多点温湿度无线测量系统设计(共64页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上设计（论文）题目多点温湿度无线测量系统设计设计（论文）题目来源 导师给的课题设计（论文）题目类型工程设计类起止时间2011.12.202012.06.01一、设计（论文）依据及研究意义：温、湿度和我们的生产生活密切相关，像塑料大棚、农田、仓库和其他生产过程当中，如果湿度太大就会引起霉变和变质；对于精密仪器和半导体器件来说，温湿度变化会影响它们的品质，温度过高或者湿度过大则会导致性能降低。随着我们社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温、湿度这些环境因素，由于对室内环境的要求较高故需要对环境温、湿度进行测量和监控；许多产品对温、湿度范围的要求严格，目前市场上普遍存在的温、湿度检测仪器大多都是单点测量，同时也会有温、湿度信息传递不及时、精度不够等许多缺点，不利于工业控制的操作者根据温、湿度变化及时做出正确的决定；以前的温、湿度传感器都是经有线的方式传输数据，线路复杂冗余，不适合大范围或者异地多数量的测量，线路故障也很难排查，若设备重新布局则要重新布线等一系列问题，连线成本也相对要高，线路的老化问题也会影响设备的可靠性，尤其是有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制；而不便于架设线路的情况下，给温、湿度的数据测量带来了很大的麻烦。在这样的形式和趋势下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温、湿度信息的测量系统就很有必要了。由以上情况分析可知多点温、湿度无线测量系统的应用范围是比较广泛的，随着大量廉价和高度集成的无线模块的普及，以及其它无线通信技术的应用，无线温、湿度的测量逐渐变成现实。而在当今的工农业生产中，需要进行温湿度采集的场合越来越多，准确方便地测量温、湿度的变化变得至关重要。要想监测到实时的温、湿度数据，就需要采用无线传输的方式对数据进行采集、发送、接收并对无线采集来的数据通过上位机进行处理，以控制并监测设备的运行情况，减少不必要的线路设备开支。二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）本论文主要研究的内容是用单片机程序控制，利用多片DS18B20温度传感器和DHT11数字温湿度传感器，通过UTC1212无线收发模块实现多点温湿度测量，并利用12864液晶屏显示。测温模块采用数字温度传感器DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。测湿模块采用DHT11，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。由于它的数字测温精度太低，所以着重用于湿度测量。而无线收发模块采用UTC1212模块，UTC1212模块是高度集成超低功耗半双工微功率无线数据传输模块，片上集成嵌入高性能低功耗STM8L101处理器，采用最新一代高性能射频芯片SX1212。其中SX1212创新的采用高效的循环交织纠检错编码,使抗干扰和灵敏度都大大提高，模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数,二次开发简单方便,当然也可以通过MCU来设置常规参数,模块电压范围为2.1-3.6V，适合电池供电,和手持设备应用开发，在接收状态仅仅消耗3.2mA，有四种工作模式。在1SEC周期轮询唤醒省电模式(Polling mode)下，接收仅仅消耗不到20uA。显示模块采用12864液晶屏，由于12864液晶是功能较为完善的显示屏，不仅可以显示汉字和字符，而且可以显示任意图形，与1602相比较功能更为强大。多功能液晶屏主要用于显示和监测系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类模块的结构、原理及其性能指标，还必须懂得各模块的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对多点温湿度无线测量系统各模块的分析了解，才能将这一原理应用于各个领域。为了更好的将单片机和无线模块相结合，我们可以将测到的温湿度通过单片机经无线收发模块在液晶屏上显示。整个系统的方框图如下图所示：专心-专注-专业UTC1212发送模块STC89C52DS18B20时钟电路DS18B20复位电路DHT11DHT11电源电路 图1 发射电路系统框图UTC1212接收模块STC89C5212864显示模块复位电路时钟电路电源电路 图2 接收电路系统框图由整个系统的方框图可知，整体电路图中包括以下模块：1、显示模块液晶显示模块已作为很多电子产品的通用器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号、汉字和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED 数码管、液晶显示器。发光管和 LED 数码管比较常用，软硬件都比较简单，在此我们选择12864 LCD 作为显示屏。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：（1）显示质量高（2）数字式接口（3）体积小、重量轻（4）功耗低。2、温度测量模块温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625，采用寄生电源工作方式， CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。3、湿度测量模块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。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4 针单排引脚封装，连接方便。4、电源电路模块LM1117 是一个低压差电压调节器系列。其压差在 1.2V 输出，负载电流为 800mA 时为 1.2V。它与国家半导体的工业标准器件 LM317 有相同的管脚排列。LM1117 有可调电压的版本，通过 2 个外部电阻可实现 1.2513.8V 输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V 和 5V）的型号。LM1117 提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。输出端需要一个至少10uF 的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。而在此通过LM1117芯片输出一个3.3V的电压供电路使用。5、无线收发模块UTC1212模块是高度集成超低功耗半双工微功率无线数据传输模块，片上集成嵌入高性能低功耗STM8L101处理器，采用最新一代高性能射频芯片SX1212。其中SX1212创新的采用高效的循环交织纠检错编码,使抗干扰和灵敏度都大大提高，模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数,二次开发简单方便,当然也可以通过MCU来设置常规参数,模块电压范围为2.1-3.6V，适合电池供电,和手持设备应用开发，在接收状态仅仅消耗3.2mA，有四种工作模式。在1SEC周期轮询唤醒省电模式(Polling mode)下，接收仅仅消耗不到20uA。三、设计（论文）的研究重点及难点： 1、“多点”怎么识别； 2、各“多点”怎么与上位机进行无线通信 3、温度传感器和湿度传感器芯片的选取； 4、温湿度数据显示模块的选取； 5、无线收发模块传输的设计； 6、单片机多模块程序设计。四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：第一阶段：查找相关的资料，对毕业设计课题有一个总的认识（包括基本概念、 工作原理、设计方法以及涉及到哪些知识），然后根据自己的理解和老师的建议画出系统的方框图，并确定初步设计方案。第二阶段：通过查资料，对系统的各个模块进行设计，也就是硬件电路的设计。主要包括显示模块、温湿度测量模块、湿度测量模块、电源电路模块、无线收发模块的设计。根据任务书，设计各部分电路的参数，然后设计出完整的硬件电路。第三阶段：单片机多模块软件的设计。通过对单片机进行程序设计，首先画出各模块程序流程图，然后根据硬件电路设计出适用的程序，来完成单片机对电路的控制。第四阶段：把硬件和软件结合起来，完成电路的最后设计。第五阶段：毕业论文的撰写。五、进行设计（论文）所需条件： 1、丰富的相关资源（包括图书资源和网络资源）； 2、自身的知识面（包括数电、模电、单片机、信号处理和无线通信等）和相 关的技能； 3、电脑软件的辅助(multisim、DXP和keil51)对电路软硬件进行设计和仿真； 4、指导老师的指导和帮助六、参考文献1 朱卫华、黄智伟.基于无线数字温度传感器的多点温度测量系统设计（期刊 论文）.2003（6）2 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京航空航天出版社.2006 3 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计M.北京航空航天出版社.20064 黄贤武、郑筱霞、曲波、刘文杰.传感器实际应用电路设计，电子科技大学出版社.1997（6）8-155 郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略M 电子工业出版社.20096 汪吉鹏、马云峰.微机原理与接口技术，高等教育出版社.2001（7）44-567 贾振国.DS1820 及高精度温度测量的实现，电子技术应用.2000（1）9-148 张洪润等. 单片机应用设计M. 北京航空航天大学出版社.2006 （7）9 周月霞、孙传友.DS18B20 硬件连接及软件编程，传感器世界.2001（8）13-2110 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作M.北京航空航天出 版社.201011 余永权.单片机原理及应用，电子工业出版社, 1998（12）57-62七、指导老师意见： 签名：年 月 日 多点温湿度无线测量系统设计摘要: 本文介绍了基于单片机的无线收发模块UTC1212的短距离多点温湿度测量系统的设计思想和实现过程。本文设计了一个基于STC89C52单片机程序控制，利用多片DS18B20数字温度传感器和DHT11数字温湿度传感器，通过UTC1212无线通信模块实现多点温湿度无线测量，并用12864液晶显示屏显示，满足了多点测温湿场合短距离无线通信的需要。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点，且性能可靠成本低廉，具有广阔的应用前景和广泛的商业价值。文章通过介绍温度、湿度传感器及无线收发模块的工作原理, 详细阐述了系统的硬件电路结构和相关功能的软件设计方案。系统的结构简单、可靠性高、数据传输速度快, 功能易扩展, 适用于多种应用领域温、湿度的无线测量。关键词: 无线收发模块 温度传感器 湿度传感器 多点测量 无线数据传输Design of multipoint wireless temperature and humidity measurement systemAbstract： This article describes the design and implementation process based on the multi-point temperature and humidity measurement system, a short distance of the single-chip wireless transceiver module UTC1212. Designed a based on STC89C52 Microcontroller program control, use of multi-chip DS18B20 digital Temperature sensor and DHT11 digital temperature and humidity sensor, multi-point wireless measurement of temperature and humidity through UTC1212 wireless communication module, and 12864 LCD display to meet a multi-point temperature wet occasions short-range wireless communication needs. Design after the system has the advantages of convenient operation, flexible control, and reliable performance, low cost, with potential applications and a wide range of commercial value. The article elaborated software design of the hardware circuit of the system structure and function by introducing the works of temperature, humidity sensors and wireless transceivers. System of simple structure, high reliability, fast data transfer speeds, and features easy to expand, apply to a variety of application areas of temperature, the wireless measurement of humidity.Key words： wireless transceiver module Temperature sensor Humidity sensor Multi-point measurement Wireless data transmission 目 录引言 温、湿度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数，在生产过程中常需对温、湿度进行检测和监控，采用微型机进行温湿度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率、产品质量和节约能源等都有非常重要的作用。随着工业科技、农业科技的发展，多点温湿度测量需求越来越多，也越来越重要。但是在一些特定环境中，需监测的温湿度范围大,测点距离远且多,布线很不方便。这时就要采用无线方式对多点温湿度数据进行采集。 本文设计了一个基于UTC1212无线收发模块和多片DS18B20 数字温度传感器、DHT11数字温湿度传感器的多点温湿度无线测量系统，利用单片机实现温湿度测量并通过无线收发模块，利用软件控制实现多点测量。满足了通过无线方式，短距离多点测温湿度的需求，且性能可靠成本低廉，设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点，且具有广泛的商业价值和广阔的应用前景。1 概述 1.1 研究背景及其意义 温、湿度和我们的生产生活密切相关，像塑料大棚、农田、仓库和其他生产过程当中，如果湿度太大就会引起霉变和变质；对于精密仪器和半导体器件来说，温湿度变化会影响它们的品质，温度过高或者湿度过大则会导致性能降低。随着我们社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温、湿度这些环境因素，由于对室内环境的要求较高故需要对环境温、湿度进行测量和监控；许多产品对温、湿度范围的要求严格，目前市场上普遍存在的温、湿度检测仪器大多都是单点测量，同时也会有温、湿度信息传递不及时、精度不够等许多缺点，不利于工业控制的操作者根据温、湿度变化及时做出正确的决定；以前的温、湿度传感器都是经有线的方式传输数据，线路复杂冗余，不适合大范围或者异地多数量的测量，线路故障也很难排查，若设备重新布局则要重新布线等一系列问题，连线成本也相对要高，线路的老化问题也会影响设备的可靠性，尤其是有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制；而不便于架设线路的情况下，给温、湿度的数据测量带来了很大的麻烦。在这样的形式和趋势下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温、湿度信息的测量系统就很有必要性了。由以上情况分析可知多点温、湿度无线测量系统的应用范围是比较广泛的，随着大量廉价和高度集成的无线模块的普及，以及其它无线通信技术的应用，无线温、湿度的测量逐渐变成现实。而在当今的工农业生产中，需要进行温湿度采集的场合越来越多，准确方便地测量温、湿度的变化变得至关重要。要想监测到实时的温、湿度数据，就需要采用无线传输的方式对数据进行采集、发送、接收并对无线采集来的数据通过上位机进行处理，以控制并监测设备的运行情况，减少不必要的线路设备开支。 1.2 本论文设计的主要内容本论文主要研究的内容是用单片机程序控制，利用多片温度传感器和温湿度传感器，通过无线收发模块实现多点温湿度测量，并利用液晶屏显示。一块无线收发模块和单片机作为下机位，与多片温度、湿度传感器组成温、湿度测量网络，完成多点温、湿度数据的采集和无线发送；另一块无线收发模块和单片机作为上机位，通过显示模块完成温湿度数据的接收上传与显示。因此，不仅要掌握多点温湿度无线测量系统各模块的结构、原理及其性能指标，还必须懂得各模块的处理、显示和控制的要求。只有通过对各个模块进行充分的分析了解，才能将这一系统原理应用于各个领域。2 方案比较和论证传感器是实现测量的重要环节，一切准确的测量都要靠传感器对被测信号进行可靠的捕捉。在工农业生产生活中，各种测量都需要依靠各种传感器来检测各种参量和数据，这样，才能保证生产的高效和可靠，从而使各系统设备运行于最佳状态。单片机用于测量系统时，其核心任务是准确获得被测信号。 温、湿度测量系统都有共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控地方相对较远等。若采用一般温、湿度传感器采集温、湿度信号，则需要设计信号调整电路、A/D 转换及相应的接口电路，这样才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。由于各种因素会造成测量系统较大的偏差；又因为测量环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰因素的影响，会使测量系统的稳定性和可靠性降低。所以多点温、湿度无线测量系统的设计关键在于两部分：温、湿度传感器、主控单元和输出显示模块的选择。 2.1 温度传感器的选取 方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件，其特点主要为精度高、测量范围大、便于远距离测量。 方案二：采用单片模拟量的温度传感器，比如AD590等。这些芯片输出的模拟信号必须经过A/D转换后才能送给计算机，模拟信号容易受到干扰，从而产生影响测量精度的测量误差，并且会使得测温装置的结构变得复杂。另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。即使是能够实现，也要用到复杂的算法，在一定程度上也增加了软件实现的难度。 方案三：采用数字温度传感器DS18B20测量温度。经过其输出的信号全部数字化，便于单片机进行处理和控制，省去了传统测温方法的许多外围电路。另外该芯片的物理化学性能很稳定，能用做工业测温元件，而且该元件线性度也较好。测温范围为-55125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625。CPU只需一根I/O口线便能与DS18B20通信，可节省大量引线和逻辑电路。DS18B20的最大特点之一是采用单总线的数据传输方式，测温系统的结构简单，传感器体积小，精度高，适用的电压宽，且由于STC89C52可以带多个DSB1820，因此易实现多点测量和组建传感器网络。比较以上三个方案，考虑到芯片集成化的这个趋势，故采用方案三测量温度。方案三有效的避免外界干扰，提高测量电路的精确度。另外，数字温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首。 2.2 湿度传感器的选取方案一：采用湿敏元件，其主要分为电阻式和电容式。湿敏电阻的种类多，灵敏度高，但是其线性和产品的互换性差。湿敏电容灵敏度高，产品互换性高，响应速度快，偏于实现产品小型化和集成化，但是精度一般比湿敏电阻要低一些，其线性可抗污染性差，在湿度的环境测量中。湿敏元件需时刻在检测环境中，很容易受到环境污染进而影响其测量精度和持续稳定性。方案二：采用HS1101湿度传感器测湿度。HS1101是法国Humirel公司推出的一款电容式相对湿度传感器，HS1101湿度传感器在电路构成上等效于一个电容器件，将HS1101的电容量的变化量准确地转变为单片机易接受的信号需要一个振荡电路来实现，电路设计较复杂。 方案三：采用数字温湿度传感器DHT11测量湿度，其输出信号全数字化。DHT11数字温湿度传感器是一款温湿度复合传感器，能够输出已校准熟悉的信号，因其能确保产品具有极高的可靠性和很好的长期稳定性。由一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件构成的传感器可以连接于一个高性能的8位单片机，因此使该产品具有优良的品质、超快的响应、极强的抗干扰能力和较高的性价比等优点。系统集成采用简易方便的单线制串行接口。在测量监控甚至更为苛刻的应用场合，传感器以其超小的体积、极低的功耗，20米以上的信号传输距离的优势成为最佳选择。元件的封装是4针单排引脚，连接方便，可以满足多点测量。比较三个方案，方案三精度及测量湿度范围都比较高，成本不高，能满足多点测量需求，且调试电路简单。因此，我们选择方案三来测湿度。 2.3 主控单元的选取 方案一：采用AT89C51单片机，片内ROM全部采用Flash ROM；能以3V的超低电压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全兼容，内部存储器为8KBROM存储空间，同样具有89C51的功能，具有在线编程可擦除技术，可在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。方案二：采用STC89C52八位单片机实现。因自由度大的软件编程，各种各样的算术算法和逻辑控制可通过单片机编程来实现。而且较小的体积，容易实现的硬件，可以方便地安装。不仅能对多片DS18B20和DHT11单独的控制，还能与PC机通信。一台上位机（单片机）和下位机（单片机）运用主从分布式思想可以进行多点温湿度的测量，通过远程控制从而构建多点温湿度测量系统。另外STC89C52单片机也广泛应用于工业控制上，编程技术通过配合外围功能电路形成比较成熟的技术。 方案三：使用MSP430作控制器。德州仪器(TI)的16位超低功率RISC 混合信号处理器MSP430，电池供电测量应用就是以该产品系列作为最终解决方案。在同时同步和独一无二的低功率的情况下，MSP430与传感器、模拟信号和数字组件的相连使生产创新的TI成为混合信号和数字技术的领导者，该控制器功能强大，应用较广。单片机的选取方面，在温湿度测量和实时监控这些场合，应该着重考虑它的稳定性和准确性，低功耗相对来说显得就不是那么重要了。同时在性能和资源进行对比，STC89C52能够也到达一个最佳的状态，因此可以避免MSP430不必要的资源浪费。而方案一需要专用下载线，方案二是用串口下载即可。综合比较三种方案，采用第二种方案。 2.4 输出显示模块的选取方案一：数码管是现在电子设计中使用相当普遍的一种显示设备，每个数码管由7个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上也有一定的差别。数码管显示的数据内容比较直观，通常显示从0到F中的任意一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多位，在显示位数比较少的电路中，程序编写，外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对多的时候，数码管操作起来十分繁琐，显示的速度受到限制。并且当硬件电路设计好之后，系统显示能力基本也被确定，系统显示能力的扩展受到了限制。方案二：液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，可以根据需求，显示所需要的、甚至是动手设计的图案。当需要显示的数据比较复杂的时候，它的优点就突现出来了，并且当硬件设计完成时，可以通过软件的修改来不断扩展系统显示能力。外围驱动电路设计比较简单，显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改，可扩展性很强。字符型液晶显示屏已经成为了单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一。不足之处在于其价格比较昂贵，驱动程序编写比较复杂。本设计需要显示多点的温度值和湿度值，显示数字较多，因此选用方案二液晶显示屏来做显示模块。3 硬件电路的设计本设计由一块无线收发模块和单片机作为下机位，与多片温度、湿度传感器组成温、湿度测量网络，完成多点温、湿度数据的采集和无线发送；另一块无线收发模块和单片机作为上机位，通过显示模块完成温湿度数据的接收上传与显示。系统框图如下： 图3.1 发送电路系统框图 图3.2 接收电路系统框图总电路包括：单片机最小系统、电源电路、温度测量电路、湿度测量电路、无线收发电路和显示电路等。下面将依次对各个电路进行说明。 3.1 单片机最小系统单片机系统的扩展是以基本最小系统为基础的，所以要先熟悉最小系统的结构。单片机最小系统包括时钟电路、复位电路，其电路图如图3.3: 图3.3 单片机最小系统3.1.1 时钟电路单片机通常用内部振荡和外部振荡方式来产生时钟信号。一个晶体振荡器外接于引脚XTAL1和XTAL2，和单片机内部一个高增益反相放大器构成了产生振荡时钟脉冲的自激振荡器。晶振通常选用6MHZ、12MHZ或24MHZ，两个电容用来稳定振荡频率和快速起振，电容值一般为530PF。 3.1.2 复位电路单片机复位的原理是在时钟电路开始工作后，在单片机的RST引脚施加24个时钟振荡脉冲（即两个机器周期）以上的高电平，单片机便可以实现复位。在复位期间，单片机的ALE引脚和PSEN引脚均输出高电平。当RST引脚从高电平跳变为低电平后，单片机便从0000H单元开始执行程序。如果复位电路不可靠，在工作中就有可能出现“死机”，“程序走飞”等现象。当STC89C52单片机的复位引脚RST出现5ms以上的高电平时，单片机就完成了复位操作，但是如果RST引脚持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，从而无法再执行其他操作程序。因此需要单片机复位之后能够脱离复位状态。一般采用既可以手动复位，又可以上电复位的电路。 3.2 电源电路低压差电压调节器系列中的LM1117通过 2 个外部电阻输出1.2513.8V 范围的可调电压电压。另外还有输出5个固定电压（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V 和 5V）的型号。为确保输出电压的精度在±1%以内，电路包含的带隙参考电压通过1个齐纳来调节的，LM1117 提供电流限制和热保护。瞬态响应和稳定性的改善需要输出端至少有一个10uF 的钽电容。而在此通过LM1117芯片输出一个3.3V的电压供无线模块电路使用。本设计电源电路如图3.4所示： 图3.4 电源原理图 3.3 温度测量电路 3.3.1 DS18B20芯片简介 温度芯片DS18B20是Dallas公司生产的一线式数字温度传感器。它的性能如下:0.0625的测温分辨率，被测温度可通过串行输出方式输出经符号扩展的16位数字量。测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内，精度可达±0.5。既可通过远端引入，也可采用寄生电源来产生其工作电源。多个DS18B20可通过CPU的一根端口线与之通信，较少的占用微处理端口，从而节省大量的逻辑电路和引线。DS18B20的内部结构如图3.5所示。64位ROM和单线接口存储器和控制器 I/O温度灵敏元件高速缓存存储器低温触发器TL电源检测高温触发器TH GND配置寄存器 VCC8位CRC生成器图3.5 DS18B20内部结构方框图 DS18B20有4个主要数据部件：64位激光ROM，温度灵敏元件，非易失性温度报警触发器TH和TL，配置寄存器。64位激光ROM从高到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码 (28H)组成。光刻ROM中64位序列号可看做是该DS18B20的地址序列码。其排列为：开始8位（28H）是产品类型标号，接着48位其自身序列号，最后8位是前56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM使每一个DS18B20都各不相同，因此每个DS18B20都有唯一个序列号，这样就可实现一根总线上挂接多个DS18B20。高速缓存存储器由9个字节组成，其分配如表3.1所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如表3.2所示。低5位一直为1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20 出厂时该位被设置为0，用户不要改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，方法见表3.3。表3.1 高速缓存RAM结构温度LSB温度MSBTHTL配置寄存器保留保留保留CRC表3.2 配置寄存器TMR1R011111 表3.3 DS18B20分辨率的定义规定R1R0分辨率/位温度最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750由上表可知,DS18B20温度转换时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当温度转换命令发出后，温度值经转换后以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第1、2字节处。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。对应的温度计算为：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 3.3.2 DS18B20的测温原理DS1820测温原理如图3.6所示：图中由于低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，故用来产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率改变明显，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值，计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，DS18B20测量温度原理停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。预置斜率累加器预置低温度系数晶振比较计数器1温度寄存器=0 加1计数器2高温度系数晶振=0 停止 图3.6 DS18B20的测温原理图由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。本系统为多点温度测量。理论上，可以在一根数据总线上挂256个采用外部供电方式的DS18B20，但在实际应用中，如果挂接25个以上的DS18B20，功耗问题就会随之产生。另外如果单总线长度超过80米，数据的传输就会受到影响。分组方式可在这种情况下应用，即多路DS18B20通过单片机多个I/O来驱动。在实际应用中，将I/O口线经一个起上拉作用的MOSFET直接和电源相连。在本设计中的温度测量电路如图3.7： 图3.7 DS18B20电路图 3.4 湿度测量电路 3.4.1 DHT11简介数字温湿度传感器DHT11测量湿度时输出全数字化的信号。DHT11数字温湿度传感器是一款具极高可靠性和很好长期稳定性的温湿度复合传感器，能够输出已校准熟悉的信号。由一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件构成的传感器可与一个高性能的8位单片机相连接，因此使该产品品质优良、响应超快、抗干扰能力极强和性价比较高。在湿度校验室中对每个DHT11传感器都进行极为精确的校准，校准系数存在于OTP内存中，在对型号检测的处理过程中，传感器内部要调用这些校准系数。系统集成采用简易方便的单线制串行接口，因其超小的体积、极低的功耗，可以满足多点测量。DHT11引脚说明如下表3.4： 表3.4 DHT11引脚说明管脚名称注释 1VDD供电 35.5VDC 2DATA串行数据，单总线 3NC空脚，请悬空 4GND接地，电源负极微处理器与DHT