沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）
图3.3 复位电路
在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。在刚开机时，这时按键没有按下，电容充电，在这充电过程中电容两端的电压从0V迅速上升到5V，这时10K电阻的两端电压从5V下降到0V，所以在刚开机时，10K电阻两端电压还没有下降到2.5V以前，RES管脚为高电平，完成开机复位，电容充满电后，10K电阻两端电压始终接近为0V，单片机RES管脚就始终为低电平。
按下按键时，此时相当于1K电阻和充好电的电容组成了一个回路，电容将瞬间放电，随着电容两端的电压减小，10K电阻两端的电压逐渐增大，当达到2.5V时，单片机RES管脚就为高电平，完成对单片机的复位。而后电容开始充电，10K电阻两端电压下降，RES管脚变回低电平，如需再次复位，则再次按下按键即可。
3.2 温湿度采集电路
3.2.1 温湿度传感器简介
本设计的温度采集和湿度采集选用DHT11温湿度传感器完成采集。DHT11数字温
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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。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择，产品为4 针单排引脚封装。图3.4为DHT11器件图。
图3.4 DHT11
DATA 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零。操作流程如下:
一次完整的数据传输为40bit,高位先出。
数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和
数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。
用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据。从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集，采集数据后转换到低
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速模式。
总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1。如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,则检查线路是否连接正常。当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。图3.5为数字0信号表示方法。图3.6为数字1信号表示方法。
图3.5 数字0信号表示方法
图3.6 数字1信号表示方法
3.2.2 电路设计
DHT11温湿度传感器一共有四个管脚，DHT11的供电电压为3－5.5V，传感器上电后，要等待1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。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。由于本设计中DHT11温湿度传感器的连接线短于20米，所以选用4.7K的上拉电阻。传感器的VCC端接5V电源，DATA端连接单片机的P1.2管脚，这样DHT11采集到的数据就可以通过P1.2管脚传送到单片机里，单片机读出数据，再进行后续的显示和发射。在传感器的DATA端和单片机的P1.2口的连线上接4.7K上拉电阻连接到电源，传感器的NC端悬空，GND端接地，这样，温湿度采集电路就设计完成了。DHT11温湿度传感器的引脚说明如表3.1所示。温湿度采集电路如图3.7所示。
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表3.1 DHT11温湿度传感器的引脚说明
Pin 1 2 3 4 名称 VDD DATA NC GND 注释 供电3-5.5VDC 串行数据单总线 空脚，请悬空 接地，电源负极
图3.7 温湿度采集电路
其内部采集工作原理是利用电阻式的湿敏元件和NTC感温元件分别对湿度和温度进行采集。电阻式湿敏元件主要使用高分子固体电解质材料作为感湿膜，由于膜中存在可动离子而产生导电性，随着湿度的增大，其电离作用增强，便可动离子的浓度增大，电极间的阻值减小，当湿度减小时，电离作用也相应减弱，可动离子的浓度也减小，电极间的电阻值增大，这样，湿敏元件对水分子的吸附和释放情况，可通过电极间电阻值的变化检测出来，从而得到相应的湿度值。NTC感温元件是一种热敏电阻，温度越高热敏电阻阻值越小，温度越低热敏电阻阻值越大，从而通过对电阻值得变化检测出响应的温度值。当单片机通过DATA管脚给出开始采集信号，DHT11等待主机开始信号结束后发出响应信号，并送出40bit的数据，每1bit数据都以50us低电平时隙开始，高电平的长短决定是0还是1，当响应完成后DHT11进入空闲状态，等待主机下一次的开始信号。
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3.3 光照强度采集电路
3.3.1 光照强度传感器简介
光照强度采集电路采用数字量输出的光照强度传感器BH1750FVI完成。不区分光源数字型环境光强度传感器BH1750FVI是日本RHOM株式会社近些年推出的一种两线式串行总线接口的集成电路，可以根据收集的光线强度数据来进行环境监测，其具有1～65 535 lx的高分辨率，可支持较大范围的光照强度变化。其内部是利用一个光敏二极管作为一个感光元件，光照强度不同，通过光敏二极管的光电流不同，再经过后面的集成运放，将变化的电流转变为变化的电压，经过模数转换器后就可以将采集的光照强度的数字量的值输出给单片机。BH1750FVI光照强度传感器外形如图3.8所示。
图3.8 BH1750FVI光照强度传感器
BH1750FVI光照强度传感器是I2C总线接口，光源的依赖性不大的传感器，光谱的范围是人眼相近，无需任何外部零件。BH1750FVI可以改变传感器的灵敏度，通过函数可以消除光学窗口的影响（有无光学窗口的差异）：通过改变测量时间来调整。例如：当光学窗口的传输速率变为50%时（如果设置光学窗口，测量结果可以变为0.5倍）。将传感器灵敏度从默认状态改变为2倍时，光学窗口的影响便可以忽略。 通过改变MG寄存器（时间测量寄存器）的值可以改变传感器的灵敏度。如果希望传感器的灵敏度是原来的2倍，则MG寄存器的值需设置为2倍。当MT寄存器值设置为2倍时，则测量时间需设置为原来的2倍。BH1750FVI主要应用于手机，LCD，TV,PC,便携式游戏机，数码相机，数码摄像机，车载导航，PDA,LCD显示。
3.3.2 电路设计
BH1750FVI光照强度传感器有五个管脚，其SCL管脚和SDA管脚分别和单片机的
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