基于si4432的温湿度采集电路设计与_实现毕业论文(编辑修改稿)

基于si4432的温湿度采集电路设计与_实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

同时 微处理器内部写有定时发送无线数据 程序 ， 每过 1s 发送一次数据 ， 使得使用更加合理。 无线 温 湿 度检测系统 许多场合都要对温度进行监测和控制。 比如现代电力系统向着高电压大机组、大容量的方向发展，对电力系统供电可靠性的要求越来越高，由于绝大多数的电力设备长期 在高电压、大电流和满负荷的条件下运行，导致热量集结加剧，如果不对温度的变化采取有效的监测措施，将会危及电力设备的安全运行。 基于以上背景，提出 一种基于 ATMEGA48 单片机的数据采集及无线收发系统的设计方法。 无线收发部分，采用 Silicon Labs 公司 推出的 SI4432 无线收发器实现数据的无线传输，使得数据采集更加具有实时性。 该系统硬件结构由少量的外部设备、无线数据传输模块，以及供电电路组成。 无线数据传输模块基于低功耗单片射频收发芯片 SI4432，采用具有 8K 系统内可编程 FLASH 的 8位 AVR 微控制器 ATMEGA48 为主处理芯片 ,完成数据的处理和控制。 杭州电子科技大学本科毕业设计 9 0VC C滤波电路00LED 指示J5PLU G D C 32 10R3470C547ufD1LEDC40. 1ufVC CVC C4 硬件设计 电源转换 本 无线温湿度检测 系统有两种供电电平 ，一是 5V，主要供给液晶 LCD1602 等集成器件工作；二是 ，主要供给 无线射频收发芯片 SI4432 、 ATMEGA48 单片机、温湿度传感器 SHT10 模块工作。 5V 电平的获取 5V电压直接由外界电源输入， 由于一般的电源模块质量参差不齐，故在电源输入端 采用的 大小电容并联 滤波 结构。 大电容起到稳压作用、并且能滤除低频干扰信号；小电容主要起到滤除高频干扰信号。 两者互补， 获得较大滤波频段。 电路原理如图 41 所示。 图 41 5V 电源滤波电路 电 平 的获取 一般来说 ，由 5V获取 ，比较常用的是：一、采用低压差线性稳压器，如 （模块本身可适应较宽范围的供电电压）。 二、采用齐纳二极管和电阻做成的简单降压系统。 三、采用最简单的电阻分压式法。 方 案 一 ： AMS1117是一个低漏失电压调整器 ,它的稳压调整管是由一个 PNP驱动的 NPN管组成的 ,漏失电压定义为 :VDROP = VBE+VSAT。 AMS1117有固定和可调两个版本可用，输出电压可以是： 、 、 、 、 、 、 、 和。 片内过热切断电路提供了过载和过热保护 ,以防环境温度造成过高的结温。 为了确保 AMS1117的稳定性 ,对可调电压版本 ,输出需要连接一个至少 22μ F的钽电容。 对于固定电压版本，可采用更小的电容，具体可以根据实际应用确定。 通常，线性调整器的稳定性随着输出电流增加而降低。 方 案 二 ： 齐纳二极管 (又叫 稳压二极管 )，此 二极管 是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的 半导体 器件。 在临界击穿点上 ,反向电阻降低到一个很小杭州电子科技大学本科毕业设计 11 的数值，在这个低 阻值 区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，由于这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。 稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。 方案三： 回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法。 经过比 较， 第 一 种 采用低压差线性稳压器 ，是最适合本系统的。 故 采用 获取 电压 ， 如图 42 所示。 图 42 电 平 转换电路 微控制器系统 MCU 系统 本系统核心控制器是 ATMEGA48。 因为本系统 的电源供电是 ，而这款单片机可 以 达到这一要求 ， IO输出可以直接方便的连接无线模块 ， 而且 ATMEGA48 功耗低，可以节约系统的电量。 ATMEGA48是 高性能、低功耗的 8位 AVR174。 微处理器，其特性： ① 先进的 RISC结构： 131条指令 – 大多数指令的执行时间 为单个时钟周期 ；32x8通用工作寄存器；全静态操作；工作于 16MHz时性能高达 16 MIPS； 只需两个时钟周期的硬件乘法器。 ②非易失性的程序和数据存储器： 4字节的系统内可编程 Flash擦写寿命 : 10000次；具有独立锁定 的可选 Boot代码区，通过片上 Boot 程序实现系统内编程真正的同时读写操作； 256字节的 EEPROM 擦写寿命 :100000次； 512字节的片内SRAM； 可以对锁定的 进行编程以实现用户程序的加密。 ③外设特点 ： 两个具有独立预分频器和比较器功能的 8位定时器 /计数器；一个具有预分频器、比较 功能和捕捉功能的 16位定时器 /计数器；具有独立振荡器的杭州电子科技大学本科毕业设计 12 实时计数器 RTC；六通道 PWM； 8路 10位 ADC(TQFP与 MLF封装 )； 6路 10位 ADC(PDIP封装 )；可编程的串行 USART 接口；可工作于主机 /从机模式的 SPI串行接口；面向字节的两线串行接口；具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器；片内模拟比较器；引脚电平变化可引发中断及唤醒 MCU。 ④ 特殊的微控制器特点：上电复位以及可编程的掉电检测；经过标定的片内RC振荡器；片内 /外中断源；五种休眠模式：空闲模式、 ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式和 Standby 模式。 ⑤ I/O口与封装： 23个可编程的 I/O口线 ； 32引脚 TQFP封装与 32引脚 MLF封装。 ⑥ 极低功耗 ARMEGA48 可以采用 ISP 方式下载程序。 而采用这种下载方式，我们可以在不拆下单片机的情况下更新程序，极其方便。 因此可在小系统电路设计上 添加 DH_10牛角座电路，充当 ISP 下载接口。 ATMEGA48 系统，如图 43 所示。 图 43 ATMEGA48 系统电路 液晶显示模块 采用显示模块好处是良好的人机交互界面 可以为产品的使用带来方便，特别是本系统，信息显示是必须的 功能。 常见的显示电路有数码管电路 ， LED 点阵 屏 ，液晶显示器。 第一 类是 LED 数码管。 它 实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个 LED。 这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。 当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的 字 样了。 一般杭州电子科技大学本科毕业设计 13 情况下，单个发光二极管的管压降为 左右，电流不超过 30mA。 发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。 常用 LED 数码管显示的数字和字符是 0、 A、 B、 C、 D、 E、 F。 第二类是 LED 点阵 屏 ，它 是由几万 至 几十万个 半导体发光二极管 像素点均匀排列组成 的。 利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素点。 目前应用最广的是红色、绿色、黄色。 LED 显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由 LED 矩阵 块组成。 图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂。 以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、 VCD 节目以及现场实况。 液晶显示器能显示字符和汉字。 用 LCD 显示一个字符 原理如下 ，因为一个字符由 6 8 或 8 8 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“ 1”，其它的为“ 0”，为“ 1”的点亮，为“ 0”的不亮。 这样一来就组成 某个 字符。 典型的字符型液晶有 1602 液晶。 汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加 1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节„„直到 所有的点阵码 显示完就可以 LCD 上得到一个完整汉字 ，常见的如 12864 液晶 ,5110 液晶都能显示汉字。 由于本系统是便携式设备，功耗要求严格，显示的内容较多， 故选择液晶类显示器为比较好的选择。 同时由于 只需显示字符和数字，故采用应用广泛的LCD1602 液晶。 电路图如 44所示。 图 44 LCD1602 电路原理图 杭州电子科技大学本科毕业设计 14 LCD1602 是一种用 5 7 点阵图形来显示字符的液晶显示器。 其内部 1602 液晶模块的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有 ： 阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。 顺序与 ASCII 码 一致 ，所以 1602 能 识别 ASCII 码。 温湿 度采集模块 温湿度采集芯片的选择 本系统的重要扩展功能就是 温 湿度的采集。 温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。 选择 温湿度传感器芯片时，一般都选择 SHT10 温湿度传感器， DHT11 数字温湿度传感器， SHTl5 单片、多用途的智能温湿度传感器。 选择一： DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。 它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。 传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。 因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰 能力强、性价比极高等优点。 选择二： SHTl5属单片、多用途的智能温／湿度传感器。 它将温度和湿度传感器、信号调理、数字变换、串行数字通信接口、数字校准全部集成到个高集成度、体积极小的芯片当中，实现了温湿度传感器的数字式输出、且免调试、免标定、免外围电路，便于实现系统集成，适配各种单片机构成相对湿度／温度检测系统。 极大方便了温湿度传感器在嵌入式测控领域的应用，因而该传感器在数字式温湿度测控领域有着广泛的应用前景。 选择三： SHT10属于 Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。 传感器将传感元件和信号 处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。 传感器采用专利的 CMOSens174。 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。 传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与 14 位的 A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。 因此，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。 每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，校准系数以程序形式储存在 OTP 内存中，用于内部的信号校准。 两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而 简单。 微小的体积、极低的功耗，使 SHT10成为各类应用的首选。 表 41是三种温湿度采集芯片数据参照表。 型号 参数 DHT11 SHT10 SHT15 杭州电子科技大学本科毕业设计 15 测量范围 20－ 90％ RH 0－ 50℃ 0－ 100％ RH 40－ ℃ 0－ 100％ RH 40－ ℃ 测湿精度 177。 5％ RH 177。 ％ RH 177。 2％ RH 测温精度 177。 2℃ 177。 ℃ 177。 ℃ 供电电压 表 41 温湿度采集的芯片的对比 SHT10 与微控制器的连接 SHTl0与微控制器的连接，即为 SHTl0的串行接口电路与微控制器的连接。 SHTl0与微控制器的接口连接图，如图 45所示。 图 45 接口连接图 串行时钟输入 (SCK)： SCK用于微控制器与 SHTl0之间的通信同步。 由于接口包含了全静态逻辑，因而不存在最小的 SCK频率限制。 即微控制器可以以任意慢的速度与 SHTl0通信。 串行数据 (DATA)： DATA三态引脚是内部的数据的输出和外部数据的输入引脚。 DATA在 SCK时钟的下降沿之后改变状态，并在 SCK时钟的上升沿有效。 即微控制器可以在 SCK的高电平段读取有 效数据。 在微控制器向 SHTl0传输数据的过程中，必须保证数据线在时钟线的高电平段内稳定。 为了避免信号冲突，微控制器仅将数据线拉低，在需要输出高电平的时候，微控制器将引脚置为高阻态，由外部的上拉电阻将信号拉至高电平。 SHT10的测量时序 微控制器用一组“启动传输”时序来发起一个通信过程。 它包括：当 SCK时钟高电平时 DATA翻转为低电平。 在 DATA为低电平期间， SCK变为低电平，再翻转为高电平，随后是在 SCK时钟高电平时 DATA翻转为高电平 ,如图 46所示。 图 46 SHT10 启动。