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【精品文档】71毕业论文毕业设计成品: 基于单片机的温湿度控制系统的设计

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此文档是本科大学毕业设计论文成品,无需调整复杂的格式!下载之后直接可用,方便快捷!本文价格不贵,也就几十块钱!一辈子也就一次的事!毕业设计标题: 基于单片机的温湿度控制系统的设计学科专业名称: 申 请 人 姓 名 : 导 师 姓 名 : 论文提交时间: 目录摘要IAbstractIII第一章 绪论11.1 论文选题的理由或意义11.2 国内外关于该课题的研究现状及趋势11.2.1 传感器技术的发展11.2.2 单片机的发展 21.2.3 短距离无线通信技术的发展 21.3 本文研究的主要内容4第二章 系统的总体设计72.1 系统功能设计72.2 系统设计原则72.3 系统硬件设计的总体方案82.4 系统各部分功能介绍82.4.1 温湿度的采集 82.4.2 数据的传输 102.4.3 数据分析与处理 122.4.4 温湿度的调节 162.4.5 终端PC的监控 162.5 本章小结 17第三章 系统主要电路的设计193.1 电源电路的设计193.2 数字温湿度传感器DHT11与Atmega16单片机连接的电路设计203.3 nRF905的电路设计203.4 Atmega16外围电路的设计213.5 RS-232接口电路213.6 温湿度调节电路 223.7 其他电路的设计 233.7.1 复位电路 23万方数据3.7.2 晶振电路 233.7.3 单片机滤波电路 243.7.4 下载电路 253.8 本章小结25第四章 系统软件的总体设计 274.1上位机通信 274.2 远端模块软件设计284.2.1 键盘的设计 294.2.2报警系统设计294.2.3 液晶的设计 304.2.4 温湿度测量子程序 304.3 无线传输模块的软件设计314.4 本章小结32第五章 系统的测试 335.1 系统实物图335.2 系统性能测试335.3 本章小结36第六章 总结与展望 376.1 总结 376.2 展望 37参考文献 39附录:攻读硕士期间发表的文章及科研情况 41致谢 43万方数据山东师范大学硕士学位论文基于单片机的温湿度控制系统的设计摘要从工业革命到现在,科技有了长足的进步,推动着人类社会不断向前发展,使人们的生活水平也有了巨大的提高。特别是最近二三十年,计算机广泛应用,使人们的生活向着智能化方向发展。但是,科技的发展也带来了一些环境问题,例如大气污染、水污染等,这些问题无时无刻不影响着人们的生活,如最近几年越来越严重的雾霾天气也得到了人们的广泛关注。所以解决环境问题,改善人们的生活环境尤其重要。温度和湿度是环境的两个最基本最重要重要因素。所以,开展对环境的温度和湿度的实院测量,对提高人们的舒适度、改善人们的健康环境具有重要的意义。论文中,以高性能、低功耗的8位AVR微处理器Atmega16为核心,使用无线收发的传输方式,采用模块化的设计,建立了一个集采集与调节室内温湿度于一体的系统。设计包括温湿度采集模块、数据无线传输模块、数据处理模块和温湿度调节模块。设计了各组成模块的结构并确定了系统中各元器件的参数,温湿度采集模块使用的是数字温湿度传感器DHT11,传感器测得数据后经过处理再由无线收发芯片nRF905组成的无线传输模块发送到单片机,单片机在分析了数据后可自动判断是否需要启动调节模块。系统具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点,器件选择具有集成度好,性能卓越的特点,电路的整体设计简单。为了能够直观的显示温湿度的变化,系统还设计了单片机与PC的接口电路,通过电平转换芯片MAX232,使用PC的RS232接口实现了与PC的连接。本设计还根据需要设计了温湿度的调节模块,使系统更加完整。在设计硬件的同时也设计了对应的软件流程,确保系统能够完美运行。本文的设计以Atmega16为核心,利用无线收发芯片nRF905为传输芯片,建立了一个温湿度控制系统。通过该系统的运行,可以方便地采集与调节室内的温湿度,改善人们的生活环境。该系统具有无线通信的功能,节约空间,且稳定性好,功耗低,适于广泛推广。关键词:温湿度传感器;无线收发;单片机;温湿度调节分类号:TP273I万方数据山东师范大学硕士学位论文II万方数据山东师范大学硕士学位论文Design of temperature and humidity control system based onMicro-controllerAbstractFrom the industrial revolution to the present, science and technology have made great progress, promote the continuous development of human society, and the living standard has been greatly improved.Especially in the last twenty or thirty years, with the wide application of computer, it brings much convenience to people, makes people towards the intelligent direction. But, the development of science and technology will also bring some environmental problems, such as air pollution, water pollution and so on. These problems influence the people's lives every moment of every day. In recent years the haze weather also received wide attention, so it is very important to solve environmental problems, especially improve people's living environment. As the two important factors of the environment, temperature and humidity is the most basic and easy to have a actual measurement, and it has important significance to improve people's comfort and health environment .Atmega16 is designed as the core of the thesis, which is a 8 bit AVR microprocessor withhigh performance and low power consumption. Wireless transmission used, module design adopted, the thesis sets up a system of collecting and changing indoor temperature and humidity. It mainly includes temperature and humidity data acquisition module, wireless data transmission module, data processing module and temperature and humidity control module. Temperature and humidity data acquisition module uses the digital temperature and humidity sensor DHT11, then the wireless transmission module transmits the data by the wireless transceiver chip nRF905 after processing to MCU, MCU can automatic judgment whether to start the control module after analysis the data. DHT11 has excellent quality, fast response, strong anti-interference ability and high performance-price ratio, nRF905 has a high Integration, Atmega16 has a excellence performance , this advantages not only make the system very powerful in function, but also make the whole design simple. In order to show the changes of temperature and humidity intuitively, it also designs the interface circuit of MCU and PC, Through the level conversion chip MAX232, using RS232 interface ,it achieve a connection with the PC. This design designs a control module according to the need of the design of temperature and humidity, making the system moreIII万方数据山东师范大学硕士学位论文complete. The software design is also very important, so when designing the hardware , software's flowchart is well designed too, so as to ensure that the system can run perfectly.The thesis designs a temperature and humidity control system in which Atmega16 was usedas the core and wireless transceiver chip nRF905 was used as the transmission chip. Throughthis system,we can collect and change temperature and humidity conveniently, so as to improve our living conditions. The system has a function of wireless communication which can save space, and also has good stability and low power consumption. It is suitable for a wide range of applications.Key word: Temperature and humidity sensors; Wireless transceiver; MCU; Temperature and humidity controlCLC Number:TP273IV万方数据山东师范大学硕士学位论文第一章 绪论1.1 论文选题的理由或意义21世纪以来,科技推动着社会不断向前进步,使得人们的生活水平也有很大的提高,人们对生活质量的要求也越来越高,优良的生活环境自然也是提高生活质量的重要组成部 分。然而,现代工业的发展,环境情况变化较大,环境污染指数越来越高,雾霾覆盖的地区也越来越大,天数也越来越多。因此,对环境的良好控制也成为了人们对生活的基本要求,成为共建和谐环境、和谐社会的重要元素。而温湿度又是良好环境基本、最重要的两个因素。因此,在现代生活中,加强对温温湿度的检测与控制,是保证我们的生活与工作环境良好的重要条件。所以,我们就需要一种不仅能检测温度和湿度,而且还要能对温度和湿度进行调节的装置。此装置需要满足使用简单、易于观察、便于控制等要求,方便人们根据不同时节以及自身的需要进行的调整,使自己的生活环境、工作环境达到理想的目标。这不仅仅是对我们生存环境的改善,同时也能体现出现代科技带给人们的好处,体现了社会的的发达与进步。1.2 国内外关于该课题的研究现状及趋势1.2.1 传感器技术的发展各个国家研究各类传感器技术都比较早,把技术应用到实际中也很早,而温湿度传感器无论是在使用范围还是在应用数量上都据所有传感器之首,其发展历史经过了一下几个阶段:首先是传统的分立式温湿度传感器,通过电量之间的转换来测量温湿度;其次,模拟集成温湿度控制器/传感器,向着集成化的方向发展;最后是智能温湿度传感器,实现了 免人工现场操作的步骤[1]。随着现代信息技术的不断发展,传感器在日常生活和工作中起到越来越重要的作用,并且由模拟信号向数字信号、由集成向人工智能及网络控制的方向发展[2]。现在的传感器已经可以脱离人工,实现了自动化,并向着完全自动化、无人化的方向发展,极大的方便了认识的使用[3]。我国在传感器的应用方面还比较落后,因为起步比较晚,所以在产业化程度、配套装备及技术方面与发达国家还有一定的差距,但是我国的传感器技术人员也非常的努力,不仅努力的去学习国外的先进技术与经验,而且勇于创1 万方数据山东师范大学硕士学位论文新、探索。1.2.2 单片机的发展20世纪70年代,在微/小型计算机研制成功后,单片机也就产生了。刚开始推出的只是4位单片机,但是从此一发而不可收拾,其发展速度相当快,差不多每三、四年就会更 新一代,更新后处理速度加快、功能加倍、集成度也增加一倍。单片机出现的历史并不长, 其发展速度可见一斑。从8位单片机推出以来,大致可以分为以下四个阶段:第一阶段为初级单片机阶段;第二阶段为单片机的发展阶段,并使单片机的功能得到了完善;第三阶段发展出现了高性能的 8 位单片机及初步发展了 16 位更高性能单片机;第四阶段为目前 在各类电子器件中使用的的高性能单片机,对单片机的研究已经非常成熟。单片机的发展趋势必将是向着更大容量、更高性能、更低功耗、外围电路更加多样化与功能化等方面发展。温湿度的检测与控制最早也最广泛的是应用在农业中的温室大棚,在一些发达国家早就将此技术应用的在农业中,对农作物的生产、畜牧业养殖业都有很大的促进作用。随着传感器、单片机技术的发展,温湿度测控技术也得到了很大的发展,其精度也越来越高,稳定性也越来越好。国内的测控技术与国外相比虽然还有一定的差距,但国内也有许多机构已经在传感器测试装置的研发上不断探索、研发、创新,差距正在一步一步的缩小,相信在不久的将来,我国的技术一定也会排在世界的前列。随着社会的发展,温湿度测控技术得到了广泛的应用,这项技术也会在改善人们的生活工作环境方面做出巨大的贡献。1.2.3 短距离无线通信技术的发展现在,Internet、多媒体设备和无线通信技术持续向前发展[4],信息网络的应用也越来越与人们的生活贴近,而无线通信技术更是深入到了我们日常生活的点滴当中,与我们的工作生活密切相连,而人们也对产品的要求也越来越高了,例如需求功耗较低的器件、占地方更小的器件等,短距离无线通信作为无线通信技术的一个重要的方面[5],也越来越受到人们的关注,而且最近也有了很大的发展。短距离无线通信指的是在一定范围内(大约数十米)提供无线通信功能[6]。短距离无线通信的工作频段都较高,必须使用天线,一个完整的短距离无线通信系统需包含一个无线接收电路和一个无线发射电路。短距离无线通信可以方便的连接如手机、pad、mp3等电子产品,计算机的外围设备也可采用此技术,另外,随着现代智能化的发展,短距离无线通信技术也应用到家用电器上面了,方便了我们2 万方数据山东师范大学硕士学位论文的生活。短距离无线通信有一下几个优点:1.相互之间通信的距离短 2.通信的功耗较低 3. 应用的成本也低 4.可根据自身需求自由建设覆盖网络 5. 无线频道广阔,可以自由使用 。 现在国内外主要的短距离无线通信技术有:IEEE802 技术、蓝牙技术、WIFI 技术、IrDA 技术、UWB技术、紫峰技术以及单片的数字无线通信技术[7]。IEEE802.11技术IEEE802.11 系列是 IEEE(Institute for Electrical and Electronic Engineers 电气和电子工程师协会)制定的无线局域网标准,可以帮助在办公室、校园中建立网络,使终端更方便的接入到无线数据业务当中。我们知道的 802.11b 无线局域网,它使用开放的2.4 GHZ 微波频段,速率较高;在环境条件不理想的情况下,可自动切换到较低的速率上以保证通信通畅;在室内的办公环境下其通信距离约为100米,在室外空旷的区域内就可以达到300米左右。蓝牙技术蓝牙技术最早由 Ericsson、Nokia 、Toshiba 、IBM 和 Intel 五家电子厂商提出来的。蓝牙是一种短距无线通信技术的技术标准,具有很好的开放性,设计他的主要目的是应用在移动设备,完成移动小型设备之间的小的范围内连接,所以它的本质就是一种可以代替数据线的技术,避免了设备连接时的麻烦。蓝牙也使用2.4G频段,采用快跳频技术进行通信,因而具有较高的抗干扰能力和安全性能。蓝牙技术支持多种类型的数据传输,其传输的有效距离根据微波的发射功率而定:0dbm 功率时传输的有效距离为10米,20dbm 功率时有效距离增加到了100米。蓝牙技术在组建自己的网络时非常的灵活:即通过无线的方式将几个支持蓝牙技术的设备组织成一个局域内的网络,在这个网络中,设备之间可以相互通信,传输数据,同时,蓝牙广泛的应用到了手机当中,并且只有蓝牙才能嵌入在手机中。WIFI技术WIFI是一种短程的无线通信技术,能够在一定范围内支持因特网接入到无线电信号,使得办公室、校园等终端用户能够方便的接入到因特网中。WIFI是由两部分组成的无线网络,第一部分是AP(Access Point),即接入点,其功能是把有线网络转换为无线网络,形象 点说就是无线网和有线网之间沟通的桥梁,信号范围为球形。第二部分是无线网卡,只有装备了无线网卡的设备才能通过AP接入到互联网中。WIFI应用起来比较简单,如家庭用的无线路由器就是 WIFI 的一种,甚至现在的一些手机都可以设置“热点”建立一个无线网络,其他设备可以接入到这个网络中。虽然 WIFI 的传输质量还不高,但是其传输的速3 万方数据山东师范大学硕士学位论文度非常快,而且由于移动性好,它的发展前景也会很广阔。IrDA技术IrDA技术是红外线数据协会提出的红外线连接技术,是利用红外线进行点对点的数据通信技术,通信距离较短,只有1米,但是具有体积小、功耗低、速度快、安全性高等优点,而且直线传输,可适于大文件盒多媒体数据的传输,缺点就是只能在两者之间传输,且中间不能不物体阻隔。好多厂商已经将其应用在电子设备中。UWB技术UWB 技术也可以成为脉冲无线电,利用脉冲的上升和下降,成型后可直接接送到天线发射,具有抗干扰性高、传输速率高、带宽很宽、功耗小、功率小等优点,发展前景广阔,有人认为这会是一次革命性的创新,会成为短距离无线通信的主要应用。目前在室内通信、高速无线 LAN、位置测定、雷达等领域有着广泛的应用。紫风技术紫峰技术(Zigbee)是一种低速的短距离传输的无线网络协议,是一种新兴的短距离无线通信技术,用于传感器控制应用。主要特点有:1.发射的功率低使得它的功耗也比较低 2.响应的速度快 3.在一定的区域内短距离的传输 4.技术比较成熟,应用简单,价格便 宜,也有较好的稳定性。单片的短距离数字无线通信技术由这种通信技术设计的无线通信模块通常由微控制器和简单的外围电路组成,配以单片的数字收发器件,使用FSK调制方式,通信协议简单易懂,对使用者的要求也不高,只需要按照说明书操作就能使用,且功率小,价格低,得到了广泛的应用。例如,挪威NORDIC 公司推出的nRF系列芯片,非常适合低功耗、低成本的系统设计。1.3 本文研究的主要内容本文所研究的内容是按以下几个模块分别来进行设计的:单片机控制模块,是本文的核心模块,主要负责数据的分析与处理;温湿度数据采集模块,主要负责对温湿度数据的实时准确的采集;数据收发模块,利用无线通信技术,负责数据的接收与发送;LCD显示模块,用于显示当前的温度、湿度;键盘电路模块,根据自身的需要,设置合适的温湿度的值;报警电路模块,对出现的温湿度过高或过低的情况起到报警作用;温湿度调节模块,当温湿度出现不合理的值时,这个模块就会发生作用,进行合理的调节;最后是电源模块,各项设备都需要用到电力,所以电源会有效的满足它们的电力需求。4 万方数据山东师范大学硕士学位论文本设计的主要特点有:1.实时显示当前温湿度的值。系统加电运行稳定后,可以在 LCD屏上显示当前的温度和湿度的值,一目了然。2.自由设定温湿度的值。键盘电路可以按照自己的需要设定适合自己的温湿度的值,简单方便,几乎对所有人群都适合。3.无线传输无线的发展对我们的生活意义重大,无线传输应用在这里,不仅省去了布线的繁琐,而且可以使设备更加简洁,方便使用。4.温湿度调节系统由键盘设定的温湿度的值,在单片机控制下,可启动温湿度调节系统,对当前温湿度进行调节,达到设定的值。5 万方数据山东师范大学硕士学位论文6 万方数据山东师范大学硕士学位论文第二章 系统的总体设计2.1 系统功能设计本系统主要完成以下两点功能:1.利用温湿度传感器实时的对室内的温湿度的值进行采集,根据空间的大小及实际需 要,在多个地点合理的设置采集点,采集点的传感器会实时的采集温湿度,无线传输模块会将这些数据传送的单片机,经过设定好了的单片机会对数据进行分析与处理,通过 LCD 显示当前值。2.若测得的温湿度的数据不在开始时设定的范围内,单片机将会发送报警命令,报警模块将会做报警反应,紧接着单片机会通过无线模块发送指令到远端的温湿度调节模块,启动温湿度调节装置,对当前的温湿度进行调节直至合理的值,然后断电,防止浪费电力。温湿度实时采集,数据送给单片机处理,当数据不合理时启动调节装置,直到温湿度达到合适的值,此时单片机会发送指令关闭温湿度调节装置,这两项功能循环作用,共同维持着温湿度在合理的范围内。2.2 系统设计原则系统的设计要按照以下几点原则1.安装与操作要简单。在设计系统的时候,要充分考虑到使用此系统人群的知识范围,降低使用人的专业要求,让对此类知识不熟悉的人也能很容易的学会使用,才能体现这个系统的使用价值,才能被广大人民群众所接受和使用,以达到设计的目的。2.可靠性要好。可靠性是此系统的关键,若可靠性不高,则势必会影响到采集数据的准确性,若数据不准确,则设计此系统也无意义了。所以,为了保证可靠性,就要对器件 有严格的要求,选用可靠性高的器件;在设计 PCB的时候,要充分考虑好器件的电器特性, 合理的布线,特别是电源部分;另外还要对软硬件滤波,加强系统的抗干扰能力。3.各项数据指标要合理准确。此设计所应用的环境为室内,所以不会出现极端的情况,因此温度的测量范围为0-50℃,精度为±2℃,湿度的测量范围为20-90%RH,精度为±5% RH,可以对温湿度报警,也可以对温湿度调节。4.器件的选择要合适。在选用器件的时候,不能单纯的考虑器件的性能,还要针对需7 万方数据山东师范大学硕士学位论文要选择合适的器件,选择器件要按照以下几点要求:首先,满足系统最基本的要求是底线,其次测量温湿度的精度和分辨率要按照实际的需求来选择,最后器件的外围电路也要尽可 能的简单,如此也能增加抗干扰的能力,增强系统的可应用性。2.3 系统硬件设计的总体方案系统总体可分为四大部分,第一部分为温湿度的采集,包括温湿度采集模块;第二部分为数据的传输,包括无线传输模块;第三部分为数据分析与处理,包括单片机控制模块、 键盘电路模块、显示模块和报警电路模块;第四部分为温湿度的调节,包括温湿度调节模块;最后一部分是终端PC的监控,包括MCU与PC连接模块。系统总体框图如下:图2.1 温湿度控制系统的总体框图温湿度采集器MCU无线收发器无线收发器LCD键盘MCU温湿度调节模块上位机PC2.4 系统各部分功能介绍2.4.1 温湿度的采集温湿度传感器已经由模拟化向着数字化的方向发展,而且数字传感器也已经有了很广8 万方数据山东师范大学硕士学位论文泛的应用[8],因为其与单片机等通信可以更加方便,因此在这里采用DHT11数字温湿度传感器。DHT11数字温湿度传感器是温湿度复合传感器[9],它集采集温度和湿度于一体,利 用这一个器件就能对两组数据进行测量,而且其设计了校准参数,所以测得的数据非常的可靠,人们用起来也会非常的方便,采用数字信号的传输方式,在设计应用电路的时候也会非常的简单。DHT11 传感器中有一个感湿元件和测温元件,感湿元件是利于电阻在不同的湿度时的电阻值的不同来测量湿度的,具有灵敏的优点,测温元件是利用负的温度系数的温度敏感元件做的测温探头[10]。DHT11本身就集成了一个高性能的单片机,这个单片机会实时的对这个器件进行分析和处理,确保设备能够良好的运行。基于以上的这些特点,此产品不仅质量好,而且价格也较低,非常适合应用在实际的电路系统当中。连接方式采用 SPI串行接口,只需要一条线就可以与单片机相连,这样使得电路的设计更加简单,系 统的集成度相应的也会变高,因此它的体积就会很小,占用的空间就小,同样,它的功耗也比较小,产热量小,有利于环保和节电,信号的传输稳定,在短距离时不会出现失真现象。其典型的应用电路如下图:图2.2 DHT11典型的电路连接图在使用的时候,单片机与传感器的连接应该不会很长,所以在使用的时候,它们之间的连接需要加一个5K上拉电阻,这样可以将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,电阻同时还可以起到限流的作用,避免电流过大将器件烧坏。传感器的合理电压范围为3-5.5V,过高过低都会损坏传感器,在接通电源以后后,要过一段时间才能发送指令,因为它要越过刚接通是的不稳定状态。为了抑制和防止电源中的干扰,可在电源端加一个小电容,起到滤波的作用。其引脚说明如下表。9 万方数据山东师范大学硕士学位论文表2.1 DHT11的引脚说明Pin 名称 注释1 VDD 供电 3-5.5VDC2 DATA 串行数据,单总线3 NC 空脚,请悬空4 GND 接地,电源负极封装图为:图2.3 DHT11的封装图2.4.2 数据的传输无线传输模块:无线传输模块采用无线收发芯片nRF905[11]。nRF905无线芯片是挪威的Nordic公司出品的一种低于1GHz无线收发芯片,它的主要工作频段有三个:433/868/915MHz(工业、科学和医学),是一个单片的射频收发器,频段之间的转换速度非常快,转换时间短。它是由以下五部分组成的:频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器,这五部分相互协调、相互作用,共同完成数据的处理与传输,因此就不再需要连接过滤不必要的信号及杂讯的声表滤波器了,而且不需要用户来做特别的操作,使用起来非常的方便。抗干扰能力强,数据的传输速率高[12]。工作方式采用ShockBurstTM 方式,这种工作方式工作时的电压为1.9V-3.6V,使用SPI串行接口与单片机进行连接通信,可以简单的进行配 置。此外,其功率消耗非常低,还有两种节电模式:空闲模式与关机模式。nRF905数据手10 万方数据山东师范大学硕士学位论文册对其进行了详细的介绍,具体可参照数据手册。表2.2 nRF905的主要技术指标:参数最低电压 1.9 V最大发射功率 10 dBm数据传输率(Manchester Encoding) 100 kbps发射时10dBm输出电压时电流 11 mA接收模式下电流 12.5 mA温度范围 -40 to +80 ℃灵敏度 -100 dBm节点模式下的电流 2.5 μA其内部结构框图如下:图2.4 nRF905的内部框图11 万方数据山东师范大学硕士学位论文工作模式:ShockBurstTM模式ShockBurstTM这种工作方式可以使得nRF905传输数据时不需要浪费高速的单片机就能提供高的数据率[13]。在nRF905芯片内就可以将所有的与射频数据有关的高速率的数字信号进行处理,nRF905与单片机的通信采用SPI串行接口,其数据传输的速率由单片机和 单片机的SPI接口决定,单片机的性能高、SPI的配置好就会提高数据的传输速率。虽然数据在单片机中的处理速度比较低,但是nRF905芯片却可以高速的发送数据,因此这之间就会有很长的空闲时间,所以这时候空闲模式就会启动,这种允许发射速率高同时处理速度低的方式减少了运行时设备的功耗,极大的实现了节能。在ShockBurstTM接收模式下[14],当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后,地址匹配(AM)和数据准备好(DR) 两引脚通知微控制器。在ShockBurstTM发送模式,nRF905自动产生字头和CRC校验码,当发送过程完成后,数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知,nRF905 的ShockBurstTM收发模式占用很少的存储空间,也较少占用单片机的资源,是单片机可以更多的处理其他问题。此工作模式包括两种活动模式和两种省电模式:1、ShockBurstTM RX 数据发送。2、ShockBurstTM RX 数据接收。3、关机模式4、节能模式nRF905通过自身的SPI串行接口与单片机相连进行通信,SPI根据当前的情况决定应该运行哪种工作方式,SPI串行接口包含有五个寄存器[15],且只有在芯片处于待机或断电模式下才被激活。2.4.3 数据分析与处理1.单片机控制模块单片机控制模块,即主控芯片,使用AVR 单片机ATmega16。ATmega16采用AVR RISC结构[16],是一款高性能的8位微控制器,在拥有高性能的同时其功率消耗却可以很低,ATmega16的数据处理速率也很高,功耗和速率一般二者不可兼得,但是 Amega16很好的 处理了这一矛盾,ATmega16 内核中的指令集非常的多,而且还有多达32个通用工作寄存器。它的所有寄存器都直接与运算逻辑单元相连接,这样的设计可以使得一条指令在一个时钟周期内同时对两个不同的寄存器进行访问。这种独特的结构设计极大的提高了代码效 率[17],可以使数据速率提高了好几倍。12 万方数据山东师范大学硕士学位论文它有以下特点:1. 16K字节的可编程Flash(具有同时读和写的能力,即RWW),重复写入次数能达到 10000次;2. 通用 I/O口有32个,片内SRAM容量为1Kbyte,通用工作寄存器有32个,EEPROM容量为512 byte,其反复写入的次数可达100000次。3. 含有JTAG 接口,支持片内调试与编程,拥有三个定时器/ 计数器(T/C),可以灵活使用,片内片外都可以进行中断,可对串行 USART 进行编程,有专门的通用串行接口用来检测单片机是否启动,还有SPI串行接口,方便与其他器件进行连接。4. 具有可编程看门狗定时器,以及6个省电模式,这6个省电模式都可以通过用户编写的软件在进行人为的选择,此外单片机内置了复位电路,并且在熔丝位里,可以控制复位时间,所以可以不设外部上电的复位电路,依然可以正常复位,稳定工作。单片机稳定工作需要的电压为4.5-5.5V。芯片支持 ISP 串行接口,可以通过此接口下载程序。在1MHz的工作频率,3V的工作电压,25℃的环境温度时,Amega16的功耗在正常模式下约为1.1mA,在空闲的模式下约为0.35mA,在掉电的模式下小于1μA。引脚图如下:图2.5 Atmega16的引脚图13 万方数据山东师范大学硕士学位论文2.键盘电路模块键盘是用来人为输入自己需要的值,以保证温湿度保持在合理的数值,所以在设计时要以方便用户使用为基础。本系统使用3*3*4mm的按键,大小合适,可保证在按下键盘的时候不会碰到其他按键。根据需要设计6个按键,每个按键均外接一个10KΩ的电阻,目的拉高电平,此按键低电平有效。按键直接与Atmega16的 I/O接口相连,省去了一些 不必要的电路,使电路更加简单。具体设计如下图:图2.6 键盘电路的设计3.LCD显示模块显示模块是重要的人机交互模块[18],可以使人们更加直观的观察到实时数据,所以在设计这个模块的时候要充分考虑好它的实际情况。显示模块使用的是 LCD1602,1602液晶又称1602字符型液晶,是典型的点阵型液晶模块,同时也是工业字符型液晶,能够同时显示字符的个数为16*02个,可以清楚的显示字母、数字、符号等。基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于此液晶模块。LCD1602主要技术参数:显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.5—5.5V14 万方数据山东师范大学硕士学位论文工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚功能说明1602LCD有两种类型,第一种采用标准的14脚,此种类型的1602没有背光的功能; 第二种有16个引脚,因为多出了两个引脚,所以多了背光显示的功能,可以在夜晚更好的显示数据。各引脚接口说明如下表:表2.3 LCD1602的引脚说明编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地 9 D2 数据2 VDD 电源正极 10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据5 R/W 读/写选择 13 D6 数据6 R 使能信号 14 D7 数据7 D0 数据 15 BLA 背光源正极8 D1 数据 16 BLA 背光源负极引脚图如下
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