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1.1 題目“溫濕度檢測無線傳輸系統(tǒng)”的設(shè)計與制作。 1.2 教學(xué)目的（1）鞏固和加深學(xué)生對《高頻電子技術(shù)》、《通信原理》、《單片機原理》、《PCB 工程設(shè)計》 等課程基本知識的理解，綜合運用課程中所學(xué)到的理論知識去獨立完成本設(shè)計課題。（2）針對設(shè)計任務(wù)的要求，學(xué)會查閱手冊和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決實際問題的能力。（3）通過對設(shè)計任務(wù)中“功能要求、技術(shù)要求、工藝要求”的分析，比較并選擇最佳方案，對最佳方案進(jìn)行論證，計算和選用元器件。通過電路組裝，調(diào)試和檢測環(huán)節(jié)，完善設(shè)計方案并掌握電路的分析方法和設(shè)計方法。（4）熟悉常用電子元、器件的類型和特性，并掌握合理選型的原則。（5）掌握運用 Altium Designer10 來設(shè)計電路原理圖、PCB 圖的方法，學(xué)會電路的安裝與調(diào)試。（6）掌握常用電子儀器、儀表的使用方法，學(xué)會電路整機指標(biāo)的測試方法。1.3設(shè)計要求（1）設(shè)計并制作一個溫濕度檢測無線傳輸系統(tǒng)。構(gòu)建溫濕度檢測單元、無線傳輸單元和控制單元，自主設(shè)計溫度檢測、濕度檢測、二氧化碳檢測、檢測數(shù)據(jù)顯示單元和無線數(shù)據(jù)傳輸單元。（2）技術(shù)參數(shù)基本要求：①自制+5V 或+12V 供電電源、可以檢測溫度、濕度和二氧化碳濃度，檢測精度不低于 0.1，系統(tǒng)直線無線傳輸距離不低于 100 米。②編寫單片機 STC89C52 發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）、接收數(shù)據(jù)（RXD）、檢測數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)的驅(qū)動程序。③制作并完成溫度、濕度和二氧化碳濃度檢測電路，預(yù)留測試點，測試點連接傳感器輸出電路，輸出信號應(yīng)為數(shù)字信號，應(yīng)能用示波器觀察波形。編寫相關(guān)的驅(qū)動程序。④制作完成無線傳輸電路，利用現(xiàn)成的無線傳輸模塊，傳輸距離大于 100 米，編寫相關(guān)的驅(qū)動程序，預(yù)留測試點，測試點連接控制電路，應(yīng)能用示波器觀察波形。⑤制作完成電源轉(zhuǎn)換電路，能將 12V 直流電源轉(zhuǎn)換為 5V 和 3.3V 直流電源輸出。預(yù)留測試點，測試點連接轉(zhuǎn)換之后的輸出電路，應(yīng)能用示波器觀察波形或者數(shù)字萬用表檢測數(shù)值。⑥利用單片機 STC89C52 進(jìn)行時序控制，得到溫度、濕度和二氧化碳濃度值，能實現(xiàn)主機測量并無線傳輸，從機無線接收測量信號，并且主機和從機都能利用LCD 或者數(shù)碼管等方式顯示測量數(shù)值。（3）技術(shù)參數(shù)發(fā)揮部分：①系統(tǒng)傳輸距離大于 100 米，小于 1000 米。②設(shè)計完成語音播報溫度、濕度和二氧化碳濃度，語音播報格式為：“當(dāng)前溫度，XX.XX”（X 代表 0-9 的數(shù)字）。③設(shè)計完成溫度、濕度和二氧化碳濃度報警，并通過蜂鳴器和 LED 燈等進(jìn)行聲光報警提示。④設(shè)計完成免驅(qū)動功能，讀卡器應(yīng)能夠具備 USB 接口，連接接口到計算機，操作系統(tǒng)可自動識別設(shè)備，可打開 Word 或者文本文檔等常見文本編輯工具接收溫度、濕度和二氧化碳濃度等信息。⑤設(shè)計完成基于該系統(tǒng)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)至少 2 項，例如大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、智能家居監(jiān)測系統(tǒng)、工廠環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等。⑥其他擴展發(fā)揮。（4）工藝要求：①重量較大的元、器件，安裝時應(yīng)留足固定支架的空間，或裝在底板上，對一些發(fā)熱元、器件應(yīng)考慮散熱的方法，熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。②在印制板上應(yīng)留出定位孔及固定支架所占用的位置。③按照電路的信號流程來安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持方向一致。元、器件之間的連線應(yīng)盡可能縮短，以減少它們間的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。④對某些電位差較大的元、器件或?qū)Ь�，應(yīng)加大它們之間的距離，以避免放電引出意外短路，帶高電壓的元、器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及到的地方。⑤對可調(diào)元、器件的布局應(yīng)考慮到整機的結(jié)構(gòu)要求，其位置布局應(yīng)方便于調(diào)整操作。⑥印制導(dǎo)線的拐角應(yīng)彎成圓角或 450 角，直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能。⑦電路中的輸入及輸出印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生干擾，在這些導(dǎo)線之間的空間最好安裝一根隔離線接地。1.4 設(shè)計報告要求（1）不少于 1.5 萬字，A4 版面，統(tǒng)一復(fù)印封面和任務(wù)書。（2）封面；（3）設(shè)計報告目錄及摘要；（4）課程設(shè)計任務(wù)書；（5）溫濕度檢測無線傳輸系統(tǒng)功能及原理論述（系統(tǒng)組成框圖、電路原理圖）；（6）各單元電路的功能，原理，元、器件的選擇；（7）測試結(jié)果分析；（8）課程設(shè)計小結(jié)；（9）附錄----參考文獻(xiàn)。 1.5 時間安排(共 3 周)第1 周：針對設(shè)計任務(wù)的要求，查閱文獻(xiàn)資料和手冊，撰寫設(shè)計方案；畫好電原理圖與 PCB 圖；第2 周：溫濕度檢測無線傳輸系統(tǒng)的安裝、焊接與調(diào)試；制作實物驗收評分，完善設(shè)計報告。1.6 主要設(shè)備及器件頻譜儀、數(shù)字萬用表、通信原理實驗箱、100MHZ 雙蹤數(shù)字示波器等。1.7 本章小結(jié)通過本章可以了解本設(shè)計的主要任務(wù)和目標(biāo)。 2 設(shè)計原理和實現(xiàn)方案2.1 功能（1）無線傳輸距離距離不低于 100m。（2）設(shè)計完成檢測溫度、濕度和二氧化碳濃度，檢測精度不低于 0.1。得到溫度、濕度和二氧化碳濃度值，能實現(xiàn)主機測量并無線傳輸，從機無線接收測量信號，并且主機和從機都能利用 LCD 或者數(shù)碼管等方式顯示測量數(shù)值。 2.2 研究意義 課程設(shè)計是實踐教學(xué)的重要內(nèi)容，通過課程設(shè)計可以加深理論的學(xué)習(xí)，掌握電路設(shè)計的方法，提高動手的能力。本課程設(shè)計考慮應(yīng)用高頻和通信兩門課程的相關(guān)知識內(nèi)容，最終選擇溫濕度、二氧化碳濃度測量無線傳輸做為研究設(shè)計對象，發(fā)射和接收信號需要掌握高頻的相關(guān)知識，信號的傳輸需要用到通信原理的相關(guān)原理。在設(shè)計過程中，還需要掌握單片機、嵌入式、電路、 PCB 制圖等相關(guān)知識。溫濕度、二氧化碳濃度和我們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，像塑料大棚、農(nóng)田、倉庫和其他生產(chǎn)過程當(dāng)中，如果濕度太大就會引起霉變和變質(zhì)；對于精密儀器和半導(dǎo)體器件來說，溫濕度變化會影響它們的品質(zhì)，溫度過高或者濕度過大則會導(dǎo)致性能降低。隨著我們社會的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視溫、濕度和二氧化碳濃度這些環(huán)境因素，由于對室內(nèi)環(huán)境的要求較高故需要對環(huán)境溫、濕度和二氧化碳濃度進(jìn)行測量和監(jiān)控；許多產(chǎn)品對溫、濕度和二氧化碳濃度范圍的要求嚴(yán)格。以往的溫濕度和二氧化碳濃度傳感器都是經(jīng)有線的方式傳輸數(shù)據(jù)，線路復(fù)雜冗余，不適合大范圍或者異地多數(shù)量的測 量，線路故障也很難排查，若設(shè)備重新布局則要重新布線等一系列問題，連線成本也相對要高，線路的老化問題也會影響設(shè)備的可靠性，尤其是有線網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制；而不便于架設(shè)線路的情況下，給溫、濕度的數(shù)據(jù)測量帶來了很大的麻煩。多點溫濕度和二氧化碳濃度無線測量系統(tǒng)的應(yīng)用范圍是比較廣泛的，隨著大量廉價和高度集成的無線模塊的普及，以及其它無線通信技術(shù)的應(yīng)用，無線溫濕度和二氧化碳濃度的測量逐漸變成現(xiàn)實。而在當(dāng)今的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要進(jìn)行溫濕度和二氧化碳濃度采集的場合越來越多，準(zhǔn)確方便地測量溫濕度和二氧化碳濃度的變化變得至關(guān)重要。要想監(jiān)測到實時的溫濕度數(shù)據(jù)和二氧化碳濃度，就需要采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)進(jìn)行采集、發(fā)送、接收并對無線采集來的數(shù)據(jù)通過上位機進(jìn)行處理，以控制并監(jiān)測設(shè)備的運行情況，減少不必要的線路設(shè)備開支。 2.3 系統(tǒng)原理 由溫濕度、二氧化碳濃度無線傳輸?shù)脑O(shè)計要求，可將該系統(tǒng)劃分為以下幾個模塊。 圖 2.1 溫濕度測量無線傳輸系統(tǒng)框圖 2.4 本章小結(jié)本章首先介紹了對課程設(shè)計的功能進(jìn)行了闡述。接著介紹了本次課程設(shè)計的研究意義和系統(tǒng)原理，通過繪制無線傳輸系統(tǒng)框圖的方法，讓人們能夠直觀、明了的看出整個設(shè)計的思路。本章節(jié)內(nèi)容為接下來的工作及論文的編寫確定了方向，奠定了良好的理論依據(jù)和基礎(chǔ)。
3 溫濕度測量無線傳輸系統(tǒng)電路設(shè)計溫濕度測量無線傳輸系統(tǒng)由以下幾部分模塊電路構(gòu)成：溫度測量模塊、濕度測量模塊、二氧化碳濃度測量模塊、無線主機模塊、無線從機模塊、顯示模塊、串口轉(zhuǎn) USB 電路和電源電路。3.1 AT89C52簡介
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存儲器。 圖3.1 AT89C52引腳圖管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。 P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，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不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4 TTL邏輯電平。此外，P1.0和P1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外中斷1)P3.4 TO(定時/計數(shù)器0)P3.5 T1(定時/計數(shù)器1)P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（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)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，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。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入端。 XTAL2：反向振蕩放大器器的輸出端。3.2 晶振電路設(shè)計
圖3.2 晶振電路示意圖
晶振給單片機提供時鐘信號脈沖，這個脈沖就是單片機的工作速度。單片機的工作頻率一般到24M就不上去了，否則不穩(wěn)定。晶振與單片機的腳XTAL1和腳XTAL2構(gòu)成的振蕩電路中會產(chǎn)生偕波(也就是不希望存在的其他頻率的波) 這個波對電路的影響不大，但會降低電路的時鐘振蕩器的穩(wěn)定性，為了電路的穩(wěn)定性起見，建議在晶振的兩引腳處接入兩個10pf-50pf的電容接地來削減偕波對電路的穩(wěn)定性的影響。所以晶振所配的電容在10pf-50pf之間都可以的。本次電路采用12MHZ的晶振提供振蕩頻率以及兩個22pF的電容來濾除干擾。 3.3 復(fù)位電路設(shè)計
圖3.3 復(fù)位電路示意圖
復(fù)位在上電啟動的時候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵K1按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。 在電路圖 中，電容的的大小是10uf，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時間是4.7K*10UF=0.1S。 也就是說在電路啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時在0~3.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從5~1.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳 所接收到的電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機 中小于1.5V的電壓信號為低電平信號 ，而大于1.5V的電壓信號為高電平 信號 。所以在開機0.1S內(nèi)，單片機系統(tǒng)自動復(fù)位（RST引腳 接收到的高電平信號 時間為0.1S左右）。 在單片機啟動0.1S后，電容C1兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平，所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵K1按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平 。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。 3.4 溫濕度測量模塊設(shè)計 空氣溫度的測量，可以采用 DS18B20 溫度傳感器。然而，因為本系統(tǒng)也要測量濕度，而選用的濕度傳感器 DHT11，該數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。其數(shù)字測溫精度和濕度測量精度可滿足設(shè)計要求。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個 DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上。它的性能指標(biāo)如下：濕度測量范圍為20％～90％RH；濕度測量精度為±5％RH；溫度測量范圍為0～50 ℃，溫度測量精度為±2℃，工作電壓3．0～5．5 V，響應(yīng)時間<5S，DHT1l采用4針單排引腳封裝, 傳感器通電后，需要等待1s，這是因為要越過不穩(wěn)定的狀態(tài)，在此期間不需發(fā)送指令,電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF 的電容，用以去耦濾波。
圖3.4 DHT11典型的應(yīng)用電路圖 圖3.5 DHT11應(yīng)用原理圖 3.5 二氧化碳濃度測量模塊設(shè)計二氧化碳傳感器是用于檢測二氧化碳濃度的機器。用于家庭、環(huán)境的二氧化碳探測裝置。適宜于二氧化碳濃度的探測,二氧化碳?xì)怏w敏感元件測試濃度范圍：0-10000ppm。主要芯片：LM393、MG811 二氧化碳?xì)怏w感應(yīng)探頭。工作電壓：DC6V。特點：（1）具有 TTL 電平信號燈輸出指示，工作電壓信號燈指示；（2）雙路信號輸出（模擬量信號和 TTL 高低電平信號）； （3）TTL 電平輸出有效信號為低電平。（當(dāng)檢測氣體濃度超過設(shè)定值時，輸出低電平時信號紅色指示燈亮，該口可直接接單片機 IO）（4）模擬量輸出電壓 0-2V，濃度越低輸出電壓越高；（5）對二氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性；（6）具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；（7）快速的響應(yīng)恢復(fù)特性；（8）陶瓷探頭可以插拔設(shè)計，方便更換，隔熱散熱更好；（9）帶溫度補償輸出，標(biāo)稱溫度環(huán)境下 Tcm 輸出為 VCC/2 電壓。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，輸出電壓信號變化，溫度變化量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)電壓輸出變化量，從而通過程序補該溫度變化量，控制探頭更有效的檢測。
圖3.6 MG811模塊實物圖
圖3.7 MG811模塊原理圖
引腳功能：VCC6：正輸入電源DOUT：TLL信號輸出AOUT：模擬信號輸出GND：負(fù)輸入電源Tcm:溫度補償輸出MG811 二氧化碳模塊內(nèi)部沒有A/D轉(zhuǎn)換器， 3.6 無線傳輸模塊設(shè)計 NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用 FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議�？梢詫崿F(xiàn)點對點或是 1 對 6 的無線通信。無線通信速度可以達(dá)到 2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模塊的 GERBER 文件，可以直接加工生產(chǎn)。嵌入式工程師或是單片機愛好者只需要為單片機系統(tǒng)預(yù)留 5 個 GPIO，1 個中斷輸入引腳，就可以很容易實現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為 MCU 系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。
圖3.8 nRF24L01引腳原理圖
圖3.9 nRF24L01引腳PCB圖
引腳說明：VCC腳接電壓范圍為1.9V~3.6V之間，超過3.6V將會燒毀模塊，推薦電壓3.3V左右。除電源VCC和接地端，其余引腳可以直接和普通的5V單片機IO口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換，當(dāng)然對3V左右的單片機更加適用了。如果單片機IO口輸出電流大于10mA口，需要串聯(lián)電阻分壓，否則容易燒毀模塊。CSN：芯片的片選線，CSN 為低電平芯片工作。SCK：芯片控制的時鐘線（SPI 時鐘）MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線（Master input slave output）MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（Master output slave input）IRQ：中斷信號。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進(jìn)行通信。CE： 芯片的模式控制線。因為本設(shè)計使用AT89C52單片機，與P1口相連接，它是具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，所以不需要接上拉電阻。串聯(lián)1K電阻起限流作用，保護模塊。3.7 LCD 顯示電路設(shè)計 當(dāng)主機單片機測量獲得溫濕度數(shù)值之后，將所得的結(jié)果送交 LCD1602 加以顯示；當(dāng)從機單片機測量通過無線收到溫濕度數(shù)值之后，將所得的結(jié)果送交 LCD1602 加以顯示。由于我們只要顯示出溫濕度和濃度值，所以只需要采用字符型 LCD 即可。此處我們選擇常用的字符型液晶 1602。
圖3.10 Lcd1602引腳示意圖
3.8 按鍵電路
圖3.11 鍵盤控制模塊原理圖
該設(shè)計的鍵盤控制電路主要包括3個按鍵： P23顯示溫度上下限、P22顯示濕度上下限、P21顯示二氧化碳濃度上下限。 3.9 聲光報警電路設(shè)計 在智能化控制系統(tǒng)里，為了安全起見，對于一些重要的參數(shù)都設(shè)定了緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便于提醒操作人員注意，或者采取緊急措施。本設(shè)計采用當(dāng)溫濕度和二氧化碳濃度值超過設(shè)定值時，驅(qū)動蜂鳴器報警提示，以及由 LED 提示數(shù)據(jù)傳輸成功和報警信息。蜂鳴器額定電流30mA，對于AT89C52單片機，緊靠必須使用晶體管放大電路，為了使單片機的功率更小，所以使用PNP型晶體管，當(dāng)外部環(huán)境的溫度或者濕度、二氧化碳濃度超過設(shè)定值時，基級變?yōu)榈碗娖�，蜂鳴器導(dǎo)通鳴叫。 圖3.12 聲光報警電路原理圖 3.10 電源電路 系統(tǒng)電路采用的芯片和元器件工作在 5V 電源和 3.3V 電源下，因此選用穩(wěn)壓芯片 7805 將 12V 電源轉(zhuǎn)換為 5V 穩(wěn)壓電源；選用 ASM1117 將 5V 轉(zhuǎn)換為 3.3V 穩(wěn)壓電源。
圖3.13 7805引腳圖
圖3.14 ASM1117 引腳圖
3.11 本章小結(jié)本章對整個設(shè)計的硬件電路組成情況作了一個簡單的介紹，并對本次設(shè)計所使用的控制器AT89C52以及所有功能模塊電路（晶振電路，復(fù)位電路，溫濕度測量模塊，二氧化碳濃度測量模塊，無線傳輸模塊，LCD顯示電路，聲光報警電路，電源電路）的電路設(shè)計，包括性能、優(yōu)點，主要性能參數(shù)等，初步構(gòu)造硬件。4 印制電路板設(shè)計4.1 電路板應(yīng)用 Altium Designer 是原 Protel 軟件開發(fā)商 Altium 公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB 繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣硬季�、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，這一軟件必將使電路設(shè)計的質(zhì)量和效率大大提高。根據(jù)電路模塊的特點，我們將此溫濕度測量無線傳輸系統(tǒng)劃分為功能電路模塊。每一個功能電路都采用采用一塊單獨的單面板來制作。分別是發(fā)送模塊、接收模塊、電源模塊。4.2 本章小結(jié) 通過本章簡短的介紹，可以了解電路板的軟件支持是Altium Designer ，并知道了本次設(shè)計把電路板分塊制作。 5 溫濕度測量無線傳輸系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計包括如下幾個部分：溫濕度測量模塊、無線發(fā)送模塊、無線接收模塊、二氧化碳測量模塊、顯示模塊、按鍵模塊。5.1 溫濕度測量模塊DHT11 的 DATA 管腳用于和單片機之間的通訊和同步，采用單總數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間 4ms 左右。DHT11 上電后（DHT11 上電后要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不能發(fā)送任何指令），開始測試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)。與此同時 DHT11 的 DATA 數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平，此時 DHT11 的 DATA 引腳處于輸入狀態(tài)，時刻檢測外部信號。 單片機的 I/O 設(shè)置為輸出狀態(tài)同時輸出低電平開始信號，且低電平保持時間不能小于18ms。然后單片機的 I/O 設(shè)置為輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，單片機的 I/O 即 DHT11 的 DATA 數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待 DHT11 作出回答信號。DHT11 的 DATA 引腳檢測到單片機發(fā)送的低電平開始信號時，等待開始信號結(jié)束。延遲后 DHT11 的 DATA 引腳處于輸出狀態(tài)，輸出 80us 的低電平作為應(yīng)答信號，緊接著輸出 80us 的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。單片機延時等待 20～40us 后，檢測到 I/O 有低電平（DHT1回應(yīng)信號）后，等待 80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收通知。由 DHT11 的 DATA 引腳輸出 40bit 數(shù)據(jù)，單片機根據(jù) I/O 電平的變化接收 40bit 數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)“0”的格式為：50us 的低電平和 26～28us 的高電平，位數(shù)據(jù)“1”的格式為：50us的低電平加 70us 的高電平。DHT11 的 DATA 引腳輸出 40bit 數(shù)據(jù)后，繼續(xù)輸出低電平 50us 后由上拉電阻拉高轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)。但 DHT11 內(nèi)部重測環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，等待外部信號的到來。
圖5.1 溫濕度檢測流程圖
5.2 無線收發(fā)模塊流程 模塊進(jìn)行低功耗收發(fā)數(shù)據(jù)時，要對兩個模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或默認(rèn)配置，使發(fā)送方的目標(biāo)地址和接收方的本機地址相一致。接收方通過定時的休眠和監(jiān)聽空中射頻信道來達(dá)到低功耗的目的，而發(fā)送方通過發(fā)送特殊的射頻數(shù)據(jù)包與接收方通信。 發(fā)送方處于喚醒模式即工作模式二（SET_A=0，SET_B=1）。UART 功能打開，當(dāng)監(jiān)聽到串口輸入端 RXD 有數(shù)據(jù)輸入時，置低 AUX 并切換到發(fā)射狀態(tài)。對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行交織糾錯編碼，并構(gòu)建前導(dǎo)碼長度為一個喚醒周期的特殊數(shù)據(jù)包。再從串口輸出端 TXD 將數(shù)據(jù)發(fā)送進(jìn)空中射頻信道，發(fā)送結(jié)束后重新置高 AUX 腳并再次轉(zhuǎn)入持續(xù)監(jiān)聽狀態(tài)。
圖 5.2 無線發(fā)送方工作流程圖 接收方模塊射頻部分初始化后進(jìn)入休眠模式即工作模式三（SET_A=1，SET_B=0），UART功能關(guān)閉，以此來降低功耗。在一個喚醒周期后，射頻部分處于接收狀態(tài)，搜索空中射頻信道中是否有前導(dǎo)碼，若沒有，則立刻進(jìn)入休眠模式等待下一個喚醒周期；若有，則繼續(xù)保持接收狀態(tài)，將數(shù)據(jù)剩余部分接收下來。然后經(jīng)交織解碼檢錯確認(rèn)無誤時，置低 AUX 并等待延時觸發(fā)時間后從串口輸出解碼后的數(shù)據(jù)，輸出結(jié)束后置高 AUX 腳。若工作模式未改變則再次進(jìn)入休眠模式等下一個喚醒周期。
圖 5.3 無線接收方工作流程圖 5.3 二氧化碳測量模塊
圖5.4 二氧化碳測量模塊工作流程圖
5.4 顯示模塊流程圖
圖5.5 顯示模塊流程圖
5.5 按鍵模塊流程圖
圖5.6 按鍵模塊流程圖
5.6 系統(tǒng)流程圖
圖5.7 系統(tǒng)模塊流程圖
5.7 本章小結(jié)本章主要介紹了軟件部分設(shè)計與開發(fā)，描述了各個模塊的程序流程圖，讓人們加深對整個設(shè)計的理6 出現(xiàn)的問題及解決辦法（1）在調(diào)試溫濕度傳感器模塊時一直不能檢測到溫濕度，但是程序已經(jīng)嚴(yán)格按照時序來寫，反復(fù)檢查仍然沒有發(fā)現(xiàn)錯誤的地方。然后我先把DHT11讀取的數(shù)據(jù)用串口調(diào)試發(fā)送數(shù)據(jù)，時序重新調(diào)了一次，終于成功。成功后再結(jié)合到LCD1602上。（2）焊完板子調(diào)試時，接收板子的LCD1602不顯示字符，發(fā)現(xiàn)是排阻方向焊反了，改正過來后調(diào)試成功。參考文獻(xiàn)[1]林立,張俊亮.單片機原理及應(yīng)用——基于Peotues和Keil C.北京:電子工業(yè)出版社.2014.[2]謝龍漢,魯力,張桂東．Altium Designer 原理圖與ＰＣＢ設(shè)計及仿真．北京：電子工業(yè)出版社．2014．[3] 譚浩強. C程序設(shè)計（第三版）[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2005.[4]高精度無線環(huán)境溫濕度測量系統(tǒng)設(shè)計研究[J]. 王歡,黃晨. 電子測量與儀器學(xué)報. 2013(03).附 錄附錄I 原理圖（1）發(fā)送模塊原理圖
（2）接收模塊原理圖 （3）電源模塊原理圖 附錄II PCB圖（1）發(fā)送模塊PCB圖 （2）接收模塊PCB圖 （3）電源模塊PCB圖 附錄III 實物圖（1）發(fā)送模塊實物圖
（2）接收模塊實物圖
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