AT32UC3A0512无线传输的温湿度检测仪设计

2012-09-25黄小东习友宝

单片机与嵌入式系统应用 2012年3期

黄小东，习友宝

（电子科技大学电子工程学院，成都 611731）

引言

作为两个比较重要的物理量，温度和湿度在科学研究、工农业生产、仓库管理、日常生活等方面都需要进行精确的测量。由于传感器技术的发展，温湿度测量技术也正朝着微型化、智能化、系统化的方向发展。Atmel公司推出的AT32UC3A0512是一款基于AVR32UC RISC处理器核的32位SoC微控制器，专注于低功耗、高代码密度、高性能、低成本等方面的应用。本检测仪基于AT32U C3A0512微控制器，具有功耗低、便携、使用方便等特点。

1 检测仪硬件系统设计

本检测仪主要包括电源、主控制电路、温湿度采集电路、LCD显示电路、ZigBee发送电路等几个部分，检测仪硬件系统结构框图如图1所示。

图1 检测仪硬件系统结构框图

温湿度采集电路采集环境的温湿度数据，并将数据送到主控制电路，AT32UC3A0512作为主控制电路的微控制器对数据进行处理，AT32UC3A0512将处理后的数据送到LCD上进行实时显示，并可通过ZigBee发送电路发送数据。

1.1 电源设计

本检测仪的供电电源为7.2V的可充电电池，通过稳压芯片AMS1117－3.3转换成3.3V电压为检测仪供电，电源电路如图2所示。

图2 电源电路

1.2 主控制电路设计

AT32UC3A0512是一款高性能、低功耗的32位SoC微控制器，在对性价比敏感的嵌入式应用中具有明显优势。其内部集成了GPIO、多层次的总线系统、512KB高速Flash、64KB高速可全速单周期访问的SRAM、USB 2.0控制器与接口、以太网 MAC 10／100Mbps接口、同步串行协议控制器、通用同步／异步收发器（USART）、16位PWM控制器、10位高性能ADC、16位音频比特流DAC等许多常用电路和模块，大大简化了外围电路设计，性能也有较大提高。主控制电路以AT32UC3A0512为核心，其外围电路主要有晶振电路和按键复位电路。晶振电路为AT32UC3A0512提供振荡源，按键复位电路中当按键被按下时进行上电复位，AT32UC3A0512的工作频率可达66MHz。

1.3 温湿度采集电路设计

DHT11数字温湿度传感器含有已校准的数字信号输出，包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，具有功耗低、抗干扰能力强、稳定性好、性价比高等特点，在医疗、消费电子、气象、自动控制等领域有较广泛的应用。DHT11采用单总线技术，与微控制器接口简单，温湿度采集电路如图3所示。

DHT11温湿度测量分辨率为8位，数据分为整数部分和小数部分，一次完整的数据传输为40位，具体数据格式为：

8位湿度整数数据＋8位湿度小数数据＋8位温度整数数据＋8位温度小数数据＋8位校验数据

数据传送正确时，校验数据等于“8位湿度整数数据＋8位湿度小数数据＋8位温度整数数据＋8位温度小数数据”所得结果的末8位。

图3 温湿度采集电路

1.4 LCD显示电路设计

本检测仪采用图形点阵液晶显示器TG12864E进行数据显示，TG12864E主要由行／列驱动器和128×64全点阵液晶显示器组成，可以进行图形显示。进行汉字显示时，每个汉字为16×16点阵，可以显示4行8列。为了减小功耗，采用串口接线工作方式，LCD显示电路如图4所示。

图4 LCD显示电路

1.5 ZigBee发送电路设计

AT86RF212是一款专为低成本的IEEE 802.15.4标准ZigBee技术、6LoWPAN技术与高数据传输速率的ISM应用而设计的低功耗、低电压700／800／900MHz频段收发器，提供了天线和微控制器之间的完整无线电接口。

利用AT86RF212设计的ZigBee发送电路如图5所示。平衡／不平衡转换器0900BL18B100用于将50Ω单端RF输入阻抗转换成100ΩRF端口差分输入阻抗，C1与C2提供RF输入的交流耦合，微控制器通过SPI接口与其通信。数据先在微控制器中产生PHY字节头（PHR）和PHY服务数据单元（PSDU），然后通过SPI接口传输到AT86RF212的数据缓冲区并自动加上同步头SHR，接着使AT86RF212处于发送状态，最后通过天线将数据发送出去。SLP＿TR引脚主要使AT86RF212芯片工作于睡眠、发送或接收状态；串行时钟线SCLK引脚、主机输入／从机输出数据线MISO引脚、主机输出／从机输入数据线MOSI引脚、低电平有效的从机选择引脚，这4个引脚为SPI接口；DVSS为数字接地端。

2 检测仪软件设计

本检测仪的软件开发工具为AVR Studio 5，使用C语言进行编程。AVR Studio 5是Atmel公司最新开发的针对AVR单片机的集成开发环境，在AVR Studio 4的基础上增加了对32位微控制器软件开发的支持，功能更强，操作简单，使用方便。

进行检测仪软件开发时，采用模块化的编程方法，主要分为主程序、温湿度采集子程序、LCD液晶显示子程序、ZigBee发送子程序等几个部分。温湿度采集子程序是检测仪软件开发的关键部分，主要有DHT11初始化函数、DHT11与AT32UC3A0512通信函数、DHT11数据读取函数等。由于接收到的数据的每一个字节的位为由低位到高位，每一个字节数据需要反序。DHT11与AT32UC3A0512通信函数、DHT11数据读取函数的程序代码如下：