AT32UC3A0512無線傳輸?shù)臏貪穸葯z測(cè)儀設(shè)計(jì)

黃小東，習(xí)友寶

（電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，成都 611731）

引 言

作為兩個(gè)比較重要的物理量，溫度和濕度在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、倉(cāng)庫(kù)管理、日常生活等方面都需要進(jìn)行精確的測(cè)量。由于傳感器技術(shù)的發(fā)展，溫濕度測(cè)量技術(shù)也正朝著微型化、智能化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。Atmel公司推出的AT32UC3A0512是一款基于AVR32UC RISC處理器核的32位SoC微控制器，專注于低功耗、高代碼密度、高性能、低成本等方面的應(yīng)用。本檢測(cè)儀基于AT32U C3A0512微控制器，具有功耗低、便攜、使用方便等特點(diǎn)。

1 檢測(cè)儀硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本檢測(cè)儀主要包括電源、主控制電路、溫濕度采集電路、LCD顯示電路、ZigBee發(fā)送電路等幾個(gè)部分，檢測(cè)儀硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 檢測(cè)儀硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

溫濕度采集電路采集環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送到主控制電路，AT32UC3A0512作為主控制電路的微控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，AT32UC3A0512將處理后的數(shù)據(jù)送到LCD上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并可通過ZigBee發(fā)送電路發(fā)送數(shù)據(jù)。

1.1 電源設(shè)計(jì)

本檢測(cè)儀的供電電源為7.2V的可充電電池，通過穩(wěn)壓芯片AMS1117－3.3轉(zhuǎn)換成3.3V電壓為檢測(cè)儀供電，電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路

1.2 主控制電路設(shè)計(jì)

AT32UC3A0512是一款高性能、低功耗的32位SoC微控制器，在對(duì)性價(jià)比敏感的嵌入式應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。其內(nèi)部集成了GPIO、多層次的總線系統(tǒng)、512KB高速Flash、64KB高速可全速單周期訪問的SRAM、USB 2.0控制器與接口、以太網(wǎng) MAC 10／100Mbps接口、同步串行協(xié)議控制器、通用同步／異步收發(fā)器（USART）、16位PWM控制器、10位高性能ADC、16位音頻比特流DAC等許多常用電路和模塊，大大簡(jiǎn)化了外圍電路設(shè)計(jì)，性能也有較大提高。主控制電路以AT32UC3A0512為核心，其外圍電路主要有晶振電路和按鍵復(fù)位電路。晶振電路為AT32UC3A0512提供振蕩源，按鍵復(fù)位電路中當(dāng)按鍵被按下時(shí)進(jìn)行上電復(fù)位，AT32UC3A0512的工作頻率可達(dá)66MHz。

1.3 溫濕度采集電路設(shè)計(jì)

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器含有已校準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)輸出，包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、性價(jià)比高等特點(diǎn)，在醫(yī)療、消費(fèi)電子、氣象、自動(dòng)控制等領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用。DHT11采用單總線技術(shù)，與微控制器接口簡(jiǎn)單，溫濕度采集電路如圖3所示。

DHT11溫濕度測(cè)量分辨率為8位，數(shù)據(jù)分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40位，具體數(shù)據(jù)格式為：

8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)＋8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)＋8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)＋8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)＋8位校驗(yàn)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)等于“8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)＋8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)＋8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)＋8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。

圖3 溫濕度采集電路

1.4 LCD顯示電路設(shè)計(jì)

本檢測(cè)儀采用圖形點(diǎn)陣液晶顯示器TG12864E進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，TG12864E主要由行／列驅(qū)動(dòng)器和128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可以進(jìn)行圖形顯示。進(jìn)行漢字顯示時(shí)，每個(gè)漢字為16×16點(diǎn)陣，可以顯示4行8列。為了減小功耗，采用串口接線工作方式，LCD顯示電路如圖4所示。

圖4 LCD顯示電路

1.5 ZigBee發(fā)送電路設(shè)計(jì)

AT86RF212是一款專為低成本的IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)ZigBee技術(shù)、6LoWPAN技術(shù)與高數(shù)據(jù)傳輸速率的ISM應(yīng)用而設(shè)計(jì)的低功耗、低電壓700／800／900MHz頻段收發(fā)器，提供了天線和微控制器之間的完整無線電接口。

利用AT86RF212設(shè)計(jì)的ZigBee發(fā)送電路如圖5所示。平衡／不平衡轉(zhuǎn)換器0900BL18B100用于將50Ω單端RF輸入阻抗轉(zhuǎn)換成100ΩRF端口差分輸入阻抗，C1與C2提供RF輸入的交流耦合，微控制器通過SPI接口與其通信。數(shù)據(jù)先在微控制器中產(chǎn)生PHY字節(jié)頭（PHR）和PHY服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU），然后通過SPI接口傳輸?shù)紸T86RF212的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)并自動(dòng)加上同步頭SHR，接著使AT86RF212處于發(fā)送狀態(tài)，最后通過天線將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。SLP＿TR引腳主要使AT86RF212芯片工作于睡眠、發(fā)送或接收狀態(tài)；串行時(shí)鐘線SCLK引腳、主機(jī)輸入／從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO引腳、主機(jī)輸出／從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI引腳、低電平有效的從機(jī)選擇引腳，這4個(gè)引腳為SPI接口；DVSS為數(shù)字接地端。

2 檢測(cè)儀軟件設(shè)計(jì)

本檢測(cè)儀的軟件開發(fā)工具為AVR Studio 5，使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。AVR Studio 5是Atmel公司最新開發(fā)的針對(duì)AVR單片機(jī)的集成開發(fā)環(huán)境，在AVR Studio 4的基礎(chǔ)上增加了對(duì)32位微控制器軟件開發(fā)的支持，功能更強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，使用方便。

進(jìn)行檢測(cè)儀軟件開發(fā)時(shí)，采用模塊化的編程方法，主要分為主程序、溫濕度采集子程序、LCD液晶顯示子程序、ZigBee發(fā)送子程序等幾個(gè)部分。溫濕度采集子程序是檢測(cè)儀軟件開發(fā)的關(guān)鍵部分，主要有DHT11初始化函數(shù)、DHT11與AT32UC3A0512通信函數(shù)、DHT11數(shù)據(jù)讀取函數(shù)等。由于接收到的數(shù)據(jù)的每一個(gè)字節(jié)的位為由低位到高位，每一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)需要反序。DHT11與AT32UC3A0512通信函數(shù)、DHT11數(shù)據(jù)讀取函數(shù)的程序代碼如下：

圖5 ZigBee發(fā)送電路

3 總 結(jié)

本文介紹了一種基于AT32UC3A0512單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具有體積小、功耗低等特點(diǎn)，在實(shí)際使用時(shí)得到了較好的效果。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮了低功耗和便攜的要求，采用3.3V低電壓供電，并對(duì)電源進(jìn)行了一定的管理。本檢測(cè)儀可以應(yīng)用于蠶室、病房、養(yǎng)殖廠等多種環(huán)境。

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