AT32UC3A0512無線傳輸的溫濕度檢測儀設計

黃小東，習友寶

（電子科技大學 電子工程學院，成都 611731）

引 言

作為兩個比較重要的物理量，溫度和濕度在科學研究、工農業生產、倉庫管理、日常生活等方面都需要進行精確的測量。由于傳感器技術的發展，溫濕度測量技術也正朝著微型化、智能化、系統化的方向發展。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、低成本等方面的應用。本檢測儀基于AT32U C3A0512微控制器，具有功耗低、便攜、使用方便等特點。

1 檢測儀硬件系統設計

本檢測儀主要包括電源、主控制電路、溫濕度采集電路、LCD顯示電路、ZigBee發送電路等幾個部分，檢測儀硬件系統結構框圖如圖1所示。

圖1 檢測儀硬件系統結構框圖

溫濕度采集電路采集環境的溫濕度數據，并將數據送到主控制電路，AT32UC3A0512作為主控制電路的微控制器對數據進行處理，AT32UC3A0512將處理后的數據送到LCD上進行實時顯示，并可通過ZigBee發送電路發送數據。

1.1 電源設計

本檢測儀的供電電源為7.2V的可充電電池，通過穩壓芯片AMS1117－3.3轉換成3.3V電壓為檢測儀供電，電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路

1.2 主控制電路設計

AT32UC3A0512是一款高性能、低功耗的32位SoC微控制器，在對性價比敏感的嵌入式應用中具有明顯優勢。其內部集成了GPIO、多層次的總線系統、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 MAC 10／100Mbps接口、同步串行協議控制器、通用同步／異步收發器（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，大大簡化了外圍電路設計，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位電路。晶振電路為AT32UC3A0512提供振蕩源，按鍵復位電路中當按鍵被按下時進行上電復位，AT32UC3A0512的工作頻率可達66MHz。

1.3 溫濕度采集電路設計

DHT11數字溫濕度傳感器含有已校準的數字信號輸出，包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，具有功耗低、抗干擾能力強、穩定性好、性價比高等特點，在醫療、消費電子、氣象、自動控制等領域有較廣泛的應用。DHT11采用單總線技術，與微控制器接口簡單，溫濕度采集電路如圖3所示。

DHT11溫濕度測量分辨率為8位，數據分為整數部分和小數部分，一次完整的數據傳輸為40位，具體數據格式為：

8位濕度整數數據＋8位濕度小數數據＋8位溫度整數數據＋8位溫度小數數據＋8位校驗數據

數據傳送正確時，校驗數據等于“8位濕度整數數據＋8位濕度小數數據＋8位溫度整數數據＋8位溫度小數數據”所得結果的末8位。

圖3 溫濕度采集電路

1.4 LCD顯示電路設計

本檢測儀采用圖形點陣液晶顯示器TG12864E進行數據顯示，TG12864E主要由行／列驅動器和128×64全點陣液晶顯示器組成，可以進行圖形顯示。進行漢字顯示時，每個漢字為16×16點陣，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發送電路設計

AT86RF212是一款專為低成本的IEEE 802.15.4標準ZigBee技術、6LoWPAN技術與高數據傳輸速率的ISM應用而設計的低功耗、低電壓700／800／900MHz頻段收發器，提供了天線和微控制器之間的完整無線電接口。

利用AT86RF212設計的ZigBee發送電路如圖5所示。平衡／不平衡轉換器0900BL18B100用于將50Ω單端RF輸入阻抗轉換成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。數據先在微控制器中產生PHY字節頭（PHR）和PHY服務數據單元（PSDU），然后通過SPI接口傳輸到AT86RF212的數據緩沖區并自動加上同步頭SHR，接著使AT86RF212處于發送狀態，最后通過天線將數據發送出去。SLP＿TR引腳主要使AT86RF212芯片工作于睡眠、發送或接收狀態；串行時鐘線SCLK引腳、主機輸入／從機輸出數據線MISO引腳、主機輸出／從機輸入數據線MOSI引腳、低電平有效的從機選擇引腳，這4個引腳為SPI接口；DVSS為數字接地端。

2 檢測儀軟件設計

本檢測儀的軟件開發工具為AVR Studio 5，使用C語言進行編程。AVR Studio 5是Atmel公司最新開發的針對AVR單片機的集成開發環境，在AVR Studio 4的基礎上增加了對32位微控制器軟件開發的支持，功能更強，操作簡單，使用方便。

進行檢測儀軟件開發時，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發送子程序等幾個部分。溫濕度采集子程序是檢測儀軟件開發的關鍵部分，主要有DHT11初始化函數、DHT11與AT32UC3A0512通信函數、DHT11數據讀取函數等。由于接收到的數據的每一個字節的位為由低位到高位，每一個字節數據需要反序。DHT11與AT32UC3A0512通信函數、DHT11數據讀取函數的程序代碼如下：

圖5 ZigBee發送電路

3 總 結

本文介紹了一種基于AT32UC3A0512單片機的溫濕度檢測儀的設計與實現，具有體積小、功耗低等特點，在實際使用時得到了較好的效果。在設計時主要考慮了低功耗和便攜的要求，采用3.3V低電壓供電，并對電源進行了一定的管理。本檢測儀可以應用于蠶室、病房、養殖廠等多種環境。

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