基于單片機(jī)的載物流智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計案例 1 21.1.1主控芯片STM32F103C8T6 2 51.1.4外部時鐘電路 61.1.5配置啟動電路 6 7 71.3采集模塊 1.1.1DHT11溫濕度傳感器 91.1.2MQ-2煙霧傳感器模塊 1.5LED顯示模塊 控制模塊等幾個部分。系統(tǒng)的集成電路原理圖結(jié)構(gòu)如下圖2所示。1.1單片機(jī)處理模塊STM32F103C8T6是基于ARMCortex-M3內(nèi)核的32位微控制器(ARM公司在出含2個12bitADC合計12路通道(外部通道只有PAO到PA7、PBO到PB1,并不是18通道),37個通用I/O□(PA0-PA15、PBO-PB15、PC13-PC15、PD0-PD1),4TIM2、TIM3、TIM4),2*IIC,2*SPI,3*USART,1*CAN,工作電壓2V~1.6V,工鐘最高可以達(dá)到72MHz(通常通過8MHz的外部時鐘經(jīng)鎖相環(huán)9倍頻到72MHz通信功能。引腳圖如圖3所示。6面0SCoLTPDRC1NRSTVDO2設(shè)計STM32F103C8T6最下系統(tǒng)外圍電路時，含有USB轉(zhuǎn)串□電路，電源穩(wěn)壓電路，外部時鐘電路，配置啟動電路，按鍵復(fù)位電路等。在進(jìn)行串□電路的設(shè)計時先對其串口概念有所了解，再進(jìn)行芯片選型進(jìn)行電路設(shè)串□介紹串行接口通常稱為COM接口，數(shù)據(jù)傳輸時，將數(shù)據(jù)的每一位的數(shù)據(jù)按順序逐位發(fā)送出去。可以以單工或者雙工實現(xiàn)通信功能。因此，它顯著地降低了其成本，特別是很適用于進(jìn)行長距離的通信，但其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫彩潜容^緩慢。設(shè)計時，采用CP2102作為SUB轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)串□芯片，下面對CP2102進(jìn)行相關(guān)介紹。CP2102是具有高集成度的振蕩器。它可以集成一個內(nèi)置的USB2.0全速功能控不帶USB設(shè)備的全功能調(diào)制解調(diào)器信號。CP2102部分特性如表格1所示。1、內(nèi)置USB收發(fā)器，無需外部電路2、集成時鐘電路，無需外部電路裝置3、內(nèi)含上電復(fù)位電路4、片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)可輸出1.3V電壓5、SUSPEND引腳支持USB狀態(tài)掛起7、異步串行數(shù)據(jù)總線與所有鏈路控制和調(diào)制控制接口信號兼容8、支持的數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)位8,停止位1、2和奇偶校驗位9、包含一個512字節(jié)的接收緩沖區(qū)和一個512字節(jié)的發(fā)送緩沖區(qū)CP2102部分引腳如表格2所示表格2CP2102引腳說明引腳名稱引腳號類型說明9數(shù)字1/0少15us來進(jìn)行啟動系統(tǒng)的復(fù)位7電源輸入5V穩(wěn)壓器輸入。該引腳是片上穩(wěn)壓器的輸入8數(shù)字輸入VBUS檢測輸入。該引腳應(yīng)連接到USB網(wǎng)絡(luò)上的VBUS信號。當(dāng)連接到USB網(wǎng)絡(luò)上時，此引腳上的信號為5V。4S數(shù)字輸出異步數(shù)據(jù)輸出(UART發(fā)送)數(shù)字輸入異步數(shù)據(jù)輸入(UART接收)數(shù)字輸入數(shù)據(jù)設(shè)置準(zhǔn)備好控制輸出(低電平有效)數(shù)字輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好控制輸出(低電平有效)數(shù)字輸出當(dāng)CP2101進(jìn)入USB掛起狀態(tài)時，該引腳被驅(qū)動為低電平。當(dāng)USB線插入電腦COM□或者充電寶COM進(jìn)行5V供電時，USBcp2102通過RXD和TXD將和MCU通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。增加了兩個LED的輔助電路可明顯看到數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中LED會不停閃爍。如圖4所示。圖4下載電路圖采用簡單的5V轉(zhuǎn)1.3V的穩(wěn)壓芯片進(jìn)行對系統(tǒng)電路供電。原理圖如圖5所示。設(shè)計時采用8M晶振給芯片提供時鐘，OSC_IN端和MCUPD0引腳相連，OSC_OUT端和MCUPD1引腳相連；32.768KHz晶振給MCU提供系統(tǒng)RTC實時時鐘，OSC32_IN端和MCUPC14引腳相連，OSC32_OUT端和MCUPC15引腳相連。阻容器件對晶振的品質(zhì)因子有著影響。原理圖如圖6所示。每個stm32芯片上均設(shè)置一個booto引腳與一個boot1引腳。可以通過設(shè)置兩如表格3所示。0X1110選擇在設(shè)計時從系統(tǒng)內(nèi)存即ISP模式啟動。選擇此啟動模式可從串行端口下載程序。串行端口下載器固件由制造商提供的BootLoader提供，使得可以將程序下載引腳連接；當(dāng)按鍵S3按下時，BOOTO置高電平即可實現(xiàn)從ISP模式啟動。原理圖如圖7所示。按鈕復(fù)位電路連接到MCUNRST引腳，以實現(xiàn)低電平復(fù)位功能。原理圖如圖8G510相關(guān)參數(shù)如表格4所示。發(fā)射功率接收靈敏度串□UART1是8線串行數(shù)字通訊接bps至460800bps。設(shè)計時以G510UART2和MCU通信，G510UART2RX引腳和MCUUART2TXD引腳，即PA2引腳連接，G510UART2TX引腳和MCUUART2RXD引腳，即PA3引腳連接。UART1RXD串□1實現(xiàn)遠(yuǎn)數(shù)據(jù)接收，UART1TXD串□1實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)送。使用G510是需要插入SIM卡實現(xiàn)無線傳輸。系統(tǒng)G510模組外圍電路配有天9所示。1.1.1DHT11溫濕度傳感器DHT11是經(jīng)過校驗過的數(shù)字溫濕度傳感器，內(nèi)部含電容式濕度檢測器和NTC熱敏電阻，外加一個8位芯片。實物圖如圖10所示。在圖10中，引腳1為VDD,電源為1.5v至5.5v。引腳2是DATA單總線串行數(shù)據(jù)端□。引腳3為NC,懸空。引腳4為GND,負(fù)極電源。DHT11相關(guān)參數(shù)如表格5所示。測量范圍測量精度(25℃)分辨率響應(yīng)時間工作溫度范圍DHT11引腳說明DHT11的電源引腳電壓為3至5.5V。打開傳感器后，在此期間須等待1秒鐘才能擺脫不穩(wěn)定狀態(tài)，而無需發(fā)送任何指令?？梢栽陔娫匆_(VDD,GND)之間添加一個100nF的電容，以進(jìn)行去耦和濾波。一次用于大約4ms的通信時間。并且是高位先出。其數(shù)據(jù)格式為：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit整數(shù)溫末8位。剛開始主機(jī)發(fā)出啟動開始信號喚醒DHT11,使其進(jìn)入高速狀態(tài)。隨后DHT11發(fā)出響應(yīng)信號，最后開始發(fā)送采集的數(shù)據(jù)。通信過程如圖11所示。如果總線空閑狀態(tài)為高，則需要使主機(jī)降低總線并等待DHT11響應(yīng)；主機(jī)拉低總線至少大于18ms,這樣就可以使DHT11檢測到啟動信號。主機(jī)拉高等待20-40us之時DHT11響應(yīng)信號開始，并隨后發(fā)送低電平80us的響應(yīng)信號；響應(yīng)信號完成后，平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1。格式顯示在下面的圖12中。如果讀取響應(yīng)信號為可以將總線降低50us,然后使用上拉電阻將其上拉以使其空閑。至少18ms主機(jī)信號DHT信號數(shù)字0信號表示方法如圖13所示26-28us表示0始50us圖13數(shù)據(jù)0數(shù)字1信號表示方法如圖14所示下一bit開始單總線始50us圖14數(shù)據(jù)1圖分別如圖15和圖16所示。VDDVDD典型應(yīng)用電路1.1.2MQ-2煙霧傳感器模塊MQ-2氣體傳感器敏感于直接檢測民用液化氣，丙烷和液化氫氣，也是用于檢測民用天然氣和其它可燃性氣體有害物質(zhì)的一種理想檢測裝置。該氣體傳感器系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測多種具有易燃性的化學(xué)氣體，其中可以檢測天然氣甲烷300to10000pm。該模塊具有快速響應(yīng)和恢復(fù)特性，較長的使用壽命以及可靠的穩(wěn)定性。MQ-2氣體傳感器內(nèi)含二氧化錫(Sn02)。當(dāng)空氣中可燃?xì)怏w的濃度越高，傳感器的電導(dǎo)率就越高?？梢允褂煤唵蔚碾娐穼㈦妼?dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。VCC引腳接5v正極；GND連接到5v負(fù)極。引腳作為控制開關(guān)輸出信號，以TTL電平輸出。有效的TTL輸出信號為低電平。(如果輸出為低電平，則表明光信號已激活，可以直接連接到微控制器或繼電器模塊)。模擬信號輸出端子為A0。模擬輸出的電壓與外部濃度相關(guān)。濃度越高，電壓也就越高。電位器可實現(xiàn)對TTL輸出靈敏度進(jìn)行控制，同時也是關(guān)乎外界電壓的閥門。順時針的調(diào)節(jié)方式可以大幅提高M(jìn)Q-2內(nèi)部原理圖電位器RP的變化改變RP的電壓當(dāng)濃度變大時，即比較器3腳電壓，起到調(diào)節(jié)靈敏度的作用。電阻R2兩端得電壓增高，即比較器2腳電壓增高。當(dāng)比較器2腳電壓大于比較器3腳電壓時，驅(qū)動LED點亮，DOUT端輸出TTL低電平，表示煙霧濃11234644設(shè)計時，以DOUT端和MCUPB4連接，當(dāng)PA4引腳為低電平時，MCU通過和表示煙霧濃度偏高；同時，MCU會驅(qū)動led和蜂鳴器發(fā)出警報。MQ2模塊引腳圖如圖18所示。M02輻現(xiàn)使用有源蜂鳴器，并使用s8050晶體管驅(qū)動，以3V-5V電壓供電。如果I/O端□為高電平，則蜂鳴器鳴響。如圖19所示。設(shè)計時將蜂鳴器IO□和MCUPB5連接，當(dāng)出現(xiàn)溫濕度或者煙霧