基于KL25溫濕度傳感器設(shè)計報告

1、北京科技大學(xué)天津?qū)W院信息工程系嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用報告嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用報告題目：DHT11溫濕度傳感器設(shè)計組員：齊亨班級：物聯(lián)1301學(xué)號：135161102016年07月15日摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、濕度和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫濕度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用KL25芯片對溫濕度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，KL25芯片對溫濕度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。溫濕度控制

2、系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然己經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫濕控產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少.隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及加入WTO，我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家，企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。目前，溫濕度控制器產(chǎn)品從模擬、集成溫度控制器發(fā)展到智能數(shù)碼溫度控制器。智能溫控器（數(shù)字溫

3、控器）是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)的結(jié)合，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種控制器，并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實現(xiàn)控制功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平，現(xiàn)階段正朝著高精度高質(zhì)量的方向發(fā)展,相信以我國的實力，溫濕控技術(shù)在不久的將來一定會為于世界前列！DHT11溫濕度傳感器是一款含有已校準數(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和卓越的長期穩(wěn)定性。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。關(guān)鍵詞：KL25芯片，DHT11溫濕度傳感器，溫濕控制技術(shù)2、 硬件設(shè)計：2.1 DHT11特點及電氣特性DHT11實

4、物圖DHT11產(chǎn)品概述DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(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和卓越的長期穩(wěn)定性。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行校準。校準系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測型號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(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，使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為

5、4針單排引腳封裝，連接方便。DHT11與單片機的接線圖引腳說明1pin:VDD 用于供電35.5VDC2pin: DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線3pin: NC 空腳，請懸空4pin: GND 接地，電源負極DHT11技術(shù)參數(shù)供電電壓： 3.35.5V DC輸 出： 單總線數(shù)字信號測量范圍： 濕度20-90%RH， 溫度050測量精度： 濕度+-5%RH， 溫度+-2分 辨 率： 濕度1%RH， 溫度1互 換 性： 可完全互換 ，長期穩(wěn)定性： <±1%RH/年電氣特性VDD=5V，T = 25，除非特殊標注參數(shù)條件mintypmax單位供電DC355.5V供電電流測量0.52.5m

6、A平均0.21mA待機100150uA采樣周期秒1次詳細參數(shù)參數(shù)條件MinTypMax單位濕度分辨率111%RH8Bit重復(fù)性±1%RH精度25±4%RH050±5%RH互換性可完全互換量程范圍03090%RH252090%RH502080%RH響應(yīng)時間1/e(63%)25，1m/s 空氣61015S遲滯±1%RH長期穩(wěn)定性典型值±1%RH/yr溫度分辨率111888Bit重復(fù)性±1精度±1±2量程范圍050響應(yīng)時間1/e(63%)630SDHT11主要優(yōu)點能夠進行相對濕度和溫度測量全部校準，數(shù)字輸出卓越的長期穩(wěn)定

7、性無需額外部件超長的信號傳輸距離超低能耗4引腳安裝完全互換DHT11工作原理FRDM-KL25Z開發(fā)板相關(guān)介紹和資料FRDM-KL25Z開發(fā)板是一款超低成本開發(fā)平臺，由基于ARM® Cortex-M0+處理器的Kinetis L 系列 KL1x和KL2xMCU組成。特點包括易于訪問MCU I/O、配備電池管理功能、低功率運行和標準外形規(guī)格（可搭配擴展板使用），內(nèi)置的調(diào)試接口可進行閃存編程和運行控制。FRDM-KL25Z受到眾多飛思卡爾和第三方開發(fā)軟件的支持?？蛻艨梢悦赓M使用，訪問所有在線SDK、工具、可重用代碼（無需下載、安裝或許可）以及一個活躍的開發(fā)者網(wǎng)絡(luò)社區(qū)。&#

8、160;特性· MKL25Z128VLK4 MCU 48 MHz、128 KB閃存、16 KB SRAM、USB OTG (FS)、80LQFP· 電容滑動觸摸感應(yīng)板，MMA8451Q加速度傳感器，三色LED· 易于訪問MCU I/O· 成熟的OpenSDA調(diào)試接口· 大容量存儲設(shè)備閃存編程接口（默認） 無需安裝任何工具即可評估演示 app· P&E Multilink接口具有運行控制調(diào)試功能并兼容IDE工具· 開源數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用范例向您展示客戶、合作伙伴和愛好者如何共同在OpenSDA電路上進行開發(fā)。· 支

9、持mbed2. 2 設(shè)計方案將KL25Z芯片通過面包板和導(dǎo)線與DHT11鏈接在一起，并且通過顯示屏顯示。2. 2.1 LED顯示模塊本課題的LED顯示模塊是由一個四聯(lián)共陽七段數(shù)碼管組成。七段數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的，一般的“8”字形顯示塊由“a、b、c、d、e、f、g、h”8發(fā)光二極管組成。四個七段數(shù)碼管分別與P0口相連，通過對單片機輸入程序達到控制顯示輸出的目的（如圖）。四個七段數(shù)碼管由單片機的P2.0P2.3控制亮滅，P2.0P2.3分別對應(yīng)Q2Q5,當P2.0P2.3其中之一置高電平，對應(yīng)的三級管導(dǎo)通，段碼管亮，置低電平，對應(yīng)的三級管截止，段碼管滅。2.2.2系統(tǒng)框架設(shè)計如下圖

10、所示：溫濕度測量模塊我們采用DHT11傳感器1.下圖為溫濕度測量的原理圖：2.2.3 控制器模塊本課題的控制器模塊式采用KL25芯片作為MCU，如圖。KL25的 P0.0P0.7作為四聯(lián)七段數(shù)碼管總線；P2.4作為連接DS18B20的I/O口；P1.7作為升溫電路的控制端；P2.0P2.3控制四個七段數(shù)碼管的亮滅。2.2. 4電源電路給系統(tǒng)電路輸入一個穩(wěn)定的+5V的電源（如圖）。 3 軟件設(shè)計3.1 DHT11數(shù)據(jù)的部分程序代碼為：#include "ioCC2430.h"  /包含頭文件，相應(yīng)的板子以及傳感器一些信息#include "hal.h&qu

11、ot;#include <math.h>/#include <intrins.h>#include <stdio.h>typedef union    /定義聯(lián)合體，unsigned int i;float f; value;      /定義聯(lián)合體類型名稱為value#define noACK 0#define ACK 1#define STATUS_REG_W 0x06    /0x06 = 0000 0110#define STATUS_REG_R 0x07    

12、;/0x07 = 0000 0111#define MEASURE_TEMP 0x03    /0x03 = 0000 0011#define MEASURE_HUMI 0x05    /0x05 = 0000 0101#define RESET 0x1e           /0x1e = 0001 1110#define SDA P1_6             /定義SDA代表的是P1_6腳#define SCL P1_7#define b

13、egin P2_0unsigned char d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7; /定義無符號字符型變量void Wait(unsigned int ms)   /定義wait函數(shù)，主要用于軟件循環(huán)，延時作用unsigned char g,k;while(ms)for(g = 0;g <= 167; g+)for(k = 0;k <= 48; k+);ms-;void QWait() /1us的延時asm("NOP");  /加入?yún)R編操作語句，空操作，主要用于機器周期執(zhí)行asm("NOP");asm("N

14、OP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");void initUART(void)     /初始化串口IO_PER_LOC_USART0_AT_PORT0_PIN2345();  /具體函數(shù)的定義與用法，你得參考頭文件中的程序代碼了IO_DIR_PORT_

15、PIN(1, 6, IO_OUT);IO_DIR_PORT_PIN(1, 7, IO_OUT);/IO_IMODE_PORT_PIN(1, 6, IO_IMODE_TRI);/IO_IMODE_PORT_PIN(1, 7, IO_IMODE_TRI);IO_DIR_PORT_PIN(2, 0, IO_OUT);IO_FUNC_PORT_PIN(2, 0, IO_FUNC_GIO);/SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(RC);SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL);UART_SETUP(0, 115200, HIGH_STOP);  /設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)的波特

16、率115200UTX0IF = 1;U0CSR |= 0XC7;     /U0CSR = U0CSR | 0x1010 0111  （進行位或操作）IEN0 |= 0x84;SDA = 1;SCL = 0;int putchar (int c)    /定義輸入字符函數(shù)，給的參數(shù)是一個整型的數(shù)if (c = 'n')      /判斷參數(shù)c的值是否和'n'的值相等while (!UTX0IF);    /執(zhí)行的時候UTX0IF的值是0，此處不是很理解？UTX0I

17、F = 0;         /給UTX0IF賦0U0DBUF = 0x0d;      /U0DBUF賦值0x0d = 0000 1011while (!UTX0IF);UTX0IF = 0;return (U0DBUF = c);    /如果c的值不是'n'也就是換行符的時候，將c的值傳遞到U0DBUF寄存器中char s_write_byte(unsigned char value)   /定義寫字節(jié)函數(shù)（8位）unsigned char i,error = 0;for

18、(i = 0x80;i > 0;i /= 2)   /i 賦初始值0x80 = 128， 執(zhí)行判斷是i > 0，執(zhí)行語句是i = i / 2; 即i = 128，64，32，16，8，4，2，1，0.5（0），8位if (i & value)SDA = 1;elseSDA = 0;SCL = 1;      /此時SCL端口處，也就是p1_7引腳處是高電平QWait();      /因為寫入需要時間，所以程序之中加入下面幾條語句QWait();QWait();QWait();QWait();SCL =

19、0;      /使能p1_7眼角處低電平，使的數(shù)據(jù)寫入（具體需要看單片機控制芯片的手冊asm("NOP");asm("NOP");SDA = 1;SCL = 1;asm("NOP");error = SDA;QWait();QWait();QWait();SDA = 1;SCL = 0;return error;char s_read_byte(unsigned char ack)   /讀取數(shù)據(jù)，按照字節(jié)位的順序讀?。?位）128 = 1000 0000 ，64 = 0100 0000， 3

20、2 = 0010 0000 ，16 = 0001 0000， 8 = 0000 1000， 4 = 0000 0100 ， 2 = 0000 0010， 1 = 0000 0001unsigned char i,val = 0;SDA= 1;for(i = 0x80;i > 0;i /= 2)   /同上SCL = 1;if (SDA)      /判斷SDA處是否有高電平val = (val | i);      /進行或操作elseval = (val | 0x00);SCL = 0;QWait();QWait()

21、;QWait();QWait();QWait();SDA = !ack;SCL = 1;QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();SCL = 0;SDA = 1;return val;   /返回讀取到的數(shù)據(jù)，一個字節(jié)，八位void s_transstart(void)  /傳輸使能函數(shù)，就是給控制器引腳處相應(yīng)電平，使對應(yīng)模塊工作SDA = 1;SCL = 0;QWait();QWait();SCL = 1;QWait();QWait();SDA = 0;QWait();QWait();SCL = 0;QWait();QWait();Q

22、Wait();QWait();QWait();SCL = 1;QWait();QWait();SDA = 1;QWait();QWait();SCL = 0;QWait();QWait();void s_connectionreset(void)   /復(fù)位操作函數(shù)unsigned char i;SDA = 1;SCL = 0;for(i = 0;i < 9; i+)SCL = 1;QWait();QWait();SCL = 0;QWait();QWait();s_transstart();   /調(diào)用開始函數(shù)char s_measure(unsigned char

23、*p_value, unsigned char *p_checksum, unsigned char mode) /函數(shù)，主要統(tǒng)計傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個數(shù)unsigned er = 0;unsigned int i,j;s_transstart();switch(mode)case 3 :er += s_write_byte(3);break;case 5 :er += s_write_byte(5);break;default :break;for(i = 0;i < 65535;i+)for(j = 0;j < 65535;j+)if(SDA = 0)break;if(SDA = 0)b

24、reak;if(SDA)er += 1;*(p_value) = s_read_byte(ACK);*(p_value + 1) = s_read_byte(ACK);*p_checksum = s_read_byte(noACK);d6 = *(p_value);d7=*(p_value + 1);return er;void calc_sth11(float *p_humidity ,float *p_temperature)/計算溫度值const float C1 =- 4.0;const float C2 =+ 0.0405;const float C3 =- 0.0000028;co

25、nst float T1 =+ 0.01;const float T2 =+ 0.00008;float rh =* p_humidity;float t =* p_temperature;float rh_lin;float rh_true;float t_C;t_C = t * 0.01 - 44.0 ;rh_lin = C3 * rh * rh + C2 * rh + C1;rh_true = (t * 0.01 - 40.0 - 25) * (T1 + T2 * rh) + rh_lin;if(rh_true > 100)rh_true = 100;if(rh_true <

26、 0.1)rh_true = 0.1;*p_temperature = t_C;*p_humidity = rh_true;void main()  /主函數(shù)value humi_val,temp_val;  /聲明兩個聯(lián)合體變量unsigned char error,checksum;  /聲明兩個無符號的字符型變量initUART();    /初始化串口P1INP |= 0xC0;   /初始化P1引腳 ， 0xC0 = 1010 0000 ，使P1_7和P1_5引腳為1begin = 0;s_connectionreset()

27、;while(1)  /無限循環(huán)操作error = 0;error += s_measure(unsigned char*) &humi_val.i,&checksum,5);  /讀入串口的數(shù)據(jù)進行溫度的計算d1 = d6;d2 = d7;error += s_measure(unsigned char*) &temp_val.i,&checksum,3);d3 = d6;d4 = d7;if(error != 0)s_connectionreset();elsehumi_val.f = (float)humi_val.i;temp_val

28、.f = (float)temp_val.i;humi_val.f = d1 * 256 + d2;temp_val.f = d3 * 256 + d4;calc_sth11(&humi_val.f,&temp_val.f);printf("temp:%5.1fC humi:%5.1f%n",temp_val.f,humi_val.f);/ printf("t1:%x h1:%xn",d1,d2);/printf("t2:%x h2:%xn",d3,d4);Wait(150);四、設(shè)計調(diào)試和心得體會 系統(tǒng)軟件的主程序是

29、調(diào)用子程序的，它是所有子程序在功能上的匯總，是整個程序的“首腦”，是從從主程序開始讀程序的，所以主程序的設(shè)計尤為重要。這個系統(tǒng)軟件的主程序主要完成溫度在位段的數(shù)碼管上顯示溫度的功能。4.1功能實現(xiàn)分析該硬件電路在最后測試中實現(xiàn)了準確的溫濕度采集、能夠傳給KL25芯片發(fā)送采集到得參數(shù)?；緦崿F(xiàn)了設(shè)計任務(wù)，并可根據(jù)外界運用需要更換和外擴其他功能傳感器。4.2 心得體會經(jīng)過一個禮拜設(shè)計，調(diào)試和實踐，我們已經(jīng)在電路板上成功仿真運行了顯示模塊和溫濕度測試模塊。仿真運行結(jié)果符合最初的實驗設(shè)計要求。 唯有實踐方能出真知，這次做的產(chǎn)品給我們上了一次很生動的課?？偟膩碚f這次實踐，我們學(xué)到許多，不僅僅是書本或者是網(wǎng)上的資料給我們的知識，更重要的是動手實踐后的體會，感悟。 由于時間的原因在設(shè)計過程中不能很好的做出我們設(shè)計所要達到的要求，對