畢業(yè)設(shè)計(jì)論文智能溫控器在智能家居中的應(yīng)用及硬件實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　題目：智能溫控器在智能家居中的應(yīng)用及 </p><p>　　硬件實(shí)現(xiàn) </p><p>　　Application And Hardware Implementation Of Intelligent Temperature Controller

2、 In</p><p>　　Smart Home</p><p>　　作者姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 綜合自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)

3、 院 信息工程學(xué)院 </p><p>　　提交日期 2015年2月18日</p><p>　　智能溫控器在智能家居中的運(yùn)用及硬件實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　溫濕度對(duì)人們來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的物理參數(shù)，它表征物體的冷熱程度。與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科

4、學(xué)研究之間的關(guān)系密切，許多生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)研究都會(huì)有溫濕度測(cè)量或檢測(cè)的相關(guān)要求?？刂茰貪穸葘?duì)人類具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。與此同時(shí)，智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分。相對(duì)于普通家居，智能家居可以更多地提供全方位人機(jī)間的信息交互功能，甚至還能節(jié)能環(huán)保，節(jié)省各種資源。</p><p>　　通過(guò)對(duì)溫控器市場(chǎng)的調(diào)研，我們得知該項(xiàng)目的應(yīng)用以及市場(chǎng)都非常廣泛，競(jìng)爭(zhēng)激烈。本文設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單低功耗

5、并配有無(wú)線傳輸功能的溫濕度采集系統(tǒng)。主要介紹了該系統(tǒng)配合四旋翼飛行器，通過(guò)飛行器在空中的航行軌跡，記錄下飛行器在飛行過(guò)程中周圍環(huán)境的溫濕度，并把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)傳輸?shù)诫娔X端。本文詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)、溫濕傳感器、無(wú)線收發(fā)傳輸模塊、電源模塊的選取等。實(shí)現(xiàn)了低功耗，低成本，體積?。梢园惭b在小型四旋翼飛行器上），工作穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，藍(lán)牙，溫控器，溫濕度傳

6、感器，數(shù)據(jù)采集</p><p>　　APPLICATION AND HARD IMPLEMENATION OF INTELLIGENT TEMPERATURE CONTROLLER IN SMART HOME</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Temperature is very important f

7、or people, which is used to measure the hot or cold of objects. It is strongly related with human life, industrial and agricultural production, and scientific research.Many production processes and scientific research r

8、equire measurements of temperature and humidity. Temperature control has practical significance for humanity. At the same time, smart home, as the implementation of information technology to a family, has become an impor

9、tant part of the development </p><p>　　We did a survey for the market of temperature controller, and found that the market is quite extensive and full of competition. In this thesis, we design a simple tempe

10、rature and humidity acquisition system with low power consumption and wireless transmission function. We use a four-rotor aircraft to carry the acquisition system. We record the aircraft flight trajectory as well as the

11、temperature and humidity when it is flying, and data is transferred via Bluetooth to the computer. We finish the</p><p>　　Key Words: MCU, Bluetooth, Thermostat, Temperature and humidity sensor, Data Collecti

12、on</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　ABSTRACT3</p><p>　　第1章 緒 論6</p><p>　　1.1 什么是溫控器6</p><p&g

13、t;　　1.2 溫控器在智能家居中的應(yīng)用6</p><p>　　1.3 溫控器項(xiàng)目研究意義及發(fā)展背景7</p><p>　　1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排9</p><p>　　第2章 F450四旋翼飛行器系統(tǒng)架構(gòu)10</p><p>　　2.1 F450四旋翼飛行器的基本結(jié)構(gòu)10</p><p&

14、gt;　　2.2 F450四旋翼飛行器的工作原理11</p><p>　　2.3 F450四旋翼飛行器的搭建與調(diào)試12</p><p>　　2.4 F450實(shí)地試飛14</p><p>　　2.5 本章總結(jié)15</p><p>　　第3章 溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1

15、溫濕度采集系統(tǒng)的各部分硬件選取16</p><p>　　3.1.1 STC89C51單片機(jī)16</p><p>　　3.1.2 HC-05主從機(jī)一體藍(lán)牙模塊18</p><p>　　3.1.3 DHT11溫濕度傳感器19</p><p>　　3.1.4 LED1602液晶屏20</p><p>　　3

16、.2 無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.3 無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)的硬件連接實(shí)物圖及說(shuō)明24</p><p>　　3.4 本章總結(jié)24</p><p>　　第4章 基于DHT11溫濕度采集系統(tǒng)的軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 DHT11的時(shí)序25</p><p>　

17、　4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖26</p><p>　　4.3 溫濕度讀取程序（C語(yǔ)言）26</p><p>　　4.4 電腦端串口助手接收測(cè)試29</p><p>　　4.5 本章總結(jié)30</p><p>　　第5章 溫濕度顯示系統(tǒng)與PC端軟件對(duì)接測(cè)試31</p><p>　　5.1 溫濕度顯示系統(tǒng)人

18、機(jī)軟件界面簡(jiǎn)介31</p><p>　　5.2 溫濕度采集與顯示系統(tǒng)測(cè)試32</p><p>　　5.2.1 軟件界面溫濕度數(shù)據(jù)顯示測(cè)試32</p><p>　　5.2.2 軟件界面溫濕度曲線繪制測(cè)試32</p><p>　　5.2.3 軟件界面GPS數(shù)據(jù)顯示測(cè)試33</p><p>　　5.2.4

19、 軟件數(shù)據(jù)導(dǎo)出生成Excel文檔測(cè)試34</p><p>　　5.2.5 上位機(jī)軟件整體測(cè)試結(jié)果34</p><p>　　5.3 本章總結(jié)35</p><p>　　第6章 論文總結(jié)36</p><p>　　6.1 論文工作總結(jié)36</p><p>　　6.2 論文研究的展望與不足36</p&

20、gt;<p>　　參 考 文 獻(xiàn)37</p><p>　　附 錄 DHT11傳感器性能說(shuō)明39</p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 什么是溫控器</p>&l

21、t;p>　　溫度是一個(gè)基本的物理常量，是工業(yè)對(duì)象的主要被控參數(shù)之一[1]。例如工業(yè)中的報(bào)警器[2]、裝有溫控器的微波爐[3]等，甚至涂覆裝備中也涉及到溫控器的運(yùn)用[4]。溫控器，英文名為Thermostat，字面上很容易理解，顧名思義就是溫度控制器，主要是用來(lái)調(diào)節(jié)溫度的裝置。例如冰箱上的溫控是控制壓縮機(jī)啟動(dòng)與停止的，設(shè)定的溫濕度到了，壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)，加熱裝置上的溫控器是控制加熱與保溫的?；蚴峭ㄟ^(guò)溫度保護(hù)器將溫度傳到控制器，通過(guò)發(fā)出相關(guān)

22、的調(diào)試命令，從而控制設(shè)備的運(yùn)行以達(dá)到人們想要的溫度及節(jié)能效果，從上述舉例中很好容易看出其具有非常廣泛的應(yīng)用范圍非常廣泛和發(fā)展前景，各種不同類型的溫控器根據(jù)自身種類的特點(diǎn)分別應(yīng)用在家庭電器、電機(jī)類、制冷或制熱等眾多產(chǎn)品中。目前，市面上很多溫控器也包含濕度的測(cè)量，因此在后續(xù)章節(jié)，我們提到的溫控器統(tǒng)一指溫濕度的測(cè)量和控制設(shè)備。</p><p>　　同時(shí)，不僅僅在工業(yè)上的應(yīng)用，在智能家居中，溫控器也發(fā)揮著很大的作用，尤其

23、是以房屋住宅為平臺(tái)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)等與家居生活有關(guān)的各種IT技術(shù)，和溫控器有機(jī)地結(jié)合在一起，建造出一種強(qiáng)大的智能房屋溫濕度控制綜合管理系統(tǒng)[5]。這種方法將改變整個(gè)房屋的安全和舒適性能，使我們的生活更加方便輕松，而且還能起到節(jié)能減排的環(huán)保作用。</p><p>　　1.2 溫控器在智能家居中的應(yīng)用</p><p>　　智能家居是計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、

24、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)三大系統(tǒng)向傳統(tǒng)樓宇、建筑、房屋等滲透的產(chǎn)物，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之間有著緊密的聯(lián)系。</p><p>　　想象一下，在人們剛剛回到家里的時(shí)候，大門鎖被開啟之后，房屋中的智能安防系統(tǒng)自動(dòng)解除原先設(shè)定的室內(nèi)警戒狀態(tài)，走廊里的燈慢慢地開啟，室內(nèi)溫控系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，自己常聽(tīng)的流行音樂(lè)在耳邊輕輕響起。只要身在屋中，控制家中所有的電器僅僅一個(gè)遙控器就夠了。到了晚上的時(shí)候，所有的窗簾都會(huì)按照設(shè)定好的時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉。入睡前，床頭

25、邊的面板上，只要一個(gè)按鈕就可以通過(guò)聲音控制室內(nèi)所有需要關(guān)閉的燈光和電器設(shè)備，同時(shí)安防系統(tǒng)自動(dòng)開啟警戒模式。</p><p>　　智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分[6]。相對(duì)于普通家居，智能家居可以更多地提供全方位的人機(jī)信息交互功能，甚至還能節(jié)能環(huán)保，從而節(jié)省開支。</p><p>　　智能家居的概念很早就已經(jīng)被提出，只是那時(shí)還沒(méi)出現(xiàn)一個(gè)實(shí)際存在的案例。直

26、到1984年美國(guó)的聯(lián)合科技公司（United Technologies Building System）將建筑設(shè)備信息化、整合化的概念應(yīng)用在了美國(guó)康涅狄格州哈特佛市的City Place Building時(shí)，才出現(xiàn)了世界第一棟“智能型建筑”，才出現(xiàn)了世界第一棟“智能型建筑”，從此開啟了人們爭(zhēng)相建造智能家居房屋的時(shí)代[7]。</p><p>　　1.3 溫控器項(xiàng)目研究意義及發(fā)展背景</p><

27、p>　　智能家居從起源至今已有三十多年的歷史。目前，美國(guó)已經(jīng)擁有全球最高端的智能化房屋住宅區(qū)，其占地約3359公頃，其中大約有8000棟小別墅。此外，在歐州、日本等地區(qū)，智能家居也已開始穩(wěn)步發(fā)展。</p><p>　　溫濕度對(duì)人們來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的物理參數(shù)，它表征物體的冷熱和潮濕程度。它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究之間的關(guān)系相當(dāng)緊密，幾乎所有的生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)研究都會(huì)有溫濕度檢測(cè)的相關(guān)要求[8]?？刂茰?/p>

28、濕度也對(duì)人類具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。以前很多都是人為進(jìn)行溫濕度控制，這樣不僅浪費(fèi)人力，同時(shí)還增加了很多不穩(wěn)定性[9]。溫濕度控制涉及大到工業(yè)設(shè)備小到人們正常生活中的家用電器等方方面面。 </p><p>　　那么很顯然，溫濕度的控制在智能家居中的應(yīng)用也占據(jù)著非常重要的地位。隨著智能家居的成果在整個(gè)世界上的日漸興起，智能家居在上個(gè)世紀(jì)末就已經(jīng)悄然走進(jìn)了中國(guó)人的生活照中。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居

29、住功能，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。文獻(xiàn)[10]中詳細(xì)介紹了物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的發(fā)展。結(jié)合前兩段不難看出，智能溫濕度控制系統(tǒng)已經(jīng)在智能家居中占據(jù)了很重要的地位。尤其是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等將唱主角。</p><p>　　近年來(lái)隨著新的溫控器企業(yè)的不斷涌入，各企業(yè)都在承受著成本不斷攀升，產(chǎn)品利潤(rùn)日益微薄的壓力。使溫控器中小企業(yè)扎堆，競(jìng)爭(zhēng)激烈，透支市

30、場(chǎng)。再加上國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本的上升，原材料價(jià)格的上漲，多方作用，種下的苦果是部分競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)的產(chǎn)品幾乎進(jìn)入純成本競(jìng)爭(zhēng)階段。到現(xiàn)在看來(lái)，溫控器的市場(chǎng)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化，規(guī)范劃，面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)壓力，國(guó)內(nèi)眾多的溫控器打起了價(jià)格戰(zhàn)，反而忽略了沒(méi)產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)比中小企業(yè)，或者是新進(jìn)入市場(chǎng)的企業(yè)，一些龍頭企業(yè)在中高端市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯，同時(shí)還有更多精力和能力完成技術(shù)創(chuàng)新，并拓展到多領(lǐng)域。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，強(qiáng)者愈強(qiáng)，弱者被淘汰的局面，在未來(lái)10年內(nèi)表現(xiàn)更加激烈[11]。&l

31、t;/p><p>　　現(xiàn)如今很多帶有溫濕度控制產(chǎn)品中，有冷鏈監(jiān)測(cè)(物聯(lián)網(wǎng))系統(tǒng)[12]、冷鏈溫濕度控制器、溫濕度記錄儀、冷庫(kù)電氣控制箱、溫濕度環(huán)境測(cè)量?jī)x、空氣能熱泵控制器、車用空調(diào)控制器等，這些都應(yīng)用于不同領(lǐng)域和處所?？刂茰貪穸鹊闹饕康氖墙鉀Q基于冷鏈的運(yùn)行需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的溫濕度進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控，溫濕度異常報(bào)警;各種廚房柜、飲料柜、展示柜、醫(yī)療柜、冷凍冷藏柜等制冷系統(tǒng)的溫濕度控制等。</p>&l

32、t;p>　　然而對(duì)于零距離溫濕度的控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此在溫濕度控制中加入遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，即無(wú)線傳輸系統(tǒng)是必然的。有一種遠(yuǎn)程監(jiān)控是通過(guò)通信模塊和控制器把互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備連成物聯(lián)網(wǎng)，并可用于集中監(jiān)控，無(wú)需網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是提供設(shè)備運(yùn)行控制，預(yù)警，報(bào)警，記錄等功能。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制，無(wú)需再在多個(gè)工地奔走勞碌。定時(shí)記錄運(yùn)行和操作參數(shù)，給維護(hù)和性能分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)，讓任何問(wèn)題都有證可循。通過(guò)手機(jī)[13]和網(wǎng)頁(yè)兩種方式及時(shí)發(fā)

33、送設(shè)備故障信息，極大降低人工運(yùn)維成本，減少損失和賠償。無(wú)需另外安裝軟件，只需能上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)或手機(jī)，即可樂(lè)享遠(yuǎn)程監(jiān)控的帶給您的便利。</p><p>　　因此，文獻(xiàn)[14]中的工業(yè)溫濕度控制器，完全可以加以改進(jìn)，添加無(wú)線傳輸系統(tǒng)，并運(yùn)用到智能家居中。添加相應(yīng)的報(bào)警功能，當(dāng)某電器或者室溫超過(guò)原有所規(guī)定范圍外時(shí)可以啟動(dòng)報(bào)警器甚至可以遠(yuǎn)程傳輸給房子主人的手機(jī)或者電腦。實(shí)現(xiàn)人們雖然遠(yuǎn)離房屋，但任然對(duì)房屋中的狀況一清二楚，方

34、便快捷。使原本靜止的家居環(huán)境變?yōu)榭梢苿?dòng)的智慧的智能化住宅。</p><p>　　再細(xì)致化到家庭用于養(yǎng)魚觀賞用的魚缸中的智能溫控調(diào)節(jié)系統(tǒng),在文獻(xiàn)[15]中采用的是工業(yè)中最常用的PID控制算法。通過(guò)改進(jìn)，房屋主人即使不在家中，也可以對(duì)家中觀賞魚的周圍環(huán)境了如指掌，養(yǎng)魚會(huì)變得方便多了。還可以根據(jù)不同魚的習(xí)性設(shè)置不同的溫濕度，并通過(guò)移動(dòng)終端或者互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地控制。</p><p>　　在歐洲絕很多

35、情況的溫控器被用于壁掛爐必配件[16,17]，而且配備的溫控器大多是智能型溫控器。而在國(guó)內(nèi)，已安裝在運(yùn)行和正在安裝調(diào)試準(zhǔn)備投入使用的壁掛爐近95%的都有配備各種各樣的簡(jiǎn)易型的或智能型的溫濕度控制器。而房間溫濕度采集系統(tǒng)中配備的溫控器尤其是智能溫控器，是節(jié)能溫濕度采集綜合體系中一個(gè)極為突出的最重要的環(huán)節(jié)。</p><p>　　總結(jié)：由以上內(nèi)容分析，適合國(guó)內(nèi)的溫濕度采集系統(tǒng)需要具備的性能有溫濕度的采集，無(wú)線傳輸，節(jié)能

36、環(huán)保，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集和分析。本文將著重這幾個(gè)性能來(lái)設(shè)計(jì)一套完整的無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)。</p><p>　　1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排</p><p>　　本論文主要實(shí)現(xiàn)基于DHT11傳感器的溫濕度實(shí)時(shí)采集的硬件電路設(shè)計(jì)及軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。該溫濕度采集系統(tǒng)使用搭載四旋翼飛行器的方式，可以用來(lái)動(dòng)態(tài)測(cè)量整個(gè)樓宇區(qū)域的溫濕度分布，為整個(gè)樓宇或是測(cè)量區(qū)域提供可靠的溫濕度數(shù)據(jù)，促進(jìn)樓宇采暖系統(tǒng)

37、的智能化和精準(zhǔn)化，論文包括以下六個(gè)章節(jié)。</p><p><b>　　第一章：緒論</b></p><p>　　該章重點(diǎn)介紹智能溫濕度控制器的研究背景與意義、國(guó)內(nèi)外溫控器當(dāng)前的發(fā)展情況和具體應(yīng)用案例，并給出本論文的主要章節(jié)安排。</p><p>　　第二章：F450四旋翼飛行器系統(tǒng)架構(gòu)</p><p>　　該章主要講述了

38、飛行器組成結(jié)構(gòu)、飛行原理、飛行測(cè)試，搭建樣機(jī)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決方案。</p><p>　　第三章：溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　該章詳細(xì)介紹了溫濕度采集與顯示系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案、電路設(shè)計(jì)思想以及各個(gè)電子元器件的選擇與優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)溫濕度的采集，數(shù)據(jù)的包裝和發(fā)送，基于藍(lán)牙的無(wú)線傳輸，電腦終端接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。同時(shí)也介紹了硬件實(shí)現(xiàn)中所遇到的問(wèn)題以及解決方案。</p>

39、<p>　　第四章：基于DHT11 溫濕度采集系統(tǒng)的軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p>　　該章詳細(xì)說(shuō)明了DHT11 溫濕度采集系統(tǒng)的軟件驅(qū)動(dòng)，其中包括DHT11傳感器的時(shí)序介紹，程序流程圖以及基于C語(yǔ)音的溫濕度讀取程序。</p><p>　　第五章：溫濕度顯示系統(tǒng)人機(jī)軟件界面簡(jiǎn)介</p><p>　　該章簡(jiǎn)單闡述了溫濕度采集與顯示系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)思想、功

40、能模塊以及具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。基于C#開發(fā)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)串口通信程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、顯示、繪圖、導(dǎo)出等功能，細(xì)化到各個(gè)功能模塊具體實(shí)現(xiàn)方式。</p><p><b>　　第六章：總結(jié)</b></p><p>　　總結(jié)本論文所做的工作，討論當(dāng)前設(shè)計(jì)的不足和展望后續(xù)可能實(shí)現(xiàn)的功能。</p><p>　　第2章 F450四旋翼飛行器系統(tǒng)架構(gòu)</p>

41、;<p>　　本文使用四旋翼飛行器為平臺(tái)，搭載溫濕度采集系統(tǒng)，用來(lái)更方便地動(dòng)態(tài)測(cè)量整個(gè)被測(cè)量空間的溫濕度數(shù)值。</p><p>　　2.1 F450四旋翼飛行器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　對(duì)于經(jīng)典的四旋翼飛行器，旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，對(duì)角的兩個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須一致，處于鄰角位置的兩個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)方

42、向必須相反（其原因?qū)⒃?-3中詳細(xì)介紹）。四個(gè)電機(jī)對(duì)稱地安裝在飛行器的支架端，支架中間的空間安放飛行控制器和外部設(shè)備。結(jié)構(gòu)形式如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 F450四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　相比較傳統(tǒng)直升機(jī)而言，F(xiàn)450四旋翼飛行器大大簡(jiǎn)化了整體機(jī)械構(gòu)造，加強(qiáng)了用戶實(shí)際操作性能，具有響應(yīng)快、效率高、速度快等特色，保證F450四軸飛行器實(shí)現(xiàn)垂直升降、空中懸

43、停、倒飛等固定翼飛行器所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。常用于各類航拍項(xiàng)目如高壓電線檢測(cè)、電視節(jié)目拍攝等。圖2-2為四旋翼飛行器的遙控器和無(wú)線數(shù)傳。</p><p>　　圖2-2 遙控器與無(wú)線數(shù)傳</p><p>　　2.2 F450四旋翼飛行器的工作原理</p><p>　　四旋翼飛行器通過(guò)控制四個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)改變旋翼（螺旋槳）的旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)四個(gè)旋翼升力的不同變化，從而

44、控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，但由于該飛行器以四個(gè)輸入力，控制著六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又屬于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)類型。 </p><p>　　四旋翼飛行器的電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)均被抵消。</p><p>　　在圖2-1中，電機(jī)1和電機(jī)3作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)2和電機(jī)4作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，規(guī)定

45、沿 x軸正方向運(yùn)動(dòng)稱為向前運(yùn)動(dòng)，箭頭在旋翼的運(yùn)動(dòng)平面上方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，在下方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。</p><p>　?。?）垂直運(yùn)動(dòng)：同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)外界擾動(dòng)量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行器便

46、保持懸停狀態(tài)。</p><p>　?。?）俯仰運(yùn)動(dòng)：在圖2-3（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3 的轉(zhuǎn)速下降（改變量大小應(yīng)相等），電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)，同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　?。?）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：與圖2-3（b）的原理

47、相同，在圖2-3（c）中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　?。?）偏航運(yùn)動(dòng)：旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻力作用會(huì)形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對(duì)角線上的各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼

48、飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會(huì)引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖2-3（d）中，當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，旋翼1和旋翼3對(duì)機(jī)身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4對(duì)機(jī)身的反扭矩，機(jī)身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向與電機(jī)1、電機(jī)3的轉(zhuǎn)向相反。 </p><p>　　圖2-3 四旋翼飛行器眼各自由度的運(yùn)動(dòng)</p><p&

49、gt;　　2.3 F450四旋翼飛行器的搭建與調(diào)試</p><p>　　因多旋翼飛行器構(gòu)造簡(jiǎn)單，相對(duì)直升機(jī)調(diào)試容易，對(duì)飛手基礎(chǔ)知識(shí)要求大大降低，導(dǎo)致近年航模在拍攝領(lǐng)域的流行。與此同時(shí)，因?yàn)轱w行門檻降低，很多不具備足夠經(jīng)驗(yàn)的新手在安裝多旋翼飛行器過(guò)程中缺乏相關(guān)知識(shí)，摔機(jī)事故頻發(fā)。某些調(diào)試盲點(diǎn)甚至是已入模多年的模友也難以避免。通常，在組裝調(diào)試四旋翼無(wú)人機(jī)的過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。</p><p&g

50、t;　　首先，螺旋槳要采用正反槳的方式。這主要是由于四旋翼飛行器需要安裝4個(gè)旋翼，在組裝過(guò)程中，處于對(duì)角的兩個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須一致，處于鄰角位置的兩個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須相反，這樣可以保證F450四旋翼飛行器實(shí)現(xiàn)垂直升降、空中懸停、倒飛等固定翼飛行器所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。</p><p>　　其次是電調(diào)，電調(diào)充當(dāng)了變壓器的作用，將11.1V的電壓變?yōu)?V為飛控板和接收器供電。電調(diào)的品牌有好盈、銀燕、新西達(dá)、中特威等，

51、電調(diào)的做工精確度對(duì)飛行有重要影響。</p><p>　　然后是電池，一塊電池飛行時(shí)間大概10-15分鐘（懸停省電，做動(dòng)作會(huì)耗電），屬于易耗品。</p><p>　　選好所有配件安裝完成后（如表2-1四旋翼飛行器配件），飛控接上電也并不是馬上可以起飛的，通常需要解鎖，這是出于安全考慮的特殊設(shè)計(jì)。通上電，飛控板上的燈處于關(guān)閉狀態(tài)，可以聽(tīng)到電調(diào)發(fā)出的滴滴聲，這時(shí)將油門打到最低（注意油門方向，需要

52、實(shí)現(xiàn)確定是設(shè)置的向上為最低，還是向下為最低），然后方向舵向右扳到底，飛控板的燈就會(huì)亮，電調(diào)也不會(huì)再繼續(xù)發(fā)聲，說(shuō)明飛行器已準(zhǔn)備好起飛。</p><p>　　表2-1 四旋翼飛行器配件</p><p>　　我們?cè)诖罱ㄟ^(guò)程中遇到如下幾個(gè)問(wèn)題，針對(duì)各個(gè)問(wèn)題查找資料，分別找到了相應(yīng)的解決方案。</p><p>　　第一個(gè)遇到的問(wèn)題是F450四軸飛行器通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接地面

53、站后，GPS無(wú)法正常定位。其解決方案是發(fā)現(xiàn)學(xué)校室內(nèi)信號(hào)較差，拿到空曠的露天場(chǎng)地后完美解決；</p><p>　　第二個(gè)問(wèn)題是F450組裝完成后在進(jìn)行陀螺儀校準(zhǔn)時(shí)，無(wú)法校準(zhǔn)成功。其解決方案是由于PixHawk飛控內(nèi)置有GPS，所以進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，可以只選一個(gè)GPS，本次課題設(shè)計(jì)中，我們選用外接GPS模塊；</p><p>　　第三個(gè)問(wèn)題是F450四軸飛行器解鎖后起飛時(shí)立即倒向一邊，無(wú)法正常起飛。

54、我們發(fā)現(xiàn)這是由于固件版本不能完美兼容造成的。其解決方案是給PixHawk飛控重新載入最新的固件，從而解決該問(wèn)題。</p><p>　　圖2-4 四旋翼無(wú)人機(jī)搭建過(guò)程</p><p>　　2.4 F450實(shí)地試飛</p><p>　　在實(shí)際試飛前，將指南針、陀螺儀進(jìn)行校準(zhǔn)，敏感度調(diào)整、電調(diào)參數(shù)、遙控器一并設(shè)置好，先在電腦上進(jìn)行軟件模擬試飛（防止第一次實(shí)際試飛出錯(cuò)）

55、，熟悉遙控器操作后選擇一個(gè)空曠地（本次測(cè)試在浙工大向日葵花地）進(jìn)行實(shí)地試飛，輕推油門，F(xiàn)450四旋翼飛行器平穩(wěn)起飛，并依據(jù)遙控器指令完成懸停、定高飛行、升高飛行等操作，并拍下視頻，基本完成課題要求。圖2-5為四旋翼飛行器定點(diǎn)懸停，圖2-6為F450飛行器靜態(tài)圖。</p><p>　　圖2-5 450實(shí)地試飛定高懸停</p><p>　　圖2-6 450實(shí)地試飛靜態(tài)圖</p>

56、<p><b>　　2.5 本章總結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)介紹了F450四軸飛行器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，完成了搭建與調(diào)試四旋翼飛行器，通過(guò)遇到問(wèn)題、解決問(wèn)題的方式，加強(qiáng)了自身對(duì)四旋翼飛行器具體運(yùn)作的認(rèn)識(shí)，積累了實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，增加了動(dòng)手能力。</p><p>　　第3章 溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3

57、.1 溫濕度采集系統(tǒng)的各部分硬件選取</p><p>　　該溫濕度采集系統(tǒng)既可以使用電池供電，也可以使用固定電源供電，例如在使用USB接口的情況下可以由電腦供電也可使用手機(jī)充電器或是移動(dòng)電源供電。本無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)選用了STC89C51單片機(jī)、HC-05主從機(jī)一體藍(lán)牙模塊、DTH11溫濕度傳感器、LCM1602液晶顯示屏4個(gè)主要元器件。這4個(gè)元器件屬于低功耗器件，這樣的選取保證了溫濕度采集系統(tǒng)在工作時(shí)采集到的

58、數(shù)據(jù)更加精確標(biāo)準(zhǔn)，降低了電池的消耗使四旋翼飛行器的續(xù)航能力更久，同時(shí)減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，使其更易安裝在四旋翼飛行器上便于飛行器攜帶，這樣的硬件選取在降低成本的同時(shí)提高了性價(jià)比[18]。</p><p>　　3.1.1 STC89C51單片機(jī)</p><p>　　STC89C51單片機(jī)屬于STC系列單片機(jī)，是美國(guó)STC公司所推出的新型以51為內(nèi)核的單片機(jī)。該單片機(jī)采用了8051核的ISP

59、（In System Programming）系統(tǒng)可編程芯片，該芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)可編程（ISP）特性，通過(guò)配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買通用編程器，而且速度更快。該單片機(jī)內(nèi)還包含了FLASH存儲(chǔ)器、UART、SRAM、A\D、SPI、PWM等模塊。并且該器件單片機(jī)的基本功能和其它型號(hào)的51單片機(jī)完全兼容。它最高工作的時(shí)鐘頻率為80MHz，片內(nèi)

60、含有8K Bytes的可以反復(fù)擦寫1000多次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，這給編程和調(diào)試帶來(lái)極大的便利。STC89C51RC系列單片機(jī)不僅是單時(shí)鐘機(jī)器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，還是高速低功耗的新一代8051 單片機(jī)，全新的流水線精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，而且內(nèi)部集成了MAX810 專用復(fù)位電路。STC89C51引腳圖如圖3-1.所示。</p><p>　　STC89C51單片機(jī)微控制器系列還具有以下性能特點(diǎn)：無(wú)

61、需專用的編輯器即可通過(guò)串口(P3.0/P3.1)用STC提供的STC-ISP.exe軟件進(jìn)行燒錄；增強(qiáng)型的STC89C系列單片機(jī)在進(jìn)行ISP燒錄程序時(shí)，可以設(shè)置為6時(shí)鐘/機(jī)器周期(雙倍速)或12時(shí)鐘/機(jī)器周期工作模式，而且通過(guò)設(shè)置6時(shí)鐘/機(jī)器周期（雙倍速），可以將外接晶振頻率降低一半，能有效降低對(duì)外部電磁輻射（EMI）；STC89C系列單片機(jī)中的RC系列單片機(jī)在原有8052共256字節(jié)RAM的基礎(chǔ)上，又?jǐn)U展了256字節(jié)RAM，共有512

62、字節(jié)RAM(000H～1FFH)；目前，STC89C51/52/53RC報(bào)價(jià)分別為5.7/6.7/9元，STC89C54/58/516RD+報(bào)價(jià)11/15/17元，STC89LE54/58/516AD報(bào)價(jià)分別為11/12.5/14元。與市面上類似的芯片相比，有較高的性價(jià)比。</p><p>　　圖3-1 STC89C51引腳圖</p><p>　　初次學(xué)習(xí)89c51單片機(jī)時(shí)總結(jié)的編程注意

63、事項(xiàng)：每次編程時(shí)，最好建立單獨(dú)的文件夾，便于管理和以后運(yùn)用。步奏為：第一步打開keil軟件，點(diǎn)擊new project彈出對(duì)話框，寫上文件名，點(diǎn)擊保存，彈出另一對(duì)話框選中atmel中at89c51點(diǎn)擊OK然后點(diǎn)擊yes；第二步點(diǎn)擊new file然后保存（點(diǎn)save）在彈出對(duì)話框中文件名寫上xxx.c 然后保存；第三步在project中target的source group 點(diǎn)擊鼠標(biāo)反鍵點(diǎn)擊add選中上面保存的文件添加，然后可以編程了；

64、第四步編程完成后，編譯運(yùn)行，無(wú)錯(cuò)誤后點(diǎn)擊target options 在output下選中creat hex file，然后點(diǎn)OK，再點(diǎn)擊rebuild，生成hex文件。</p><p>　　圖3-2 STC89C51單片機(jī)實(shí)物</p><p>　　3.1.2 HC-05主從機(jī)一體藍(lán)牙模塊</p><p>　　HC-05主從機(jī)一體藍(lán)牙模塊類型屬于串口發(fā)送接收模塊

65、類型。最大的優(yōu)點(diǎn)就是它的高性能，只要是帶藍(lán)牙功能的智能終端，例如電腦、藍(lán)牙主機(jī)、手機(jī)、PDA、PSP等，都可以與其進(jìn)行配對(duì)。該模塊兼容5V或3.3V的電壓，因此非常適合與單片機(jī)系統(tǒng)的配對(duì)，可以很方便與本文設(shè)計(jì)的溫濕度采集系統(tǒng)進(jìn)行連接，使用起來(lái)非常靈活、方便。在空曠地中使用距離為10米，工作電壓為3.3~5V之間。ATK-HC05藍(lán)牙模塊與單片機(jī)系統(tǒng)的典型連接方式如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 A

66、TK-HC05模塊與單片機(jī)系統(tǒng)連接示意圖</p><p>　　圖中實(shí)線表示必須連接，虛線則表示可連可不連，這個(gè)可以根據(jù)具體的需要選擇性使用即可。其中圖3-3中的RXD、TXD是Receive Data ，Transmit Data 的意思， RXD 為接收數(shù)據(jù)的引腳，一般表示為自己的發(fā)送端，正常通信必須接另一個(gè)設(shè)備的RXD。TXD 為發(fā)送數(shù)據(jù)的引腳，一般表示為自己的接收端，正常通信必須接另一個(gè)設(shè)備的TXD。正常通

67、信時(shí)本身的TXD應(yīng)該連接設(shè)備的RXD。自收自發(fā)：正常通信時(shí)RXD應(yīng)該接其他設(shè)備的TXD，因此如果要接收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)顧名思義，也就是自己接收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，即自身的TXD直接連接到RXD，用來(lái)測(cè)試本身的發(fā)送和接收是否正常，是最快最簡(jiǎn)單的測(cè)試方法，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)首先做該測(cè)試確定是否產(chǎn)品故障，也稱回環(huán)測(cè)試。</p><p>　　RXD、TXD屬于DTE設(shè)備，DTE是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備，典型的DTE就是計(jì)算機(jī)和單片機(jī)。RS2

68、32串口標(biāo)準(zhǔn)中的RXD和TXD都是站在DTE立場(chǎng)上的串口通信，使用串口通信協(xié)議，即發(fā)送時(shí)將數(shù)據(jù)拆分為 8個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制 ，一位一位的發(fā)送（高低電平）。接收時(shí)檢測(cè)接收線的電平，將接收到的高低電平組合還原，那一個(gè)字節(jié)就接收到了。相對(duì)于51單片機(jī)串口引腳，高低電平的發(fā)送細(xì)節(jié)不需要我們?nèi)ザāＮ覀冎灰试S串口通信 ，然后給串口通信緩存寄存器要傳的字節(jié)就可以。</p><p>　　模塊上帶連接狀態(tài)指示燈，LED快閃表示沒(méi)有藍(lán)

69、牙連接，LED慢閃表示進(jìn)入AT命令模式，雙閃表示藍(lán)牙已連接并打開了端口。藍(lán)牙配對(duì)成功以后使用方式為全雙工串口，單只可支持8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、還可設(shè)置奇偶校驗(yàn)的通信格式，這種通信方式也是最常用的一種通信格式，不支持其他格式。體積小巧（3.57cm*1.52cm），工廠貼片生產(chǎn)，保證貼片質(zhì)量。并套透明熱縮管，防塵美觀，且有一定的防靜電能力。支持從4800bps~1382400bps間的標(biāo)準(zhǔn)波特率，可通過(guò)AT命令切換為主機(jī)或者從機(jī)模式，可

70、通過(guò)AT命令連接指定設(shè)備。</p><p>　　另外要注意的是千萬(wàn)不能將電源接到信號(hào)腳上,會(huì)直接燒壞模塊。輸入電壓也絕對(duì)不能超過(guò)7V。</p><p>　　該模塊的優(yōu)點(diǎn)是低功耗、低成本、高性能無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)，自帶通訊協(xié)議無(wú)需另外編寫。</p><p>　　3.1.3 DHT11溫濕度傳感器</p><p>　　DHT11溫濕度傳感器，具有品質(zhì)

71、良好、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用了專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，以確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。</p><p>　　每個(gè)DHT11溫濕度傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。模塊采用單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、

72、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20M以上，這些優(yōu)點(diǎn)使其成為各類應(yīng)用場(chǎng)合的極佳選則。</p><p>　　DHT11溫濕度傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。該傳感器供電電壓為5V，溫濕度測(cè)量范圍為0-50℃，濕度范圍為20-90%RH。特別注意的是，在手動(dòng)焊接時(shí)，只能在最高260℃的溫濕度條件下焊接，且接觸時(shí)間須少于10秒。</p><p>　　

73、單片機(jī)與DHT11之間的通訊采用單總線數(shù)據(jù)格式傳輸，單片機(jī)發(fā)送一次信號(hào)后，預(yù)示著數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。DHT11將從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)。對(duì)于該溫濕傳感器的通信協(xié)議時(shí)序?qū)?huì)在后面章節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步介紹。此外，該溫濕傳感器有四個(gè)引腳，其中一根引腳處于閑置狀態(tài)。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，可以在數(shù)據(jù)引腳上外加一個(gè)5K大小的上拉電阻，其作用是傳感器在時(shí)序工作時(shí)，數(shù)據(jù)線引腳電平需由上拉電阻拉高。其上拉電阻電路和封裝如

74、圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 DHT11溫濕度傳感器簡(jiǎn)單的應(yīng)用電路和封裝</p><p>　　3.1.4 LED1602液晶屏</p><p>　　LCD1602是很多單片機(jī)愛(ài)好者較早接觸的字符型液晶顯示器，它的主控芯片是HD44780或者其它兼容芯片。其顯示原理是通過(guò)不同的電壓來(lái)改變夾在兩塊平行板之間液晶顯示材料分子的排列狀況，使出現(xiàn)遮光和透光

75、的現(xiàn)象來(lái)達(dá)到深淺不一的目的，形成圖像。如果在兩塊平板間再填充上具有三元色的濾光層，就可以實(shí)現(xiàn)顯示彩色圖像的效果。</p><p>　　顯示特點(diǎn)：第一，顯示質(zhì)量高，由于1602LCD每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍；第二，數(shù)字式接口1602液晶屏都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口操作更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便；第三，體積小、重量輕，1602液晶模塊通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子

76、狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示屏要輕得多；第四，功耗低，相對(duì)而言，1602液晶顯示屏的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示屏要少得多。</p><p>　　1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量為16×2個(gè)字符，芯片工作電壓范圍是4.5V至5.5V，工作電流為2.0mA(5.0V)，模塊最佳工作電壓為5.0V，字符尺寸大小為2.95×4.35(W&

77、#215;H)mm，液晶屏尺寸大小如圖3-5。</p><p>　　圖3-5 1602液晶屏尺寸圖</p><p>　　LCD1602的的四種基本操作：</p><p>　　1. 讀狀態(tài)：輸入RS=0，RW=1，E=高脈沖。輸出：D0—D7為狀態(tài)字。</p><p>　　2. 讀數(shù)據(jù)：輸入RS=1，RW=1，E=高脈沖。輸出：D

78、0—D7為數(shù)據(jù)。</p><p>　　3. 寫命令：輸入RS=0，RW=0，E=高脈沖。輸出：無(wú)。</p><p>　　4. 寫數(shù)據(jù)：輸入RS=1，RW=0，E=高脈沖。輸出：無(wú)。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，LCD1602有16條引腳，據(jù)說(shuō)還有14條引腳的，與16腳的相比缺少了背光電源A和地線K（A為背光正極，可接一個(gè)10—47歐的限流電阻到VDD，

79、K背光負(fù)極，接VSS。）。本文使用的這塊LCD1602的型號(hào)是HJ1602A，是繪晶科技公司的產(chǎn)品，它有16條引腳，正面如圖3-6所示，背面如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-6 16條引腳的LCD1602實(shí)物圖（正面）</p><p>　　圖3-7 16條引腳的LCD1602實(shí)物圖（反面）</p><p>　　3.2 無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)&l

80、t;/p><p>　　本論文設(shè)計(jì)的無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)主要是由五個(gè)部分組成：51單片機(jī)作為核心微處理器部分、無(wú)線藍(lán)牙收發(fā)部分、傳感器電路部分、液晶屏顯示部分、電源部分。當(dāng)中液晶顯示部分模塊的增加，增強(qiáng)了了整個(gè)系統(tǒng)的功能性和實(shí)用性。使本文設(shè)計(jì)的溫濕度采集系統(tǒng)既可以單獨(dú)將板子拿出來(lái)當(dāng)做溫濕度測(cè)量工具使用，也可以通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線將數(shù)據(jù)傳輸給電腦端進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等處理，大大增強(qiáng)了該溫濕采集系統(tǒng)的實(shí)用性和適應(yīng)性。該

81、無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)的各個(gè)部分組成框圖如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-8 傳感器節(jié)點(diǎn)組成框圖</p><p>　　溫濕度傳感器DHT11僅僅通過(guò)單總線與51單片機(jī)連接就可以進(jìn)行溫濕度測(cè)量和傳輸，該傳感器最大的特點(diǎn)前文已經(jīng)提到，是既可以傳輸時(shí)鐘信號(hào)又可以傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)[19]，與傳統(tǒng)的傳感器跟單片機(jī)連接接口的設(shè)計(jì)相比，不需要進(jìn)行信號(hào)變換，免去了A/D轉(zhuǎn)換、電流電壓轉(zhuǎn)換等電路的設(shè)計(jì)，

82、使得該溫濕度采集系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的硬件設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　如圖3.7，溫濕度傳感器通過(guò)單總線PIN2引腳數(shù)據(jù)端口與單片機(jī)P1.0引腳端口相連，51單片機(jī)的P3.0（RXD）引腳與P3.1（TXD）引腳為串行接口分別與藍(lán)牙收發(fā)芯片HC-05的TXD和RXD引腳相連。這里有個(gè)特別需要注意的

83、地方，就是單片機(jī)的RXD與藍(lán)牙芯片的TXD相連，單片機(jī)的TXD與藍(lán)牙芯片的RXD相連[20]，如果連接錯(cuò)誤雖然不會(huì)造成芯片損壞，但將不會(huì)有任何數(shù)據(jù)傳出。</p><p>　　液晶屏的RS是命令/數(shù)據(jù)選擇引腳，接單片機(jī)的P2.7引腳。引腳E為執(zhí)行命令的使能引腳，接單片機(jī)的P2.6引腳。D0—D7為并行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳與51單片機(jī)的P0.0~P0.7相連，并接10K的上拉電阻。液晶的3腳用一個(gè)2.2K電阻接地，用來(lái)

84、確定液晶亮度，即如果該電阻為可調(diào)電阻，則可以調(diào)節(jié)液晶亮度。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，液晶屏只有讀操作，沒(méi)有寫操作，所以液晶屏的RW引腳始終接地。</p><p>　　供電部分的設(shè)計(jì)采用了簡(jiǎn)單的DC插口和自鎖開關(guān)電路（如圖3-8右下角部分）。自鎖開關(guān)電路在電路中起到電源的開關(guān)作用，常開的其中一腳接DC電源插口電源腳，常開的另一腳接電路的VCC。</p><p>　　3.3 無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)的硬件

85、連接實(shí)物圖及說(shuō)明</p><p>　　如圖3-8 所示為正在工作的溫濕度采集系統(tǒng)，為了方便對(duì)整個(gè)溫濕采集系統(tǒng)進(jìn)行拓展延伸。HC-05藍(lán)牙模塊和LED1602液晶屏均被設(shè)設(shè)為可拆卸的形式，方便對(duì)HC-05藍(lán)牙模塊和LED1602液晶屏進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和調(diào)試，如果元器件意外損壞，可及時(shí)進(jìn)行更換。</p><p>　　圖3-8 無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)硬件實(shí)物圖圖解</p><p>&

86、lt;b>　　3.4 本章總結(jié)</b></p><p>　　本章根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求，完成了所需電器元件的選取，根據(jù)具體參數(shù)設(shè)計(jì)出了電路和合理的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，焊接出實(shí)際硬件電路板。為整個(gè)溫濕度采集系統(tǒng)搭建最基礎(chǔ)的硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。并為上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。</p><p>　　第4章 基于DHT11溫濕度采集系統(tǒng)的軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) </p><p&g

87、t;　　4.1 DHT11的時(shí)序</p><p>　　DHT11的pin2腳總線空閑時(shí)狀態(tài)為高電平，首先初始化51單片機(jī)為輸出狀態(tài)，把總線電平拉低然后等待20毫秒（51單片機(jī)把總線電平拉低時(shí)間必須大于18毫秒，這樣是為了保證DHT11能成功檢測(cè)到起始信號(hào)）。再由51單片機(jī)將總線電平拉高。51單片機(jī)發(fā)送拉高開始信號(hào)電平結(jié)束后，改輸出狀態(tài)為輸入狀態(tài)，延時(shí)等待20-40us后，讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào)，等待DHT11

88、響應(yīng)信號(hào)是否變?yōu)榈碗娖剑?dāng)變?yōu)榈碗娖胶?，等?0us后響應(yīng)信號(hào)總線由上拉電阻拉高。DHT11拉高80us后開始傳輸數(shù)據(jù)如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 DHT11時(shí)序圖</p><p>　　正如上段所說(shuō)，總線為低電平，說(shuō)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)備傳輸數(shù)據(jù)，每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開始，高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是0

89、還是1。如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平，則DHT11沒(méi)有響應(yīng)。請(qǐng)檢查線路是否連接正常。當(dāng)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(jìn)入空閑狀態(tài)。</p><p>　　DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)成功后，將一次性送出40bit的數(shù)據(jù)，高位先出。輸出數(shù)據(jù)順序?yàn)?bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)，8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)，8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)，8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)，8bit校驗(yàn)和。 </p>&l

90、t;p>　　4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　根據(jù)4-1節(jié)所述的傳感器時(shí)序過(guò)程，該通信協(xié)議的溫濕度讀取程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 傳感器節(jié)點(diǎn)流程圖</p><p>　　4.3 溫濕度讀取程序（C語(yǔ)言）</p><p>　　void GET_TRH()</p><p&g

91、t;<b>　　{</b></p><p>　　//主機(jī)拉低18ms </p><p><b>　　TRH=0;</b></p><p>　　delay_ms(18);</p><p><b>　　TRH=1;</b></p><p>　　//DATA總

92、線由上拉電阻拉高 主機(jī)延時(shí)20us</p><p>　　delay_us();</p><p>　　delay_us();</p><p>　　delay_us();</p><p>　　delay_us();</p><p>　　//主機(jī)設(shè)為輸入 判斷從機(jī)響應(yīng)信號(hào) </p><p><b

93、>　　TRH=1;</b></p><p>　　//判斷DHT11是否有低電平響應(yīng)信號(hào)，如不響應(yīng)則跳出，響應(yīng)則向下運(yùn)行 </p><p>　　if(!TRH) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　respond=2;</p><p>　　//判斷

94、DHT11發(fā)出 80us 的低電平響應(yīng)信號(hào)是否結(jié)束 </p><p>　　while((!TRH)&& respond++);</p><p>　　respond=2;</p><p>　　//判斷從機(jī)是否發(fā)出 80us 的高電平，如發(fā)出則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)

95、 </p><p>　　while(TRH && respond++);</p><p>　　//數(shù)據(jù)接收狀態(tài) </p><p>　　RH_temp = receive(); </p><p>　　RL_temp = receive(); </p><p>　　TH_temp =

96、receive(); </p><p>　　TL_temp = receive(); </p><p>　　CK_temp = receive();</p><p>　　TRH=1;//ST=1; </p><p><b>　　//數(shù)據(jù)校驗(yàn) </b></p><p>　　untemp=(R

97、H_temp+RL_temp+TH_temp+TL_temp);</p><p>　　if(untemp==CK_temp)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　RH_data = RH_temp;</p><p>　　RL_data = RL_temp;</p><p>

98、　　TH_data = TH_temp; </p><p>　　TL_data = TL_temp;</p><p>　　CK_data = CK_temp;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

99、　//濕度整數(shù)部分</b></p><p>　　shis= (char)(0X30+RH_data/10); //濕度的十位</p><p>　　shig= (char)(0X30+RH_data%10); //濕度的個(gè)</p><p><b>　　//溫度整數(shù)部分</b></p><p>　　wens=

100、 (char)(0X30+TH_data/10); //溫度的十位</p><p>　　weng= (char)(0X30+TH_data%10); //溫度的個(gè)位</p><p>　　//液晶屏溫濕度顯示函數(shù)</p><p>　　write_com(0x80+9);</p><p>　　write_date(shis);</p&

101、gt;<p>　　write_date(shig);</p><p>　　write_date('%'); //濕度符號(hào)</p><p>　　write_com(0x80+0x40+9);</p><p>　　write_date(wens);</p><p>　　write_date(weng);</p

102、><p>　　write_date(0xdf);//溫度符號(hào)</p><p>　　write_date('C');</p><p>　　//串口發(fā)送溫濕度顯示函數(shù)</p><p>　　SBUF=0X30+RH_data/10;</p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p&g

103、t;<p>　　SBUF=0X30+RH_data%10;</p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p><b>　　SBUF='R';</b></p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p><b>　　SBUF=

104、'H';</b></p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p>　　SBUF='\n';</p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p>　　SBUF=0X30+TH_data/10;</p><p>　　de

105、lay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p>　　SBUF=0X30+TH_data%10;</p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p>　　SBUF='C';//攝氏度℃</p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p>&l

106、t;b>　　SBUF='C';</b></p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p>　　SBUF='\n';</p><p>　　delay(300); //毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)</p><p><b>　　}</b></p>

107、;<p>　　4.4 電腦端串口助手接收測(cè)試</p><p>　　本次測(cè)試采用的串口助手軟件是Serial Port Utility友善串口調(diào)試助手。如圖4-3所示，電腦端使用USB接口連接藍(lán)牙主機(jī)。如圖4-4所示，波特率為9600，數(shù)據(jù)位為8位的串口助手軟件的測(cè)試效果圖（發(fā)送“H”為起始信號(hào)），發(fā)送數(shù)據(jù)成功。</p><p>　　圖4-3 工作中連接主機(jī)端的藍(lán)牙模塊&l

108、t;/p><p>　　圖4-4 測(cè)試效果圖</p><p><b>　　4.5 本章總結(jié)</b></p><p>　　本章完成了硬件系統(tǒng)中51單片機(jī)的軟件驅(qū)動(dòng)，詳細(xì)介紹了DHT11溫濕傳感器的時(shí)序通信協(xié)議，以及實(shí)現(xiàn)了溫濕度的采集及發(fā)送到電腦的過(guò)程。為接下來(lái)的上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。</p><p>　　第5章 溫濕

109、度顯示系統(tǒng)與PC端軟件對(duì)接測(cè)試</p><p>　　5.1 溫濕度顯示系統(tǒng)人機(jī)軟件界面簡(jiǎn)介</p><p>　　在人機(jī)交互的概念（HCI）中，早在60年代初就提出了圖形用戶界面的想法（GUI）。而現(xiàn)在正是在這樣一個(gè)階段，在我們的每一個(gè)日常生活備件中，我們期待一些圖形窗口，這將使我們的生活更輕松[21]。</p><p>　　上位機(jī)人機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)開發(fā)使用的是C#編

110、程語(yǔ)言，通過(guò)軟件Visual Studio 2010創(chuàng)建Windows窗體應(yīng)用程序項(xiàng)目，使用Windows窗體構(gòu)建工具，合理布置，使界面整潔有序，交互友好。實(shí)際搭建窗體界面成品如圖5-1所示，整個(gè)圖形用戶界面面板分為四個(gè)部分。第一部分是串口設(shè)置，可以選擇不同的串口和波特率；第二部分是接收數(shù)據(jù)的顯示；第三部分是對(duì)實(shí)時(shí)溫濕度曲線的繪制；最后一部分則是控制區(qū)。其中主要用到工具、控件有：ComboBox，SerialPort，TextBox，C