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文檔簡介
1、<p><b> 畢業(yè)設計(論文)</b></p><p> 《基于ZigBee的溫濕度檢測系統(tǒng)的設計與制作》</p><p> 2013屆畢業(yè)設計任務書</p><p> 課題名稱:基于ZigBee的溫濕度檢測系統(tǒng)的設計與制作</p><p><b> 二、指導老師:熊異</b>
2、;</p><p><b> 三、設計內(nèi)容與要求</b></p><p><b> 1、課題概述</b></p><p> 本課題要求設計一種基于ZigBee的溫度/濕度檢測系統(tǒng),用以實現(xiàn)對分散節(jié)點的溫度/濕度采集,采集后的數(shù)據(jù)能通過計算機顯示。本設計可以有效滿足工農(nóng)業(yè)檢測過程中對多測點、移動性及便捷性等方面的要求,
3、并且能夠有效解決有線網(wǎng)絡的布線難題和成本問題,具有十分廣闊的應用前景。</p><p><b> 2、設計內(nèi)容與要求</b></p><p> ?、?繪制系統(tǒng)組成框圖,確定設計方案;</p><p> ?、?了解電路所需集成芯片的功能,參數(shù)和工作原理;</p><p> ⑶ 繪制整機電路圖;</p>
4、<p> ?、?制作實物并完成軟、硬件調(diào)試;</p><p> ?、?提交畢業(yè)設計論文。</p><p><b> 3、技術參數(shù)</b></p><p><b> 無線數(shù)據(jù)采集終端:</b></p><p> 采用51單片機系統(tǒng),溫度采集誤差<1度,濕度誤差<5%
5、,zigbee信號發(fā)射。</p><p><b> 數(shù)據(jù)處理用戶端:</b></p><p> ?。?)采用PC上位機及應用軟件控制溫濕度顯示。</p><p> ?。?)采用51單片機控制LCD顯示。</p><p><b> 四、設計參考書</b></p><p>
6、 《模擬電子技術》、《高頻電子技術》、《電子設計自動化技術》、《數(shù)字電路設計方法》、《電子裝置的設計》、《單片機原理及應用》</p><p><b> 五、設計說明書要求</b></p><p> 封面:包括設計題目,班級,姓名,指導老師,完成時間
7、
8、 </p><p> 目錄:根據(jù)說明書的內(nèi)容決定,一般采用2~3級。</p><p> 設計任務書:包括課題名稱、
9、目的、用途、主要技術性能指標(參照教材目錄編排)。</p><p> 中文題目、摘要、關鍵詞;英文題目、摘要、 關鍵詞。</p><p> 正文:設計方案框圖及電路工作原理:包括系統(tǒng)方框圖,電氣原理圖,各單元電路的設計,簡述主要部件(包括主要集成電路)的工作原理、工作條件、給定參數(shù)、理論公式及詳細的計算步驟、計算結果。這是說明書的主要部分。</p><
10、p> 元件參數(shù)表:包括所選用的元器件名稱、參數(shù)、型號。</p><p> 調(diào)試方案:包括調(diào)試的條件、方法、使用儀器設備的型號,并對測試數(shù)據(jù)進行分析。</p><p> 設計心得:包括對本課程設計的客觀評價、設
11、 計特點、存在的問題以及改進意見等。</p><p> 參考文獻:包括作者、署名、出版地、出版年等</p><p><b> 六、設計進程安排</b></p><p> 第1周: 資料準備與借閱,了解課題思路。</p><p> 第2-3周:設計要
12、求說明及課題內(nèi)容輔導,完成圖紙初稿。</p><p> 第4-6周:進行畢業(yè)設計,完成說明書初稿。</p><p> 第7周: 第二次檢查設計完成情況,并作好畢業(yè)答辯準備。</p><p> 第8周: 畢業(yè)答辯與綜合成績評定。</p><p><b> 目 錄</b></p><p>
13、; 2013屆畢業(yè)設計任務書0</p><p><b> 目 錄2</b></p><p><b> 摘 要5</b></p><p> 第1章 任務與要求1</p><p> 1.1 課題概述1</p><p> 1.1.1本課題研究的現(xiàn)狀和內(nèi)容
14、1</p><p> 1.1.2本課題研究的意義1</p><p> 1.2 設計內(nèi)容與要求1</p><p> 1.3 參數(shù)要求1</p><p> 第2章 引 言2</p><p> 2.1 研究背景2</p><p> 2.2 論文研究目標和意義2</
15、p><p> 2.3 論文章節(jié)安排2</p><p> 第3章 方案論證與設計3</p><p> 3.1 總體設計分析3</p><p> 3.2 方案的選擇與設計3</p><p> 3.2.1方案一3</p><p> 3.2.2方案二3</p>&l
16、t;p> 3.3 方案確定3</p><p> 第4章 系統(tǒng)硬件電路設計5</p><p> 4.1 51單片機(stc89c52)5</p><p> 4.1.1.單片機的介紹5</p><p> 4.1.2.引腳的作用6</p><p> 4.1.3. 單片機的最小系統(tǒng)8</
17、p><p> 4.2 LCD1602液晶9</p><p> 4.2.1 1602液晶顯示模塊和單片機 AT89C51直接接口,電路如圖所示。9</p><p> 4.2.2 1602 采用標準的 16 腳接口,其中:10</p><p> 4.2.3 CGRAM與CGROM中字符代碼與字符圖形的對應關系系如下圖:11
18、</p><p> 4.2.4 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令,如表所示:11</p><p> 4.2.5 1602初始化程序編寫步驟:12</p><p> 4.2.6 1602主要的技術參數(shù)12</p><p> 4.2.7 1602接口信號說明13</p><p>
19、 4.2.8 1602外型尺寸13</p><p> 4.3 DHT11溫濕度檢測元件13</p><p> 4.3.1 應用領域:14</p><p> 4.3.2 DHT11的信息:14</p><p> 4.3.3 DHT11與單片機連接原理圖:14</p><p> 4.3.4
20、 DHT11的引腳:14</p><p> 4.3.5 串行接口 (單線雙向)15</p><p> 4.3.6 測量分辨率16</p><p> 4.3.7 電氣特性17</p><p> 4.3.8 應用信息17</p><p> 4.3.9 封裝信息18</p>&l
21、t;p> 4.4 NRF24L01無線模塊18</p><p> 4.4.1 芯片簡介18</p><p> 4.4.2 NRF24L01引腳圖18</p><p> 4.4.3 NRF24L01功能框圖19</p><p> 4.4.4 NRF24L01狀態(tài)機19</p><p&g
22、t; 4.4.5 24L01的固件編程的基本思路如下:20</p><p> 4.4.6 Tx與Rx的配置過程20</p><p> 4.5 各模塊原理圖22</p><p> 第5章 系統(tǒng)軟件介紹23</p><p> 5.1 流程圖設計23</p><p> 5.1.1 發(fā)送
23、機流程圖23</p><p> 5.1.2 接收機流程圖24</p><p> 5.2 程序介紹24</p><p> 5.2.1 DHT11傳感器讀取程序介紹24</p><p> 5.2.2 LCD顯示程序介紹26</p><p> 5.2.3 無線收發(fā)程序介紹27</p>
24、;<p> 第6章 電路調(diào)試29</p><p> 6.1調(diào)試的設備29</p><p> 6.2調(diào)試步驟29</p><p> 6.2.1 單機調(diào)試(發(fā)送機)29</p><p> 6.2.2 單機調(diào)試(接收機)29</p><p> 6.2.3 聯(lián)機調(diào)試29</
25、p><p> 7章 使用說明30</p><p> 7.1 使用說明30</p><p> 7.1.1使用說明30</p><p> 7.1.2 注意事項30</p><p> 7.2故障分析31</p><p> 7.2.1 液晶1602不能正常顯示數(shù)字31</
26、p><p> 7.2.2 液晶1602顯示數(shù)字,但是DHT11采集不到溫濕度31</p><p> 7.2.3無線模塊無法傳輸數(shù)據(jù)31</p><p><b> 心得體會32</b></p><p><b> 附錄34</b></p><p> 附件一:總原理圖
27、:34</p><p> 附件二:總電路PCB 35</p><p> 附件三:元件清單36</p><p> 附件四:參考文獻37</p><p><b> 摘 要</b></p><p> ZigBee,國內(nèi)稱之為“紫蜂”,是一種廉價的低功耗近距離無線組網(wǎng)通信技術,具有低功
28、耗、低成本、低速率、短延時、高網(wǎng)絡容量等特點。目前,ZigBee技術已經(jīng)廣泛應用于無線通信領域。</p><p> 本設計意在通過ZigBee無線通信技術構建一個無線傳感器網(wǎng)絡(WSN),采用樹形網(wǎng)絡拓撲結構,對加入該網(wǎng)絡的傳感器節(jié)點進行溫度數(shù)據(jù)采集和分析,可以應用于工業(yè)控制或者農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對溫度的檢測和控制,避免了有線網(wǎng)絡的布線問題和成本問題。</p><p> ZigBee無線網(wǎng)絡中
29、的協(xié)調(diào)器通過串口將節(jié)點地址信息和當前溫度值傳給上位機,上位機提取出地址和溫度值,并實時的用LCD液晶顯示器顯示出來,通過LCD觀察溫度的實時情況。 </p><p> 本設計將進行一對一的無線ZIGBEE通信,由無線模塊24L01進行傳輸數(shù)據(jù),由數(shù)字溫濕度檢測元件DHT11進行檢測一個地點的溫濕度,由LCD1602為顯示模塊,將實時的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮斩耍@示給監(jiān)控人觀察。</p><p&
30、gt; 第1章 任務與要求</p><p><b> 1.1 課題概述</b></p><p> 1.1.1本課題研究的現(xiàn)狀和內(nèi)容</p><p> 溫濕度信息監(jiān)測在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制、環(huán)境監(jiān)測等場合有著廣泛的應用需求。 例如 ,在溫室大棚生產(chǎn)中,溫度 、 濕度等因素直接關系到大棚作物的生長 , 因此 ,對大棚溫濕度進行實時、精準的監(jiān)測
31、調(diào)節(jié)是實現(xiàn)大棚作物生產(chǎn)優(yōu)質(zhì) 、 高效益的重要環(huán)節(jié) 。傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)使用有線監(jiān)測設備 , 具有線路多 、 布線復雜 、 維護困難等缺點 ,在很多特定區(qū)域無法順利使用 。而與無線通信技術相結合的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)則無需布設任何線路 ,可忽略監(jiān)測環(huán)境的不利條件影響 ,隨意增減溫濕度采集點 ,自動組網(wǎng) , 且監(jiān)測節(jié)點功耗低 、 生命周期長 ,既方便使用又節(jié)省布線成本 。</p><p> 1.1.2本課題研究的意
32、義</p><p> ZigBee技術作為新興的無線通信技術 , 具有短距離 、 低速率 、 低能耗 、高可靠性等特點 ,非常適用于無線溫濕度監(jiān)測 。本研究提出一種基于 Zi g B ee 技術的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計方案 ,實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域各監(jiān)測點進行信息的匯總 、處理和控制 。</p><p> 1.2 設計內(nèi)容與要求</p><p> 1) 確定設計方案
33、,繪制電路原理圖。</p><p> 2) 設計印刷板電路。</p><p> 3) 試制本機(含外觀設計)。</p><p> 4) 確定本機測試方案。</p><p> 5) 本課題組必須制作兩組實物。</p><p> 6) 現(xiàn)場測試、寫出測試報告</p><p>&l
34、t;b> 1.3 參數(shù)要求</b></p><p><b> 無線數(shù)據(jù)采集終端:</b></p><p> 采用51單片機系統(tǒng),溫度采集誤差<1度,濕度誤差<5%,zigbee信號發(fā)射。</p><p> 第2章 引 言</p><p><b> 2.1 研究背景&
35、lt;/b></p><p> 溫濕度信息監(jiān)測在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制 、 環(huán)境監(jiān)測等場合有著廣泛的應用需求 。 例如 ,在溫室大棚生產(chǎn)中 ,溫度 、 濕度等因素直接關系到大棚作物的生長 , 因此 ,對大棚溫濕度進行實時 、 精準的監(jiān)測調(diào)節(jié)是實現(xiàn)大棚作物生產(chǎn)優(yōu)質(zhì) 、 高效益的重要環(huán)節(jié) 。傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)使用有線監(jiān)測設備 , 具有線路多 、 布線復雜 、 維護困難等缺點 ,在很多特定區(qū)域無法順利使用 。而與無線
36、通信技術相結合的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)則無需布設任何線路 ,可忽略監(jiān)測環(huán)境的不利條件影響 ,隨意增減溫濕度采集點 ,自動組網(wǎng) , 且監(jiān)測節(jié)點功耗低 、 生命周期長 ,既方便使用又節(jié)省布線成本 。</p><p> 2.2 論文研究目標和意義</p><p> zigbee技術作為新興的無線通信技術 , 具有短距離 、 低速率 、 低能耗 、高可靠性等特點 ,非常適用于無線溫濕度監(jiān)測 。本研
37、究提出一種基于 zigbee 技術的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計方案 ,實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域各監(jiān)測點進行信息的匯總 、處理和控制具有現(xiàn)實意義</p><p> 2.3 論文章節(jié)安排</p><p> 本論文大致可分為五個部分:第一部第一章至第三章;第二部分包含第四章至第六章,給出系統(tǒng)軟件與硬件的設計介紹;第三部分包括第七章至九章,是電路的調(diào)試與故障分析、使用說明、總結心德。</p>
38、<p> 本文的內(nèi)容組織安排如下:</p><p> 第一章:主要講述論文的研究背景、論文研究目標以及章節(jié)安排</p><p> 第二章:系統(tǒng)地介紹文章的結構。</p><p> 第三章:方案論證與設計</p><p> 第四章:系統(tǒng)硬件電路設計</p><p> 第五章:系統(tǒng)軟件介紹</p
39、><p><b> 第六章:電路調(diào)試</b></p><p><b> 第七章:使用說明</b></p><p><b> 第八章:心得體會</b></p><p> 第3章 方案論證與設計</p><p> 3.1 總體設計分析</p&
40、gt;<p> 傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)使用有線監(jiān)測設備 , 具有線路多 、 布線復雜 、 維護困難等缺點 ,在很多特定區(qū)域無法順利使用 。而與無線通信技術相結合的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)則無需布設任何線路 ,可忽略監(jiān)測環(huán)境的不利條件影響 ,隨意增減溫濕度采集點 ,自動組網(wǎng) , 且監(jiān)測節(jié)點功耗低 、 生命周期長 ,既方便使用又節(jié)省布線成本 。</p><p> 本課題設計的是基于zigbee無線通信的溫濕
41、度檢測系統(tǒng),通過DHT11數(shù)字溫濕度檢測元件對溫濕度進行檢測,通過51單片機處理由24L01進行數(shù)據(jù)傳輸,由LCD1602顯示實時數(shù)據(jù)。給觀察者顯示實時溫度進行實時的處理工作。</p><p> 3.2 方案的選擇與設計</p><p><b> 3.2.1方案一</b></p><p> 以通過24L01進行數(shù)據(jù)通訊,通過DHT11進行
42、溫濕度檢測,LCD1602進行顯示,用51單片機進行數(shù)據(jù)處理。DHT11是數(shù)字溫濕度檢測元件,這樣電路就會更簡單,不用在添加A/D轉(zhuǎn)換模塊,使電路更加簡單。LCD1602的價格低廉更易于操作。</p><p><b> 3.2.2方案二</b></p><p> 以通過24L01進行數(shù)據(jù)通訊,通過18b20和DHT11進行溫濕度檢測,LCD12864進行顯示,用5
43、1單片機進行數(shù)據(jù)處理。18b20和DHT11是數(shù)字溫濕度檢測元件,LCD12864是可顯示中文的液晶顯示元件,這樣可以添加自己想要的信息,使觀察者更容易讀懂識別由發(fā)送端發(fā)送的溫濕度數(shù)據(jù)來進行相應的工作處理。</p><p><b> 3.3 方案確定</b></p><p> 方案一的硬件電路簡單,成本更低,更易于操作。 </p><p>
44、 經(jīng)過方案一與方案二的比較,方案一比較符合本課題的研究,成本低廉而且電路更加簡化。所以選擇第一套方案(通過24L01進行數(shù)據(jù)通訊,通過DHT11進行溫濕度檢測,LCD1602進行顯示,用51單片機進行數(shù)據(jù)處理。),1602顯示模塊顯示單片機處理后傳來的數(shù)據(jù)。</p><p><b> 系統(tǒng)框圖:</b></p><p><b> 圖3.1 接收板&l
45、t;/b></p><p><b> 圖3.2 發(fā)送板</b></p><p> 第4章 系統(tǒng)硬件電路設計</p><p> 本文以NRF24L01無線模塊傳輸數(shù)據(jù),DHT11為溫濕度測量元件,51單片機處理數(shù)據(jù),由1602為顯示模塊。</p><p> 4.1 51單片機(stc89c52)<
46、/p><p> 單片機,專業(yè)名稱—Micro Controller Unit(微控制器件),它是由大名鼎鼎的INTEL公司發(fā)明的,最早的系列是MCS-48,后來有了MCS-51,現(xiàn)在還有MCS-96系列,我們經(jīng)常說的51系列單片機就是MCS-51,它是一種8位的單片機,而MCS-96系列則是一種16位的單片機,至于它們之間有何區(qū)別,我們以后會講到。后來INTEL公司把它的核心技術轉(zhuǎn)讓給了世界上很多的小公司(不過,再
47、小也有幾個億的銷售/年哦),所以世界上就有許多公司生產(chǎn)51系列兼容單片機,比如飛利浦的87 LPC系列,偉邦的W78L系列,達拉斯的DS87系列,現(xiàn)代的GSM97系列等等,目前在我國比較流行的就是美國ATMEL公司的89C51,它是一種帶Flash ROM的單片機。</p><p> 4.1.1.單片機的介紹</p><p> STC89C52 是一種低功耗、 高性能 CMOS8 位微
48、控制器, 具有8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 At mel 公司高密度非失性存儲器技術制造,與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash,使得 A T89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。A T89S52 具有以下標準功能: 8k 字節(jié) Flash, 256 字節(jié)
49、 RAM,32 位 I/O 口線,看門狗定時器,2 個數(shù)據(jù)指針,三個 16 位定時器/計數(shù)器, 一個 6 向量 2 級中斷結構, 全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外,A T89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作, 支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 空閑模式下, CPU停止工作,允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下,RAM 內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結,單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復位為止。<
50、;/p><p> 4.1.2.引腳的作用</p><p><b> VCC : 電源</b></p><p><b> GND: 地</b></p><p> P0 口: P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口, 每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“
51、1”時,引腳用作高阻抗輸入。當問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時, P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下,P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時,P0 口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗時,輸出指令字節(jié)。程序校驗時,需要外部上拉電阻。</p><p> P1 口:P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口,p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“1”時,內(nèi)部
52、上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時, 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因, 將輸出電流(IIL) 。此外, P1.0 和 P1.2 分別作定時器/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 (P1.0/T2) 和時器/計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX) ,具體如下表所示。在 f l ash 編程和校驗時,P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。</p><p> P2 口:P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻
53、的 8 位雙向 I/O 口,P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時, 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因, 將輸出電流(IIL) 。在問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器 (例如執(zhí)行 MOVX @DPTR)時,P2 口送出高八位地址。在這種應用中,P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用8 位地址(如 MOVX @RI)訪
54、問外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 f l ash 編程和校驗時,P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p> P3 口:P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口,p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時, 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因, 將輸出電流(
55、IIL) 。</p><p> RST: 復位輸入。 晶振工作時, RST 腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位。 看門狗計時完成后,RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISR TO 位可以使此功能無效。DISR TO 默認狀態(tài)下,復位高電平有效。</p><p> ALE/PROG:地址鎖存控制信號(ALE)是問外部程序存儲器
56、時,鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 f l ash 編程時,此引腳(PROG)也用作編程輸入脈沖。在一般情況下,ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖,可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而,特別強調(diào),在每次問外部數(shù)據(jù)存儲器時,ALE 脈沖將會跳過。如果需要,通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”, ALE 操作將無效。 這一位置 “1”,ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。 否則, ALE 將
57、被微弱拉高。 這個 ALE 使能標志位 (地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位) 的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。</p><p> PSEN:外部程序存儲器選通信號(PSEN)是外部程序存儲器選通信號。當 A T89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時, PSEN 在每個機器周期被激活兩次, 而在問外部數(shù)據(jù)存儲器時,PSEN 將不被激活。</p><p> EA/VPP
58、:問外部程序存儲器控制信號。 為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令,EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令,EA 應該接 VCC。在 f l ash 編程期間,EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。</p><p> XT AL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p> XT AL2:振蕩器反相放大器的輸出端。</p>
59、<p><b> 單片機的最小系統(tǒng)</b></p><p><b> 圖4.2</b></p><p> 最小系統(tǒng)包含兩個電路:1、時鐘震蕩電路。2、復位電路。</p><p> 1、時鐘震蕩電路如圖:</p><p><b> 圖4.3</b></
60、p><p> 單片機是一個復雜的同步時序電路,為了保證同步工作方式的實現(xiàn),電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格按時序進行工作。時序電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號。</p><p> 在MCS_51系列單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器,其輸入引腳為XTAL1,輸出端引腳為XTAL2。只要在XTAL1和XTAL2之間跨接晶體震蕩器和微調(diào)電容,就可以構成一個穩(wěn)定自激振蕩器。</p>
61、<p> 2、單片機復位電路:</p><p><b> 圖4.4</b></p><p> 無論是單片機剛開始接上電源時,還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)開始工作。</p><p> 單片機復位的條件是:必須使RST(第9引腳)加上持續(xù)兩個
62、機器周期(即24個脈沖震蕩周期)以上的高電平。如果時鐘頻率為12MHZ,每個機器周期為1us,則需要加上持續(xù)2us以上時間的高電平。</p><p> 4.2 LCD1602液晶</p><p> 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點,在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得</p><p> 到越來越廣泛的應用。 這里介紹的字符型液晶
63、模塊是一種用 5x7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器,根據(jù)顯示的容量可以分為 1 行 16 個字、2 行 16 個字、2 行 20個字等等。</p><p> 4.2.1 1602液晶顯示模塊和單片機 AT89C51直接接口,電路如圖所示。</p><p><b> 圖4.5</b></p><p> 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件,所以
64、在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平,表示不忙,否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址,也就是告訴模塊在哪里顯示字符,下表是DM-162 的內(nèi)部顯示地址.</p><p><b> 圖4.6</b></p><p> 比如第二行第一個字符的地址是 40H,那么是否直接寫入 40H 就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢?這樣不行,因為寫入
65、顯示地址時要求最高位 D7 恒定為高電平 1 所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是01000000B(40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)</p><p> 4.2.2 1602 采用標準的 16 腳接口,其中:</p><p> 第 1 腳:VSS 為地電源 </p><p> 第 2 腳:VDD 接 5V 正電源 </p>
66、<p> 第 3 腳:V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高,對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”,使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度 </p><p> 第 4 腳:RS 為寄存器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 </p><p> 第5腳:RW 為讀寫信號線,高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作。當 RS
67、 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址,當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號,當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 </p><p> 第 6 腳:E 端為使能端,當 E 端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令。 </p><p> 第 7~14 腳:D0~D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 </p><p> 第 15~1
68、6 腳:空腳</p><p> 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不</p><p> 同的點陣字符圖形,如表 1 所示,這些字符有:阿拉伯數(shù)字、英文字母</p><p> 的大小寫、常用的符號、和日文假名等,每一個字符都有一個固定的代</p><p> 碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是 0
69、1000001B(41H),顯示時模</p><p> 塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來,我們就能看到字母“A</p><p> 4.2.3 CGRAM與CGROM中字符代碼與字符圖形的對應關系系如下圖:</p><p><b> 圖4.7</b></p><p> 4.2.4 1602 液晶模塊內(nèi)
70、部的控制器共有 11 條控制指令,如表所示:</p><p><b> 圖4.8</b></p><p> 它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。(說明:1 為高電平、0 為低電平) </p><p> 指令 1:清顯示,指令碼 01H,光標復位到地址 00H 位置 </p><p> 指令 2
71、:光標復位,光標返回到地址 00H </p><p> 指令 3:光標和顯示模式設置 I/D:光標移動方向,高電平右移,低電</p><p> 平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效,低電平則無效 </p><p> 指令 4:顯示開關控制。 D:控制整體顯示的開與關,高電平表示開顯示,低電平表示關顯示 C:控制光標的開與關,高電平表示有光
72、標,低電平表示無光標 B:控制光標是否閃爍,高電平閃爍,低電平不閃爍 </p><p> 指令 5:光標或顯示移位 S/C:高電平時移動顯示的文字,低電平時移動光標 </p><p> 指令 6:功能設置命令 DL:高電平時為 4 位總線,低電平時為 8 位總線 N:低電平時為單行顯示,高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符,高電平時顯示 5x10 的點陣字符 (有些
73、模塊是 DL:高電平時為 8 位總線,低電平時為 4 位總線) </p><p> 指令 7:字符發(fā)生器 RAM 地址設置 </p><p> 指令 8:DDRAM 地址設置 </p><p> 指令 9:讀忙信號和光標地址 BF:為忙標志位,高電平表示忙,此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù),如果為低電平表示不忙。 </p><p> 指令
74、 10:寫數(shù)據(jù) </p><p> 指令 11:讀數(shù)據(jù) </p><p> 4.2.5 1602初始化程序編寫步驟:</p><p> 4.2.6 1602主要的技術參數(shù)</p><p> 4.2.7 1602接口信號說明</p><p> 4.2.8 1602外型尺寸</p><
75、p> 4.3 DHT11溫濕度檢測元件</p><p> 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。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術,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、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
76、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,使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便,特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。</p><p> 4.3.1 應用領域:</p><p>
77、 暖通空調(diào)、測試及檢測設備、汽車、數(shù)據(jù)記錄器、消費品、自動控制、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)器、醫(yī)療、除濕器</p><p> 4.3.2 DHT11的信息:</p><p> 4.3.3 DHT11與單片機連接原理圖:</p><p><b> 圖4.9</b></p><p> 注:建議連接線長度短于20米時
78、用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻</p><p> 4.3.4 DHT11的引腳:</p><p> 4.3.5 串行接口 (單線雙向)</p><p> DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當前小數(shù)部分用于以后擴展,現(xiàn)讀出
79、為零.操作流程如下:</p><p> 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結果的末8位。用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機開始信號結束
80、后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。</p><p> 1、通訊過程如下圖所示:</p><p> 總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必須大于18毫
81、秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號結束,然后發(fā)送80us低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號結束后,延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。</p><p> 總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應信號,DHT11發(fā)送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù),每一b
82、it數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后,DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。</p><p> 數(shù)字0信號表示方法如下圖所示:</p><p><b> 圖4.10</b></p>
83、;<p> 數(shù)字1信號表示方法.如下圖所示:</p><p><b> 圖4.11</b></p><p> 4.3.6 測量分辨率</p><p> 測量分辨率分別為 8bit(溫度)、8bit(濕度)</p><p> 4.3.7 電氣特性</p><p> VD
84、D=5V,T = 25℃,除非特殊標注</p><p> 注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。</p><p> 4.3.8 應用信息</p><p><b> 1.工作與貯存條件</b></p><p> 超出建議的工作范圍可能導致高達3%RH的臨時性漂移信號。返回正常工作條后,傳感器會緩慢地向校準狀態(tài)恢復。要加
85、速恢復進程/可參閱7.3小節(jié)的 “恢復處理”。在非正常工作條件下長時間使用會加速產(chǎn)品的老化過程。</p><p> 2.暴露在化學物質(zhì)中</p><p> 電阻式濕度傳感器的感應層會受到化學蒸汽的干擾,化學物質(zhì)在感應層中的擴散可能導致測量值漂移和靈敏度下降。在一個純凈的環(huán)境中,污染物質(zhì)會緩慢地釋放出去。下文所述的恢復處理將加速實現(xiàn)這一過程。高濃度的化學污染會導致傳感器感應層的徹底損壞。
86、</p><p><b> 3.恢復處理</b></p><p> 置于極限工作條件下或化學蒸汽中的傳感器,通過如下處理程序,可使其恢復到校準時的狀態(tài)。在50-60℃和< 10%RH的濕度條件下保持2 小時(烘干);隨后在20-30℃和>70%RH的濕度條件下保持 5小時以上。</p><p><b> 4.溫度影響
87、</b></p><p> 氣體的相對濕度,在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時,應盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板,在安裝時應盡可能將DHT11遠離電子元件,并安裝在熱源下方,同時保持外殼的良好通風。為降低熱傳導,DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應盡可能最小,并在兩者之間留出一道縫隙。</p><p><b&g
88、t; 5.光線</b></p><p> 長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻射中,會使性能降低。</p><p> 4.3.9 封裝信息</p><p><b> 圖4.12</b></p><p> 4.4 NRF24L01無線模塊</p><p> 4.4.1
89、 芯片簡介</p><p> NRF24L01是NORDIC公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片,采用FSK調(diào)制,內(nèi)部集成NORDIC自己的Enhanced Short Burst 協(xié)議??梢詫崿F(xiàn)點對點或是1對6的無線通信。無線通信速度可以達到2M(bps)。NORDIC公司提供通信模塊的GERBER文件,可以直接加工生產(chǎn)。嵌入式工程師或是單片機愛好者只需要為單片機系統(tǒng)預留5個GPIO,1個中斷輸入引腳,就可以
90、很容易實現(xiàn)無線通信的功能,非常適合用來為MCU系統(tǒng)構建無線通信功能。</p><p> 4.4.2 NRF24L01引腳圖</p><p> 本課題采用的無線模塊是由NRF24L01組成,主要有8個引腳(如下圖),</p><p><b> 圖4.13</b></p><p> 4.4.3 NRF24L01功
91、能框圖</p><p><b> 圖4.14</b></p><p> NRF24L01的框圖如上圖所示,從單片機控制的角度來看,我們只需要關注右面的六個控制和數(shù)據(jù)信號,分別為CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。</p><p> CSN:芯片的片選線,CSN為低電平芯片工作。</p><p> S
92、CK:芯片控制的時鐘線(SPI時鐘)</p><p> MISO:芯片控制數(shù)據(jù)線(Master input slave output)</p><p> MOSI:芯片控制數(shù)據(jù)線(Master output slave input)</p><p> IRQ:中斷信號。無線通信過程中MCU主要是通過IRQ與NRF24L01進行通信。</p>&l
93、t;p> CE:芯片的模式控制線。 在CSN為低的情況下,CE協(xié)同NRF24L01的CONFIG寄</p><p> 存器共同決定NRF24L01的狀態(tài)(參照NRF24L01的狀態(tài)機)。</p><p> 4.4.4 NRF24L01狀態(tài)機</p><p> 對于NRF24L01的固件編程工作主要是參照NRF24L01的狀態(tài)機。主要有以下幾個狀態(tài):
94、 Power Down Mode:掉電模式 Tx Mode:發(fā)射模式 Rx Mode:接收模式 Standby-1Mode:待機1模式 Standby-2 Mode:待機2模式</p><p> 工作模式:(如下圖4.15)</p><p><b> 圖4.15</b></p>&l
95、t;p> 4.4.5 24L01的固件編程的基本思路如下:</p><p> 1.置CSN為低,使能芯片,配置芯片各個參數(shù)。(過程見3.Tx與Rx的配置過程)配置參數(shù)在Power Down狀態(tài)中完成。</p><p> 2.如果是Tx模式,填充Tx FIFO。</p><p> 3.配置完成以后,通過CE與CONFIG中的PWR_UP與PRIM_RX
96、參數(shù)確定24L01要切換到的狀態(tài)。</p><p> Tx Mode:PWR_UP=1; PRIM_RX=0; CE=1 (保持超過10us就可以);</p><p> Rx Mode: PWR_UP=1; PRIM_RX=1; CE=1; </p><p> 4.IRQ引腳會在以下三種情況變低:Tx FIFO 發(fā)完并且收到ACK(使能ACK情況下)Rx FI
97、FO 收到數(shù)據(jù)達到最大重發(fā)次數(shù)將IRQ接到外部中斷輸入引腳,通過中斷程序進行處理。</p><p> 4.4.6 Tx與Rx的配置過程</p><p> 1、 Tx 模式初始化過程</p><p><b> 圖4.16</b></p><p> Tx 模式初始化過程</p><p>
98、 1.寫Tx節(jié)點的地址TX_ADDR </p><p> 2.寫Rx節(jié)點的地址(主要是為了使能Auto Ack)RX_ADDR_P0 </p><p> 3.使能AUTO ACK EN_AA </p><p> 4.使能PIPE 0 EN_RXADDR </p><p> 5.配置自動重發(fā)次數(shù)SETUP_RETR </p&g
99、t;<p> 6.選擇通信頻率RF_CH </p><p> 7.配置發(fā)射參數(shù)(低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率)RF_SETUP </p><p> 8.選擇通道0 有效數(shù)據(jù)寬度Rx_Pw_P0 </p><p> 9.配置24L01的基本參數(shù)以及切換工作模式CONFIG。</p><p> 2 、Rx模式初始化過
100、程</p><p><b> 圖4.17</b></p><p> Rx模式初始化過程:</p><p> 初始化步驟24L01相關寄存器</p><p> 1.寫Rx節(jié)點的地址RX_ADDR_P0 </p><p> 2.使能AUTO ACK EN_AA </p>&l
101、t;p> 3.使能PIPE 0 EN_RXADDR </p><p> 4.選擇通信頻率RF_CH </p><p> 5.選擇通道0 有效數(shù)據(jù)寬度Rx_Pw_P0 </p><p> 6.配置發(fā)射參數(shù)(低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率)RF_SETUP </p><p> 7.配置24L01的基本參數(shù)以及切換工作模式CO
102、NFIG。</p><p> 4.5 各模塊原理圖</p><p> 51單片機 復位系統(tǒng)</p><p> DHT11插槽 晶振</p><p><b> 無線模塊</b></p><p>&
103、lt;b> 液晶1602</b></p><p> 第5章 系統(tǒng)軟件介紹</p><p><b> 5.1 流程圖設計</b></p><p> 5.1.1 發(fā)送機流程圖</p><p><b> 圖5.1</b></p><p> 5.1
104、.2 接收機流程圖</p><p><b> 圖5.2</b></p><p><b> 5.2 程序介紹</b></p><p> 5.2.1 DHT11傳感器讀取程序介紹</p><p><b> 初始化溫濕度傳感器</b></p><p&
105、gt; bit init_DTH11()//初始化DHT11</p><p><b> {</b></p><p><b> bit flag;</b></p><p> uchar num;</p><p> DQ=0;//拉低DHT11引腳的點位</p><p>
106、; delay1ms(19); // >18ms</p><p> DQ=1;//延遲后拉高,給引腳一個脈沖</p><p> for(num=0;num<10;num++); // 20-40us 34.7us</p><p> for(num=0;num<12;num++);</p><p><
107、;b> flag=DQ;</b></p><p> for(num=0;num<11;num++);//DTH響應80us</p><p> for(num=0;num<24;num++); //DTH拉高80us</p><p> return flag;</p><p><b>
108、}</b></p><p><b> 讀字符</b></p><p> uchar DTH11_RD_CHAR()</p><p><b> {</b></p><p> uchar byte=0;</p><p> uchar num;</p&g
109、t;<p> uchar num1;</p><p> while(DQ==1);</p><p> for(num1=0;num1<8;num1++)</p><p><b> {</b></p><p> while(DQ==0);</p><p> byte&
110、lt;<=1; //高位在前</p><p> for(num=0;DQ==1;num++);</p><p> if(num<10)</p><p> byte|=0x00;</p><p><b> else </b></p><p> byte|=0x01;&l
111、t;/p><p><b> }</b></p><p> return byte;</p><p><b> }</b></p><p> 獲取DHT11的讀數(shù)</p><p> void DTH11_DUSHU()</p><p><b
112、> {</b></p><p> uchar num;</p><p> if(init_DTH11()==0)</p><p><b> {</b></p><p> wendu=DTH11_RD_CHAR(); //比正常值高7度左右</p><p> DT
113、H11_RD_CHAR(); //讀無用的數(shù)據(jù)。</p><p> shidu=DTH11_RD_CHAR();</p><p> DTH11_RD_CHAR();</p><p> DTH11_RD_CHAR();</p><p> for(num=0;num<17;num++); //最后BIT輸出后拉低總線59us&l
114、t;/p><p><b> DQ=1;</b></p><p><b> BELL=0;</b></p><p> delay1ms(1);</p><p><b> BELL=1;</b></p><p><b> }</b&g
115、t;</p><p><b> }</b></p><p> 5.2.2 LCD顯示程序介紹</p><p><b> 1602液晶初始化</b></p><p> void init_1602()</p><p><b> {</b><
116、;/p><p> uchar table[16]={0};</p><p> uchar table1[16]={0}; </p><p> lcdrw=0;//選擇寫選擇端</p><p> lcden=0;//使能端置零</p><p> write_com(0x38);//設置16*2顯示,5*7點陣,8位
117、數(shù)據(jù)接口</p><p> write_com(0x0e);</p><p> write_com(0x06);//寫一個字符后地址指針自動加1</p><p> write_com(0x01);//顯示清零,數(shù)據(jù)指針清零</p><p> write_com(0x80);</p><p><b>
118、 }</b></p><p> 讀取溫濕度傳感器的字符和度數(shù)后顯示出來</p><p> write_com(0x80)</p><p> write_str(" Hum");寫入濕度</p><p> write_data(':');</p><p>
119、 write_data(wendu/10%10+48); //ascee碼表 里 0=48</p><p> write_data(wendu%10+48);</p><p> write_data(0xdf); //攝氏度的圈。。</p><p> write_data('%');</p><p> write
120、_com(0x80+0x40); //第二行</p><p> write_str(" Tem");//寫入溫度</p><p> write_data(':');</p><p> write_data(shidu/10%10+48);</p><p> write_data(shidu
121、%10+48);</p><p> write_data('c');</p><p> TxBuf[1]=wendu;//將溫度數(shù)據(jù)裝入TxBuf中</p><p> TxBuf[2]=shidu;</p><p> 最后將讀取到的度數(shù)顯示在lcd1602上</p><p> 5.2.3
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