基于單片機(jī)的室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)的研究

1、編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目：基于單片機(jī)的室內(nèi)智能通風(fēng)基于單片機(jī)的室內(nèi)智能通風(fēng) 控制系統(tǒng)的研究控制系統(tǒng)的研究 摘 要 單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用給現(xiàn)代測(cè)控領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化均 離不開(kāi)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和使用。本文介紹的是基于單片機(jī)的室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是溫度、濕度、光強(qiáng)度以及風(fēng)速的檢測(cè)與控制系統(tǒng)中輸出電路的 實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的組成包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)；參數(shù)檢測(cè)模塊（溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、光 強(qiáng)度檢測(cè)、風(fēng)速檢測(cè)） ；鍵盤(pán)輸入模塊；報(bào)警電路；LCD 顯示電路；輸出電路。本文重 點(diǎn)對(duì)測(cè)控硬件、軟件的組成進(jìn)行了分項(xiàng)、模塊化逐步設(shè)計(jì)分析，同時(shí)對(duì)各個(gè)模塊主要 元器件的選擇進(jìn)行了方

2、案論證，最終完成了該系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)。 本文所介紹是以 ATmega32L 單片機(jī)為主控芯片的室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可 以實(shí)現(xiàn)的功能是由單片機(jī)中的控制程序來(lái)控制參數(shù)采集模塊，實(shí)時(shí)將采集回的數(shù)據(jù)進(jìn) 行相應(yīng)的處理（數(shù)字信號(hào)可直接傳送給單片機(jī)，模擬電壓信號(hào)則需通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的 AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再傳送給單片機(jī)） ，通過(guò) LCD 液晶顯示屏精確地記錄、顯示 出來(lái)。同時(shí)，將處理后的信號(hào)與設(shè)定的限制值相比對(duì)，如果它不在設(shè)定的閾值內(nèi)，系 統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，與此同時(shí)發(fā)出指令控制室內(nèi)相關(guān)通風(fēng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)影響室 內(nèi)空氣質(zhì)量的參數(shù)的控制，改善人們的家居環(huán)境。 本系統(tǒng)線路簡(jiǎn)單，成本低，不僅測(cè)量精

3、確，還可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。由于含有鍵盤(pán)輸 入電路，操作者可以通過(guò)鍵盤(pán)向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或者置入必要的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)操 作簡(jiǎn)單，具有較高的實(shí)用價(jià)值。系統(tǒng)的軟件部分應(yīng)用 C 語(yǔ)言編程設(shè)計(jì)完成，硬件經(jīng)過(guò) 運(yùn)行與調(diào)試，可達(dá)到預(yù)期的效果。 關(guān)鍵詞：智能通風(fēng)；控制系統(tǒng)；溫濕度測(cè)量；ATmega32L Abstract Application of single-chip microcomputer system has brought a new revolution to the modern measurement and control field. Neither automation nor int

4、elligence can be separated from the development and usage of single-chip microcomputer. What this paper describes is the design of an indoor intelligent ventilation control system based on single-chip microcomputer. Main features of the design are the detection of temperature, humidity, light intens

5、ity and the speed of wind and implementation of the output circuit in control system. The system consists of: minimum single-chip system; parameter detection module (temperature monitoring, humidity testing, detection of light intensity, wind speed measurement), keyboard input module; alarm circuit;

6、 LCD display circuit; output circuit. What this article focuses on is modular and step by step design analysis for the components of controlling hardware and software, and meanwhile verifies the selection of each of the main components of the module and finally finishes the hardware circuit design o

7、f the system. What is described in this article is an indoor intelligent ventilation control system which is mainly controlled by the ATmega32L single-chip microcomputer. The function that the system can achieve is to control the parameter collection module by the control program of microcontroller

8、chip and correspondingly process the collected data in real time (digital signal can directly transfers to single-chip microcomputer, while simulation voltage signal should be converted into digital signal by the AD conversion device in single-chip microcomputer and then be transmitted to the single

9、-chip microcomputer), and then recorded and displayed correctly by LCD display. At the same time, the processed signal is matched with the limit values, if it is not beyond the set threshold, the system will raise the alarm, meanwhile issues a signal which controls the indoor ventilation switches, t

10、hus achieving the control of parameters that affect indoor air quality and improving peoples residential environment. The line of the system is simple, and the cost is low, which can not only measure precisely, but also can achieve multi-point measurement. As keyboard input circuit is incorporated i

11、nto the system, the operator can send instructions to the system by using the keyboard or by placing some necessary data. The system operation is simple and is of relatively high practical value. Software section of the application system is programmed by using C language. After running and debuggin

12、g the hardware, the system can achieve a desired effect. Keywords: intelligent ventilation; control system; temperature and humidity measurement; ATmega32L 目 錄 1 緒論.1 1.1 課題研究背景、目的及其意義.1 1.2 課題研究主要內(nèi)容.1 1.3 本文的組織結(jié)構(gòu).2 2 室內(nèi)空氣品質(zhì)研究.3 2.1 國(guó)內(nèi)外在室內(nèi)通風(fēng)換氣方面的研究.3 2.1.1 國(guó)外建筑通風(fēng)經(jīng)驗(yàn).3 2.1.2 通風(fēng)換氣技術(shù)在我國(guó)住宅建筑中的應(yīng)用.3 2.2 我國(guó)

13、自然通風(fēng)研究應(yīng)用的發(fā)展方向.3 2.2.1 自然通風(fēng)的生態(tài)概念.3 2.2.2 自然通風(fēng)在國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用的發(fā)展方向.4 2.3 機(jī)械通風(fēng)是解決住宅室內(nèi)通風(fēng)的適宜方法.4 3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).5 3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).5 3.2 系統(tǒng)主要單元模塊方案選擇及論證.5 3.2.1 控制模塊主控元件的選擇論證.5 3.2.2 溫度濕度檢測(cè)模塊的選擇與論證.6 3.2.3 風(fēng)速檢測(cè)模塊的選擇與論證.6 3.2.4 光強(qiáng)檢測(cè)模塊的選擇與論證.6 3.2.5 顯示模塊的選擇與論證.7 3.2.6 輸入模塊的選擇與論證.7 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).8 4.1 主控電路.8 4.1.1 CPU 的選擇.8 4.1.2

14、 ATmega32L 芯片簡(jiǎn)介.9 4.1.3 ATmega32L 最小系統(tǒng)介紹.11 4.2 測(cè)量模塊.12 4.2.1 DS18B20 溫度傳感器基本性能介紹.12 4.2.2 DHT11 濕度傳感器基本性能介紹 .13 4.2.3 脈沖式風(fēng)速測(cè)量傳感器的工作原理以及檢測(cè)方法.14 4.2.4 GL5516 光敏電阻工作原理及接線圖 .15 4.3 12864 液晶顯示屏的基本性能介紹.16 4.3.1 12864 液晶顯示屏的接口信號(hào)說(shuō)明.16 4.3.2 12864 液晶顯示屏的指令集.17 4.4 電源模塊的設(shè)計(jì).18 4.5 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì).19 4.6 鍵盤(pán)輸入模塊的設(shè)計(jì).19

15、4.7 系統(tǒng)輸出模塊的設(shè)計(jì).20 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).22 5.1 主程序軟件流程.22 5.2 主要模塊軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明.23 5.2.1 溫度檢測(cè)模塊.23 5.2.2 濕度檢測(cè)模塊.23 5.2.3 顯示模塊.24 5.2.4 ADC 轉(zhuǎn)換模塊.26 6 軟硬件調(diào)試及系統(tǒng)抗干擾分析.28 6.1 硬件調(diào)試.28 6.1.1 線路、元件的檢查.28 6.1.2 調(diào)試中存在的問(wèn)題及其解決方案.28 6.2 軟件調(diào)試.28 6.3 系統(tǒng)抗干擾分析.29 6.3.1 硬件方面的抗干擾措施.29 6.3.2 軟件方面的抗干擾措施.30 6.4 本章小結(jié).30 7 總結(jié)展望.31 7.1 總結(jié).31 7.

16、2 展望.31 謝 辭.32 參考文獻(xiàn).33 附 錄.34 1緒論 1.1 課題研究背景、目的及其意義 近年來(lái)，隨著生活水平的提高，人們對(duì)家居環(huán)境的要求也越來(lái)越高。房屋通風(fēng)度、 溫濕度、光照度都是評(píng)價(jià)家居舒適度的重要因素，它們則主要是依靠通風(fēng)設(shè)備的開(kāi)關(guān) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家早已實(shí)現(xiàn)室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備的自動(dòng)化和智能化，但在我國(guó)相 對(duì)比較落后。我國(guó)絕大多數(shù)的住宅內(nèi)除了廚房和衛(wèi)生間有機(jī)械通風(fēng)排氣裝置外，居室 的通風(fēng)主要采取人工開(kāi)窗和電動(dòng)開(kāi)窗的方式。雖然我國(guó)的開(kāi)窗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)開(kāi)窗，但 是起主導(dǎo)作用的仍然是人的行為。再者，從節(jié)省能源的角度看，這些方式來(lái)是非常浪 費(fèi)的，與可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策相悖。因此，采

17、用有組織的通風(fēng)控制設(shè)備來(lái)維持良好 的室內(nèi)空氣品質(zhì)，越來(lái)越顯得必要。 鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一種基于 ATmega32L 單片機(jī)的室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)，該系 統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，不僅有效節(jié)能，更能使室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)更安全可靠、經(jīng) 濟(jì)地運(yùn)行，力求為人們提供更舒適方便的家居環(huán)境。 1.2 課題研究主要內(nèi)容 本問(wèn)所設(shè)計(jì)的室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)充分利用自然環(huán)境條件，通過(guò)對(duì)房屋室內(nèi)的 溫度、濕度、風(fēng)速、光照度的測(cè)量、比較、優(yōu)化，進(jìn)而控制通風(fēng)設(shè)備狀態(tài)，再配合空 調(diào)系統(tǒng)，同時(shí)操作系統(tǒng)、設(shè)定與修改系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)及空調(diào)的啟動(dòng)條件，達(dá)到智能調(diào) 節(jié)房屋室內(nèi)環(huán)境的目的。 該系統(tǒng)適用于多種場(chǎng)合，如使用中央空調(diào)的智能建筑(賓

18、館、大型寫(xiě)字樓等)、使用 家用空調(diào)的辦公室和住宅、無(wú)空調(diào)的辦公室等多種需要調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的場(chǎng)所。本控制 系統(tǒng)由控制器、通風(fēng)設(shè)備、自動(dòng)化窗和溫度、濕度、風(fēng)速、光照度等傳感器及軟件性 構(gòu)成，為二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖 1 . 1 所示。第一級(jí)為控制器，采集、處理各類(lèi) I/O 信號(hào)， 完成系統(tǒng)的控制功能；第二級(jí)為傳感器和各類(lèi)風(fēng)機(jī)等設(shè)備。兩級(jí)之間根據(jù)設(shè)備的不同 由 I/O 接口等實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理。 圖 1 . 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本文介紹的控制系統(tǒng)的重點(diǎn)內(nèi)容是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由 ATmega32L 單片機(jī)和若干個(gè)溫度傳感器和濕度傳感器、光強(qiáng)傳感器、風(fēng)速檢測(cè)儀、報(bào) 控制器 溫 度 傳 感 器 濕

19、 度 傳 感 器 光 強(qiáng) 檢 測(cè) 風(fēng) 速 檢 測(cè) 溫 度 傳 感 器 濕 度 傳 感 器 光 強(qiáng) 檢 測(cè) 風(fēng) 速 檢 測(cè) 加 熱 器 空 調(diào) 風(fēng) 機(jī) 警和電源電路等組成，可以對(duì)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，完成數(shù)據(jù)的采集與顯示。 1.3 本文的組織結(jié)構(gòu) 本文是圍繞室內(nèi)智能通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)過(guò)程展開(kāi)的。首先對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù) 采集及相關(guān)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，然后對(duì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。 整篇論文組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體的敘述，介紹了課題的背景、研究的意義及目的。 第二章：指出國(guó)內(nèi)大部分的建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量狀況堪憂。 第三章：對(duì)系統(tǒng)的主要模塊元器件的選擇進(jìn)行方案論證。 第四章：介紹了

20、系統(tǒng)硬件主要模塊的設(shè)計(jì)方案。 第五章：概述了系統(tǒng)主程序，同時(shí)對(duì)主要元器件的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體闡述。 第六章：介紹在調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決的方法，同時(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)抗干擾分 析。 第七章：總結(jié)了本文的設(shè)計(jì)成果，指出了本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中仍然存在的問(wèn)題以及 今后的研究方向。 2室內(nèi)空氣品質(zhì)研究 2.1 國(guó)內(nèi)外在室內(nèi)通風(fēng)換氣方面的研究 2.1.1 國(guó)外建筑通風(fēng)經(jīng)驗(yàn) 我們所知道的“密閉建筑綜合癥”的根本原因就是通風(fēng)不夠，因此國(guó)外大型建筑非 常強(qiáng)調(diào)通風(fēng)效果。但國(guó)外的建筑通風(fēng)也有一個(gè)從單純的溫度調(diào)節(jié)到空氣環(huán)境品質(zhì)綜合 改善的一個(gè)過(guò)程。起初，國(guó)外建筑的通風(fēng)量都很大，但隨著能源危機(jī)的影響，為了節(jié) 約能源，在公共建

21、筑的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中增加回風(fēng)量，降低新風(fēng)量裝置，很快又出現(xiàn)嚴(yán) 重的建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題，問(wèn)題暴露以后，人們又重新修訂新風(fēng)量的標(biāo)準(zhǔn)，這樣， 歐美國(guó)家才改善了建筑通風(fēng)效果。除了單體單戶低層住宅建筑以外，國(guó)外的多層和高 層集中住宅都依賴機(jī)械通風(fēng)。這與我國(guó)的情況恰成鮮明對(duì)比，國(guó)內(nèi)的高層公寓基本上 還是靠自然通風(fēng)。各家各戶自行安裝的空調(diào)產(chǎn)品，也大多沒(méi)有通風(fēng)功能，只能調(diào)節(jié)室 內(nèi)空氣溫度和濕度。而在國(guó)外，一些低層單戶的單體建筑也在使用帶有熱回收性能的 機(jī)械通風(fēng)設(shè)施。特別是隨著建筑材料的進(jìn)步，建筑節(jié)能技術(shù)水平和建筑規(guī)范的提高， 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密閉性越來(lái)越好，這也讓室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)越來(lái)越需要機(jī)械通風(fēng)。北 歐、北美

22、的建筑大多采用機(jī)械通風(fēng)。 2.1.2 通風(fēng)換氣技術(shù)在我國(guó)住宅建筑中的應(yīng)用 目前在國(guó)內(nèi)，大多數(shù)的民用建筑是依靠自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的通風(fēng)換氣，高層公寓 基本上也還是靠自然通風(fēng)。各戶安裝的空調(diào)只能調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度和濕度，多數(shù)都沒(méi) 有通風(fēng)功能。目前國(guó)內(nèi)住宅常見(jiàn)的室內(nèi)換氣設(shè)備主要有換氣扇、吸油煙機(jī)、通風(fēng)器等， 通過(guò)機(jī)械強(qiáng)制排氣的方式，排除室內(nèi)污染的空氣(煙氣、燃燒廢氣、臭氣、水蒸氣、二 氧化碳等)，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行全面或局部換氣。 在冬季采暖和夏季制冷期間，由于外窗密閉，宜推廣窗用自然通風(fēng)器。國(guó)家的住 宅工程中心與北京斯特靈換氣設(shè)備有限公司共建“住宅室內(nèi)換氣系統(tǒng)研發(fā)試驗(yàn)基地， 開(kāi)發(fā)了旋轉(zhuǎn)式熱回收換氣系統(tǒng)。其特點(diǎn)

23、是雙向換氣，不僅能夠排出室內(nèi)濁氣，還能送 入凈化后的室外新鮮空氣，節(jié)能效果顯著，室內(nèi)溫度穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)便，清洗容易。 2.2 我國(guó)自然通風(fēng)研究應(yīng)用的發(fā)展方向 2.2.1 自然通風(fēng)的生態(tài)概念 自然通風(fēng)是重要的生態(tài)建筑觀念。從生態(tài)學(xué)的觀念來(lái)說(shuō)，利用自然條件和人工構(gòu) 筑，積極地順應(yīng)和組織自然風(fēng)的流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。如果要需要使用能源， 則盡量從太陽(yáng)能、風(fēng)能等資源中獲取。在當(dāng)今生態(tài)建筑中，自然通風(fēng)是普遍采用的更 健康、更廉價(jià)的技術(shù)措施。它可以為人類(lèi)提供新鮮清潔的空氣，不僅有利于人的生理 健康，滿足人與自然接近的心理需求，同時(shí)節(jié)約了能源，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。 2.2.2 自然通風(fēng)在國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用的發(fā)展方

24、向 自然通風(fēng)在我國(guó)民居應(yīng)用中有著悠久的歷史，民居門(mén)窗的位置，建筑朝向及建筑 格局等方面無(wú)一不體現(xiàn)著利用自然通風(fēng)改善居室熱濕環(huán)境的思想，另外我國(guó)能源短缺 且空調(diào)系統(tǒng)能耗較大，發(fā)展自然通風(fēng)是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略之一。2003 年在我國(guó)“非 典”的出現(xiàn)，更要求在建筑中使用自然通風(fēng)保證室內(nèi)空氣的品質(zhì)。 2.3 機(jī)械通風(fēng)是解決住宅室內(nèi)通風(fēng)的適宜方法 室內(nèi)需要的新風(fēng)量，自然通風(fēng)能夠解決室內(nèi)通風(fēng)量的問(wèn)題。但是，自然通風(fēng)會(huì)受 到地域氣候、住宅結(jié)構(gòu)等多重因素的影響，通風(fēng)氣流組織無(wú)法有效控制，即使開(kāi)窗也 無(wú)法使住宅各房間獲得穩(wěn)定、均勻的有效通風(fēng)量，各住宅的通風(fēng)換氣水平很不平均。 機(jī)械通風(fēng)是使室外新鮮空氣首先進(jìn)入起

25、居室、臥室等人員主要活動(dòng)、休息場(chǎng)所， 然后從廚房、衛(wèi)生間排出到室外。這種通風(fēng)方式保持了全天 24 小時(shí)有組織地、定量地 連續(xù)通風(fēng)，既保證廚房、衛(wèi)生間使用時(shí)的通風(fēng)量，又要滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枰男嘛L(fēng) 量。 綜上所述，真正能夠改善室內(nèi)空氣品質(zhì)還需要采用機(jī)械通風(fēng)的有組織通風(fēng)方式。 住宅機(jī)械通風(fēng)有很多種，但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用“自然進(jìn)風(fēng)機(jī)械排風(fēng)”的獨(dú)立機(jī)械通風(fēng)方 式更符合我國(guó)國(guó)情，而且便于推廣使用。該通風(fēng)方式可以有組織地對(duì)住宅進(jìn)行送風(fēng)、 排風(fēng)，使得各房間獲得穩(wěn)定、有效的通風(fēng)換氣量。 3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 所研究的系統(tǒng)適用于多種場(chǎng)合，如使用中央空調(diào)的智能建筑(賓館、大型寫(xiě)字樓等)、 使用家

26、用空調(diào)的辦公室和住宅、無(wú)空調(diào)的辦公室等多種需要調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的場(chǎng)所。本 文介紹的控制系統(tǒng)的重點(diǎn)內(nèi)容是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)以 ATmega32L 芯片為控制核心，溫度，濕度等傳感器為環(huán)境信息采集源， 來(lái)制作一個(gè)室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)。在原有的機(jī)械式按鍵開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)控制通 風(fēng)設(shè)備（如空調(diào)，加濕器，風(fēng)機(jī)等） 。此外在本次設(shè)計(jì)中，采用多種傳感器結(jié)合，智能 將各個(gè)傳感器采集回的數(shù)據(jù)進(jìn)處理、比較，依據(jù)實(shí)際測(cè)量的環(huán)境控制通風(fēng)設(shè)備，如自 動(dòng)開(kāi)關(guān)風(fēng)機(jī)，智能調(diào)節(jié)空調(diào)開(kāi)停等，并提供報(bào)警顯示。 圖 3 . 1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3.2 系統(tǒng)主要單元模塊方案選擇及論證 3.2.1 控制模塊主控元件的選

27、擇論證 方案一：采用 XC9000 系列的 FPGA。該類(lèi)器件具有并行處理能力，能快速的響應(yīng) 外部的各種數(shù)字信號(hào)，但在數(shù)據(jù)處理方面過(guò)于復(fù)雜，而且芯片價(jià)格較昂貴。 方案二：采用單片機(jī)作為控制核心，單片機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算功能較強(qiáng)。在程序相互調(diào)用 方面，處理方便靈活，性能穩(wěn)定，適合實(shí)際應(yīng)用。且單片機(jī)技術(shù)發(fā)展較為成熟，價(jià)格 便宜。 ATmage32 5V電源供電 鍵盤(pán)輸入 溫度檢測(cè) 濕度檢測(cè) 光強(qiáng)檢測(cè) 風(fēng)速檢測(cè) 報(bào)警電路 顯示 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 模擬空間 檢測(cè)相關(guān)參數(shù)控制通風(fēng)設(shè)備 基于以上分析，采用單片機(jī)控制可更為簡(jiǎn)便靈活地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，故擬采用方案 二。 3.2.2 溫度濕度檢測(cè)模塊的選擇與論證 方案一：選用 DH

28、T11 作為溫濕度檢測(cè)模塊。DHT11 是一款數(shù)字輸出的復(fù)合傳感 器，包含一個(gè)電阻式感濕元件和 NTC 式溫度檢測(cè)元件，可測(cè) 20%90%RH 濕度，誤差 5%RH，050，誤差2。 方案二：選用 DS18B20 溫度傳感器和 DHT11 濕度傳感器。DS18B20 是一線式數(shù) 字溫度傳感器，具有獨(dú)特的單線式接口方式，其測(cè)量范圍在55125，在 10+85時(shí)精度為0.5，而最高精度則可達(dá) 0.0625。由方案一中數(shù)據(jù)可知， DHT11 是數(shù)字式濕度傳感器，可測(cè)相對(duì)濕度范圍在 20%90%RH 濕度，誤差5%RH。 從設(shè)計(jì)要求的精度來(lái)看，本方案更優(yōu)。 綜上所述，雖然方案一具有綜合作用，但是方案二

29、的測(cè)試范圍和精度都優(yōu)于方案 一，故本模塊采用方案二。 3.2.3 風(fēng)速檢測(cè)模塊的選擇與論證 方案一：采用風(fēng)速儀，通過(guò)記錄風(fēng)速儀上的葉片因風(fēng)速作用轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的脈沖數(shù)， 再通過(guò)程序轉(zhuǎn)換成葉片的轉(zhuǎn)圈數(shù)，進(jìn)而將其換算成風(fēng)速，將信號(hào)接入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng) 速的數(shù)據(jù)回放或曲線顯示。這樣的風(fēng)速采集系統(tǒng)雖然原理簡(jiǎn)單，成本不高，但其最大 的缺陷是采集系統(tǒng)過(guò)于體積龐大、機(jī)動(dòng)性差，對(duì)于需要測(cè)量多點(diǎn)風(fēng)速的場(chǎng)合并不適用。 因此，傳統(tǒng)的風(fēng)速采集系統(tǒng)由于不具備便攜性而無(wú)法應(yīng)用于多點(diǎn)風(fēng)速采集測(cè)量的場(chǎng)合。 方案二：采用脈沖式風(fēng)速測(cè)量傳感器。其工作原理是風(fēng)速帶動(dòng)感應(yīng)元件（葉片） 轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)引發(fā)光電編碼器輸出脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)單位時(shí)

30、間內(nèi)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量。脈沖式風(fēng)速傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)是不僅原理簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量 小，而且能夠?qū)L(fēng)速模擬量直接轉(zhuǎn)換成電子脈沖數(shù)。將其與單片機(jī)相連，只需在程序 中建立“數(shù)”脈沖的程序，就能夠方便地實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量，省去了一般風(fēng)速傳感器還需 要配置的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的程序，大大提高了檢測(cè)裝置的便攜性。 基于上述分析，采用脈沖式風(fēng)速測(cè)量傳感器可以進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，更靈活地實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)功能，故本模塊采用方案二。 3.2.4 光強(qiáng)檢測(cè)模塊的選擇與論證 方案一：采用光敏三極管。光敏三極管是利用硅 PN 結(jié)的光電效應(yīng)制成的。在使用 時(shí)，其基極通常開(kāi)路，基極集電極產(chǎn)生的光感生電流直接饋入基極，并被光

31、敏三極 管自己所放大，因此它的靈敏度比光敏二極管大得多，通常要大 100 多倍。由于光敏 三極管對(duì)光強(qiáng)太過(guò)敏感，很容易進(jìn)入非線性區(qū)，使測(cè)量的值嚴(yán)重失真。 方案二：采用光敏二極管。光敏二極管利用自身產(chǎn)生的電流隨光照增強(qiáng)的線性特 性輸出模擬采樣電壓，電壓通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后數(shù)字信 號(hào)通過(guò)輸送給單片機(jī)。由于光敏二極管具有線性好、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，從而提高了 電路的響應(yīng)速度以及靈敏度高。但是單獨(dú)使用時(shí)輸出電流（或電壓）很小，需要加放 大電路將采樣電壓進(jìn)一步放大，而加入運(yùn)放環(huán)節(jié)會(huì)由于運(yùn)放的零漂和易受溫度影響使 得電路穩(wěn)定性降低，誤差增大。 方案三：采用光敏電阻。利用光敏電阻受光照

32、后，其阻值變小的原理，感知光強(qiáng)。 采用光敏電阻作為光照傳感器，進(jìn)行模擬電壓采樣，通過(guò) ADC 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)中，簡(jiǎn)單可行，成本造價(jià)低?？偟膩?lái)說(shuō)，光敏電阻具有 反應(yīng)速度快、體積小、靈敏度高、可靠性好、光譜特性等特點(diǎn)。但是光敏電阻工作時(shí) 的容易受溫度影響，且由于光敏電阻的光照特性不是線性的，在測(cè)量光學(xué)參量時(shí)需要 先對(duì)所用光源測(cè)出其光照特性曲線圖，然后根據(jù)此圖查出光強(qiáng)的變化情況，才可對(duì)光 學(xué)參量進(jìn)行計(jì)算，處理數(shù)據(jù)稍微復(fù)雜。 基于以上分析，綜合考慮本模塊選用方案三。 3.2.5 顯示模塊的選擇與論證 方案一：采用 12864 液晶模塊顯示測(cè)得的數(shù)據(jù)，可顯示較多組的數(shù)據(jù)

33、，字體較大， 可清晰讀數(shù)。 方案二：采用 1602 液晶模塊顯示所測(cè)數(shù)據(jù)，1602 液晶接線簡(jiǎn)單方便，但不能滿足 多組數(shù)據(jù)的顯示需要。 綜上所述，顯示模塊選擇方案一。 3.2.6 輸入模塊的選擇與論證 方案一：采用獨(dú)立式按鍵接口設(shè)計(jì)。它的優(yōu)點(diǎn)是電路配置靈活，軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單， 缺點(diǎn)是每個(gè)按鍵需要占用一根口線，若按鍵數(shù)量較多，資源浪費(fèi)將比較嚴(yán)重，電路結(jié) 構(gòu)也變得復(fù)雜。因此本方法主要用于按鍵較少或?qū)Σ僮魉俣纫筝^高的場(chǎng)合。 方案二：采用專(zhuān)用鍵盤(pán)處理芯片。它的一般功能比較完善，芯片本身能夠完成對(duì) 按鍵的編碼、掃描、消抖和重鍵等問(wèn)題的處理，有些甚至還集成了顯示接口功能。具 有可靠性高，接口簡(jiǎn)單，使用方便等

34、優(yōu)點(diǎn)，適合處理按鍵較多的情況。但考慮成本因 素，該方法并不是最佳選擇。 方案三：采用矩陣式按鍵設(shè)計(jì)。該法適應(yīng)于按鍵數(shù)量較多，但又不想使用專(zhuān)用鍵 盤(pán)芯片的場(chǎng)合。其優(yōu)點(diǎn)就是相對(duì)于獨(dú)立接口方式可以節(jié)省很多 I/ O 資源，相對(duì)于專(zhuān)用 芯片式可以節(jié)省成本，且更為靈活。缺點(diǎn)就是需要用軟件處理消抖、重鍵等問(wèn)題。 綜上所述，輸入模塊選擇方案一。 4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本次的題目涉及到多個(gè)參數(shù)的測(cè)量，要運(yùn)用到不少的元器件，因此，將其劃分成 一個(gè)個(gè)電路模塊，分別有由 ATmega32L 單片機(jī)構(gòu)成的最小系統(tǒng)、顯示模塊（12864 液 晶顯示器） 、報(bào)警模塊（蜂鳴器） 、溫度測(cè)量模塊、濕度測(cè)量模塊、風(fēng)速檢測(cè)模塊以及 光

35、強(qiáng)檢測(cè)模塊。 4.1 主控電路 本節(jié)主要介紹 CPU 的選擇及其相關(guān)參數(shù)和最小系統(tǒng)中各個(gè)引腳接線的設(shè)置。 4.1.1 CPU 的選擇 單片機(jī)實(shí)際上就是把 CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、I/O 接口電路等微型機(jī) 的主要部件集成在一塊芯片上，因此稱之為單片機(jī)。由于它具有體積小、性價(jià)比高、 耗電少、可靠性高、易于掌握和使用等特點(diǎn)，所以現(xiàn)在單片機(jī)不僅占領(lǐng)了原來(lái)實(shí)用小 型機(jī)的各個(gè)領(lǐng)域，而且廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制等場(chǎng)合。此外，還可應(yīng)用于過(guò)去計(jì)算機(jī)無(wú) 法深入的方面，如測(cè)量?jī)x器、教學(xué)裝置、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等。 我們平時(shí)學(xué)習(xí)中接觸最多的要屬 51 系列的普通型單片機(jī)，而大多數(shù)人更是以郭天 祥老師的新概念

36、 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程入門(mén)、提高、開(kāi)發(fā)、拓展全攻略作為啟 蒙教材，若需要繼續(xù)專(zhuān)研，則是接著深入學(xué)習(xí)以 ATmega16 為基礎(chǔ)的 AVR 系列的單片 機(jī)。因此，在這里主要對(duì)這兩種類(lèi)型的單片機(jī)進(jìn)行介紹、對(duì)比與選擇。 （1）51 系列的普通型單片機(jī) 51 單片機(jī)從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的位處理器。且它的 I/O 腳的設(shè)置和使 用也相對(duì)簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各 I/O 口均置高電平） 。但是，51 單片機(jī)也存在進(jìn)行乘法和除法運(yùn)算時(shí)精度不高、I/O 口輸出 時(shí)無(wú)驅(qū)動(dòng)能力、當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時(shí)運(yùn)行速度慢、體積大、ROM 少等缺點(diǎn)。 （2）AVR 系

37、列的單片機(jī) 總的來(lái)說(shuō)，AVR 單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：速度快，每秒鐘可以執(zhí)行百萬(wàn)條指令。 51 單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘需要經(jīng)過(guò) 12 分頻，而 AVR 單片機(jī)不需要經(jīng)過(guò)分頻，所以從長(zhǎng)久 意義上來(lái)說(shuō)，AVR 單片機(jī)要比 51 單片機(jī)的執(zhí)行指令的速度快 12 倍。片上資源豐富。 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。其 I/O 口輸入輸出電流達(dá)到 20mA，這么大的電流足可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級(jí) 管、數(shù)碼管、繼電器等等。功耗低。在完成相同功能的情況下，要比其他單片機(jī)消 耗的能量少一些。可選擇型號(hào)種類(lèi)多。AVR 單片機(jī)有 ATtiny 系列、AT90S 系列以 及 ATmega 系列，每種系列都有很多型號(hào)供我們選擇。性價(jià)比高。在同等價(jià)位的情

38、況下，AVR 單片機(jī)要比 51 單片機(jī)性能強(qiáng)大很多。保密性好。 目前 AT90 系列產(chǎn)品已很少用，多數(shù)使用 ATmega 系列。ATmega 系列屬于高檔 單片機(jī)，適合各種具有較高要求的系統(tǒng)。 鑒于此，本文采用 ATmega32L 單片機(jī)來(lái)完成室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 4.1.2 ATmega32L 芯片簡(jiǎn)介 （1）主要性能（部分）： 高性能、低功耗的8位AVR微處理器 先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu) 131 條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 32個(gè)8位通用工作寄存器 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 32K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash（擦寫(xiě)壽命：10,000 次） 1024字節(jié)的EEPROM（擦寫(xiě)壽

39、命: 100,000 次） 2K字節(jié)片內(nèi)SRAM 外設(shè)特點(diǎn) 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 四通道PWM 8路10位ADC(8個(gè)單端通道) 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器 特殊的處理器特點(diǎn) 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè) 片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC振蕩器 片內(nèi)/片外中斷源 6種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模 式以及擴(kuò)展的Standby模式 I/O和封裝 32個(gè)可編程的I/O口 40引腳PDIP封裝 工作電壓 ATmega32L：2.75.5V 速度等級(jí) ATmega32

40、L：08 MHz ATmega32L在1 MHz，3V，25時(shí)的功耗 正常模式：1.1 mA 空閑模式：0.35 mA 掉電模式： 1A （2）引腳配置： 圖 4 . 1 ATmega32L 的引腳（PDIP 封裝） 表 4 . 1 ATmega32L 引腳功能說(shuō)明 引 腳功 能 VCC數(shù)字電路的電源 GND地 端口 A(PA7.PA0) 端口 B(PB7.PB0) 端口 C(PC7.PC0) 端口 D(PD7.PD0) 同：四個(gè)端口均為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為 輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電

41、路拉低時(shí)將輸出 電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口處于高阻狀態(tài)。 異：端口 A 也為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端； 端口 B、C、D 也可以用做其他不同的特殊功能。 RESET復(fù)位輸入引腳，持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù) 位。持續(xù)時(shí)間小于門(mén)限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。 XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。不使用 ADC 時(shí)，該引腳應(yīng) 直接與 VCC 連接。使用 ADC 時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與 VCC 連接。 AREFA/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 表 4 .

42、 2 本設(shè)計(jì)中所運(yùn)用的具特殊功能的引腳補(bǔ)充說(shuō)明 引 腳功 能 PA5PA7A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端 ADC 的輸入通道 5、6、7 口 PD2外部中斷 0 的輸入口 （3）端口寄存器 AVR 單片機(jī)共有 32 個(gè) I/O 口，當(dāng)它們作為通用數(shù)字 I/O 口使用時(shí)，每個(gè)引腳都具 有 3 個(gè)寄存器位：DDRxn、PORTxn、PINxn。其中，DDRxn 用來(lái)設(shè)置端口是輸入還是 輸出；PORTxn 用來(lái)定義 I/O 口是否帶上拉電阻；PINxn 寄存器不能寫(xiě)只能讀，用來(lái)讀 取 I/O 口的高低電平變化。 4.1.3 ATmega32L 最小系統(tǒng)介紹 （1）晶振電路 ATmega32L 已經(jīng)內(nèi)置

43、RC 振蕩線路，可以產(chǎn)生 1M、2M、4M、8M 的振蕩頻率。 不過(guò)，內(nèi)置的畢竟是 RC 振蕩，頻率精度不高，若在一些要求較高的場(chǎng)合，比如要與 RS232 通信需要比較精確的波特率時(shí)，最好使用外部的晶振線路。 早期 AT90 系列的單片機(jī)，晶振兩端均需要接 22pF 左右的電容。但 ATmega 系列 單片機(jī)實(shí)際使用時(shí)，這兩只小電容不接也能正常工作。不過(guò)為了線路的規(guī)范化，在設(shè) 計(jì)中仍然接上晶振電路，且為了更好地讓晶振起振，加上了兩個(gè) 22pF 的電容。 （2）復(fù)位電路 與傳統(tǒng)的 51 單片機(jī)相比，AVR 單片機(jī)本身內(nèi)置復(fù)位電路，并且在熔絲位里，可 以控制復(fù)位時(shí)間，所以，AVR 單片機(jī)可以不設(shè)外

44、部上電復(fù)位電路，依然可以正常復(fù)位， 穩(wěn)定工作。在上電時(shí)，AVR 單片機(jī)是低電平復(fù)位。 但在本設(shè)計(jì)中，處于方便考慮，仍然設(shè)置了按鍵復(fù)位電路。由于 ATmega32L 已經(jīng) 內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)，故在設(shè)計(jì) AVR 外部的復(fù)位電路可以設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)單一些：直接拉一 只 10K 的電阻到 VCC，為了可靠，再加上一只 0.1uF 的電容以消除干擾、雜波。 當(dāng) AVR 在工作時(shí)，按下開(kāi)關(guān)時(shí)，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā) AVR 芯片復(fù)位。 （3）AREF 腳、VCC 腳、AVCC 腳的接法 ATmega32L 內(nèi)帶 2.56V 標(biāo)準(zhǔn)參考電壓。也可以從外面輸入?yún)⒖茧妷?，比如在外?使用 TL431 基準(zhǔn)電壓源。不過(guò)一般

45、的應(yīng)用使用內(nèi)部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。但習(xí)慣 上在 AREF 腳接一只 0.1uF 的電容到地。 為減小 AD 轉(zhuǎn)換的電源干擾，ATmega32L 芯片有獨(dú)立的 AD 電源供電。官方文檔 推薦在 VCC 串上一只 10uH 的電感，然后接一只 0.1uF 的電容到地。 AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。不使用 ADC 時(shí)，該引腳應(yīng)直接與 VCC 連 接；使用 ADC 時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與 VCC 連接。在本設(shè)計(jì)中，需要用到 3 個(gè) ADC 端口，因此，AVCC 采用后者連接方法，低通濾波器采用 LC 濾波器。 圖 4 . 2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 4.2 測(cè)量模塊 本節(jié)主要介紹了

46、各個(gè)測(cè)量模塊主要元器件的基本性能參數(shù)以及在應(yīng)用中的接線方 式。 4.2.1 DS18B20 溫度傳感器基本性能介紹 （1）DS18B20 芯片基本功能介紹 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚 測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方 便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。其封裝如圖 8，其 中 GND 接地，I/O 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電 源方式時(shí)接地） 。 圖 4 . 3 DS18B20 封裝 其技術(shù)性能描述如下： 獨(dú)特的單線接口方式，在與微處理器連接時(shí)

47、僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器 與傳感器的雙向通訊。 測(cè)溫范圍：55+125，在-10+85時(shí)精度為0.5。 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8 個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟?穩(wěn)定。 工作電源: 35V/DC，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 在使用中不需要任何外圍元件。 測(cè)量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送。 在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送 CR

48、C校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 （2）應(yīng)用接線圖 圖 4 . 4 DS18B20 外部電源供電接線圖 4.2.2 DHT11 濕度傳感器基本性能介紹 （1）DHT11 芯片基本功能介紹 DHT11 是廣州奧松有限公司生產(chǎn)的一款濕溫度一體化的數(shù)字傳感器。該傳感器包 括一個(gè)電阻式測(cè)濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接。通 過(guò)單片機(jī)等微處理器簡(jiǎn)單的電路連接就能夠?qū)崟r(shí)的采集本地濕度和溫度。DHT11 與單 片機(jī)之間能采用簡(jiǎn)單的單總線進(jìn)行通信，僅僅需要一個(gè) I/O 口。封裝圖如下， 圖 4 . 5 DH

49、T11 外型及管腳圖 其性能指標(biāo)和特性如下： 工作參數(shù)：電壓3.5V5.5V；平均電流0.5mA 濕度測(cè)量范圍：2090RH 濕度分辨率：1RH，8 位 采樣周期：1S 單總線結(jié)構(gòu) 與 TTL兼容（5V） （2）應(yīng)用接線圖 圖 4 . 6 DHT11 接線圖 4.2.3 脈沖式風(fēng)速測(cè)量傳感器的工作原理以及檢測(cè)方法 （1）傳感器工作原理 脈沖式風(fēng)速檢測(cè)傳感器的基本工作原理：風(fēng)速帶動(dòng)感應(yīng)元件葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片轉(zhuǎn) 動(dòng)后引發(fā)光電編碼器輸出脈沖信號(hào)，將脈沖信號(hào)信號(hào)直接輸入單片機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)軟件 編程對(duì)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量。 脈沖式風(fēng)速傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小，同時(shí)能夠

50、將風(fēng)速模 擬量直接轉(zhuǎn)換成電子脈沖數(shù)。 （2）檢測(cè)方法 在實(shí)際應(yīng)用中，需先將光電編碼器的輸出與單片機(jī)的輸入管腳連接在一起。由于 脈沖式風(fēng)速檢測(cè)傳感器采用工程塑料葉片作為感應(yīng)元件，當(dāng)有風(fēng)吹過(guò)時(shí)，風(fēng)速帶動(dòng)葉 片跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)葉片軸部的光電編碼器對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)進(jìn)行標(biāo)記和計(jì)數(shù)，與此同時(shí)光 碼盤(pán)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，就輸出一個(gè)階躍脈沖信號(hào)，我們可以通過(guò)設(shè)計(jì)單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器 對(duì)階躍脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量。利用脈沖式風(fēng)速檢測(cè)傳感器作為風(fēng)速 傳感測(cè)量裝置，不僅提高檢測(cè)裝置的便攜性，也省略了 A /D 轉(zhuǎn)換模塊，簡(jiǎn)化了風(fēng)速檢 測(cè)系統(tǒng)的外圍電路。 （3）硬件說(shuō)明 由于脈沖式風(fēng)速檢測(cè)傳感器過(guò)于昂貴，因此在本系統(tǒng)的硬

51、件設(shè)計(jì)中并不采用，而 是選用一路 ADC 端口接入滑動(dòng)變阻器，通過(guò)采集滑動(dòng)變阻器上的模擬電壓，來(lái)模擬實(shí) 現(xiàn)對(duì)室內(nèi)風(fēng)速的采集。 （4）接線圖 圖 4 . 7 模擬風(fēng)速檢測(cè)硬件圖 4.2.4 GL5516 光敏電阻工作原理及接線圖 （1）光敏電阻工作原理 在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到適當(dāng)波長(zhǎng)的 光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒(méi)有極性， 純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。 （2）GL5516 光敏電阻參數(shù)介紹以及應(yīng)用場(chǎng)合 該電阻具有環(huán)氧樹(shù)脂封裝、反應(yīng)速度快、體積小、靈敏度高、可靠性好、光譜特 性等特點(diǎn)。適用

52、于照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光、光電控制、室內(nèi)光線控制、報(bào)警器、工業(yè)控制等 場(chǎng)合。 其基本參數(shù)如下： 最大電壓：150VDC 最大功耗：90mw 環(huán)境溫度：-30+70 光譜峰值：540nm 電阻值：亮5-10K；暗0.5MK 回應(yīng)時(shí)間（上升/下降）：30ms （4）GL5516 照度特性 （a） (b) 圖 4 . 8 GL5516 照度特性曲線圖 將圖 4 . 8(a)中的數(shù)據(jù)整理后得到圖(b)?？芍?，擬合的曲線與實(shí)際曲線的匹配度為 0.6725。由于室內(nèi)對(duì)光照度的要求不高，因此，可以將上圖中的公式作為 GL5516 光敏 電阻的照度特性的函數(shù)表達(dá)式。 （5）接線圖 圖 4 . 9 GL5516 光敏電

53、阻接線圖 4.3 12864 液晶顯示屏的基本性能介紹 圖 4 . 10 12864 液晶實(shí)物圖 在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品 的通過(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示 的主要是數(shù)字、專(zhuān)用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以 下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸 出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低。 12864 主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性: 低電源電壓（VDD：+3.0+5.5V） 顯示分辨率：12864點(diǎn) 內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8

54、192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選) 內(nèi)置128個(gè)168點(diǎn)陣字符 2MHZ時(shí)鐘頻率 顯示方式：STN、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS 視角方向：6點(diǎn) 背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10 通訊方式：串行、并口可選 內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓 無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) 工作溫度：0+55，存儲(chǔ)溫度：20+60 4.3.1 12864 液晶顯示屏的接口信號(hào)說(shuō)明 表 4 . 3 12864 接口信號(hào)說(shuō)明 管腳號(hào)管腳名稱方向管腳功能描述 1VSS模塊的電源地 2VDD模塊電源正端 3V0LCD 的驅(qū)動(dòng)電壓輸入端 4RS(CS）H/L并行

55、的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選信號(hào) 5R/WH/L并行的讀寫(xiě)選擇信號(hào)；串行的數(shù)據(jù)口 6E(CLK)H/L并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘 714DB0DB7H/L數(shù)據(jù)端口 0數(shù)據(jù)端口 7 15PSBH/L并/串行接口選擇：H并行；L串行 16NC空腳 17RSTH/L復(fù)位端，低電平有效 18NC空腳 19LED_A背光源正端（+5V） 20LED_K背光源負(fù)端（ 0V） 特別說(shuō)明，12864 液晶顯示屏中的 PSB 控制引腳，該引腳的接線方式可選顯示屏 的工作模式：串行和并行。使用并行模式，其讀寫(xiě)速度快，編程相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要單 片機(jī)口線多。而使用串行模式，其讀寫(xiě)速度雖然相對(duì)慢些，但節(jié)省 I/O

56、 口資源，適用 于速度要求不高的控制系統(tǒng)。本文闡述的是室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，眾所周知， 室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及其它參數(shù)的變化在一定時(shí)間范圍內(nèi)是基本不變的，換而言 之，對(duì)屏幕的刷新速度要求不高，因此，在本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，12864 液晶顯示屏采用 串行的工作模式，此時(shí) PSB 接地。 4.3.2 12864 液晶顯示屏的指令集 表 4 . 4 基本指令集（RE=0） 指 令 碼 指 令 RS R/W D7 D6D5D4D3D2D1D0 功 能 清除 顯 示 0000000001將 DDRAM 位址計(jì)數(shù)器調(diào)整為 00H 地址 歸 位 000000001X 將 DDRAM 位址計(jì)數(shù)器調(diào)整為

57、00H 游標(biāo)回原點(diǎn) 顯示狀態(tài) 開(kāi)/關(guān) 0000001DCB D=1: 整體顯示 ON C=1: 游標(biāo) ON B=1: 游標(biāo)位置反白允許 進(jìn)入點(diǎn) 設(shè) 定 00000001I/DS 指定在數(shù)據(jù)的讀取/寫(xiě)入時(shí),設(shè)定游 標(biāo)的移動(dòng)方向及指定顯示的移位 游標(biāo)或 顯 示移 位控 制 000001S/C R/LXX 設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示； 這個(gè)指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容 功能 設(shè) 定 00001DLXREXX DL=0/1：4/8 位數(shù)據(jù)（須設(shè)為 1） RE=0:指令基本操作 RE=1:指令擴(kuò)充操作 設(shè)定 CGRAM 地址 0001AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0設(shè)定 CGRAM 地址 設(shè)定

58、 DDRAM 地址 0010AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定 DDRAM 地址（顯示位址） 第一行：80H87H 第二行：90H97H 讀取忙標(biāo) 志和地址 01BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 讀取忙標(biāo)志(BF)可以 檢驗(yàn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成 寫(xiě)數(shù)據(jù)到 RAM 10數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) D7D0 至內(nèi)部 RAM 里寫(xiě)入 讀 RAM 的 值 11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) D7D0 從內(nèi)部 RAM 里讀出 （3）接線圖 圖 4 . 11 12864 接線圖 4.4 電源模塊的設(shè)計(jì) 圖 4 . 12 電源模塊接線圖 電源電路在很大程度上決定了一個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此電源電路的設(shè)計(jì)在本系

59、統(tǒng) 中也占據(jù)了重要的地位。系統(tǒng)采用直接供電，選用了市售的 5V2A 的開(kāi)關(guān)電源，它具 有體積小、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。為了使系統(tǒng)供電更加穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，輸出部 分加入 470F 電解電容和 104 瓷片電容進(jìn)行低頻和高頻濾波，使電源的紋波更小，從 而使系統(tǒng)工作得更穩(wěn)定，電源電路如上圖所示。 4.5 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì) 一般單片機(jī)的 I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的（蜂鳴器的工作電流比較大） ，但在 本設(shè)計(jì)中，采用的是 ATmega32L 單片機(jī)，它的 I/O 口驅(qū)動(dòng)能力高低電平均不小于 20mA，因此可以直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 4.6 鍵盤(pán)輸入模塊的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，人機(jī)交互對(duì)話最通用的方法就

60、是通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行的。操作者 可以通過(guò)鍵盤(pán)向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或者置入必要的數(shù)據(jù)信息。因此鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)的好 壞,直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 在本設(shè)計(jì)中采用的是獨(dú)立式按鍵接口設(shè)計(jì)，軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)則是采用中斷方式。鍵盤(pán) 工作在編程掃描方式時(shí)，單片機(jī)要不間斷地對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，其間單片機(jī)不能進(jìn)行其 它任何工作；定時(shí)掃描方式則是定時(shí)的監(jiān)視鍵盤(pán)輸入情況，其它時(shí)間單片機(jī)可以做其 它事情；中斷掃描方式，只有在有鍵按下時(shí)才理睬鍵盤(pán)，否則不理，進(jìn)一步提高了單 片機(jī)利用率。因此在本設(shè)計(jì)中選用的是中斷掃描方式。 圖 4 . 13 鍵盤(pán)輸入電路設(shè)計(jì)圖 圖中電阻 R2、R9R11 是限流保護(hù)電阻，R20R23 是上拉電阻，二