定的电路复杂度和成本。
案二:采用数字温湿度传感器。现在使用的都是集成化电路,大批量生产,数字温湿度传感器成本比较低。而且它输出的是数字信号,信号可以直接送给单片机处理,使用方便。
基于以上对比,我们采用方案二的数字温湿度传感器,市场上的数字温湿度传感器在4元左右,相对那些集成的模拟传感器的价格来说,这方面也是我们采用它的一个重要原因;其次就是它的使用方便,只需要给数字温湿度传感器供电,在数据段输出端外接上拉电阻,数字温湿度传感器就会正常工作,其数据段输出的数据可以直接送给我们的单片机处理,然后由显示模块显示温度与湿度。 2.2 系统总体设计要求
本系统是用做家居室内温湿度监测报警使用的,所以对于室内的温度湿度传感器要实时精确监测。不同季节对室内温度与湿度要求不一样,设置温度与湿度的上下限也不一样。对于显示模块,在实际电路测试过程中要多次调节显示对比度,尽量使液晶显示达到一定的标准。对于蜂鸣器报警模块要求很简单,只要蜂鸣器报警响亮就可以了。GSM模块与单片机通信这个环节的要求是特别严格的,硬件做好之后就要用一定的算法去实现它们的实时通信。当然软件设计一定要保证它的可读性,模块化。为了测试的需要,系统要求测试的每一步都要有LED指示灯。所以对系统的总体设计要求如下:
1.温湿度传感器监测温度和湿度灵敏度高
2.可设置温湿度的标准范围即温湿度的上下限
3.液晶显示清晰度很高
4.蜂鸣器报警响亮
5.GSM模块与单片机通信接口接触良好
6.软件流程图美观明了
7.软件模块化,注释详细可读
8.测试的每一步都要有LED指示灯
第3章 系统硬件的设计 3.1 主控模块
一个单片机最小系统,需要保证主控芯片能够供电,所以也就要有一个很好的电源模块,本设计采用直流5V 的电源,SW0为自锁开关,控制着整个系统的能源,自锁开关的自锁键未按下时连接的是一边,电路未导通;当按下自锁键后连接的是另一边,电路导通。连接电路时中间的引脚一般都选择接入VCC。电源模块中有一个电源LED指示灯,LED是电流型器件,电路中R1将电压转换成电流,
6
当自锁开关按下,LED导通发光。C1是滤波电容,它是有极性的电解电容。Y1是11.0592M的晶振,这数值在延时,定时,中断的函数中比12M的晶振要精确的多。crystal晶振是一种无源晶振,它利用的是石英压电效应产生的振荡波。C2与 C3是滤波电容,保证产生的振荡波不失真。SW1是复位模块的轻触开关按键,向开关进行施压,可以实现开启、关闭的功能。当撤销施压的时候,四脚轻触开关就会被关闭,其四脚轻触开关内部结构都是依靠金属弹片来保护受力情况,实现接通、断开,价格便宜,使用方便。C4也是一个有极性的电解电容,在电路中起到滤波作用。R2与R3是分压电阻,控制R2的两端电压。当系统在运行时,RST处于5V电压,当按下SW1时,RST处的电压是R2的两端电压,大约0.45mv,此时系统程序就会从起点运行。系统的主控模块设计如图3.1。
图3.1
3.2 DHT11传感器模块设计 3.2.1 DHT11传感器简介
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。它有4个引脚,1号引脚VCC,4号引脚GND,
7
2号引脚数据输出端,3号引脚是NC。 3.2.2 DHT11传感器模块电路设计
在前面的方案论证中已经提到,DHT11数字温湿度传感器使用方便,保证其供电,然后在输出端口外接上拉电阻R9即可保证它的正常工作。关于上拉电阻的取值问题,在DHT11中文数据手册接口说明中建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻,在这里我们选择了接近5K的电阻,4.7K的阻值。其中3号引脚是NC引脚,悬空,在制作PCB原理图时,为了防止检测误判,就在此处放置没有ERC(Electrical Rule Check)标志,编译时不检测该引脚。在中文数据手册中建议电源引脚VDD与GND之间可增加一个100nF电容C10,用以去耦滤波。所以设计电路如图3.2.2所示。
图3.2.2
3.2 GSM模块
GSM模块是网购的模块,其实物图如图3.2所示,主要包括RS232串口,耳机和麦克风,ADC和LCD显示接口,串口控制和PKEY引出接口,PIO和STATUS引出接口,SMA天线接口和天线等部分。
.
8
图3.2
其内部的电路原理图如图3.2.1所示,包括串口模块,SIM900模块等。
图3.2.1
3.3 串口模块
MAX232是专门为通信接口设计的驱动器或者接收器,成本低,通信速率高,
电路设计简单,只需要给芯片供电,接上VCC和GND,然后给芯片如图3.3接上0.1uf的电容C5,C6,C7,C8,C8,C9,在这我们使用的是瓷片电容,在电路中起到滤波抗干扰的作用。DB1是串口母头,使用的HL340内置芯片,驱动CH340,通过6和8引脚,接到MAX232,再由MAX232的9号和10号引脚接到STC89C52主
9
控芯片的P30和P31,通过连接通信接口实现GSM模块间接与单片机通信。
图3.3
3.4 键盘模块
键盘模块使用的是4*4的轻触按键开关,成本低,使用方便,但是在按下与弹起都有一定时间间隔,所以在程序设计过程中要有消抖过程。键盘模块与STC89C52的引脚连接如图3.4所示。再未按下按键,P24,P25,P26都是VCC,高电平;当按下后,与地相连,为低电平。单片机就是通过检测引脚电平状态来
10