【正文】 tation based on HC06 Bluetooth μ ses STC Series MCU to sing DHT21 tempetature and humidity sensors and in accordance with the principle of transittime ultrasonic sensor achieve the collection of temperature,humidity,wind speed and Bluetooth wireless transmission to the receiver module and display the size of the data on the digital temperature and humidity sensor data line is a single bμ wind measurement module launched 40kHz pulse signal by MCU and apply CD4052 stobe transmit andreceive loop. Key words:STC89C52。 22 致謝 本 次畢業(yè)設(shè)計是在仲偉博老師的精心指導下完成的，不論是在論文的選題 或者 方案的選擇， 還是論文的修改， 仲老師都給了我寶貴的意見和建議。 3%， 分辨力溫度為 ℃ ，濕度為 %， 其應用 于 氣象站系統(tǒng)是再合適不過的。 DHT21 溫濕度數(shù)字傳感器能實現(xiàn)測量范圍為溫度 20℃ ?60℃ ，濕度0%?%，精度溫度為 177。藍牙技術(shù)是全球廣泛使用的無線通信技術(shù)，能 夠?qū)崿F(xiàn)短距離快速傳輸大容量的數(shù)據(jù)，是短距離數(shù)據(jù)通信的首選技術(shù)，其不斷成熟的技術(shù)，更是給無線通信領(lǐng)域帶來光明的前景，氣象站系統(tǒng)運用藍牙技術(shù)實現(xiàn)室外采集數(shù)據(jù)，室內(nèi)觀測 的目的。 還有個原因就是超聲波傳感器的精度不高，而且四個超聲波傳感器的固定距離又偏小。采用數(shù)字示波器測得單片機 40kHz的脈沖信號，在超聲波中周的輸入級也可測得 12Vpp的 40kHz的脈沖信號，但是在中周的輸出級測得的信號微弱，不能達到超聲波傳感器 要求 驅(qū)動電壓 100Vpp左右的電壓。 先對溫濕度采集電路進行調(diào)試，通過偉福 6000 編寫 C 語言程序， 再用 STCISP V391下載軟件將 HEX 文件燒寫進入單片機 ，發(fā)現(xiàn)藍牙能夠正常傳輸數(shù)據(jù)，測得環(huán)境的溫濕度 能在接收模塊的LCD1602液晶顯示器上正常顯示，溫度精確到 ℃ ，濕度精確到 ％ ，溫度的測量范圍為 ℃?+℃ ，濕度測量范圍為 %?%， 并在超過 預設(shè)報警值時產(chǎn)生 報警，報警狀態(tài)為 LED燈隔一秒的時間一亮一滅和蜂鳴器隔一秒叫一次，即燈亮蜂鳴器也叫，燈滅蜂鳴器則停止鳴叫，從而實現(xiàn)初始化 送第一 行地址和數(shù)據(jù) 送第二 號地址和數(shù)據(jù) 顯示相 應的溫濕度和風向風速大小 預設(shè)溫濕 度和風速報警值 超 過 設(shè) 定值？ 報警 Y N 21 警示的作用。用萬用表分別檢測無短路或斷路情況，測得電源部分7805 輸出端 +5V， 電源指示燈亮， 單片機芯片、 CD4052芯片、 MAX232 芯片、 CX20206A芯片、三極管等管腳芯片電壓正常 。其程序流程圖如圖 。 ”，故只顯示數(shù)值大小，默認溫度 其程序 [14]流程圖如圖 。 第一行后顯示濕度和溫度 值“ RH:xx .x% T:”，第二行后顯示風速和風向值 “ S： xxm/s D:xx”。送入數(shù)據(jù)時要通過寫入并口即 P0口數(shù)據(jù)，之前先確定寫入的 RAM地址，再送入數(shù)據(jù)進行特定位置的顯示。 發(fā)送模塊 DHT21采集 溫濕度 超聲波傳感器采集風向風速 單片機處理 溫濕度風向風速數(shù)據(jù) 超出預設(shè)溫濕度風速？ 報警 Y 藍牙發(fā)射 藍牙接收 單片機處理 溫濕度風向風速數(shù)據(jù) 超出預設(shè)溫濕度風速？ 報警 Y 液晶顯示 接收模塊 18 圖 DHT21 溫濕度子程序流程圖 發(fā)送模塊超聲波 測風子程序 通過定時器 1工作方式 2定時發(fā)送四路 40kHz 的脈沖信號， CD4052的 A、 B腳選通發(fā)射與接收回路， 定時器 0 工作方式 1 計算超聲波的傳播時間 t， 分別測得四路時間值，最后求出風速、風向大小。 軟件編程 所使用的編程語言為 C語言，編程軟件為 偉福 6000，此軟件程序編譯測試 后產(chǎn)生的 HEX文件通過 STCISP V391軟件并通過 MAX232串口 電路下載進 STC89C52單片機 。 第四章 氣象站系統(tǒng)的軟件設(shè)計 氣象站系統(tǒng)軟件部分分發(fā)送和接收兩個模塊 [12,13]，在此僅分析主程序與各子程序的流程。其引腳說明如表 。 LCD1602能顯示 16個字符 2行，即 32個字符。 MAX232 的 11腳接 STC89C52 單片機的 TXD（ ）， 12 腳接單片機的 RXD（ ）； 右下為 串口母頭，用于與計算機 的通信，第 3腳（ 計算機 數(shù)據(jù)輸出端）為從 計算 機輸出至單片機端口，第 2腳（ 計算 機數(shù)據(jù)輸入端）為從單片機輸入 至計算 機 ， 5腳為地線，其余引腳在此不用 。計算機串口 采用的是 RS232C負邏輯電平，“ 1”表示 12V，“ 0”表示 +12V，與單片機的的 TTL電平不同，因此通過 MAX232 串口電路實現(xiàn)與計算機進行通信。圖中 J3的 2腳位 +9V， 1腳為地； S4為撥動開關(guān)，電容 C1 C1 C1 C14均為 7805 輸入輸出端的濾波電容； D17 為發(fā)光二極管，即電源指示燈； D19為 1N4007 保護二極管，當輸入端短路時，給輸出電容 C14一個放電回路，防止 7805被擊穿損 壞。 發(fā)射模塊的蜂鳴器接 ， LED 燈接 ；接收模塊的蜂鳴器接 ， LED燈接 。其原理圖如圖 和 。所以方案論證結(jié)果為，只要超聲波傳感器選擇精度較高的，而且傳感器之間的距離也不能太小，一般的 51單片機能夠測得其傳播時間，從而算出風速大小。本設(shè)計采用 的 EFR40RS超聲波傳感器其電聲、聲電轉(zhuǎn)換時間為 1ms,顯然大于超聲波 在空氣中距離為 d= 傳播時間 ，但是可以通過增大超聲波傳感器的固定距離 d 來增大傳播時間 ,其精度為 177。定時器 0 計數(shù)值從0?65535，單片機主頻為 ,則定時器 0 一個計數(shù)值所對應的時間為 ?s,當超聲波開始發(fā)射時定 時器開始計時，當接收時單片機外部中斷響應關(guān)閉定時器 0，從理論上分析風速從0m/s?346m/s 超聲波的傳播時間單片機定時器是可以測得的。此時的逆風速度為 343m/s,則逆風傳播時間為 t2=≈ 632?s。 假設(shè)風速是 50m/s,那么此時的超聲波順風速度 v=346+50=396m/s，則超聲波順風傳播時間為 t1=d/v=≈=550?s；此時的超聲波逆風速度為 v=34650=296m/s,則超聲波逆風傳播時間為t2=d/v=≈ =730?s。測試時將傳感器支架固定，選定 S0為北 ， S1為南， S2為西， S3為東。 ，正西為 270176。 ， 正南為 180176。 STC89C52通過控制I/O口 、 ，從 40kHz的脈沖信號并同時打開定時器 0，當 ，同時關(guān)閉定時器 0，從而測得超聲波的一路傳播時間，以此類推測得四路傳播時間，最后算出風速、風向大小。 13 圖 超聲波測風模塊電路原理圖如圖 ，其發(fā)射回路為 40kHz 脈沖信號經(jīng) 過三極管放大，再經(jīng)過脈沖變壓器，將脈沖電壓達到 100Vpp左右，從而驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)射 40kHz的超聲波信號?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz 與 超聲波 傳感器 頻率 40KHz 較為接近， 所以把它用于 超聲波 檢測 接收 電路。 本設(shè)計將 CD4052的 A、 B引腳與 CD4052真值表 輸入狀態(tài) “開”通道 INH B A CD4052 0 0 0 X0,Y0 0 0 1 X1,Y1 0 1 0 X2,Y2 0 1 1 X3,Y3 1 * * NONE 表 STC89C52的 I/O口 、 ， X腳接 ； X0、 X X X3 引腳分別接超聲波傳感器S0、 S S S3的發(fā)射回路，則 Y0接 S1的接收回路， Y1接 S0的接收回路， Y2接 S3的接收回路，Y3 接 S2的接收回路。 STC89C52單片機 雙向四通道選通開關(guān) Cx20206A 發(fā)送 40kHz脈沖 接收 發(fā)射回路 接 收回路 通道控制 圖 原理框圖 12 圖 引腳功能如表 。 超聲波 風速 風向傳感器電路組成 原理 超聲波風速風向傳感器 電路組成原理框圖如圖 ， 圖中的雙向四通道選通開關(guān)即為 CD4052 模擬開關(guān)。11a rc c o s1 1 1 11。的變化， ?=12 212212 21 34 4312 21 34 4312 21 34 4312 212212 21 34 4312 21 34 431211a rc c o s1 1 1 10。得： 1221swswd vvtd vvt? ?????? ???? 求解方程 得 ： 12 21112w dv tt???????? （ 1） 由此求得一維的風速，當在垂直方向再放置一對超聲波收發(fā)傳感器時，可測得二維的風速，如圖 ，假設(shè) 2方向所測的風速為 ,wxv ， 4 方向所測的風速為 ,wyv ，則風速 圖 22,w w x w yv v v??，即221 2 2 1 3 4 4 31 1 1 12wdv t t t t????? ? ? ??????? ?? （ 2） 假設(shè) ,wxv 與 wv 之間的夾角為 ?，又 ,cos wxwvv?? ，所以 11 ?=12 212212 21 34 4311a r c c os1 1 1 1ttt t t t?????? ? ??????? ?? （ 3） 隨著風從 0186。如圖 ，選定一對超聲波收發(fā)傳感器 ， 在無風條件下超聲波的風速為 sv ，假設(shè)風速 10 為 wv ， 圖 則超聲波在順風下速度 12v = sv + wv ，逆風則為 21v = sv wv 。 圖 DHT21 數(shù)字 溫濕度傳感器 超聲波風速風向傳感器 及其 電路 部分 超聲波風速風向傳感器原理 超聲波在空氣中傳播時，順風與逆風條件下存在速度差。 圖 一次傳送共 40bit 數(shù)據(jù)，當傳送完最后一位數(shù)據(jù)后， DHT21 拉低總線 50μ s 左右，隨后釋放總線，由上拉電阻拉高總線。 數(shù)字 1信號表示方法如圖 。 圖 空閑時總線為高電平，通信開始時單片機拉低總線 500μ s 后釋放總線，延時 20?40μ s 后單片機開始檢測 DHT21的響應信號；從機的響應信號時一個 80μ s左右的低電平，隨后主機再拉高總線80μ s左右代表即將進入數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)，如圖 。DATA用于與單片機進行通信和同步，數(shù)據(jù)格式為： 40bit數(shù)據(jù) =16bit濕度數(shù)據(jù) +16bit溫度數(shù)據(jù) +8bit校驗和，濕度高 8位 +濕度低 8位 +溫度高 8為 +溫度低 8 位 =校驗和，當溫度低于 0℃ 時，溫度數(shù)據(jù)的最高 位置 1。 本設(shè)計將 1腳接電源 +5V， 2接 STC89C52的 I/O口 ， 3腳接地。 3% % 溫度 （ 20— 60） ℃ 177。其性能指標如表 。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達 20米以上。因此該傳感器響應快、抗干擾能力強、性價比高 等優(yōu)點。它應用專用的數(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。右上部分為電源 +5V轉(zhuǎn)為 +。 藍牙技術(shù)特點 [7]： （ 1） 完好的替代功能：藍牙所用的無線通道像有線電