基于单片机温湿度分析遥控开关门窗系统.doc

摘 要随着科学技术的飞速发展，人民对于生活质量的要求越来越高。同时，科技的进步也带动了智能家居的大力发展。目前，人们为了改善室内环境以及安全，已经研究出来了很多智能的家具。例如空调、智能温度器、室内净化器、防盗报警门窗等一系列改善人民生活条件的高科技产品。但是这些智能家具只有少数人群使用，普及率并不高，主要的原因是因为现在的智能家具还比较昂贵。针对这一现状，根据人民生活需求以及国内现状，提出了设计一种基于单片机的智能控制系统，以优化各种参数的测量方案。此系统主要是实现温度、湿度的测量，能够自动、准确的检测环境空气温度、湿度等各种参数,并将检测数据通过A/D转换、I/O读取并存储后，送到单片机（AT89S52）进行处理。温湿度值实时无线发射传送给接收模块以及上位机，接收模块根据温湿度值来控制电机转动，从而带动窗户的开关。而上位机可以实时显示温湿度的值，并且可以设定温湿度上限值和实现对模型窗的直接开关。当前环境参数以及对于模型窗的控制状态送到液晶模块显示，实现智能窗的智能控制系统。此系统还支持遥控设置温湿度上限值和直接开关窗等功能，为用户提供良好控制界面，便于人们智能化和手动控制。通过调试证明，本课题所选方案可行。智能窗的人性化设计，给人们带来了极大的方便和舒适。因此，设计智能窗系统是很有必要的。关键词：温度测量；湿度检测；智能窗 AbstractWiththerapid developmentofscience and technology, People are higher and higher to their living level of demand. Meanwhile, theintelligent household is vigorously growing in pace of the development of technology. At present, people in order to improve the indoor environment and safety, they were already developed many intelligent furniture. Such as air conditioning, intelligent temperature device, indoor purifier, anti-theft alarm door and so on a series of improving peoples living conditions of high-tech products. But these intelligent furniture only a few people use, penetration rate is not high. This is because intelligent furniture is still expensive. According to this phenomenon, peoples living needs and the domestic present situation, proposed the design a kind of intelligent control system based on single chip, optimizing parameter measurement solutions. This system mainly realize temperature, humidity measurement, precision detection circuit, can automatic, accurate testing environment air temperature and humidity various parameters, and will test data through the A/D transformation, I/O read and storage, sent to processor (AT89S52) for processing. The values of temperature and humidityaresent tothe receiver moduleandthe host computerby wireless transmitter inReal-time,thereceiver modulebased onthe temperature and humidity valuestocontrol the motor rotation, thusit will open or close thewindow.Host computerdisplaytemperature and humidity values in real-time,and can set the upper limit of the temperature and humidity and it can directly control the model window. The current environment for the model parameters and the window of control to LCD module, intelligent display window of intelligent control system. This system also support the keys set temperature and humidity , directly control the window, and other functions, to provide users with good control interface, convenience in intelligent and manual control. After debugging, it provedthat it is all right about the program of the subject. The user-friendly design of intelligent windows bringsgreat convenienceand comfort to people.Therefore,thedesign of intelligentwindowsystem is very necessary.Key words: Temperature measurement; humidity detection; intelligent window.目 录引言11 系统的主要内容和工作原理21.1 系统的主要内容及要求21.2 系统工作原理22 系统总体方案论证22.1 温度传感器22.2 湿度传感器22.3 AD采集元器件32.4 显示器件32.5 无线收发模块32.6 电机选择42.7 CPU的选择42.8 方案总结43 系统硬件结构的设计53.1 温度采集电路的设计53.2 ADC080973.3 相对湿度电路的设计93.3.1相对湿度检测电路的原理及结构图93.3.2湿敏电阻传感器测量编程构思113.4 处理器模块的设计113.5 液晶显示模块的设计123.5.1单片机与1602连接电路123.5.2引脚功能说明123.5.3 1602LCD的指令说明及时序133.6 无线收发模块143.7 串口通信163.8 下载口173.9 红外接收头电路183.10电机驱动电路以及模拟窗户的设计193.11微型模拟窗的设计204 软件的设计及实现214.1 温度的软件设计214.2 湿度的软件设计224.3 按键功能的软件设计234.4 电机的软件设计254.5 串口的软件设计265 软件硬件电路调试276 总结29谢 辞31参考文献32附 录33附录一：系统发送模块原理图33附录二：系统接收模块原理图34附录三：系统发送模块PCB图35附录四：系统接收模块PCB图36附录五：程序37引言当今社会，随着科学技术的飞跃发展，生活质量的不断提高，人们对工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天以及现代生活等各个方面的要求越来越高。而近年来，为了追求安全、舒适和便利的生活，人们开始着手研究智能家居智能设备。智能家居的概念已经逐渐深入到国民的生活之中，并且不断在影响着人们的思维。因此，很多有能力的小区、别墅用户已经开始安装使用智能家居系统，享受智能化为家居生活带来的安全、舒适和便利。随着电子科学技术的不断发展, 家庭中的许多电器设备如彩电、冰箱、空调等都已贴上智能化的标签, 为提高人们的生活质量做出了巨大的贡献。但遗憾的是, 居室的眼睛-窗户, 却迟迟未能跟上时代的步伐。在众多的智能化生活小区, 我们都可以发现, 几乎所有的窗户管理仍然属于原始管理方式, 与电子技术毫不沾边, 更提不上智能化了。如果使窗户具有一定的智能, 如下雨则自动关、室内有害气体超标则自动开、有盗贼入内则自动报警等等, 这会给人们的居家生活带来诸多方便, 从而可以进一步提高人们的生活质量。在这样的前提下，引出了新的课题。设计了以AT89S52 单片机为中央控制器的智能窗控制系统。该控制系统能通过其数据检测传感电路不断循环检测室内温度、湿度等环境参数,然后与由控制键盘预置的参数临界值相比较, 从而作出开/关窗等判断, 再结合窗状态检测电路所检测到的窗状态, 发出一系列的控制命令, 完成自动开关窗功能。人们还可通过遥控器, 直接控制窗户的开/关，选择所显示参数的种类等。由于我国房地产行业迅速发展，从而也带动了我国门窗幕墙行业的迅速发展，随着消费者生活质量的提高，智能化的产品如雨后般的春笋，正在逐步发展和壮大。而我们的智能窗就是在这样的背景下应运而生的，因此具有广阔的市场空间和应用前景。1 系统的主要内容和工作原理1.1 系统的主要内容及要求通过对室内温湿度的分析，设计一个可以实现门窗智能开关的系统。根据温湿度传感器采集当时的温湿度数据，传送给发射机，并由自制天线发射出去。由接收机接收信息并交给单片机进行分析处理，从而控制门窗的智能开关。具体要求如下：1. 可监测室内的温湿度。2. 具有无线发射接收装置。3. 具有液晶显示功能。4. 可通过设计无线键盘模块，对门窗的遥控，实现随开随关，并可以简单设置一些参数。（扩展功能）5. 具有简单的串口通信功能（扩展）1.2 系统工作原理湿度检测电路将环境湿度脉冲信号送到微处理器AT89S52中的T1口进行计算，处理器通过定时器控制采集时间，得到的数值根据范围算出修正值，再折合成响应的相对湿度值，并送到数组存储。温度检测电路是温度传感器输出信号经过数据调理之后送给ADC0809，进行AD转换，再把输出信号送入单片机。对AD转换结果进行处理，可以在液晶上显示，同时数据向驱动板及上位机传输。液晶主要负责显示各种参数变化和模拟窗户的当前现状。电机主要负责对模拟窗户的开关旋转停止等控制。2 系统总体方案论证 2.1 温度传感器（1）本课题设计的温度控制范围为-1040摄氏度，温度传感器采用AD590半导体集成温度传感器。AD590具有较高的精度，不需辅助电源，线性度好，使用也很方便，便于微机系统测控。被测温度信号为一路由AD590测得的代表温度的电压信号，经过温度调理电路放大后使其在05V的范围内，使其适合于A/D转换器的输入电压范围。（2）DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用在多种场合。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力较强，精度高，附加功能强，且节约使用I/O。因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器可以放置在许多不同的地方。本课题硬件不是很多，反而是软件复杂，所以温度传感器选用AD590，以牺牲硬件来换取超简单的软件编程。2.2 湿度传感器（1）数字式温湿度传感器SHT11由瑞士Sensirion公司生产，具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器。SHTll是具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路和全互换等功能特点。（2）HS1101湿度传感器，它可以全互换性，在标准环境下不需要再进行校正，长期包含下快速脱湿，具有高可靠性与长时间的稳定性，可用于线性电压或频率输出回路，反应迅速等特点。HS1101测量湿度的方案设计有多种多样，测量的精度比较高，稳定性好，虽然价格偏高，但由于电路简单，只使用一个I/O口，控制方便。所以本次毕设选择HS1101湿度传感器。2.3 AD采集元器件（1）ADC0809是美国NS公司生产的CMOS组件，是一种有8路输入单片模数转换器件，采用逐位逼近式AD转换原理，它的输人输出接口全部是TTL电平，数据输出口线为三态，能够直接接到微机系统总线上，而无需另外加IO接口芯片。具有转换起停控制端，转换时间大概为100s ，单个5V电源供电，模拟输入电压范围05V，不需要零点和满刻度校准，工作温度范围为-4085摄氏度，低功耗，约为15mW。采用ADC0809作为与单片机接口电路，它的结构比较简单，转换速度较高。采用ADC0809作为A/D转换器具有与单片机连接简单的优点，它是八位的转换器可以与八位的单片机直接相连，这样就简化了系统的连接电路也有利于系统软件的编写。 （2）ADC0832是美国半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高，转换时间短，与微处理器相连简单等特点深受电子制作爱好者的欢迎。本次课题选用ADC0809，虽然占用了不少I/O口，但因为对ADC0809已经很熟悉了，使用ADC0809可以减轻本次课题的设计难度。2.4 显示器件（1）六位共阴极数码管，采用数码管能够很方便编写控制程序，价格便宜，编码简单等特点。在应用场合要求不高，需要控制成本或者功能简单的设计中还是得到了广泛的使用。（2）液晶显示1602，其原理是利用LCD1602的物理特性，通过电压值对它的显示区域进行控制，有电就能够显示，可以显示出图形。LCD1602的厚度很薄，适用于大规模集成电路直接驱动，并且易于实现全彩色显示。且能够让人们非常方便就能获取想要的显示信息。目前，在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多的领域中已经得到了广泛的应用。本课题选用显示的东西比较多，显示的内容都可以用ASCII表上字符显示，所以选择液晶显示1602作为人机界面。2.5 无线收发模块（1）CC1101无线模块是采用TI公司的CC1101芯片制作模块，一般工作在433M。有效频率为：300-348Mhz, 400-464Mhz,800-928Mhz. 空旷传输距离300至500米. 最高的传输速率可达500Kbps。主要是用于无线遥控器、无线投票器、无线测温、无线抄表、无线排队系统、无线数据采集等。（2）nRF24L01是由NORDIC出品，是工作在2.4GHz2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器主要包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、晶体振荡器、功率放大器、调制器和解调器。输出功率频道的选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机，并完成无线数据传送工作。传输距离100米以内。价格相对更便宜。使用nRF24l01已经能够满足本课题的要求，且价格相对便宜，故选择NRF24l01作为发射接收模块。2.6 电机选择（1）直流电机调速特性好，调速方便、平滑，调速范围广，能承受频繁冲击负载，过滤能力强，能实现频繁快速、制动以及逆向旋转。（2）步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或者是线位移的开环控制的步进电机元件。在非超载状态下，电机转动的速度以及停止的位置都是由脉冲信号的频率和脉冲数决定的，而不受负载变化的影响，通过控制脉冲频率从而控制电机转动的速度和加速度，达到调速的目的。由于本次课题要求电机的力矩比较大，要求转动角度不是很大，所以选择带减速的四相步进电机28BYJ-48。2.7 CPU的选择（1）AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度且非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令以及引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到了广泛的应用。（2）PIC16F877由Microchip公司所生产开发的新产品，属于PICmicro系列单片机，具有Flash program程序内存功能，可以重复烧写程序，在教学、开发新产品等领域有很大的用途；而其内建ICD(In Circuit Debug)功能，能够让使用者直接在单片机电路或产品上，进行类似观看缓存器内容、暂停微处理器执行等，让使用者可以快速的进行程序除错与开发。（3）AVR具有超功能精简指令集，具备灌电流能力相比51系列的强，片内集成多种频率RC振荡器，AVR片上资源丰富，自带PWM，RTC，E2PROM，UART，SPI，TWI，ISP，AD， WDT， Analog Comparator等，其性价比高。 智能窗控制系统相对来说对CPU要求不高，所需资源也不多，但是本次毕设程序比较大，在原有设计中选择AT89S52单片机代替AT89S51，它能够兼容AT89S51单片机。2.8方案总结 系统发射模块框图如图2.1所示，整个智能窗系统发射部分主要包括温度模块、湿度模块、AD采集模块、最小系统、液晶模块、上位机模块、无线发射模块等。AD590温度采集AT89S52电路调理NRF24l01液晶显示AD转换上位机HS1101湿度传感器图2.1 采集及发射装置系统接收模块框图如图2.2所示，整个智能窗系统接收部分主要包括无线接收模块、红外解码电路、最小系统、液晶模块、电机驱动电路、模拟窗户模块等。NRF24L01AT89S52液晶显示模块键盘控制模块红外传输电机驱动窗户开关图2.2 接收及控制电路3 系统硬件结构的设计3.1 温度采集电路的设计集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。AD590温度传感器是单片集成两端感温电流源，测温范围为55150，其电源电压可在4V6V范围变化，能够承受44V正向电压和20V反向电压，因此就算器件反接也不会被损坏。精度高，AD590在-55+150范围内，非线性误差仅仅为0.3。AD590的输出电流是以绝对温度零度(-273)为基准的，产生的电流与绝对温度成正比，它有很好的线性输出性能，温度每增加1，其电流就相应增加1A。因此在室内温度为25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。AD590的接脚图及零件符号如图3.1所示：图3.1 AD590的引脚图及零件符号图3.2 AD590连接电路如上图3.2所示，AD590输出端下拉一个10K的电阻，输出Vo的值为Io乘上10K，以室内温度25而言，输出值为2.98V(10K298A)。输出电压值是模拟量，经过差放调理之后电压值大约是在05V的范围内。AD0809输入端可以选择接差放输出端或者直接连接一个05V的模拟电压，以方便调试。一级运放为稳定输出电压2.632V，二级运放为稳定输出电压，三级运放为差放电路，对一级运放输出电压求差，使电压从0V开始。调节放大倍数，使二级输出为3.132V时，三级差放输出为5V。因此可得温度与电压的线性表如表3.1：表3.1 温度与电压关系温度电压-100V01V102V203V304V405V3.2 ADC0809ADC0809是由美国的一家半导体公司生产的，它是一个8位逐次逼近式A/D转换器。它的内部有一个8个通道的多路开关，其中，它很据3个地址码，可以译码出8个不同的信号，从而选中8个通道中的其中之一来进行A/D转换。是当前国内应用最广泛8位通用A/D芯片。我们通过输入模拟信号，经过A/D转换器输出的是8位数字信号，再输入单片机来处理数据。ADC0809有8通道的模拟输入，本课题只使用了其中的一路输入。输入端可以选择连接运放调理的输出信号，也可以选择连接一个 模拟电压。本课题测温范围在-10C40C，而ADC0809的分辨率是8位，所以测温可以精确到0.2C。ADC0809的转换时间取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。ADC0809的主要引脚如图3.3所示：（1）IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC够成三八译码从而可以选通一路。（2）D7D0A/D转换后的数据输出端，是三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D0为最低位，D7为最高位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDC为高位，ADDA为低位。（4）VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性参考电压。（5）ALE地址锁存允许信号，高电平有效，低电平无效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号经常与START信号相连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。图3.3 ADC0809引脚图及如单片机接法（6）STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始进行A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，而且重新从头开始进行转换。（7）EOC转换结束标志，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被单片机查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需要由外电路第一次启动。（8）OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读出来。在中断工作方式下，该信号往往是单片机发出的中断请求响应信号。ADC0809工作原理很简单，当通道选择地址有效时，ALE信号一旦出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后2s加8个时钟周期内，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行，直到转换完成后EOC再变高电平。单片机收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，从而读取转换结果。模拟输入通道选择可以相对于转换开始操作独立地进行(当然，不能在转换过程中进行)，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成的(因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做)。这样可以用一条写指令就可以选择模拟通道又启动了转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。如果用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2s+8个时钟周期延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平来产生中断请求。3.3 相对湿度电路的设计3.3.1相对湿度检测电路的原理及结构图湿度传感器HS1101采用的结构是专利设计的固态聚合物，它的特点是具有很快的响应时间，并且其工作高可靠以及长期稳定，在电路中不用校准且具有完全互换性。湿度传感器HS1101在电路中实际上等同于一个电容器C（pf）。（3-1）当所测空气的湿度增大时，其电容值也随之而增大，在相对湿度为0%-100%RH的范围内，电容值由160pF变化到200pF，其误差不超过2%RH，其响应时间不超过5s，温度系数仅为0.04pF/。为达到更好互换性，回路中需要把传感器的第二脚接地。测量相对湿度的方法有两个：线性电压和频率输出回炉。下面来分析这两种方法：传感器振荡电路混频低通滤波器增益放大基准振荡电路图3.4 HS1101线性电压电路框图OUT（1）线性电压法线性电压输出回路内部电路方块如图3.4所示，它是由基准振荡器（Reference Oscillator）做为参考的信号，传感器振荡电路（Sensor Oscillator）做为湿度传感器HS1101驱动信号，它们混频之后经过低通滤波器（L.P.filter）滤出来有用信号再进行增益放大最终获得携带相对湿度有用信号Vout，其中Vout=Vcc*（0.00474*%RH+0.2354） （3-2）它的测量范围在599%RH，温度影响系数为+0.1%RH/C（1060C）。（2）频率输出回路法准线性频率输出法采用的是典型的555非稳态电路，电路采用的是TLC555非稳态电路，如图3.5所示。HS1101做为电容变量接到TLC555的THR和TRIG两个引脚，引脚7作串联电阻R15和R16的短路。湿度传感器HS1101类似可变电容，通过R12、R13与R15、R16充电到门限电压0.67Vcc，通过R12、R13放点到触发电平0.33VCC，然后R15、R16通过引脚7短路到地线。图3.5 HS1101线性频率电路传感器由不同电阻电容来充放电，其工作循环描述如下： Thigh=C%RH*(R12+R13+R15+R16)*ln2 （3-3） Tlow=C%RH*(R12+R13)*ln2 （3-4）F=1/(Thigh+Tlow)=1/(C%RH*(R15+R16+2*(R12+R13) （3-5） T=Thigh*F=(R12+R13)/(R15+R16+2*(R12+R13) （3-6）其中上式的Thigh是一个周期高电平，Tlow是一个周期低电平，C是HS1101在环境中的相对变化容值，RH是相对湿度，F是频率值，T是周期值。为了使循环时间降低50%则与R2相比R4 应该非常小但是不要低于最小值。电阻R14是为短路保护，其中555必须为CMOS。555电路的非平衡电阻R11是做内部温度补偿，目的是为了引入温度的效应，使它与HS1101的温度效应能够相匹配。R11必须如同所有的R-C时钟电阻的要求一样1%的精度，最大的温度效应应该小于100ppm。由于不同型号的555的内部温度补偿而会有所不同，R11的值必须与特定的芯片相匹配为了保证在55%RH典型湿度值为6660Hz，R12和R13的串联阻值也需要做稍许修正。如下表3.2： 表3.2 不同型号555修正参数555R11R12串联R13阻值TLC555909k576KTS555100nf电容代替523k75551723k549kLMC5551238k562k频率输出典型参数如表3.3所示：（参考点6660Hz对应55%RH，温度25C）表3.3 频率对应的RH值RH0102030405060708090100Fr735172247100697668536728660064686330618660333.3.2湿敏电阻传感器测量编程构思本课题采用的是似线性频率的测量方案，所测量的频率和相对湿度值的对应关系不是线性关系，需要分段弥补，从而减小误差，也提高了测量数据的可靠性。为了得到频率值，可以采用单片机T0定时1S钟，T1进行频率计数。分段弥补的方法为：首先把电容变化的范围定格下来，对应的频率范围设为fh和fl。然后根据频率输出参考表，分成10个不等份。当所测频率在某不等份fa与fb之间时，相对湿度值的十位填入所分不等份的份值，各位为(F-fb)*10/(fa-fb)的值。3.4 处理器模块的设计图3.6 单片机最小系统原理图AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS八位微处理控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，它是用ATMEL公司的技术制造出来的，此技术是密度极高且非易失性存储器，与工业80C51相比，在产品指令以及引脚方面是完全兼容的。片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活解决方案。 本次课题选择AT89S52单片机，其电路如图3.6所示，它包括复位电路，石英晶振电路，电源指示电路（发光二极管LED），P0口接上拉电路。其中P0口也连接LCD液晶，P1口连接下载口以及无线发射模块，P2口接AD0809的输出端，P3口用来做位控制。这是本次课题的最小系统电路，其主要功能是处理温湿度传感器采集的数据，然后在液晶上显示并通过无线发射模块发射出去。单片机的I/O口的灌电流很小，约为40us，所以在一些需要驱动能力比较大的电路中要接上拉电阻，以提高它的电流的驱动能力。3.5 液晶显示模块的设计3.5.1单片机与1602连接电路在日常生活中，我们对液晶显示器并不是很陌生。液晶显示模块已经作为很多电子产品的显示器件，如在计算器、万用表、电子表以及很多家用电子产品中都可以看到，主要是显示数字、专用符号和图形。液晶显示1602，其原理是利用LCD1602的物理特性，通过电压值对它的显示区域进行控制，有电就能够显示，可以显示出图形。LCD1602的厚度很薄，适用于大规模集成电路直接驱动，并且易于实现全彩色显示。目前，在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多的领域中已经得到了广泛的应用。其与单片机的连接图如图3.7所示。图3.7 1602电路图3.5.2引脚功能说明液晶1602采用的是标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，如表3.4所示为各引脚接口的说明。表3.4 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地线。第2脚：VDD接的是5V的正电源。第3脚：VL是LCD1602对比度的调整端，接VCC时对比度最弱，而GND时对比度最高，若对比度过高时就会产生“鬼影”，使用者可以用一个10K的滑动电阻调整对比度。第4脚：RS是寄存器的选择，RS为1时选择数据寄存器，为0时选择指令寄存器。第5脚：R/W是读写信号线，为1时进行读操作，为0时进行写操作。当RS和R/W都为0时可以写入指令或者显示地址，当RS是为0而R/W是为1时可以读忙信号，当RS为1而R/W为0时则表示可以写入数据。第6脚：E端是使能端，当E端由1跳变为0时，液晶模块就启动命令。第714脚：D0D7是8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.5.3 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器总共有11条控制指令，如表3.5所示：通过指令编程，可以实现对液晶1602的读写操作、屏幕和光标操作。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H的位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H的位置。指令3：光标与显示模式设置 I/D：光标移动方向。为1时右移，为0时左移。S: 是否左移或者右移屏幕上所有的文字。当为1时有效，为0则无效。指令4：控制显示开关。 D：对整体显示开和关的控制，为1表示开显示，为0表示关显示。C：控制光标开和关，为1表示有光标，为0则无光标。B：控制光标是否闪烁。为1闪烁，为0则不闪烁。指令5：光标或显示移位。S/C：为1时移动显示的文字，为0时移动光标。指令6：功能设置命令DL：为1时为8位总线，为0时为4位总线。N：为0时为单行的显示，为1时为双行显示。F: 为0时显示5x7的点阵字符，为1时为显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标的地址。BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如为低电平则表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。表3.5 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001LNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01F计数器地址10写数到CGRAMDDRAM）10要写的数据内容11CGRA或DDRAM读数11读出的数据内容3.6无线收发模块nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,主要是工作在2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、晶体振荡器、功率放大器、调制器等功能模块,并融合增强型ShockBurst技术，其中通信频道和输出功率可以通过程序来、配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm功率发射时，工作电流只有9mA;接收时，工作电流大概为12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计相对更方便。nRF24L01主要特性如下： 1、QFN20引脚4 mm4 mm封装； 2、供电电压为1.9 V3.6 V； 3、125个频道和其他nRF24系列射频器件相兼容；4、数据传输率为2Mb/s或1Mb/s；5、片内自动生成报头和CRC校验码；6、有自动应答和自动再发射功能；7、GFSK调制，硬件集成OSI链路层；8、SPI速率在0 Mb/s10 Mb/s；模块管脚功能描述如表3.6所示。表3.6 NRF2401管脚功能管脚次序管脚定义功能描述1GND电源地（方形焊盘）2VIN输入电源（3.03.3V）3CE工作模式选择，RX或TX模式选择4CSNSPI使能,低有效5SCKSPI时钟6MOSISPI输入7MISOSPI输出8IRQ中断输出发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：然后把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD根据时序由SPI口来写入nRF24L01缓存区，TX_PLD应该在CSN为低电平时不断的写入，而TX_ADDR在发射时写入一次就可以了，然后CE置为1并且至少保持10s，然后延迟130s后就可以发射数据;若开启了自动应答，那么nRF24L01在发射数据后马上进入到接收模式，然后接收应答信号（自动应答的接收地址必须和接收的地址TX_ADDR一样）。如收到应答，则可以认为这一次的通信成功了，TX_DS置高，同时TX_PLD从TXFIFO中清除;如果没有接收到应答信号，而自动重发信号已开启时，则自动重新发射数据，如果重发的次数(ARC)达到了上限，则MAX_RT置为1，TXFIFO中数据保留以便再次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使中断信号IRQ变低，产生中断，通知单片机。如果发射成功了,若CE为0则nRF24L01进入到了空闲模式1；若CE为1且有数据在发送堆栈中，则启动下一次发射;若CE为1且无数据在发送堆栈中，则启动空闲模式2。 接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入到接收状态等待着数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX的FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知单片机去读取数据。而如果此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入到空闲模式1。在写寄存器之前一定要进入待机模式或者是掉电模式。无线收发模块引脚图及与单片机连接如图3.8所示：图3.8 无线收发模块引脚图自动应答（RX）： 自动应答功能降低了外部单片机的工作量，并且在鼠标/键盘等的应用中不强求硬件一定配置有SPI接口，从而减少了成本以及电流的消耗。自动重应答功能可以使用SPI口分别对不同的数据通道来进行配置。 若在自动应答模式的情况下，当接收到有效的数据包后，系统将会自动进入发送模式并且把确认信号发送出去。之后，系统会自动进入到正常的工作模式（PRIM_RX位和CE引脚可以决定工作模式）。 自动重发功能（ART）(TX)： ART功能主要是针对自动应答系统的发送端。SETUP_RETR寄存器用于设置启动重发数据的时间长度。在每次发送结束后系统都会自动转到接收模式并且在指定的时间范围内等待着应答信号。当接收到应答信号之后，系统进入正常发送模式。如果CE脚电平为0，且没有待发送的数据在TX FIFO 中，则系统将转到待机模式I。如果没有收到确认信号，则系统返回到发送模式并重新发数据，直到接收到确认信号或者重发次数超过了设定值。有新的数据发送或PRIM_RX 寄存器配置改变时丢包计数器复位。3.7串口通信Max232是一种把电脑串行口RS232信号电平（-10 ，+10v）转换为单片机所使用到的TTL信号电平（0 ，+5）的芯片，通常地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线就可以完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据，同时也能够在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但并不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、奇偶校验和停止位。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。串口通信原理如图3.9所示。图3.9 串口通信原理图串口通信的接收过程：1、开始通信时，信号线为空闲（逻辑1），当检测到信号由1到0的跳变时，就开始对“接收时钟”计数。 2、当计到8个时钟时，对输入信号进行检测，如果为低电平，则确认这是“起始位”，而不是干扰信号。3、接收端检测起始位信号后，在16个接收时钟之后，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。若为逻辑1，则作为数据位1；若为逻辑0，则作为数据0。4、再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据，直到全部的数据位都输入。 5、检测校验位（如果有的话）。 6、接收到规定数据位个数和校验位后，通信接口电路希望接收到停止位S（逻辑1)，说明出现了错误，在状态寄存器中置“帧错误”标志。若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，若无校验错误时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错误，则在状态寄存器中置奇偶错误标志。7、本帧信息全部接收完，把线路上出现高电平作为空闲位。 8、当信号再次变为低时，开始进入下一帧的检测。 3.8下载口下载口的软件内核为:AVRUSB.由其产生了很多优秀的应用,USBASP便是其中之一。这种下载器工作比较稳定,速度很快,而且成本非常低，是一种适合初学者的下载器，其稳定性的好坏和其内部的固件有非常大的关系。有的USBASP不支持64K以上的大程序,而有的则支持。还有些USBASP甚至会有时钟输出功能。所以用户在选择USBASP时一定要询问清楚。其中时钟输出功能是很有用的，可以帮助用户解决某些难以解决的问题。下载口原理如图3.10所示：图3.10 ISP下载口3.9红外接收头电路一般红外遥控器输出都是用编码后串行数据对3840kHz的方波进行脉冲幅度调制产生的。当发射器按键按下后，即表