基于Si4432的温湿度采集电路设计与实现毕业设计.docx

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基于Si4432的温湿度采集电路设计与实现毕业设计

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信息工程学院本科毕业论文

题目

基于Si4432的温湿度采集电路设计与实现

诚信承诺

我谨在此承诺：

本人所写的毕业论文《高灵敏度授时信号接收系统》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人（签名）：

年月日

摘要

温湿度的自动测量和显示记录是工厂的一项常规监测项目。

以往的人工采集数据占用人力资源，可靠性低，容易发生差错已经不适应工业化生产的要求了。

一般的温湿度采集系统数据显示单调，缺乏支持各种PLC的通讯端口，而且温湿度采集模块布线繁琐且受原有车间布局的约束。

本文采用目前应用广泛的ARM系列微处理器ATMEGA48作为平台的核心构建系统。

发射板：

温湿度采集器以ATMEGA88作为主控制芯片，采用数字温湿度传感器芯片SHTl0采集外界温湿度值。

然后通过无线射频收发器SI4432将数据发送到发射板。

接收板：

以ATMEGA88作为主控制芯片使无线射频收发器SI4432所接收到的温湿度的数据显示在LCD1602显示屏上，省去了冗长且铺设不便的通讯电缆。

本项目的硬件设计任务包括：

设计目标，主机以及温湿度采集模块的器件选型以及原理图设计，PCB板的设计指示，测试以及调试。

关键词：

ATMEGA48；SHT10；SI4432；LCD1602

ABSTRACT

Theautomatic-measureandtherecordsdisplayoftemperatureandhumidityisoneoftheconventionalmonitoringprojectsinthefactory.Inthepast,peoplecollecteddatathemselves.Inthisway,itneededmuchhumanresourcewithlowreliability.Ofcourseerroriseasytohappen.Sothiswaywasnotfittotherequirementsofindustrialproduction.Generaltemperatureandhumiditycollectionsystemdisplaydatamonotonousandshortofhistorydata.Manyofthesesystemsalsodon’tsupportthecommunicationwithmostofPLC.Furthermore,temperatureandhumiditycollectionmoduleisdifficulttolayoutastoomanylines．Itisrestrictedbytheplacementofplantalso．

ThispaperutilizesARMmicro-processor‘ATMEGA48’asthecoreoftheplatformtobuildupsystem,whichisappliedwidelyatpresent.Transmitterboard:

temperatureandhumidityloggerATMEGA88asthemaincontrolchip,digitaltemperatureandhumiditythesensorchipSHTl0acquisitionoutsidetemperatureandhumidityvalu​ed.ThenthroughtheradiofrequencytransceiverSI4432datawillbesenttolaunchplate.Receivingplate:

ATMEGA88thewirelessRFtransceiverastheprimarycontrolchipSI4432receivedbythetemperatureandhumiditydataLCD1602display,eliminatingthealengthyandlayinginconveniencecommunicationcable.

Thehardwaredesigntasksoftheprojectinclude:

designgoals,thehost,aswellastemperatureandhumidityacquisitionmoduledeviceselectionandschematicdesign,PCBboarddesigninstructions,testing,anddebugging.

Keywords：

ATMEGA48；SHT10；SI4432；LCD1602

1引言

温度和湿度与工农业及人民的普通生活有着密切联系。

比如仓库储藏的食品，农作物的生长等都会受温湿度变化的影响；工业中精密仪器，半导体器材都会因温湿度值过大而性能降低。

随着人们生活水平的越来越高，对室内的温湿度实时监控要求也越来越高。

所以，对温湿度采集的研究具有促进生产进步、农业丰收、提高人民生活质量的现实意义。

温湿度测量是现代测量新发展出来的一个领域，尤其湿度的测量更是不断前进。

经历了长度法、干湿法直至今天的电测量的历程，使湿度测量技术日渐成熟。

时至今日，由于我们不再满足于温湿度的测量，尤其是一些场所的监控直接要求实时记录其全过程温湿度变化，并依据这些变化认定储运过程的安全性，导致了新的温湿度测量仪器——温湿度记录仪的诞生。

温湿度记录仪是将温湿度参数进行测量并按照预定的时间间隔将其储存在内部存储器中，在完成记录功能后将其联接到PC机。

随着需求的提高,对数据采集的要求也越来越严格。

作为获取信息最直接、最基础的方式,数据采集技术水平的高低已成为衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一。

数据采集器利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制,直接应用于与测量和控制密切联系的领域,其性能好坏直接影响到系统的最终性能。

我查找出了一些案例是用ZigBee无线技术，ZigBee是一种近距离、低繁琐度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。

主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

案列：

采用ZigBee技术提出一种无线传感器系统方案，设计并实现ZigBee的无线数据传输，采用首个符合ZigBee标准的CC2430射频芯片作为传感器节点的数据采集。

在IAR开发环境下编写和编译传感器节点程序，实现了无线传感器网络采集温湿度信号及传感器节点之间的数据传输功能.

虽然国内外探测温湿度的仪器已是种类繁多，各式各样，但用于各种场合的需要，及其对探测成本的限定，使得有些场合仍不能有一套属于自身的温度探测系统。

因此我选择了基于Si4432的温湿度采集电路设计与实现作为毕业设计的课题。

测量板采集SHT10温湿度传感器数据，通过Si4432无线模块发送到接收板上，接收板接收到温湿度数据后，通过液晶屏显示。

2概述

2.1无线温湿度采集概述

无线温湿度采集系统是一种基于射频技术的无线温湿度检测装置，其工作原理：

系统由发射板和接收板，以及显示芯片组成。

发射板部分由数字温湿度度传感器芯片SHT10，单片机ATMEGA48，无线射频芯片SI4432等组成。

发射板采用电源供电，接收板接收来自发射板的温湿度数据，经过处理、保存后在LCD1602上显示。

单片机对SI4432的对外接口进行SPI读写操作，以此来控制SI4432的工作模式以及相关收发数据的操作，从而完成无线数据传输。

SI4432

温湿度M433MHZM

传感器C无线发射无线接收C液晶显示

电源U电源U

采集模块接收模块

图2-1无线温湿度采集原理框图

2.1.1ARM的结构和发展趋势

①RISC体系结构优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令：

将指令长度固定，指令格式和寻找方式种类减少：

以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等措施来达到上述目的。

到目前为止，RISC体系结构也还没有严格的定义，一般认为，RISC体系结构应具有如下特点：

采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种；使用单周期指令，便于流水线操作执行；大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载／存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。

②ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括：

31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。

6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。

同时，ARM处理器又有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。

即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0～R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器。

在所有的寄存器中，有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。

③ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集：

ARM指令集和Thumb指令集。

其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。

Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30%～40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。

2.1.2RF射频通讯的发展及现状

射频（简称RF）射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。

每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。

射频技术在无线通信领域具有广泛的、不可替代的作用。

有线电视系统就是采用射频传输方式的。

在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交叉的电磁场，称为电磁波。

在电磁波频率低于lOOkhz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，在电磁波频率高于lOOkhz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波成为射频，英文缩写：

RF。

将电信息源（模拟或数字的）用高频电流进行调制（调幅或调频），形成射频信号，经过天线发射到空中；远距离将射频信号接收后进行反调制，还原成电信息源，这一过程称为无线传输。

无线传输发展了近二百年，形成了大量的用户和产品群，但是，由于气候的变化和地表障碍物的影响，不能传输完美的信息。

近代人类发明了廉价的高频传输线缆（射频线），为了追求完美的信息传输质量，兼顾原有的无线设备，无线方式有线传输开始流行。

产生了射频传输这一概念。

如果信息源经过二次调制，用线缆传输到对端，对端用反调制将信息源还原后再应用，不管频率多低，也是射频传输方式，如果没有调制反调制过程，只是将信息源用线缆传送到对端直接使用，不管频率有多高，都是一般的有线传输方式。

射频技术在现代科技领域内有着极为广泛的应用，与人们的生活息息相关。

手机，蓝牙设备，无线路由器，无线网卡，电子标签（公交IC卡）等等都时刻影响着我们的生产和生活。

给人们的生活带来便利的同时，射频技术自身也在不断发展完善，以适应新的市场及技术需求。

2.1.3温湿度传感器在物联网和消费电