智能可穿戴設(shè)備嵌入式開(kāi)發(fā) 課件 項(xiàng)目三 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境紫外線監(jiān)測(cè)器

項(xiàng)目三設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境紫外線監(jiān)測(cè)器【知識(shí)點(diǎn)】 DHT11溫濕度傳感器 紫外線檢測(cè)傳感器

DHT11溫濕度傳感器時(shí)序

DHT11數(shù)據(jù)格式 紫外線檢測(cè)原理 紫外線傳感器電路 紫外線傳感器檢測(cè)算法【技能點(diǎn)】

使用數(shù)字傳感器DHT11采集溫濕度 使用紫外線傳感器采集紫外線數(shù)據(jù)利用STM8L051F3和DHT11溫濕度傳感器設(shè)計(jì)并制作自動(dòng)環(huán)境溫濕度檢測(cè)器，并在OLED顯示屏上顯示測(cè)得的溫濕度數(shù)據(jù)。任務(wù)一設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境溫濕度檢測(cè)器工作電壓范圍：3.3V-5.5V工作電流：平均0.5mA輸出：?jiǎn)慰偩€數(shù)字信號(hào)測(cè)量范圍：濕度20~90％RH，溫度0~50℃精度：濕度±5%，溫度±2℃分辨率：濕度1%，溫度1℃

知識(shí)點(diǎn)1.DHT11溫濕度傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。單個(gè)數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5個(gè)字節(jié)（40Bit）組成。數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。

DHT11的數(shù)據(jù)格式為：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和。其中校驗(yàn)和數(shù)據(jù)為前四個(gè)字節(jié)相加。知識(shí)點(diǎn)1-1.DHT11溫濕度傳感器知識(shí)點(diǎn)1-2.DHT11溫濕度傳感器數(shù)據(jù)輸出編碼傳感器數(shù)據(jù)輸出的是未編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)(濕度、溫度、整數(shù)、小數(shù))之間應(yīng)該分開(kāi)處理。例如，某次從DHT11讀到的數(shù)據(jù)如圖所示：由以上數(shù)據(jù)就可得到濕度和溫度的值，計(jì)算方法：濕度=byte4.byte3=45.0(％RH)溫度=byte2.byte1=28.0(℃)校驗(yàn)=byte4+byte3+byte2+byte1=73(校驗(yàn)正確)數(shù)據(jù)發(fā)送流程：首先主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，即：拉低數(shù)據(jù)線，保持t1（至少18ms）時(shí)間，然后拉高數(shù)據(jù)線t2（20~40us）時(shí)間，然后讀取DHT11的響應(yīng)，正常的話，DHT11會(huì)拉低數(shù)據(jù)線，保持t3（40~50us）時(shí)間，作為響應(yīng)信號(hào)，然后DHT11拉高數(shù)據(jù)線，保持t4（40~50us）時(shí)間后，開(kāi)始輸出數(shù)據(jù)。知識(shí)點(diǎn)1-3.DHT11溫濕度傳感器時(shí)序圖知識(shí)點(diǎn)1-3.DHT11溫濕度傳感器時(shí)序圖DHT11輸出數(shù)字‘0’的時(shí)序如圖DHT11輸出數(shù)字‘1’的時(shí)序如圖一．硬件準(zhǔn)備DHT11溫濕度傳感器接口連接原理圖程序流程圖與實(shí)驗(yàn)結(jié)果任務(wù)二設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)紫外線監(jiān)測(cè)顯示器設(shè)計(jì)并制作一個(gè)環(huán)境紫外線檢測(cè)顯示器，使用紫外線傳感器采集環(huán)境的紫外線強(qiáng)度信息，將采集到的信息送到單片機(jī)進(jìn)行處理，把轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度值的紫外線數(shù)據(jù)通過(guò)顯示器顯示。知識(shí)點(diǎn)1紫外線對(duì)人體的影響紫外線是指陽(yáng)光中波長(zhǎng)10至400納米(nm)的光線，可分為UVA(紫外線A，波長(zhǎng)320～400納米，長(zhǎng)波)、UVB(波長(zhǎng)290～320納米，中波)、UVC(波長(zhǎng)100～290納米，短波)。UVB致癌性最強(qiáng)，曬紅及曬傷作用為UVA的1000倍。UVC可被臭氧層所阻隔。紫外線照射會(huì)讓皮膚產(chǎn)生大量自由基，導(dǎo)致細(xì)胞膜的過(guò)氧化反應(yīng)，使黑色素細(xì)胞產(chǎn)生更多的黑色素，并往上分布到表皮角質(zhì)層，造成黑色斑點(diǎn)。紫外線可以說(shuō)是造成皮膚皺紋、老化、松弛及黑斑的最大元兇。知識(shí)點(diǎn)1-2紫外線對(duì)人體的影響

紫外線能使許多物質(zhì)激發(fā)熒光，很容易讓照相底片感光。當(dāng)紫外線照射人體時(shí)，能促使人體合成維生素D，以防止患佝僂病，經(jīng)常讓小孩曬曬太陽(yáng)就是這個(gè)道理。紫外線還具有殺菌作用，醫(yī)院里的病房就利用紫外線消毒。但過(guò)強(qiáng)的紫外線會(huì)傷害人體，應(yīng)注意防護(hù)。玻璃、大氣中的氧氣和高空中的臭氧層，對(duì)紫外線都有很強(qiáng)的吸收作用，能吸收掉太陽(yáng)光中的大部分紫外線，因此能保護(hù)地球上的生物，使它們免受紫外線傷害。知識(shí)點(diǎn)2.紫外線傳感器構(gòu)造

最早的紫外線傳感器是基于單純的硅，精度不高。在十幾年前，日本日亞公司研發(fā)出了GaN系的晶體，由此產(chǎn)生了GaN的紫外線傳感器，其精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單晶硅的精度，成為最常用的紫外線傳感器材料。二六族ZnS材料被研發(fā)應(yīng)用到了紫外線傳感器領(lǐng)域，其精度比GaN系的傳感器提高了近10^5倍。在一定程度上，ZnS系的紫外線傳感器將與GaN系的平分秋色。■電氣特性

采用氮化鎵基材料；

PIN型光電二極管；

光伏工作模式；

對(duì)可見(jiàn)光無(wú)響應(yīng)；

暗電流低；

輸出電流與紫外指數(shù)成線性關(guān)系。

符合歐盟RoHS指令，無(wú)鉛、無(wú)鎘

■典型應(yīng)用

測(cè)量紫外指數(shù)：手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP4、PDA、GPS等攜式移動(dòng)產(chǎn)品；

用于紫外檢測(cè)器：全部紫外線波段的檢測(cè)器、單UV-A波段檢測(cè)器、紫外線指數(shù)檢測(cè)器、紫外線殺菌燈輻照檢測(cè)器。知識(shí)點(diǎn)3.紫外線傳感器電路解析本模塊使用GUVA-S12SD紫外線傳感器，可放置在自然環(huán)境中檢測(cè)UV強(qiáng)度。1．GUVA-S12SD電器特性如下：GUVA-S12SD配合一路運(yùn)算放大器組成紫外線傳感器的采集輸出電路。MUC端則需要配置好ADC引腳，從而對(duì)輸出電路電壓進(jìn)行線性測(cè)量。GUVA-S12SD電路圖GUVA-S12SD電路圖知識(shí)點(diǎn)3.紫外線傳感代碼解析運(yùn)算放大器將毫伏電壓信號(hào)放大穩(wěn)定為MUC可讀取的電壓信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)ADC采樣和固定的周期頻率，從而計(jì)算出人體的心率。計(jì)算過(guò)程中考慮到測(cè)量過(guò)程有干擾的存在，所以中間使用了均值濾波算法將其中的干攏剔除，最終獲得穩(wěn)定的UV強(qiáng)度。知識(shí)點(diǎn)3-1.采集ADC數(shù)據(jù)代碼voidanalogDeviceHandler(void){staticuint8_ttimeCnt=255;//周期計(jì)數(shù)變量，初始值255是暫緩啟動(dòng)數(shù)值structanalogAdcDate_tadcData;//存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體if(0==timeCnt){//周期采樣判斷timeCnt=ANALOG_READ_FREP;//周期間隔數(shù)值賦予adcData.adcM=ADC_GetConversionValue(ADC1);//通過(guò)stm8s庫(kù)函數(shù)將采樣數(shù)據(jù)讀出anglogDataInput(adcData);//將讀出采樣數(shù)據(jù)存入環(huán)形隊(duì)列中}else{timeCnt--;//周期間隔數(shù)值自減}}知識(shí)點(diǎn)3-1.存入緩沖區(qū)代碼boolanalogRingQInsert(structanalogAdcDate_tdate,structringQueue_t*queuePtr){inttmpInput;if(0==queuePtr){returnFALSE;}tmpInput=queuePtr->inIndex+1;tmpInput%=queuePtr->qSize;if(tmpInput==queuePtr->outIndex){returnFALSE;}queuePtr->inIndex=tmpInput;queuePtr->qbuff[tmpInput]=date;returnTRUE;}anglogDataInput函數(shù)嵌套著analogRingQInsert函數(shù)，所以這里就直接講analogRingQInsert函數(shù)了。analogRingQInsert函數(shù)是一個(gè)環(huán)形隊(duì)列函數(shù)，入?yún)⒂袃蓚€(gè)，分別是存儲(chǔ)ADC原始數(shù)據(jù)的date和用于保存環(huán)形隊(duì)列數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體指針*queuePtr。函數(shù)返回則是環(huán)形隊(duì)列是否存儲(chǔ)已滿，沒(méi)滿返回TRUE、滿了則返回FALSE。環(huán)形隊(duì)列通過(guò)對(duì)插入計(jì)數(shù)變量tmpInput進(jìn)行%運(yùn)算來(lái)判斷隊(duì)列是否咬尾，如果咬尾則重置tmpInput為零。知識(shí)點(diǎn)3-2.強(qiáng)度轉(zhuǎn)換代碼voidanalog_ultravioletProcess(structanalogAdcDate_tdata){uint16_ti;uint32_ttmpMeans=0;for(i=1;i<WARE_MEANS_BUFF_SIZE;i++){wareMeansBuff[i-1]=wareMeansBuff[i];//將整體緩沖數(shù)組的元素整體往左移，空出最右端元素載入新的元素tmpMeans+=wareMeansBuff[i];//將本次的緩沖數(shù)組進(jìn)行累加}wareMeansBuff[WARE_MEANS_BUFF_SIZE-1]=data.adcM;//將新的計(jì)算元素載入數(shù)組中tmpMeans+=data.adcM;//將本次最新的變量進(jìn)行累加ultravioletValue=((tmpMeans*100)/WARE_MEANS_BUFF_SIZE)/300;//累加數(shù)值均值計(jì)算及強(qiáng)度轉(zhuǎn)換if(ultravioletValue>100){//強(qiáng)度過(guò)域判斷ultravioletValue=100;}uint8_tstrBuff[17];intNumToStr(ultravioletValue,strBuff);//格式打印strcat(strBuff,“%”);//格式打印OLED_ShowString(0,4,strBuff);//根據(jù)格式打印的內(nèi)容進(jìn)行顯示}強(qiáng)度數(shù)值存