(diào)用，各個(gè)模塊有機(jī)的組合成一個(gè)整體。圖41 Embedded Workbench調(diào)試環(huán)境 嵌入式系統(tǒng)的軟件編程思想分為兩種:模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。此編譯軟件可通過JTAG調(diào)試器((JTAG Debugger)直接將程序代碼下載到片內(nèi)FLASH中，即可脫機(jī)運(yùn)行，也可通過調(diào)試器在線調(diào)試。圖316 系統(tǒng)PCB圖經(jīng)過PCB板打樣和元器件焊接，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)PCB電路板如圖317所示：圖317數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路板4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境及編程思想簡(jiǎn)介MSP430微處理器開發(fā)環(huán)境采用IAR公司的集成調(diào)試環(huán)境Embedded Workbench。圖314鍵盤電路原理圖 硬件電路板的焊接與制作 系統(tǒng)硬件電路原理圖根據(jù)我們所需系統(tǒng)模塊硬件，畫出如圖315的原理圖，其中包含了電源電路、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)電路、與核心板通信接口電路等子模塊：圖315系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)硬件電路PCB圖在PCB設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，我們的PCB布線為雙面布線。液晶RS 。其引腳功能表如表35所示：圖35 12864引腳功能表管腳編號(hào)端口名稱功能1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端。通過主控芯片MSP430F5438A的I/O的采樣，環(huán)境較暗時(shí)有無紅外會(huì)顯示在12864液晶顯示屏上。R11/R15可以用470歐姆，C6/。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R11和C18的大小調(diào)整，值為Tx≈24576xR11C18；觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R15和C17的大小調(diào)整，值為Ti≈24xR15C17。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，R10的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。當(dāng)VC＜VR時(shí)禁止觸發(fā)；當(dāng)VC＞VR時(shí)允許觸發(fā)。3RR1輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS工作電源負(fù)端8VRF參考電壓及復(fù)位輸入端。由VS的上跳前沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時(shí)視為有效觸發(fā)。電子愛好者社區(qū)b/b Bxd引腳說明如圖311和表34所示：圖311 BIS001引腳圖表34 BIS001引腳功能表管腳編號(hào)端口名稱功能1A可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。 紅外采集模塊傳感器介紹紅外熱釋電處理芯片BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)采樣所得的信號(hào)增加了一個(gè)比較電路,使采樣信號(hào)與設(shè)定電壓值比較判斷可燃?xì)怏w濃度是否到達(dá)臨界值，從而達(dá)到警報(bào)的效果。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。電路如圖39 所示：圖39 DHT11電路 氣敏傳感器監(jiān)測(cè)模塊傳感器介紹MQ2 半導(dǎo)體煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧錫。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便，引腳說明如圖39所示：圖39 DHT11引腳圖表33 DHT11引腳說明管腳編號(hào)端口名稱功能1VDD供電3～ DC2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請(qǐng)懸空4GND接地，電源負(fù)極濕度采集模塊電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的DHT11為單總線型的數(shù)據(jù)傳輸，僅通過一根數(shù)據(jù)線（DATA）與單片機(jī)相連。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。 所示：圖38 TMP275電路在數(shù)據(jù)采集的時(shí)候主要由I2C的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線來完成和單片機(jī)的數(shù)據(jù)交。額定運(yùn)行溫度范圍為－40℃至+125℃。電路如圖36 所示：圖36光強(qiáng)傳感器電路在數(shù)據(jù)采集的時(shí)候主要由I2C的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線來完成和單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換。3GND接地端口4SDAI2C接口SDA端口5DVISDA,SCL端口參考電壓，DVI端口為內(nèi)部寄存器的異步重置端口6SCLI2C接口SCL端口 光強(qiáng)采集模塊電路設(shè)計(jì)，ADDR地址段接地，電源和地線之間通過瓷片電容濾波。引腳說明如圖35和表31所示：圖35 BH1750引腳圖表31 BH1750引腳功能表管腳編號(hào)端口名稱功能1VCC電源端口2ADDRI2C地址控制端，如果ADDR=“H”(ADDR≥)，那么High Byte=“1011100”。這種集成電路可以根據(jù)采集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。圖34 MSP430F5438A電源電路 子系統(tǒng)模塊BH1750FVI傳感器介紹光強(qiáng)采集模塊選取的是BH1750FVI。圖33 MSP430F5438A復(fù)位電路整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)板的主控芯片模塊和數(shù)據(jù)采集子模塊（包括相關(guān)傳感器）。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主控芯片模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊本系統(tǒng)采用的主控芯片為MSP430F5438A單片機(jī)，有100個(gè)引腳，其芯片引腳如圖31所示：圖31 MSP430F5438A芯片引腳電路系統(tǒng)主時(shí)鐘晶振如圖32所示采用的是32768Hz的晶振。它能自動(dòng)快速開啟各類白炙燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。紅外傳感器使用的是BISS0001，這是是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)?？扇?xì)怏w傳感器使用的是MQ2，可燃?xì)怏w傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。因此該產(chǎn)品具有品