詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書模板

文檔可自由編輯打印文檔可自由編輯打印文檔可自由編輯打印信息科學(xué)與技術(shù)系實(shí)驗(yàn)報(bào)告目錄1 引言 31.1 編寫目的 31.2 項(xiàng)目背景 41.3 定義 52 總體設(shè)計(jì) 52.1 對(duì)無(wú)線傳感器系統(tǒng)的要求 52.2 系統(tǒng)組成及工作原理 62.2.1 系統(tǒng)組成 62.2.2 工作原理 63 詳細(xì)設(shè)計(jì) 73.1 硬件設(shè)計(jì) 73.1.1 上位機(jī)系統(tǒng) 73.1.2 下位機(jī)系統(tǒng) 103.1.3 微處理器模塊 103.1.4 溫濕度傳感器SHT11 133.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 143.2.1 編程思路及流程圖 144 系統(tǒng)測(cè)試 214.1 系統(tǒng)測(cè)試步驟 214.2 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果 224.3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析 22引言編寫目的ZigBee技術(shù)具有低成本、低功耗、近距離、短時(shí)延、高容量、高安全及免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于智能家庭、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和電信應(yīng)用等領(lǐng)域。智能家庭：現(xiàn)今家用電器已經(jīng)隨處可見(jiàn)了，如何將這些電器和電子設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到Internet，使得用戶可以方便地在任何地方監(jiān)控自己家里的情況？ZigBee技術(shù)提供了家庭智能化的技術(shù)支持，在ZigBee技術(shù)的支持下，家用電器可以組成一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)，省卻了在家里布線的煩惱。工業(yè)控制：工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低成本。自動(dòng)抄表：現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來(lái)逐家逐戶進(jìn)行抄表，十分不方便。而ZigBee可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進(jìn)行抄表還可以帶來(lái)其它好處，比如煤氣或水電公司可以直接把一些信息發(fā)送給用戶，或者和節(jié)能相結(jié)合，當(dāng)發(fā)現(xiàn)能源使用過(guò)快的時(shí)候可以自動(dòng)降低使用速度。醫(yī)療監(jiān)護(hù)：醫(yī)療工作中，時(shí)常要獲得病人的生理指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)，可以通過(guò)放置傳感器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些數(shù)據(jù)。由于是無(wú)線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非常方便。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低成本、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。此外，ZigBee技術(shù)也可以應(yīng)用到汽車電子、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和軍事領(lǐng)域中。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日漸興起，ZigBee技術(shù)將會(huì)扮演更為重要的角色。但是，物聯(lián)網(wǎng)的全面普及將是一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過(guò)程，至少目前還在探索和實(shí)驗(yàn)階段，距離實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走。雖然前景一片大好，但是我們應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到由于各方面的制約，ZigBee技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日，基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)說(shuō)不上成熟，主要表現(xiàn)在：ZigBee市場(chǎng)仍處于起步探索階段，終端產(chǎn)品和應(yīng)用大多處于研發(fā)階段，真正上市的少，且以家庭自動(dòng)化為主；潛在應(yīng)用多，但具有很大出貨量的典型應(yīng)用少，市場(chǎng)缺乏明確方向；使用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)星狀拓?fù)涞膽?yīng)用較多，體現(xiàn)ZigBee優(yōu)勢(shì)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用少；基于IEEE802.15.4底層協(xié)議的應(yīng)用多，而基于ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的應(yīng)用少。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種開(kāi)創(chuàng)了新應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù)。當(dāng)前，傳感技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被認(rèn)定為最重要的研究之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保障。低功耗無(wú)線傳感模塊研究具有極其重要的學(xué)習(xí)和研究?jī)r(jià)值，其功能的實(shí)現(xiàn)具有極其重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。首先，現(xiàn)有的眾多研究中，將性能和低功耗相結(jié)合的較少，有的只考慮低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。本文綜合了性能和低功耗的共同需求，經(jīng)過(guò)深入的分析和對(duì)芯片的數(shù)據(jù)比較，提出了低功耗無(wú)線傳感模塊的硬件設(shè)計(jì)思路。其次，增加無(wú)線傳感模塊的應(yīng)用。無(wú)線傳感模塊應(yīng)用已非常廣泛，除去組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用外，無(wú)線傳感技術(shù)還廣泛的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，如車間溫濕度、壓力等；短距無(wú)線通信等。實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感模塊的低功耗，其對(duì)電能的需求就會(huì)更小，應(yīng)用的范圍將會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)大。項(xiàng)目背景無(wú)線傳感模塊是新興的下一代無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它是組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本部分。最早的代表性論述出現(xiàn)在二十世紀(jì)九十年代末，題為“傳感器走向無(wú)線時(shí)代”。傳感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一般傳感器、智能傳感器、無(wú)線傳感器等幾個(gè)階段。一般傳感器，是最早產(chǎn)生的傳感器，只能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；智能傳感器則是在一般傳感器的基礎(chǔ)上將處理計(jì)算能力與傳感器相結(jié)合，使得傳感模塊不但能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)等信息采集，還能對(duì)所采集到的信息進(jìn)行一定程度的計(jì)算和處理；無(wú)線傳感器則是在智能傳感器的基礎(chǔ)上再集成無(wú)線功能模塊，使得傳感器不再是單獨(dú)的感知模塊，而是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理，信息交換和控制的有機(jī)整體。為了實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地與任何人或任何設(shè)備的互聯(lián)互通，無(wú)線通信技術(shù)獲得了蓬勃發(fā)展。在正交頻分復(fù)用(OFDM)和多入多出(MIMO)等基礎(chǔ)技術(shù)支持下，多種無(wú)線技術(shù)如藍(lán)牙、Wi-Fi、WIMAX、超寬帶和無(wú)線局域網(wǎng)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。作為蓬勃發(fā)展的無(wú)線技術(shù)，近幾年正是其大變革時(shí)期。隨著幾種重要基礎(chǔ)技術(shù)的推廣和實(shí)際應(yīng)用，無(wú)線通信的速度也將得到大大提高。無(wú)線傳感模塊屬于無(wú)線技術(shù)中較為底層的一個(gè)分支，由于越來(lái)越多的應(yīng)用方案開(kāi)始采用無(wú)線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和通信。綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò),是當(dāng)前的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。而無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保障，因此無(wú)線傳感模塊的設(shè)計(jì)，傳感技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被認(rèn)定為最重要的研究之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了多種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)。典型的節(jié)點(diǎn)包括Mica系列、Telos、IRIS和Imote2等。各平臺(tái)的主要區(qū)別是采用了不同的處理器和無(wú)線通信模塊。有些節(jié)點(diǎn)具有高性能但功耗較大，如Imote2節(jié)點(diǎn)，不適用于能量受限的應(yīng)用環(huán)境。其他一些節(jié)點(diǎn)，如Telos、Mica等，由于設(shè)計(jì)時(shí)間較早，其性能已經(jīng)落后于當(dāng)今的集成電路工業(yè)設(shè)計(jì)水平[4]。因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，工作環(huán)境通常比較惡劣，而且數(shù)量大，更換非常困難，所以低功耗是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一。ITP（美國(guó)再生能源辦公室工業(yè)技術(shù)計(jì)劃）在2002年發(fā)布的報(bào)告“21世紀(jì)工業(yè)無(wú)線技術(shù)”第一頁(yè)中引用了總統(tǒng)科技顧問(wèn)的斷言：無(wú)線傳感器可將能源利用率提高10%，將能源損耗減少25%[5]。后來(lái)的研究，如Intel(r)Mote的研究項(xiàng)目則注重了三個(gè)方面的要求，包括低功耗操作、系統(tǒng)級(jí)集成和硬件的重新配置，希望做到平衡功耗與性能的矛盾，但目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)還需要一定的努力。MIT發(fā)展的模塊化平臺(tái)對(duì)于具體的傳感器有不同的硬件設(shè)計(jì)，他們的傳感器的主要功能是數(shù)據(jù)收集，采用垂直連接器來(lái)使不同的處理層整合到一起，其目的是為了設(shè)計(jì)一個(gè)通用的系統(tǒng)來(lái)取代單一的硬件系統(tǒng)[7]。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及集成技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感技術(shù)也會(huì)得到不斷的發(fā)展和完善。并且會(huì)有更多的結(jié)構(gòu)新、功能強(qiáng)、耗能低的傳感器用運(yùn)于各種實(shí)際的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，以高的精確度和良好的穩(wěn)定性服務(wù)于更加廣泛的領(lǐng)域。正是由于低功耗無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)在如此廣范圍內(nèi)的應(yīng)用，使得它受到了來(lái)自軍事、工業(yè)和商業(yè)以及學(xué)術(shù)專家的極大關(guān)注。其發(fā)展方向必然是無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)化，即通過(guò)自組網(wǎng)的方式形成動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。而無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等。我國(guó)迫切需要提升對(duì)此的認(rèn)識(shí)程度，并盡快推動(dòng)其發(fā)展。因此，以無(wú)線傳感模塊為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線互聯(lián)將是一個(gè)必然的趨勢(shì)。另外由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保障。在不同的應(yīng)用中，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組成不盡相同。已有的節(jié)點(diǎn)，有的只考慮低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。因此，無(wú)線傳感模塊的發(fā)展必然是趨向與低功耗的。即在保證所需要實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，盡量的實(shí)現(xiàn)整個(gè)模塊的低功耗，甚至在不影響整體性能的情況下適當(dāng)減少部分功能來(lái)實(shí)現(xiàn)降低功耗的目的。除開(kāi)以上所講兩種發(fā)展趨勢(shì)之外，無(wú)線傳感模塊的應(yīng)用和發(fā)展還具有極大的發(fā)展空間和良好的發(fā)展方向。當(dāng)前對(duì)無(wú)線傳感模塊的應(yīng)用都是靜止性的，就目前存在的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN），構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都是被固定的安放在一個(gè)地方，要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)環(huán)境的檢測(cè)，就需要向環(huán)境中投放大量的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)。這樣一來(lái)成本就會(huì)非常的高。若實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感模塊對(duì)信息的移動(dòng)式采集，則在同一個(gè)環(huán)境內(nèi)投放更少的節(jié)點(diǎn)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的全面檢測(cè)。正是由于當(dāng)前能耗對(duì)無(wú)線傳感模塊的影響，低功耗研究才上升為一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域，不論是使用電源或者電池供電，在實(shí)現(xiàn)低功耗后，無(wú)線傳感模塊的發(fā)展趨勢(shì)必然是自生能源式的。利用太陽(yáng)能、振動(dòng)能量、地?zé)帷L(fēng)能等實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感模塊的電能供應(yīng)對(duì)于全面提高無(wú)線傳感模塊的能力將會(huì)起到巨大的作用。最后，基于能力存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，電池的容量越來(lái)越大，再加上低功耗的實(shí)現(xiàn)，無(wú)線傳感模塊的適用壽命不斷增加將會(huì)成為一個(gè)絕對(duì)趨勢(shì)。未來(lái)的無(wú)線傳感模塊必將是集穩(wěn)定性與安全性、擴(kuò)展性與靈活性、微型化與低成本等特點(diǎn)為一體的[8]。定義=1\*GB3①無(wú)線傳感模塊：是指由處理器模塊、無(wú)線模塊、電源模塊和傳感模塊組成的無(wú)線通信自治系統(tǒng)，它采用一定的頻率和編碼方法實(shí)現(xiàn)與其它模塊的通信，屬于無(wú)線技術(shù)的一種。=2\*GB3②無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN（WirelessSensorNetwork）:是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的具有信息采集、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線電通信形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域里被監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀測(cè)者[3]。=3\*GB3③PCB:是PrintedCircuitBoard的縮寫，中文意為印刷電路板，是搭配電子零件之前的基板，被譽(yù)為“電子系統(tǒng)產(chǎn)品之母”或“3C產(chǎn)業(yè)之基石”。ZigBee一詞來(lái)源于蜜蜂賴以生存的通信方式ZigZag形狀的舞蹈，是一種低成本、低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)。總體設(shè)計(jì)對(duì)無(wú)線傳感器系統(tǒng)的要求系統(tǒng)由溫濕度傳感器SHT11、光照傳感器TSL2561，AT89S52單片機(jī)，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000，PC和電源模塊組成。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他節(jié)點(diǎn)逐跳進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)斤@示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。主要技術(shù)指標(biāo)（1）通信與組網(wǎng)：負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)環(huán)境信息的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并向管理和基礎(chǔ)服務(wù)層提供服務(wù)支持；（2）通信頻段：2.4-2.4835Hz；（3）采用通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；（4）借點(diǎn)可靠通信范圍：200m；（5）傳感器精度：溫度0.3℃（25℃時(shí)），濕度：2.0%RH（20系統(tǒng)組成及工作原理系統(tǒng)組成系統(tǒng)由電源，上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)組成。電源包括LM7805，四節(jié)5號(hào)AA電池和一個(gè)10K電阻。上位機(jī)包括無(wú)線收發(fā)模塊PTR2000，MAX232，PC。下位機(jī)包括無(wú)線收發(fā)芯片PTR2000，AT89S52單片機(jī)，溫濕度傳感器SHT11，PTR2000AT89S52PTR2000AT89S52SHT11SHT11電源模塊電源模塊圖2.1傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)框圖工作原理多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)依照最近路線逐個(gè)傳遞到離監(jiān)測(cè)中心最近的傳感器節(jié)點(diǎn)，再?gòu)墓?jié)點(diǎn)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。由檢測(cè)中心的PC中Labview8.6軟件開(kāi)發(fā)出的監(jiān)測(cè)界面顯示數(shù)據(jù)曲線圖。圖3-6上位機(jī)顯示界面監(jiān)測(cè)軟件界面圖系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖詳細(xì)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)上位機(jī)系統(tǒng)圖3.1上位機(jī)系統(tǒng)框圖Fig.3.1Blockdiagramofthehostsystem上位機(jī)采用PTR2000，PTR2000主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)[3]:該器件將接收和發(fā)射合接為一體；工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433MHZ；采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；采用DDS（直接數(shù)據(jù)合成）+PLL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性極好；靈敏度高達(dá)—105bBm;工作電壓低（2.7V），功耗小，接收待機(jī)狀態(tài)電流僅為8μA；具有兩個(gè)頻道，可滿足需要多信道工作的場(chǎng)合；工作速率最高達(dá)20kbit/s(也可在較抵速率下工作，如9600bps);超小體積，約40×27×5mm;可直接與MCU的串口進(jìn)行連接（如8031），也可以通過(guò)MAX232與計(jì)算機(jī)接口，軟件編程非常方便；標(biāo)準(zhǔn)的DIR引腳間距更適合于趼、嵌入式設(shè)備；由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設(shè)計(jì)，因此使用時(shí)無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證，開(kāi)闊地時(shí)的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000米。引腳排列及功能PTR2000模板的引腳排列如圖1所示。各引腳的功能說(shuō)明如下；VCC（1腳）；下輸入端，電壓范圍為2.7~5.25V；CS（2腳）：頻道選擇端。CS=0時(shí)，選擇工作頻道1，即433.92MHz；CS=1時(shí)選擇工作頻道2，即434.33MHzDI（3腳）：數(shù)據(jù)輸入端DO（4腳）：數(shù)據(jù)輸出端；PWR（5腳）：節(jié)能控制端。當(dāng)PWR=1時(shí)，模塊處于正常工作狀態(tài)，PWR=0時(shí)，模塊處于待機(jī)微功耗狀態(tài)；TXEN6腳）：發(fā)射/接收控制端。當(dāng)TXEN=1時(shí)，模塊為發(fā)射狀態(tài)；當(dāng)TXEN=0時(shí)，模塊被設(shè)置為接收狀態(tài)。GND（7腳）：電源地PTR2000可與所有單片機(jī)（如80C31、2051、68HC08、PIC、Z8等）配合使用，可直接接單片機(jī)的串口或I/O口，也可與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行通訊，此時(shí)需要在中間簡(jiǎn)單地接在一個(gè)RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX232等。下位機(jī)系統(tǒng)下位機(jī)電路圖微處理器模塊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(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。主要性能：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；32個(gè)可編程I/O口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；六個(gè)中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)符。引腳說(shuō)明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(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”P1口：P1口是一個(gè)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(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1”此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能：P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個(gè)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(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”P3口：P3口是一個(gè)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(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”端口引腳第二功能：P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，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：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。溫濕度傳感器SHT111.SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。共主要特點(diǎn)如下：高度集成，將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A／D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡(jiǎn)單，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高；測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換器(分辨率為8～12位，可以通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇)；測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能；封裝尺寸超小(7.62mm×5.08mm×2.5mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式；高可靠性，采用CMOSens工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。

2SHT11的引腳功能

SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡(jiǎn)單，引腳名稱及排列順序如圖1所示。

各引腳的功能如下：

腳1和4--信號(hào)地和電源，其工作電壓范圍是2.4～5.5V；

腳2和腳3--二線串行數(shù)字接口，其中DA-TA為數(shù)據(jù)線，SCK為時(shí)鐘線；

腳5～8--未連接。

3SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理

溫濕度傳感器SHT11將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A／D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個(gè)14位的A／D轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過(guò)二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。SHT11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中；在測(cè)量過(guò)程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)自傳感器的信號(hào)。此外，SHT11內(nèi)部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度升高5℃

微處理器是通過(guò)二線串行數(shù)字接口與SHT11進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器I／O口模擬該通信時(shí)序。微處理器對(duì)SHT11的控制是通過(guò)5個(gè)5位命令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

4SHT11應(yīng)用設(shè)計(jì)

微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進(jìn)行通信，所以硬件接門設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單；然而，通信協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件設(shè)計(jì)中，需要用微處理器通用I／O口模擬通信協(xié)議。

5．SHT11硬件設(shè)計(jì)

SHT11通過(guò)二線數(shù)字串行接口來(lái)訪問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時(shí)鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì)SCK最低頻率沒(méi)有要求；當(dāng)工作電壓高于4.5V時(shí)，SCK頻率最高為10MHz，而當(dāng)工作電壓低于4.5V時(shí)，SCK最高頻率則為1MHz。硬件連接如圖3所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)編程思路及流程圖PTR2000思路：?jiǎn)纹瑱C(jī)開(kāi)始需將無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊PTR2000設(shè)置處于接受狀態(tài)，通過(guò)串口中斷識(shí)別由PC用過(guò)無(wú)線信道傳輸來(lái)的指令，根據(jù)接受指令的內(nèi)容采集數(shù)據(jù)并啟動(dòng)發(fā)送。發(fā)送前需將PTR2000模塊設(shè)置為發(fā)射狀態(tài)，且等待5ms才可發(fā)送，發(fā)送完畢后，向PC機(jī)端發(fā)送“發(fā)送結(jié)束指令”，并將PTR2000重設(shè)為接受狀態(tài)，下圖為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖?；趩纹瑱C(jī)的PTR2000無(wú)線傳輸流程圖ORG0000HAJMPSTARTORG0200HSTART：SETBP1.0；PTR2000的Pin6置1SETBP1.1；PTR2000的Pin7置1MOVSP，#80H；設(shè)置數(shù)據(jù)指針的位置MOVSCON，#40H；串口工作方式1MOVTMOD，#20H；定時(shí)器工作方式1MOVTL1，#OFDH；設(shè)定波特率9600MOVTH1，#OFDHMOVPCON，#00HSETBTR1；開(kāi)啟定時(shí)器1MOVDPH，#50H；指針指向數(shù)據(jù)塊 MOVDPL，#00HVIN：MOVRl，#LEN1；發(fā)送VIN碼ACALLTXSUBUSER：MOVER1,#LEN2；發(fā)送用戶名稱ACALLTXSUBCOUNT：MOVRA，#LEN3；發(fā)送用戶水電氣數(shù)據(jù)ACALLTXSUBCLRPl.0；將PTR2000置接收狀態(tài)CLRPl.l；將PTR2000置待機(jī)狀態(tài)ORG0400HTXSUB：PUSHACC；保護(hù)ACCPUSHPSW；保護(hù)PSWCLRTl；清TlTXDD：CLRAMOVCA，@A+DPTR；從數(shù)據(jù)塊中取數(shù)MOVSUBF，A；從串口發(fā)送JNBTl，$；等待發(fā)送完CLRTlINCDPTR；取下一個(gè)數(shù)DJNTRI，TXDD；數(shù)據(jù)為發(fā)送完，繼續(xù)POPPSW；彈出PSWPOPACC；彈出ACCRET()RG0500H；數(shù)據(jù)塊DVIN：DB‘1234567890IEN1DATA10USER：DB‘ABDEFG’LEN2DATA7DCOUNT：DB‘874033654200LEN3DATA12SHT11思路：開(kāi)始微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口SCK和DATA，其中SCK為時(shí)鐘線，DATA為數(shù)據(jù)線。該二線串行通信協(xié)議和I2C協(xié)議是不兼容的。在程序開(kāi)始，微處理器需要用一組"啟動(dòng)傳輸"時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)，如圖4所示。當(dāng)SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖剑S后又變?yōu)楦唠娖?；在SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。開(kāi)始SHT11初始化SHT11初始化啟動(dòng)SHT11啟動(dòng)SHT11等待上位機(jī)發(fā)送指令測(cè)溫度等待上位機(jī)發(fā)送指令測(cè)溫度溫度計(jì)算溫度計(jì)算計(jì)算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)計(jì)算結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)復(fù)位復(fù)位#ifndef__SHT11_H__#define__SHT11_H__/*************************SHT11相關(guān)命令**************************/#defineTEM_TEST 0x03//溫度檢測(cè)命令#defineREG_READ 0x07//讀寄存器#defineREG_WRITE 0x06//寫寄存器#defineFUNCTION_SET 0x01//設(shè)置SHT11的工作精度為8位/濕度12位溫度/**************************SHT11端口定義***************************/sbitSHT11_DATA=P2^0;sbitSHT11_SCK=P2^2;ucharflag_tempeture=0;//顯示溫度位置的標(biāo)志ucharcodestr1[]={0x10,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06,0x00};//溫度圖標(biāo)ucharcodestr6_sht11[]="%RH";ucharcodestr2_sht11[]="temp=";ucharcodestr7_sht11[]="";//清除沒(méi)不要的顯示/***************************函數(shù)名稱:Delay()函數(shù)功能:SHT11內(nèi)部延時(shí)****************************/voidDelay(){;}/***************************函數(shù)名稱:Delay_Ms()函數(shù)功能:SHT11檢測(cè)等待延時(shí)函數(shù)說(shuō)明:11ms/55ms/210ms分別對(duì)應(yīng)8位/12位/14位測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)的形參為N則延時(shí)Nms****************************/voidDelay_Ms(uintms){ uinti,j; for(i=ms;i>0;i--) for(j=112;j>0;j--);}/**************************函數(shù)功能:SHT11啟動(dòng)時(shí)序***************************/voidSHT11_Start(){ SHT11_SCK=1; SHT11_DATA=1; Delay(); SHT11_DATA=0; Delay(); SHT11_SCK=0; Delay(); SHT11_SCK=1; Delay(); SHT11_DATA=1;}/******************************函數(shù)名稱：SHT11_Sendbyte(uchardat)函數(shù)功能:向SHT11發(fā)送8bite數(shù)據(jù)******************************/voidSHT11_Sendbyte(uchardat){ uchari; SHT11_SCK=0; Delay(); for(i=0;i<8;i++) { if(dat&0x80) { SHT11_DATA=1; Delay(); } else { SHT11_DATA=0; Delay(); } dat=dat<<1; SHT11_SCK=1; Delay(); SHT11_SCK=0; }}/*********************************函數(shù)名稱SHT11_Answer()：函數(shù)功能:檢測(cè)SHT11的響應(yīng)信號(hào)(在第九個(gè)時(shí)鐘周期)***********************************/voidSHT11_Answer(){ SHT11_SCK=1; Delay(); while(SHT11_DATA==1); SHT11_SCK=0; SHT11_DATA=1;}/************************************函數(shù)名稱：SHT11_Test_Finish()函數(shù)功能:檢測(cè)SHT11溫度檢測(cè)是否完畢*************************************/voidSHT11_Test_Finish(){ while(SHT11_DATA==1);}/************************************函數(shù)名稱：SHT11_Receivebyte()函數(shù)功能:從SHT11接收8bite數(shù)據(jù)*************************************/ucharSHT11_Receivebyte(){ uchari; uchardat; SHT11_SCK=0; Delay(); for(i=0;i<8;i++) { SHT11_SCK=1; Delay(); dat=dat<<1; if(SHT11_DATA) { dat=dat|0x01; Delay(); } else { dat=dat&0xfe; Delay(); } SHT11_SCK=0; Delay(); } SHT11_DATA=1;//釋放數(shù)據(jù)總線 return(dat); }/***********************************函數(shù)名稱：MCU_Answer()函數(shù)功能:單片機(jī)向SHT11發(fā)送應(yīng)答信號(hào)***********************