【正文】 9次），并隨后發(fā)出一個“傳輸開始”命令。后一個命令順序包含3個地址位（目前只支持100創(chuàng)）和5個命令位，通過DATA引腳的ACK位處于低電位來表示SHT75正確收到命令。 溫濕度及壓力數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計SHT75傳感器共有5條用戶命令具體命令格式如表41所示： 表41 SHT75傳感器命令列表命令代碼功能測量溫度01111測量溫度測量濕度00101測量濕度讀狀態(tài)寄存器00111讀狀態(tài)寄存器的內(nèi)容寫狀態(tài)寄存器00110向狀態(tài)寄存器寫入命令軟啟動11110重啟芯片SHT75的具體命令順序如下：傳輸開始。第4章 軟件設(shè)計 軟件總體設(shè)計框架系統(tǒng)啟動系統(tǒng)初始化是否接到采集命令？執(zhí)行采集命令進行數(shù)據(jù)采集處理現(xiàn)場顯示并存儲數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)到上位機是否接到傳輸命令圖41 總體流程圖采集系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，用C語言編寫，總體設(shè)計流程圖如圖41所示：系統(tǒng)上電后首先進行自檢，檢查各功能模塊電子器件是否正常工作，檢查完畢后進行各功能模塊初始化，掃描鍵盤，當有“按鍵1”按下時，系統(tǒng)可讀到PB0口為低電平，此時系統(tǒng)開始執(zhí)行測量數(shù)據(jù)的工作，將采集到的溫濕度及壓力儲存到特定寄存器，當有“按鍵2”按下時，系統(tǒng)將儲存在寄存器中的溫濕度及壓力數(shù)據(jù)組送LCD顯示，同時將該組數(shù)據(jù)通過I2C總線傳送至片外E2PROM，當“按鍵3”按下時，系統(tǒng)檢查是否與上位機已經(jīng)建立連接，若連接成功則通過RS232接口進行數(shù)據(jù)傳送。1602的D0~D7與ATmega64單片機的端口A相連，控制端口RS、RS、EN分別與端口C的PC0、PCPC2相連。每個字符都有一個固定的代碼。在1602內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）中已經(jīng)儲存了160個不同的點陣字符圖形。如圖312所示為1602引腳圖：312 1602引腳圖1602采用標準的16腳接口。驅(qū)動電壓為+。ATmega64單片機的端口PB0，PB1，PB2分別連接按鍵KEY1~KEY3。獨立式按鍵的接法是在單片機的I/O口上接一個按鍵，每個按鍵對應(yīng)單片機的一個輸入端口，按鍵的另一端接電源或者數(shù)字地。在外型上有圓形、方形等形狀。鍵盤的接法靈活多樣，最簡單的方式為獨立式接法，即利用單片機讀取I/O口的電平高低來判斷是否有鍵按下。 26PCB壓力傳感器簡介：? 供電電源：016VDC? 壓力量程：? 輸出信號：mV電壓信號? 工作溫度：40℃80℃? 溫度補償：26PC系列溫度補償050℃? 壓力形式：表壓(G)，差壓(D)，絕壓(A)? 線性遲滯：%：? 專利的導電密封彈性連接系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)的導線粘結(jié)和帶狀連接? 專利的Snaptogether 結(jié)構(gòu)導致了多樣化的測量孔形式? 最低價格的帶溫度補償和校整的小型封裝壓力傳感器? 不同的引腳可選（1x4 或2x2）? 可以測量負壓和正壓? 激光刻蝕電阻保證極好的器件一致性，芯片引腳如圖310所示。本系統(tǒng)所設(shè)計的數(shù)字壓力計主要是在野外測量氡時進行壓力測量的，所以壓力傳感器的選取就必須考慮到土壤表層的一些情況：：土壤表面到地表以下10米左右深度的溫度最高在40～50℃，最低在30～20℃；，而在地表以下10米的壓力也不會超過2個大氣壓(1個大氣壓=)；，所以采用的壓力傳感器的精度應(yīng)該比較高；、液兩種形態(tài)的情況，因此在選擇壓力傳感器時也要考慮到傳感器的工作環(huán)境問題；。DH公司采用數(shù)字式石英壓力傳感器研制生產(chǎn)多量程（三量程或六量程）的手動或自動數(shù)字式壓力計。當壓力傳感器感受到外界被測壓力時，它會把力物理量轉(zhuǎn)化為模擬信號發(fā)送出去，當模擬信號傳送到放大電路里會進行濾波和信號放大，然后把該模擬信號傳送到A/D轉(zhuǎn)化電路里轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳送到單片機進行相應(yīng)的運算。圖39 ATmega64與SHT75硬件連接圖 壓力采集端設(shè)計 ATmega64單片機概述壓智能化、數(shù)字化和控制技術(shù)的發(fā)展，特別是智能化數(shù)字壓力傳感器的問世，促進了數(shù)字壓力計的新發(fā)展，在國內(nèi)外市場上先后出現(xiàn)了各種高精度的手動或自動控制的數(shù)字壓力計。圖中SHT75的串行時鐘輸入線SCK與PC3相連，串行數(shù)據(jù)線DATA與PC4相連，使PC3~PC4模擬I2C協(xié)議進行通信。芯片通過I2C接口與Atmega64單片機相連接。SHT75是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens專利技術(shù)的新型溫濕度傳感器。按照I2C協(xié)議的接線要求，對SDA線接上拉電阻，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴D中AT24C64的地址A0~A2都設(shè)置為0，這樣AT24C64的器件寫地址為0xA0，器件讀地址為0xA1。芯片與單片機之間使用I2C接口通信，接口電路簡單、操作方便，適合存儲單片機系統(tǒng)中一些重要的數(shù)據(jù)。共有64KB字節(jié)的存儲容量。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷，若未收到應(yīng)答信號，判斷為受控單元出現(xiàn)故障。：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳輸數(shù)據(jù)。I2C總線在傳輸數(shù)據(jù)過程中共有3種類型信號，分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的數(shù)據(jù)串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。I2C總線的另一個優(yōu)點是支持多主控（multimastering）,其中任何能夠進行發(fā)送和接受的設(shè)備都可以成為主總線。由于接口直接在組件之上，因為I2C總線占用的空間小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。接口電路見附錄C. 外存儲器擴展 I2C總線簡介I2C（InterIntegrated Circuit）總線是一種Philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。當PD4為0時，MAX485的接收器使能，驅(qū)動器被禁止；當PD4為1時，MAX485的驅(qū)動器使能，接收器被禁止。圖中ATmega64單片機與MAX485的實際位置遠離PC機。 MAX485芯片簡介MAX485的主要性能如下：；~+12V普通模式輸入電壓；；；MAX485接口芯片采用半雙工通信方式，完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS422電平的功能。MAX232的主要性能如下：；；；4.+30V輸出電平；，典型值是8mA；；MAX232與單片機接口電路如圖35所示圖35 MAX232與單片機接口電路圖 標準RS422接口擴展RS422接口是一種基于平衡發(fā)送和差分接收的串行總線，具有抗共模干擾、傳輸速率高、距離遠、易于網(wǎng)絡(luò)擴展等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用在很多工業(yè)現(xiàn)場。 表33 RS232接口的電氣規(guī)范項目電氣規(guī)范帶3~7K歐姆負載時驅(qū)動器輸出特性邏輯1表示5~15V；邏輯0表示+5~+15V不帶負載時驅(qū)動器的輸出特性25V~+25V驅(qū)動器通斷時的輸出特性大于300歐姆輸出短路電流驅(qū)動器轉(zhuǎn)換速率小于30V/us接收器輸入阻抗在3~7K歐姆接收器輸入電壓的允許范圍25V~+25V輸入開路時接收器的輸出邏輯1輸入經(jīng)300歐姆接地時接收器的輸出邏輯1+3V輸入時接收器的輸出邏輯03V輸入時接收器的輸出邏輯1最大負載電容2500pF RS232接口的電氣規(guī)范由于AVR單片機輸入輸出電平位TTL電平，而PC機配置的是RS232標準串行接口，二者的電氣規(guī)范不一致，因此要進行PC機與單片機的數(shù)據(jù)通訊，必須進行電平轉(zhuǎn)換。其中DTR和RTS是計算機通過RS232接口送給Modem的控制引腳；DSR、CTS、DCD和RI是Modem通過RS232送給計算機的狀態(tài)信息引腳。這9根引腳可以分成兩類：一類是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳，另一類是用于調(diào)制解調(diào)器（Modem）的控制和反映它的狀態(tài)的引腳。RS232C采用負邏輯，規(guī)定+3V～+15V任意電壓表示邏輯0（或信號有效），3V～15V任意電壓表示邏輯1（或信號無效）。這個標準對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電特性都作了明確規(guī)定。 RS232接口的機械指標RS232C標準是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)的,于1969年公布的通信協(xié)議，全稱是EIARS232C。但是單片機并沒有RS232電氣接口，要進行通信就必須要進行接口擴展。單片機系統(tǒng)必須把采集的數(shù)據(jù)傳輸給PC機，以便進行存儲和處理。其主要特點有：，輸出電壓為5V；；。圖33 系統(tǒng)復位電路圖 系統(tǒng)電源電路系統(tǒng)輸入電壓為12V，通過LM7805CK穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換，為系統(tǒng)提供5V工作電壓。Atmega64單片機為低電平復位最小門限時間為兩個時鐘周期。圖32 時鐘電路與Atmega64連接圖晶振Y1的頻率范圍為0~16MHz，本系統(tǒng)中采用8MHz的晶振頻率，電容器CC2均為22pF。在正常工作過程中，PEN引腳沒有其他功能。：PEN為SPI串行下載的使能引腳。使用ADC時，應(yīng)該通過一個低通濾波器與VCC連接。：反向震蕩放大器的輸出。超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位，低于此時間的脈沖不能保證可靠復位。PG3和PG4是振蕩器引腳。復位發(fā)生時，端口G為三態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。在Atmega103單片機兼容模式下端口F只能作為輸入引腳。如果使能了JTAG接口，則復位發(fā)生時引腳PF7（TDI）、PF5（TMS）、和PF4（TCK）的上拉電阻使能。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。如果不作為ADC的模擬輸入，端口F可以作為8位雙向I/O端口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。（PB7~PB0）、C（PC7~PC0）、D（PD7~PD0）、E（PE7~PE0）：與端口A具有相同的I/O性能，但在Atmega103單片機兼容模式下，端口C只能作為輸出，而且在復位發(fā)生時不是三態(tài)。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電阻拉低時將輸出電流。（PA7~PA0）：端口A為8位雙向I/O端口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 ATmega64單片機引腳功能：數(shù)字電路的電源。：~。：? 53個可編程I/O端口線。? 通過熔絲位可以選擇Atmega103單片機兼容模式。? 6種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby（待機）模式以及擴展的Standby模式。? 片內(nèi)經(jīng)過標準的RC振蕩器。? 片內(nèi)模擬比較器。? 可工作于主機/從機模式的串行外圍設(shè)備接口（SPI）。? 面向字節(jié)的兩線接口（TWI）。? 輸出比較調(diào)制器。? 2路8位PWM。? 2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。? 通過JTAG接口實現(xiàn)對Flash存儲器，E2PROM、熔絲位和鎖定位的編程。（與IEEE ）：? 遵循JTAG標準的邊界掃描功能。? 可以對鎖定位進行編程，以實現(xiàn)軟件加密。? 4KB的內(nèi)部SRAM。? 具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)，通過片內(nèi)的啟動程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的讀—修改—寫操作。? 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器。? 全靜態(tài)工作。：? 130條指令，大多數(shù)可以在一個時鐘周期內(nèi)完成。Atmega64 AVR單片機有整套的開發(fā)工具，包括C語言編譯器、宏匯編語言、程序調(diào)試器/仿真器和評估板。在更新應(yīng)用Flash存儲器時引導Flash區(qū)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)RWW操作。片內(nèi)ISP Flash存儲器可以通過SPI、通用編程器或引導程序多次編程?？臻e模式時，CPU停止工作，而SRAM、T/C、SPI以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時，晶體振蕩器停止震蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作，而寄存器的內(nèi)容則一直保持；省電模式時，異步定時器繼續(xù)運行，以允許用戶維持時間基準，器件的其他部分處于睡眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時，CPU和所有的I/O模塊停止運行，而異步定時器和ADC繼續(xù)工作，以減少ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲；Standby模式時，振蕩器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動的能力；擴展Standby模式時，則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復雜指令集處理器高10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。AVR單片機內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。第3章 硬件設(shè)計 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 ATmega64單片機概述Atmega64單片機為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。 本章小結(jié)本章分成硬件總體設(shè)計和軟件總體設(shè)計兩部分介紹了整個系統(tǒng)，在硬件總體設(shè)計方面給出了系統(tǒng)各模塊框圖，軟件設(shè)計則給出主程序流程圖。系統(tǒng)主程序及頭文件“include”完整代碼見附錄D。電源設(shè)計采用LM7805CK穩(wěn)壓芯片，顯示模塊使用LCD1602液晶顯示器。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計框架Atmega64PCRS232電源溫濕度傳感器壓力傳感器E2PROMI2C鍵盤LCD圖21 系統(tǒng)總體框架圖如圖21，本采集系統(tǒng)以ATmega64為微處理器，溫濕度傳感器采用I2C總線接口的SHT75芯片。系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)。它的主要功能是完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、控制以及與PC機之間的通信等。由于目前局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，一個工廠管理層局域網(wǎng)，車間層的局域網(wǎng)和底層的設(shè)備網(wǎng)已經(jīng)可以有效地連接在一起，可以有效地把多臺數(shù)據(jù)采集設(shè)備聯(lián)在一起，以實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在線實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信，由于采用RS485雙絞線、電力載波、無線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。但是，并行總線系統(tǒng)在軍事等領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。該階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展，典型系統(tǒng)有VXI總