1、. PAGE 18 . PAGE 4 信息工程學(xué)院 綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 基于無線傳感器的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班 級： 10班 學(xué) 號： 030941012 學(xué)生： 夏鵬程 2012年 10 月 25 日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生夏鵬程學(xué) 號030941012成 績設(shè)計(jì)題目基于無線傳感器的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)容用電源，上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)組成。電源包括LM7805，四節(jié)5號AA電池和一個(gè)10K電阻。上位機(jī)包括無線收發(fā)模塊PTR2000，MA*232，PC。下位機(jī)包括無線收發(fā)芯片PTR2000，AT89S52單片機(jī)，溫濕度傳感器SHT11，光照強(qiáng)度傳感器TSL2

2、561等設(shè)計(jì)一個(gè)無線傳感器的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)由溫濕度傳感器SHT11、光照傳感器TSL2561，AT89S52單片機(jī)，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000，PC和電源模塊組成。傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他節(jié)點(diǎn)逐跳進(jìn)展傳輸，傳輸?shù)斤@示模塊進(jìn)展數(shù)據(jù)顯示。 參考資料1 宋文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用，2002，9(3):5-72 Endress+Hauser.Nivosonic/Prosonic.endless.3 華邦A(yù)T89S52的單片機(jī)資料EB/OL.dz51.,20064STR-15型微功率無線數(shù)傳模塊技術(shù)手冊EB/OL.sendbow.,2006.5

3、賈伯年，俞樸.傳感器技術(shù).：東南大學(xué)，2000.6 何希才.傳感器及其應(yīng)用電路.：電子工業(yè)，20017 徐仁貴,廖哲智.單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù).:機(jī)械工業(yè),2001.8Jack Blitg and GeoffSimpson.Ultrasonic Methods of Nondestructive Testing. Chapman&Hall, 1996 前 言 我國是世界上設(shè)施栽培面積最大的國家，而且近幾年國產(chǎn)連棟溫室每年以新增100150萬公頃的面積快速開展。引導(dǎo)溫室用戶根據(jù)作物的要求進(jìn)展環(huán)境因子的調(diào)節(jié)以獲得作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，是溫室環(huán)境因子調(diào)控決策支持系統(tǒng)的主要目標(biāo)和方向。然而，目前的溫室

4、測控系統(tǒng)大多采用有線布網(wǎng)、人工測量，導(dǎo)致現(xiàn)場安裝困難，工作效率偏低，測量精度差，這不僅大大增加了電氣工程施工費(fèi)用，也導(dǎo)致施肥等工作困難；此外，系統(tǒng)中的每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)沒有自組織功能和自愈能力，維護(hù)工作量大，也不利于系統(tǒng)升級。因此，為了實(shí)現(xiàn)溫室農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和高效，開發(fā)和研制一種新型的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)是十分必要的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等多個(gè)學(xué)科的綜合。把無線傳感器剛絡(luò)技術(shù)引入到溫室大棚生產(chǎn)中來，農(nóng)業(yè)將有可能逐漸地從以人力為中心，依賴于孤立的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式。從而實(shí)現(xiàn)溫室信息采集自動(dòng)部署、自組織傳輸和智能

5、控制、大幅度提高單位面積的勞動(dòng)生產(chǎn)率和資源產(chǎn)出率、改善溫室等設(shè)施工作環(huán)境和工作條件、提高工作效率、保障農(nóng)民身體安康、提高農(nóng)民生活質(zhì)量，有助于解決“三農(nóng)問題，對實(shí)現(xiàn)溫室作物生產(chǎn)的可持續(xù)開展具有重要意義。1無線傳感器系統(tǒng)概述1.1無線傳感器技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域部或附近的大量廉價(jià)的、具有通信、感測及計(jì)算能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織構(gòu)成的“智能測控網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)、智能交通、建筑物監(jiān)測、空間探索等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用價(jià)值，被認(rèn)為是未來改變世界的十大技術(shù)之一、全球未來四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。 1.2 研究背景隨著無線技術(shù)的快速開展和

6、日趨成熟，無線通信也開展到一定的階段，其開展的技術(shù)越來越成熟，方向也越來越多，越來越重要，大量的應(yīng)用方案開場采用無線技術(shù)進(jìn)展數(shù)據(jù)采集和通信。 微機(jī)電系統(tǒng)和低功耗高集成數(shù)字設(shè)備的開展，使得低本錢、低功耗、小體積的傳感器節(jié)點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。這樣的節(jié)點(diǎn)配合各類型的傳感器，可組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種開創(chuàng)了新的應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù)。廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場監(jiān)視、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測和大區(qū)域的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域。傳感技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被認(rèn)定為最重要的研究之一。因?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，工作環(huán)境通常比較惡劣，而且數(shù)量大、更換非常困難，所以低功耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一，因此，它迫切需

7、要對傳統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用開發(fā)進(jìn)展更新和改良，需要精心設(shè)計(jì)的軟硬件系統(tǒng)，以使其可靠而耐用。2003年,美國“技術(shù)評論“雜志論述未來新興十大技術(shù)時(shí),WSN被列為第一;美國“今日防務(wù)“雜志更認(rèn)為WSN的應(yīng)用和開展將引起一場劃時(shí)代的軍事技術(shù)革命和未來戰(zhàn)爭的變革。可以預(yù)測,WSN是信息感知和采集的一場革命,是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一2。低功耗無線傳感模塊，便是組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。此方面的研究由來已久，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的擴(kuò)展，采用了大規(guī)模集成電路和嵌入式技術(shù)，使用智能微處理器對采集到的信息進(jìn)展處理和加工。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于社會(huì)建立的各個(gè)層面和人們的日常生活當(dāng)中。但過去的研究有的只考慮低功耗而性能不高，有的性能高但

8、是功耗太大。 因此，在無線傳感技術(shù)應(yīng)用如此廣泛的今天，在保證無線傳感模塊性能的同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)其低功耗具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。1.3研究目的當(dāng)前對于無線傳感技術(shù)的研究仍然處在一個(gè)高速開展的階段，低功耗就是其開展方向之一，而低功耗與高性能的結(jié)合實(shí)現(xiàn)還不完全。因此，為了更好的實(shí)現(xiàn)無線傳感模塊的功能，增加模塊的可靠性和使用壽命，通過對無線傳感節(jié)點(diǎn)的硬件功耗的分析，確定無線傳感模塊各單元的根本功率消耗，并進(jìn)展相應(yīng)比較，確定需重點(diǎn)降耗的單元，在此根底上結(jié)合當(dāng)前對低功耗無線傳感模塊的研究，通過比照分析選擇適宜的芯片完成對低功耗無線傳輸模塊的自主設(shè)計(jì)和制作。并輔助軟件開發(fā)人員完成各子模塊的驅(qū)動(dòng)編寫，實(shí)現(xiàn)低功耗

9、無線傳感模塊的整體通信功能。1.4研究意義 無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種開創(chuàng)了新應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù)。當(dāng)前，傳感技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被認(rèn)定為最重要的研究之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保障。低功耗無線傳感模塊研究具有極其重要的學(xué)習(xí)和研究價(jià)值，其功能的實(shí)現(xiàn)具有極其重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。首先，現(xiàn)有的眾多研究中，將性能和低功耗相結(jié)合的較少，有的只考慮低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。本文綜合了性能和低功耗的共同需求，經(jīng)過深入的分析和對芯片的數(shù)據(jù)比較，提出了低功耗無線傳感模塊的硬件設(shè)計(jì)思路。其次，增加無線傳感模塊的應(yīng)用。無線傳感模塊應(yīng)用已非常廣泛，除去組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用外，

10、無線傳感技術(shù)還廣泛的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測，如車間溫濕度、壓力等；短距無線通信等。實(shí)現(xiàn)了無線傳感模塊的低功耗，其對電能的需求就會(huì)更小，應(yīng)用的圍將會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)大。2 系統(tǒng)分析和總體設(shè)計(jì)2.1 對無線傳感器系統(tǒng)的要求系統(tǒng)由溫濕度傳感器SHT11、光照傳感器TSL2561，AT89S52單片機(jī)，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000，PC和電源模塊組成。傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他節(jié)點(diǎn)逐跳進(jìn)展傳輸，傳輸?shù)斤@示模塊進(jìn)展數(shù)據(jù)顯示。主要技術(shù)指標(biāo)1通信與組網(wǎng)：負(fù)責(zé)監(jiān)測環(huán)境信息的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織搭建無線網(wǎng)絡(luò)，并向管理和根底效勞層提供效勞支持；2通信頻段：2.4-2.4835Hz；3采用通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

11、：ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；4借點(diǎn)可靠通信圍：200m；5傳感器精度：溫度0.325時(shí)，濕度：2.0%RH2080%RH，光照強(qiáng)度：1l*。2.2 系統(tǒng)組成及工作原理2.2.1系統(tǒng)組成系統(tǒng)由電源，上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)組成。電源包括LM7805，四節(jié)5號AA電池和一個(gè)10K電阻。上位機(jī)包括無線收發(fā)模塊PTR2000，MA*232，PC。下位機(jī)包括無線收發(fā)芯片PTR2000，AT89S52單片機(jī)，溫濕度傳感器SHT11，光照強(qiáng)度傳感器TSL2561。PTR2000AT89S52SHT11TSL2561 電源模塊 圖2.1 傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)框圖2.2.2工作原理多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一

12、個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)依照最近路線逐個(gè)傳遞到離監(jiān)測中心最近的傳感器節(jié)點(diǎn)，再從節(jié)點(diǎn)發(fā)送到監(jiān)測中心。由檢測中心的PC中Labview8.6軟件開發(fā)出的監(jiān)測界面顯示數(shù)據(jù)曲線圖。 監(jiān)測軟件界面圖 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1上位機(jī)系統(tǒng)圖3.1 上位機(jī)系統(tǒng)框圖Fig.3.1 Block diagram of the host system上位機(jī)采用PTR2000，PTR2000主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)3:該器件將接收和發(fā)射合接為一體； 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段433MHZ； 采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合； 采用DDS直接數(shù)據(jù)合成+PLL頻

13、率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性極好； 靈敏度高達(dá)105bBm; 工作電壓低2.7V，功耗小，接收待機(jī)狀態(tài)電流僅為8A； 具有兩個(gè)頻道，可滿足需要多信道工作的場合； 工作速率最高達(dá)20kbit/s(也可在較抵速率下工作，如9600bps); 超小體積，約40275mm; 可直接與MCU的串口進(jìn)展連接如8031，也可以通過MA*232與計(jì)算機(jī)接口，軟件編程非常方便； 標(biāo)準(zhǔn)的DIR引腳間距更適合于趼、嵌入式設(shè)備； 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設(shè)計(jì)，因此使用時(shí)無需申請?jiān)S可證，開闊地時(shí)的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000米。引腳排列及功能PTR2000模板的引腳排列如圖1所示。各引腳的功能說明如下；VCC1腳；

14、下輸入端，電壓圍為2.75.25V； CS2腳：頻道選擇端。CS=0時(shí)，選擇工作頻道1， 即433.92MHz；CS=1時(shí)選擇工作頻道2，即434.33 MHz DI3腳：數(shù)據(jù)輸入端DO4腳：數(shù)據(jù)輸出端； PWR5腳：節(jié)能控制端。當(dāng)PWR=1時(shí)，模塊處于正常工作狀態(tài)，PWR=0時(shí)，模塊處于待機(jī)微功耗狀態(tài)； T*EN6腳：發(fā)射/接收控制端。當(dāng)T*EN=1時(shí)，模塊為發(fā)射狀態(tài)；當(dāng)T*EN=0時(shí)，模塊被設(shè)置為接收狀態(tài)。 GND7腳：電源地 PTR2000可與所有單片機(jī)如80C31、2051、68HC08、PIC、Z8等配合使用，可直接接單片機(jī)的串口或I/O口，也可與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)展通訊，此時(shí)需要在中間簡

15、單地接在一個(gè)RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，如MA*232等。 3.2下位機(jī)系統(tǒng) 下位機(jī)電路圖3.2.1微處理器模塊AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)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(chǔ)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AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。主要性能：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容； 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器； 1000次擦寫周期； 全靜態(tài)操作：0H

16、z-33MHz； 三級加密程序存儲(chǔ)器； 32個(gè)可編程I/O口線； 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 六個(gè)中斷源； 全雙工UART串行通道； 低功耗空閑和掉電模式； 掉電后中斷可喚醒； 看門狗定時(shí)器； 雙數(shù)據(jù)指針； 掉電標(biāo)識符 。引腳說明AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)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(chǔ)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AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提

17、 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷構(gòu)造，全雙工串行口， 片晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 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?？臻e模式下，CPU 停頓工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停頓，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏 輯電平。對

18、P0端口寫“1時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流IIL。 此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入P1.0/T2和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的

19、觸發(fā)輸入P1.1/T2E*。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號第二功能： P1.0 T2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出 P1.1 T2E*定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制 P1.5 MOSI在系統(tǒng)編程用 P1.6 MISO在系統(tǒng)編程用 P1.7 SCK在系統(tǒng)編程用 P2 口：P2 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流IIL。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用1

20、6位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行MOV* DPTR 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址如MOV* RI訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流IIL。 P3口亦作為AT89S52特殊功能第二功能使用，如下表所示。 在fla

21、sh編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能： P3.0 R*D(串行輸入口) P3.1 T*D(串行輸出口) P3.2 INTO(外中斷0) P3.3 INT1(外中斷1) P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0) P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1) P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位

22、字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖PROG。如有必要，可通過對特殊功能存放器SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可制止ALE操作。該位置位后，只有一條MOV*和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE制止位無效。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許PSEN輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖

23、，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號。 EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器地址為0000H-FFFFH，EA端必須保持低電平接地。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平接Vcc端，CPU則執(zhí)行部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 *TAL1：振蕩器反相放大器和部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 *TAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.2溫濕度傳感器SHT11SHT11是瑞士Ssirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。

24、該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。共主要特點(diǎn)如下：高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、AD轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高； 測量精度可編程調(diào)節(jié)，置AD轉(zhuǎn)換器(分辨率為812位，可以通過對芯片部存放器編程米選擇)；測量準(zhǔn)確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能；封裝尺寸超小(7.62 mm5.08mm2.5 mm)，測量和通信完畢后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式；高可靠性，采用CMOSens工藝，測量時(shí)可將感測頭完全浸于水中。2 SHT11的引腳功

25、能SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)外表貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳名稱及排列順序如圖1所示。各引腳的功能如下：腳1和4-信號地和電源，其工作電壓圍是2.45.5 V；腳2和腳3-二線串行數(shù)字接口，其中DA-TA為數(shù)據(jù)線，SCK為時(shí)鐘線；腳58-未連接。3 SHT11的部構(gòu)造和工作原理溫濕度傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、AD轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，其部構(gòu)造如圖2所示。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號首先進(jìn)入微弱信號放大器進(jìn)展放大；然后進(jìn)入一個(gè)14位的AD轉(zhuǎn)換器

26、；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。SHT11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)展校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)存放器中；在測量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來自傳感器的信號。此外，SHT11部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度升高5左右，同時(shí)功耗也會(huì)有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕(95RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后SHT11溫度升高、相對濕度降低，較加熱前，測量值會(huì)略有差異。微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進(jìn)展通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容的

27、，因此需要用通用微處理器IO口模擬該通信時(shí)序。微處理器對SHT11的控制是通過5個(gè)5位命令代碼來實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義如表1所列。 4 SHT11應(yīng)用設(shè)計(jì) 微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進(jìn)展通信，所以硬件接門設(shè)計(jì)非常簡單；然而，通信協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件設(shè)計(jì)中，需要用微處理器通用IO口模擬通信協(xié)議。4.1 硬件設(shè)計(jì)SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時(shí)鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對SCK最低頻率沒有要求；當(dāng)工作電壓高于4.5V

28、時(shí)，SCK頻率最高為10 MHz，而當(dāng)工作電壓低于4.5 V時(shí)，SCK最高頻率則為1 MHz。硬件連接如圖3所示。4.2 軟件設(shè)計(jì) 圖5SHT11濕度測試時(shí)序圖SHT11濕度測試時(shí)序如圖5所示。其中，陰影局部為SHT11控制總線。主機(jī)發(fā)出啟動(dòng)命令，隨后發(fā)出一個(gè)后續(xù)8位命令碼，該命令碼包含3個(gè)地址位(芯片設(shè)定地址為000)和5個(gè)命令位；發(fā)送完該命令碼，將DATA總線設(shè)為輸入狀態(tài)等待SHT11的響應(yīng)；SHT11接收到上述地址和命令碼后，在第8個(gè)時(shí)鐘下降沿，將DATA下拉為低電平作為從機(jī)的ACK；在第9個(gè)時(shí)鐘下降沿之后，從機(jī)釋放DATA(恢復(fù)高電平)總線；釋放總線后，從機(jī)開場測量當(dāng)前濕度，測量完畢后

29、，再次將DATA總線拉為低電平；主機(jī)檢測到DATA總線被拉低后，得知濕度測量已經(jīng)完畢，給出SCK時(shí)鐘信號；從機(jī)在第8個(gè)時(shí)鐘下降沿，先輸出高字節(jié)數(shù)據(jù)；在第9個(gè)時(shí)鐘下降沿，主機(jī)將DATA總線拉低作為ACK信號。然后釋放總線DATA；在隨后8個(gè)SCK周期下降沿，從機(jī)發(fā)出低字節(jié)數(shù)據(jù)；接下來的SCK下降沿，主機(jī)再次將DATA總線拉低作為接收數(shù)據(jù)的ACK信號；最后8個(gè)SCK下降沿從機(jī)發(fā)出CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，主機(jī)不予應(yīng)答(NACK)則表示測量完畢。由于微處理器通過二線串行數(shù)字接口訪問濕度傳感器SHT11，而訪問協(xié)議是芯片生產(chǎn)商白定義的，所以需要用通用IO口模擬該通信協(xié)議。我們選用Atmel公司的微處理器ATme

30、ga128。通過對IO口存放器的編程，該處理器的IO口可以根據(jù)需要設(shè)置成輸入、輸出、高阻等狀態(tài)。這為模擬該通信協(xié)議提供了條件。在軟件實(shí)現(xiàn)過程巾，通過宏定義來實(shí)現(xiàn)IO口狀態(tài)的改變。3.2.3光照傳感器TSL25611TSL2561簡介TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。該芯片可廣泛應(yīng)用于各類顯示屏的監(jiān)控，目的是在多變的光照條件下，使得顯示屏提供最好的顯示亮度并盡可能降低電源功耗；還能夠用于街道光照控制、平安照明等眾多場合。該芯片的主要特點(diǎn)如下： 可編程配置許可的光強(qiáng)度上下閾值，當(dāng)實(shí)際光照度超過該閾值時(shí)給出中斷信號； 數(shù)字輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的S

31、MBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)總線協(xié)議； 模擬增益和數(shù)字輸出時(shí)間可編程控制； 1.25 mm1.75 mm超小封裝，在低功耗模式下，功耗僅為0.75 mW； 自動(dòng)抑制50 Hz/60 Hz的光照波動(dòng)。2TSL256*的引腳功能 TSL256*有2種封裝形式： 6LEAD CHIPSCALE和6LEAD TMB。封裝形式不同，相應(yīng)的光照度計(jì)算公式也不同。圖1為這兩種封裝形式的引腳分布圖。 圖1TSL256*封裝各引腳的功能如下：腳1和腳3： 分別是電源引腳和信號地。其工作電壓圍是2.73.5V。腳2： 器件訪問地址選擇引腳。由于該引腳電平不同，該器件有3個(gè)不同的訪問地址。訪

32、問地址和電平的對應(yīng)關(guān)系如表1所列。表1器件訪問地址和引腳2電平的對應(yīng)關(guān)系腳4和腳6： I2C或SMBus總線的時(shí)鐘信號線和數(shù)據(jù)線。腳5： 中斷信號輸出引腳。當(dāng)光強(qiáng)度超過用戶編程配置的上或下閾值時(shí)，器件會(huì)輸出一個(gè)中斷信號。3TSL256*的部構(gòu)造和工作原理 TSL256*是第二代周圍環(huán)境光強(qiáng)度傳感器，其部構(gòu)造如圖所示。通道0和通道1是兩個(gè)光敏二極管，其道0對可見光和紅外線都敏感，而通道1僅對紅外線敏感。積分式A/D轉(zhuǎn)換器對流過光敏二極管的電流進(jìn)展積分，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換完畢后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入芯片部通道0和通道1各自的存放器中。當(dāng)一個(gè)積分周期完成之后，積分式A/D轉(zhuǎn)換器將自動(dòng)開場下一個(gè)積分轉(zhuǎn)換過

33、程。微控制器和TSL2560可通過標(biāo)準(zhǔn)的SMBus( System Management Bus) V1.1或V2.0實(shí)現(xiàn)，TSL2561則可通過I2C總線協(xié)議訪問。對TSL256*的控制是通過對其部的16個(gè)存放器的讀寫來實(shí)現(xiàn)的，其地址如表2所列。圖2TSL256*部構(gòu)造圖4TSL256*應(yīng)用設(shè)計(jì)TSL256*的訪問遵循標(biāo)準(zhǔn)的SMBus和I2C協(xié)議，這使得該芯片軟件和硬件設(shè)計(jì)變得很簡單。這兩種協(xié)議的讀寫時(shí)序雖然很類似，但仍存在不同之處。下面僅以TSL2561芯片為例，說明TSL256*光強(qiáng)傳感器的實(shí)際應(yīng)用。4.1硬件設(shè)計(jì) TSL2561能夠通過I2C總線訪問，所以硬件接口電路很簡單。假設(shè)所選用

34、的微控制器帶有I2C總線控制器，則將該總線的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線直接和TSL2561的I2C總線的SCL和SDA分別相連；假設(shè)微控制器部沒有上拉電阻，則還需要再用2個(gè)上拉電阻接到總線上。假設(shè)微控制器不帶I2C總線控制器，則將TSL2561的I2C總線的SCL和SDA和普通I/O口連接即可；但編程時(shí)需要模擬I2C總線的時(shí)序來訪問TSL2561，INT引腳接微控制器的外部中斷。硬件連接如圖3所示。圖3微控制器和TSL2561的硬件連接圖4.2軟件設(shè)計(jì)微控制器能夠通過I2C總線協(xié)議對TSL2561進(jìn)展讀寫。寫數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)送器件地址，然后發(fā)送要寫的數(shù)據(jù)。TSL2561的寫操作過程如下： 先發(fā)送一組器件地址；

35、然后寫命令碼，命令碼是指定接下來寫存放器的地址00h0fh和寫存放器的方式，是以字節(jié)、字或塊幾個(gè)字為單位進(jìn)展寫操作的；最后發(fā)送要寫的數(shù)據(jù)，根據(jù)前面命令碼規(guī)定寫存放器的方式，能夠連續(xù)發(fā)送要寫的數(shù)據(jù)，部寫存放器會(huì)自動(dòng)加1。對于I2C協(xié)議具體的讀寫時(shí)序，能夠參考相關(guān)資料，在此不再贅述。TSL2561的軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。圖4軟件設(shè)計(jì)流程電源用LM7805一塊，10K電阻一個(gè)，5號AA電池4節(jié)構(gòu)成+5V穩(wěn)壓電源。電路圖如下：4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 編程思路及流程圖PTR2000思路：單片機(jī)開場需將無線數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000設(shè)置處于承受狀態(tài)，通過串口中斷識別由PC用過無線信道傳輸來的指令，根據(jù)承

36、受指令的容采集數(shù)據(jù)并啟動(dòng)發(fā)送。發(fā)送前需將PTR2000模塊設(shè)置為發(fā)射狀態(tài)，且等待5ms才可發(fā)送，發(fā)送完畢后，向PC機(jī)端發(fā)送“發(fā)送完畢指令，并將PTR2000重設(shè)為承受狀態(tài)，下列圖為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖。 基于單片機(jī)的PTR2000無線傳輸流程圖ORG 0000H AJMP STARTORG 0200HSTART：SETB P1.0 ；PTR2000的Pin6置1SETB P1.1 ；PTR2000的Pin7置1MOV SP，#80H ；設(shè)置數(shù)據(jù)指針的位置MOV SCON，#40H ；串口工作方式1MOV TMOD，#20H ；定時(shí)器工作方式1MOV TL1，#OFDH ；設(shè)定波特率9600MOV

37、 TH1，#OFDHMOV PCON，#00HSETB TR1 ；開啟定時(shí)器1MOV DPH，#50H ；指針指向數(shù)據(jù)塊MOV DPL，#00HVIN： MOV Rl，#LEN1 ；發(fā)送VIN碼ACALL T*SUBUSER： MOVE R1, #LEN2 ；發(fā)送用戶名稱ACALL T*SUB COUNT： MOV RA，#LEN3 ；發(fā)送用戶水電氣數(shù)據(jù)ACALL T*SUBCLR Pl.0 ；將PTR2000置接收狀態(tài)CLR Pl.l ；將PTR2000置待機(jī)狀態(tài)ORG 0400HT*SUB： PUSH ACC ；保護(hù)ACCPUSH PSW ；保護(hù)PSWCLR Tl ；清TlT*DD： CL

38、R AMOVC A， A+DPTR ；從數(shù)據(jù)塊中取數(shù)MOV SUBF，A ；從串口發(fā)送JNB Tl，$ ；等待發(fā)送完CLR TlINC DPTR ；取下一個(gè)數(shù)DJNT RI，T*DD ；數(shù)據(jù)為發(fā)送完，繼續(xù)POP PSW ；彈出PSWPOP ACC ；彈出ACCRET()RG 0500H ；數(shù)據(jù)塊DVIN： DB1234567890IEN1 DATA10USER： DBABDEFGLEN2 DATA 7DCOUNT：DB8740 3365 4200LEN3 DATA 12SHT11思路：開場微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口SCK和DATA，其中SCK為時(shí)鐘線，DATA為數(shù)據(jù)線。該二線串

39、行通信協(xié)議和I2C協(xié)議是不兼容的。在程序開場，微處理器需要用一組啟動(dòng)傳輸時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)，如圖4所示。當(dāng)SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)楦唠娖剑辉赟CK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。SHT11初始化啟動(dòng)SHT11等待上位機(jī)發(fā)送指令測溫濕度溫濕度計(jì)算計(jì)算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)復(fù)位#ifndef _SHT11_H_#define _SHT11_H_/*SHT11相關(guān)命令*/#define TEM_TEST 0*03/溫度檢測命令#define HUM_TEST 0*05/濕度檢測命令#define REG_READ 0*07/讀存放器#de

40、fine REG_WRITE 0*06/寫存放器#define FUNCTION_SET0*01/設(shè)置SHT11的工作精度為8位/濕度 12位溫度/*SHT11端口定義*/sbit SHT11_DATA=P20;sbit SHT11_SCK=P22;uchar flag_tempeture=0; /顯示溫度位置的標(biāo)志uchar flag_humidity=0; /顯示濕度位置的標(biāo)志uchar code str1= 0*10,0*06,0*09,0*08,0*08,0*09,0*06,0*00;/溫度圖標(biāo)uchar code str6_sht11=%RH ; uchar code str4_sh

41、t11=humi=;uchar code str2_sht11=temp=;uchar code str7_sht11= ;/去除沒不要的顯示/*函數(shù)名稱:Delay()函數(shù)功能:SHT11部延時(shí)*/void Delay();/*函數(shù)名稱:Delay_Ms()函數(shù)功能:SHT11檢測等待延時(shí)函數(shù)說明:11ms/55ms/210ms 分別對應(yīng)8位/12位/14位 測量結(jié)果對應(yīng)的形參為N 則延時(shí)Nms*/void Delay_Ms(uint ms)uint i,j;for(i=ms;i0;i-)for(j=112;j0;j-);/*函數(shù)功能:SHT11啟動(dòng)時(shí)序*/void SHT11_Start(

42、)SHT11_SCK=1;SHT11_DATA=1;Delay();SHT11_DATA=0;Delay();SHT11_SCK=0;Delay();SHT11_SCK=1;Delay();SHT11_DATA=1;/*函數(shù)名稱：SHT11_Sendbyte(uchar dat)函數(shù)功能: 向SHT11發(fā)送8bite數(shù)據(jù)*/void SHT11_Sendbyte(uchar dat)uchar i;SHT11_SCK=0;Delay();for(i=0;i8;i+)if(dat&0*80)SHT11_DATA=1;Delay();elseSHT11_DATA=0;Delay();dat=dat

43、1;SHT11_SCK=1;Delay();SHT11_SCK=0;/*函數(shù)名稱SHT11_Answer()：函數(shù)功能:檢測SHT11的響應(yīng)信號(在第九個(gè)時(shí)鐘周期)*/void SHT11_Answer()SHT11_SCK=1;Delay();while(SHT11_DATA=1);SHT11_SCK=0;SHT11_DATA=1;/*函數(shù)名稱：SHT11_Test_Finish()函數(shù)功能:檢測SHT11溫濕度檢測是否完畢*/void SHT11_Test_Finish()while(SHT11_DATA=1);/*函數(shù)名稱：SHT11_Receivebyte()函數(shù)功能:從SHT11接收

44、8bite數(shù)據(jù)*/uchar SHT11_Receivebyte() uchar i;uchar dat;SHT11_SCK=0;Delay();for(i=0;i8;i+)SHT11_SCK=1;Delay();dat=dat2.47V 當(dāng)位6為1時(shí)說明VDD2.47V即電量缺乏 位0說明當(dāng)前的測量分辨率 當(dāng)位0為1時(shí)說明測量精度：8位/濕度 12位溫度 當(dāng)位0為0時(shí)說明測量精度：12位濕度 14位溫度 默認(rèn)為0*/uchar SHT11_Read_Register(uchar mand)uchar dat;SHT11_Start();SHT11_Sendbyte(mand);SHT11_A

45、nswer();dat=SHT11_Receivebyte();SHT11_End();return(dat);/*函數(shù)名稱:SHT11_Measure(uchar mand,uint time);函數(shù)功能:設(shè)置SHT11檢測功能,并返回相應(yīng)的檢測結(jié)果函數(shù)說明:mand形參用于設(shè)定溫度檢測還是濕度檢測,time形參用于設(shè)定檢測過程中的等待時(shí)間，以確定檢測結(jié)果的位數(shù)11ms/55ms/210ms 分別對應(yīng)8位/12位/14位 */uint SHT11_Measure(uchar mand,uchar time)uint dat=0;uchar data_high,data_low;SHT11_S

46、tart();SHT11_Sendbyte(mand);SHT11_Answer();Delay_Ms(time);SHT11_Test_Finish();data_high=SHT11_Receivebyte();MCU_Answer();data_low=SHT11_Receivebyte();SHT11_End();dat=(dat|data_high);dat=(dat100.0)flag_tempeture=1;else if(tempeture10.0)flag_tempeture=1;else flag_tempeture=0;return(tempeture1);/*函數(shù)名稱:

47、SHT11_Convert_Humidity(uint dat,float temp)函數(shù)功能:將檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的濕度數(shù)據(jù)函數(shù)說明:相對濕度轉(zhuǎn)換公式RHline=C1+C2*SOrh+C3*SOrh*SOrh(檢測數(shù)據(jù)的線性化 SOrh為單片機(jī)接收到的數(shù)據(jù)) RHtrue=(tempeture-25)*(t1+t2*SOrh)+RHline 公式中的參數(shù):C1=-4,C2=0,0405,C3=-0.0000028 t1=0.01,t2=0.00008適用于12位測量精度*/float SHT11_Convert_Humidity12bit(uint dat,float temp)flo

48、at RHline,RHtrue;RHline=-4+0.0405*dat-0.0000028*dat*dat;RHtrue=(temp-25)*(0.01+0.00008*dat)+RHline;if(RHtrue100.0)flag_tempeture=1;elseflag_tempeture=0;return(tempeture1);*/*函數(shù)名稱:SHT11_Convert_Humidity8bit(uint dat,float temp)函數(shù)功能:將檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的濕度數(shù)據(jù)函數(shù)說明:相對濕度轉(zhuǎn)換公式RHline=C1+C2*SOrh+C3*SOrh*SOrh(檢測數(shù)據(jù)的線性化 SOrh為單片機(jī)接收到的數(shù)據(jù)) RHtrue=(tempeture-25)*(t1+t2*SOrh)+RHline 公式中的參數(shù):C1=-4,C2=0,648,C3=-0.00072 t1=0.01,t2=0.00128適用于12位測量精度float SHT11_Convert_Hum