自能温湿度测控系统设计（设计成果+说明书+任务书+开通报告）

0目录第一章绪论*-1-1.1选题背景*-1-1.2设计过程及工艺要求*-1-第二章方案的比较和论证*-2-2.1温度传感器的选择*-2-2.2湿度传感器的选择*-3-2.3信号采集通道的选择*-4-第三章系统总体设计*-4-3.1信号采集*-5-3.1.1温度传感器*-5-3.1.1.1DS18B20的主要特性*-5-3.1.1.3DS18B20工作原理*-7-3.1.1.4DS18B20主要数据部件*-7-3.1.2湿度传感器*-8-3.1.2.1湿度传感器的介绍*-8-3.1.2.2湿度传感器的特点*-8-3.1.2.3湿度测量电路*-9-3.1.3多路检测信号的实现*-10-3.1.3.1多路开关*-11-13.2信号分析与处理*-13-3.2.1单片机Atmega16*-13-3.2.1.1ATMEGA16单片机介绍*-13-3.2.1.2Atmega16的引脚介绍*-14-3.2.1.3ATmega16内部结构*-15-3.2.212864液晶显示*-15-3.2.2.112864液晶显示的介绍*-15-3.2.2.212864液晶显示的基本特性:*-15-3.2.2.312864液晶模块接口说明*-16-3.2.2.4模块主要硬件构成说明*-17-3.2.2.512864液晶模块指令说明*-18-3.2.2.6字符显示:*-20-3.2.3系统时钟的设计*-20-3.2.4显示与报警的设计*-21-3.2.4.1显示电路*-21-3.2.4.2报警电路*-21-3.2.5温度、湿度信号传送*-22-3.2.5.1nRF905的介绍*-22-23.2.5.2芯片结构*-22-3.2.5.3nRF905引脚介绍*-23-3.2.5.4工作模式*-24-3.2.5.5nRF905的ShockBurstTM模式*-25-3.2.5.6发送流程*-25-3.2.5.7接收流程*-25-3.2.5.8节能模式*-26-3.2.5.9器件配置*-26-3.2.5.10SPI接口配置*-26-3.2.6红外遥控器*-28-红外遥控器的键位码*-29-第四章软件设计*-32-主程序流程图*-32-nRF905数据发送子程序流程图*-34-nRF905数据接收子程序流程图*-35-结束语*-36-参考文献*-36-致谢*37附件：部分程序*37-0-第一章绪论1.1选题背景防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。Moisture,mildew,corrosion,explosion-proofisanimportantcontentofthedailyworkofwarehouse,warehousemanagementisameasureofthequalityofkeyindicators.Itdirectlyaffectsthelifeofreservematerialsandreliableoperation.Inordertoensurethesmoothprogressofdailywork,theprimaryissueistostrengthenthewarehousetemperatureandhumiditymonitoring.Butthetraditionalapproachistousewithhumiditytable,hairhumiditytable,double-metal-stylegaugesandtestingequipmentsuchashumidity,testpaper,throughmanualtesting,temperatureandhumiditydonotmeettherequirementsoftheTreasuryforventilation,dehumidificationandcoolingandsoon.Thistime-consumingandlaboriousmanualtestingmethods,lowefficiency,andthetesttemperatureandhumidityerrorslarge,randombig.Therefore,weneedalowcost,easytouseandaccuratemeasurementoftemperatureandhumiditymeasuringinstrument1.2设计过程及工艺要求一、基本功能检测温度、湿度显示温度、湿度过限报警-1-自动调节二、主要技术参数温度检测范围：-30-+50测量精度：0.5湿度检测范围：10%-90%RH检测精度：1%RH显示方式：12864液晶显示报警方式：三极管驱动的蜂鸣音报警第二章方案的比较和论证当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号的输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。2.1温度传感器的选择方案一：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。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200650，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0.15+0.002|t|），B级为（0.3+0.005|t|）。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。-2-方案二：采用AD590，它的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。AD590的测量信号可远传百余米。但是.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.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.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案三：采用数字温度芯片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，此元件线形较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器Atmega16构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于Atmega16可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。2.2湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。方案一：采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M。这种传感器原是用于开-3-关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。方案二：采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04pF/。可见精度是较高的。综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度-3050的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。2.3信号采集通道的选择在本设计系统中，湿度输入信号为3路信号，这就需要多通道结构。方案一、采用多路并行模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：（1）可以根据各输入量测量的要求选择不同性能档次的器件。总体成本可以作得较低。（2）硬件复杂，故障率高。（3）软件简单，各通道可以独立编程。方案二、采用多路分时输入通道。这种结构的通道特点为：（1）对ADC、S/H要求高。（2）处理速度慢。（3）硬件简单，成本低。（4）软件比较复杂。-4-综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。图2-2多路分时的模拟量输入通道第三章系统总体设计本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，我设计了以Atmega16基本系统为核心的一套检测系统，其中包括单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、遥控键盘及显示、报警电路、自能处理指示电路，无线收发电路，74hc151电路，系统软件等部分的设计。-5-图3-1系统总体框图本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。（一）信号采集由DS18b20、HS1100及多路开关74hc151组成；（二）信号分析由单片机Atmega16基本系统组成；（三）信号处理由12864液晶显示和，NRF905无线模块，报警系统等组成。31信号采集3.1.1温度传感器3.1.1.1DS18B20的主要特性1.适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。2.独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。3.DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。4.DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。5.测温范围55125，在-10+85时精度为0.5。6.可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。7.在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。8.测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。9.负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。3.1.1.2DS18B20工作原理-6-DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。13图3.3中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于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率明显改变，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，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。图3.3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。3.1.1.4DS18B20主要数据部件DS18B20主要有四个数据部件：(1)光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位(28H)是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。(2)DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。表2DS18B20温度值格式表-7-这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出0191H，25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。温度数据表如表3。表3DS18B20温度数据表温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制3.1.2湿度传感器3.1.2.1湿度传感器的介绍测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。下面介绍HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。-8-3.1.2.2湿度传感器的特点不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。图3-4为湿敏电容工作的温、湿度范围。图3-5为湿度-电容响应曲线。1007550250-20020-40406080100温度/长期稳定正常工作区区非正常区020406080170160180190200相对湿度/%RH图3-4、湿敏电容工作的温、湿度范围图3-5、湿度-电容响应曲线。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04pF/。可见精度是较高的。3.1.2.3湿度测量电路HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运方与租蓉组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集频率输出的555测量振荡电路如图3-7所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C，构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，R3是防止输出短路的保护电阻，R1-9-用于平衡温度系数。图3-6、频率输出的555振荡电路该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：首先电源Vs通过R4、R2向C充电，经t充电时间后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平，约0.67Vs，此时输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电，经t放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，约0.33Vs此时输出，此时输出引脚3端又由低电平突降为高电平，如此翻来覆去，形成方波输出。其中，充放电时间为t充电=C（R4+R2）Ln2-10-t放电=CR2Ln2因而，输出的方波频率为f=1/(t放电+t充电)=1/C（R4+R2）Ln2可见，空气湿度通过555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表3-1给出了其中的一组典型测试值。表3-1、空气湿度与电压频率的典型值073516066001072247064682071008063303069769061684068531006033506728频率湿度频率湿度%RHHZ%RHHZ3.1.3多路检测信号的实现本设计系统为八路的湿度信号采集，故采用74hc151组成多路分时的频率量信号采集电路，其硬件接口如图3-7所示-11-图3-7八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口3.1.3.1多路开关多路开关，有称“多路模拟转换器”。多路开关通常有n个模拟量输入通道和一个公共的模拟输入端，并通过地址线上不同的地址信号把n个通道中任一通道输入的模拟信号输出，实现有n线到一线的接通功能。反之，当模拟信号有公共输出端输入时，作为信号分离器，实现了1线到n线的分离功能。因此，多路开关通常是一种具有双向能力的器件。在本设计中，由于采用了温湿度双量控制，所以在信号采集中将有两个模拟量被提取，这时选用多路开关就是很必要的。74hc151多路开关，它是一种单片、8通道开关。带有禁止端的8选1译码器输入。74hc151的内部原理框图如图3-9所示。-12-图3-9、74hc151的内部原理框图图中功能如下：数据选择端（ABC）按二进制译码，以从8个数据（D0-D7）中选取1个所需的数据。只有在选通端STROBE为低电平时才可选择数据.引出端符号：A、B、C选择输入端D0D7数据输入端-13-STROBE选通输入端（低电平有效）W反码数据输出端Y数据输出端功能表H高电平L低电平X任意D0D7=对应的D端电平极限值电源电压-7V输入电压54/74151、54/74S151-5.5V54/74LS151-7V工作环境温度74-070贮存温度-65150-14-32信号分析与处理3.2.1单片机Atmega163.2.1.1ATMEGA16单片机介绍：Atmega16单片机是ATMEL公司的基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位微控制器，具有先进指令集及单周期指令执行时间，使ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz。Atmega16单片机的主要特性如下：.先进的RISC结构16K字节的系统内可编程Flash，擦写寿命：10，000次512字节的EEPROM，擦写寿命：100，000次1K字节的片内SRAMJTAG接口（与IEEE1149.1标准兼容）.外设：两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器具有独立振荡器的实时计数器RTC四通道PWM8路10位ADC-8个单端通道面向字节的两线接口两个可编程的串行USART可工作于主机/从机模式的SPI串行接口具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器片内模拟比较器.工作电压：ATmega16L：2.7-5.5V.速度等级：0-8MHzATmega16LI/O和封装32个可编程的I/O口40引脚PDIP封装，44引脚TQFP封装，与44引脚MLF封装-15-Atmega16单片机PDIP40和TQFP/MLF封装管脚图如下图：3.2.1.2Atmega16的引脚介绍各个引脚的功能如下:（1）电源、系统晶振、芯片复位引脚Vcc:芯片供电（片内数字电路电源）输入引脚，使用时连接到电源正极。AVcc：为端口A和片内ADC模拟电路电源输入引脚。不使用ADC时，直接连接到电源正极；使用ADC时，应通过一个低通电源滤波器与Vcc连接。AREF：使用ADC时，可作为外部ADC参考源的输入引脚。GND:芯片接地引脚，使用时接地。XTAL2：片内反相振荡放大器的输出端。XTAL1：片内反相振荡放大器和内部时钟操作电路的输入端。RESET：RESET为芯片复位输入引脚。在该引脚上施加（拉低）一个最小脉冲宽度为1.5us的低电平,将引起芯片的硬件复位（外部复位）。（2）32根I/O引脚，分成PA、PB、PC和PD四个8位端口，他们全部是可编程控制的双（多）功能复用的I/O引脚（口）。四个端口的第一功能是通用的双向数字输入/输出（I/O）口，其中每一位都可以由指令设置为独立的输入口，或输出口。当I/O设置为输入时，引脚内部还配置有上拉电阻，这个内部的上拉电阻可通过编程设置为上拉有效或上拉无效。如果AVR的I/O口设置为输出方式工作，当其输出高电平时，能够输出20mA的-16-电流，而当其输出低电平时，可以吸收40mA的电流。因此AVR的I/O口驱动能力非常强，能够直接驱动LED发光二极管、数码管等。而早期单片机I/O口的驱动能力只有5mA，驱动LED时，还需要增加外部的驱动电路和器件。芯片Reset复位后，所有I/O口的缺省状态为输入方式，上拉电阻无效，即I/O为输入高阻的三态状态。3.2.1.3ATmega16内部ATmega16内部的主要构成部分有：AVRCPU部分。包括：ALU运算逻辑单元、32个8位快速访问通用寄存器组（寄存器文件）、程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器。程序存储器Flash。数据存储器RAM和EEPROM。存储器AVR单片机在片内集成了Flash程序存储器、SRAM数据存储器和EEPROM数据存储器。三个存储器空间互相独立，物理结构也不同。程序存储器为闪存存储器Flash，以16位（字）为一个存储单元，作为数据读取时，以字节为单位，而擦除、写入则是以页为单位的（不同型号AVR单片机一页的大小也不同）。SRAM数据存储器是以8位（字节）为一个存储单元，编址方式采用与工作寄存器组、I/O寄存器和SRAM统一寻址的方式。EEPROM数据存储器也是以8位（字节）为一个存储单元，对其的读写操作都以字节为单位。3.2.212864液晶显示:3.2.2.112864液晶显示的介绍带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，硬件电路结构或显示程序都要简洁得多。3.2.2.212864液晶显示的基本特性:（1）、低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）（2）、显示分辨率:12864点-17-（3）、内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)（4）、内置128个168点阵字符（5）、2MHZ时钟频率（6）、显示方式：STN、半透、正显（7）、驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）、视角方向：6点（9）、背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10（10）、通讯方式：串行、并口可选（11）、内置DC-DC转换电路，无需外加负压（12）、无需片选信号，简化软件设计（13）、工作温度:0-+55,存储温度:-20-+603.2.2.312864液晶模块接口说明3.2.2并行接口管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”,DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端-18-19AVDD背光源正端（+5V）（见注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）3.2.2.4模块主要硬件构成说明控制器接口信号说明：1、RS，R/W的配合选择决定控制界面的4种模式：RSR/W功能说明LLMPU写指令到指令暂存器（IR）LH读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态HLMPU写入数据到数据暂存器（DR）HHMPU从数据暂存器（DR）中读出数据2、E信号E状态执行动作结果高低I/O缓冲DR配合/W进行写数据或指令高DRI/O缓冲配合R进行读数据或指令低/低高无动作3.2.2.512864液晶模块指令说明模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩充指令如下：指令表1：（RE=0：基本指令）指指令码功能令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除显示0000000001将DDRAM填满20H,并且设定DDRAM的地址计数器(AC)到00H地址归位000000001X设定DDRAM的地址计数器(AC)到00H,并且将游标移到开头原点位置;这个指令不改变DDRAM的内容显示状态开/关0000001DCBD=1:整体显示ONC=1:游标ONB=1:游标位置反白允许进入点设定00000001I/DS指定在数据的读取与写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位游标或显000001S/R/LXX设定游标的移动与显示的移位控-19-示移位控制C制位;这个指令不改变DDRAM的内容功能设定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位数据RE=1:扩充指令操作RE=0:基本指令操作设定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定CGRAM地址设定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定DDRAM地址（显示位址）第一行：80H87H第二行：90H97H读取忙标志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0读取忙标志(BF)可以确认内部动作是否完成,同时可以读出地址计数器(AC)的值写数据到RAM10数据将数据D7D0写入到内部的RAM(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)读出RAM的值11数据从内部RAM读取数据D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)指令表2：（RE=1：扩充指令）指指令码功能令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0待命模式0000000001进入待命模式,执行其他指令都棵终止待命模式卷动地址开关开启000000001SRSR=1：允许输入垂直卷动地址SR=0：允许输入IRAM和CGRAM地址反白选择00000001R1R0选择2行中的任一行作反白显示，并可决定反白与否。初始值R1R000，第一次设定为反白显示，再次设定变回正常睡眠模式0000001SLXXSL=0：进入睡眠模式SL=1：脱离睡眠模式扩充功能00001CLXREG0CL=0/1：4/8位数据RE=1:扩充指令操作-20-设定RE=0:基本指令操作G=1/0：绘图开关设定绘图RAM地址0010AC60AC50AC4AC3AC3AC2AC2AC1AC1AC0AC0设定绘图RAM先设定垂直(列)地址AC6AC5AC0再设定水平(行)地址AC3AC2AC1AC0将以上16位地址连续写入即可备注:当IC1在接受指令前,微处理器必须先确认其内部处于非忙碌状态,即读取BF标志时,BF需为零,方可接受新的指令;如果在送出一个指令前并不检查BF标志,那么在前一个指令和这个指令中间必须延长一段较长的时间,即是等待前一个指令确实执行完成。3.2.2.6字符显示:带中文字库的128X64-0402B每屏可显示4行8列共32个1616点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个168点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。带中文字库的128X64-0402B内部提供1282字节的字符显示RAM缓冲区（DDRAM）。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、HCGROM（ASCII码字库）及CGRAM（自定义字形）的内容。三种不同字符/字型的选择编码范围为：00000006H（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）显示自定义字型，02H7FH显示半宽ASCII码字符，A1A0HF7FFH显示8192种GB2312中文字库字形。字符显示RAM在液晶模块中的地址80H9FH。字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表所示。80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH3.2.3系统时钟的设计时钟电路是用来产生ATmage16单片机工作时所必须的时钟信号，ATmage16本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，ATmage16在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟-21-。本系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。ATmage16内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器电路中的C1、C2的选择在33PF左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率为在1.2MHZ8MHZ之间，频率越高单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容，采用的晶振频率为8MHZ。上图为系统时钟3.2.4显示与报警的设计3.2.4.1显示电路上图为显示与主机的硬件接口-22-3.2.4.2报警电路在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值（或低于下限值）则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示和控制。本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过AVR的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，采用一个晶体三极管驱动。在图中，P3.2接晶体管基极输入端。当P3.2输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P3.2输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。图3-21是一个简单的使用三极管驱动的峰鸣音报警电路：上图为三极管驱动的峰鸣音报警电路3.2.5温度、湿度信号传送：3.2.5.1nRF905的介绍nRF905是单片射频收发器，工作电压为1.93.6V，32引脚QFN封装(55mm)，工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650us。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器-23-组成，不需外加声表滤波器，ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。3.2.5.3nRF905引脚介绍表1：nRF905引脚-24-3.2.5.4工作模式nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定，详见表2。3.2.5.5nRF905的ShockBurstTM模式与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF905片内进行，数据速率由微控制器配置的SPI接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在nRF905中高速发送，因此中间有很长时间的空闲，这很有利于节能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。在ShockBurstTM接收模式下，当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后，地址匹配(AM)和数据准备好(DR)两引脚通知微控制器。在ShockBurstTM发送模式，nRF905自动产生字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器和微控制器资源，同时也减小了编写程序的时间。下面具体详细分析nRF905的发送流程和接收流程。3.2.5.6发送流程典型的nRF905发送流程分以下几步：A.当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905，SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定；B.微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；C.nRF905的ShockBurstTM发送：l射频寄存器自动开启；l数据打包(加字头和CRC校验码)；-25-l发送数据包；l当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；D.AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；E.当TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。ShockBurstTM工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论TRX_EN和TX_EN引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nRF905才能接受下一个发送数据包。3.2.5.7接收流程A.当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入ShockBurstTM接收模式；B.650us后，nRF905不断监测，等待接收数据；C.当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；D.当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；E.当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚置高F.微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；G.微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；H.当所有的数据接收完毕，nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；I.nRF905此时可以进入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM发送模式或关机模式。当正在接收一个数据包时，TRX_CE或TX_EN引脚的状态发生改变，nRF905立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知道nRF905正在接收数据包，其可以决定是让nRF905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。3.2.5.8节能模式nRF905的节能模式包括关机模式和节能模式。在关机模式，nRF905的工作电流最小，一般为2.5uA。进入关机模式后，nRF905保持配置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。在空闲模式下，nRF905内部的部分晶体振荡器处于工作状态。nRF905在空闲模式下的工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。3.2.5.9器件配置所有配置字都是通过SPI接口送给nRF905。SIP接口的工作方式可通过SPI指令进行设置。当nRF905处于空闲模式或关机模式时，SPI接口可以保持在工作状态。-26-3.2.5.10SPI接口配置SPI接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器5个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息；射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包的信息，如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。3.2.6红外遥控器在本设计中，我采用了红外遥控器作为对本系统的按键控制，红外遥控器的键位码如下图：红外遥控编码规律本遥控器是以WD6122组成的遥控器。当按下遥控器上任一按键时，WD6122即产生一串脉冲编码。WD6122形成的遥控编码脉冲对载波进行