基于can的糧倉溫濕度監控系統的設計-資料下載頁

　　

【正文】 后釋放總線，由上拉電阻拉高。圖 DHT21 數字 1 信號表示法 DHT21數字0信號表示法東北大學秦皇島分校畢業設計（論文）第 21 頁為了提高系統監控的靈活性，在下位機的設計中加入了鍵盤和顯示功能，這樣不僅可以通過上位管理機對參數進行設置、顯示，下位機也可直接進行設置和顯示，然后通 過 CAN 網絡通信給上位管理機，進行同步控制。鍵盤是由若干個按鍵組成的開關或開關矩陣，它是一種廉價而常用的輸入設備。常 用的鍵盤電路分為兩種：獨立鍵盤和矩陣鍵盤。獨立鍵盤適合于單個輸入，一個鍵盤對 應一個 I/O 口，可以通過查詢 I/O 口的高低電平確定按鍵的狀態。矩陣鍵盤用于按鍵數 量較多的場合，它有行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，行線、列線分別連 接到按鍵開關的兩端，按鍵個數等于行數乘以列數，所以可大大節省 I/O 口的使用。查 詢按鍵的狀態時，常用的方法有：行掃描法、列掃描法和線翻轉法。使用按鍵時，必須要考慮的消除按鍵抖動的影響，消除按鍵抖動簡稱按鍵消抖，其 方法分為硬件消抖和軟件消抖。硬件消抖有用 RC 濾波電路，單穩態電路和雙穩態電路, 用的最多且效果最好的是雙穩態的 RS 觸發器電路。軟件消抖也就是延時消抖，節省硬 件資源，使用廣泛。在本系統中，由于不需要很多按鍵，I/O 口又有大量剩余，系統采用了一個撥碼開 關 K1 和四個獨立按鍵開關 KKKK5。為了防止在單片機引腳在懸空狀態下外 界的干擾可能會導致單片機的誤動作，而給每一個開關加上了 上拉電阻來提高抗干 擾能力。判讀按鍵是否按下，等待按鍵釋放以及按鍵去除抖動都是在軟件里實現的。鍵盤電路原理圖如圖 所示。 鍵盤電路原理圖 LCD 顯示電路 電路概述系統中，采用了工業字符型液晶 1602 做信息顯示器件，1602 上下兩行共可顯示 32 個字符，1602 有體積小，重量輕，壽命長，功耗低，顯示信息清晰穩定的優點。系統工 作時，LCD1602 顯示如圖 所示。圖 LCD1602 顯示的信息 LCD1602 引腳1602 采用標準的 16 腳接口，各引腳說明如表 所示。在系統中，單片機 P P1P12 分別連接著 RS、R/W、E，P2 口連接著數據總線 D0～D7。通過這些接口， 單片機控制著 LCD1602 的工作。 LCD1602引腳功能說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地6E使能信號2VDD電源正極（典型值 5V）714D0～D7Data I/O 數據線3VL液晶顯示偏壓信號（可調）15BLA背光源正極4RS數據/命令選擇端（H/L）16BLK背光源負極5R/W讀/寫選擇端（H/L） LCD1602 控制器整個 1602 模塊主要由 LCD 顯示屏、控制器、列驅動器和偏壓產生電路構成。控制 器主要由指令寄存器 IR、數據寄存器 DR、忙標志位 BF、地址計數器 AC、字符顯示緩 沖區 DDRAM、標準字模區 CGROM、自建字模區 CGRAM 及時序發生電路組成。指令寄存器 IR，內部存儲 DDRAM 和 CGRAM 中的數據顯示的指令代碼和地址信東北大學秦皇島分校畢業設計（論文）第 23 頁數據寄存器 DR，內部暫時存儲單片機與模塊內部 DDRAM 和 CGRAM 之間的傳送數據，內部操作使 DR 與 DDRAM 或者 CGRAM 之間的數據傳送自動進行。忙標志位 BF，為“1”表明模塊正在進行內部操作，此時不接受任何外部指令和數 據；只有 BF 為“0”時，單片機才能訪問模塊。地址計數器 AC，是 DDRAM 或者 CGRAM 的地址指針。隨著 IR 中指令碼的寫入， 指令碼中攜帶的地址信息自動送入 AC 中，并確定 AC 做 DDRAM 還是 CGRAM 的地址 指針。DR 與 DDRAM 或者 CGRAM 之間完成一次數據傳送后，AC 會自動加 1 或減 1。字符顯示緩沖區 DDRAM，存儲顯示字符的字符碼，直接和屏幕上的點相對應，屏 幕上的一個點和 DDRAM 中的一個位對應，共 80 個字節。標準字模區 CGROM，保存了廠家生產時固化的 192 個不同字符字模，字符字模是 與顯示字符點陣相對應的 58 矩陣位圖數據。每組字模都有一個由其在 CGROM 中存 放的高八位數據組成的字符碼對應，字符碼的地址范圍為 00h~BFh。自建字模區 CGRAM，是留給用戶自己定義字符的字模組的。共有地址為 00h～3Fh的 64 個字節空間，最多可自己定義 8 個 58 點陣的字模數據，相應的字符碼地址為00h～07h 或 08h～0Fh，其中 00h 與 08h 對應同一個字模，01h 與 09h 對應同一個字模， 以次類推。 LCD1602 基本操作對 1602 的控制，共有四種基本方式，如表 所示。表 LCD1602 基本操作控制功能ERSR/W說明讀狀態101讀取由 AC 和 BF 的內容組成的狀態字 D0~D7讀數據111將 DR 內的數據讀到 D0~D7，模塊內部操作自動將 DDRAM 或CGRAM 中的數據送入 DR 中寫指令1→000將 D0~D7 的指令碼寫入指令寄存器 IR 中寫數據1→010將 D0~D7 的數據寫入 DR 中，模塊內部操作自動將 DR 中的數 據寫到 DDRAM 或 CGRAM 中 實時時鐘電路 電路及芯片概述為了使記錄的溫濕度更清晰，也便于以后查詢，設計中系統采用了時鐘芯片 DS1302，在記錄各溫濕度值的同時把其對應的測量時間也記錄了下來，這種記錄對長時 間的連續測控系統結果的分析及對異常數據出現的原因的查找具有重要意義。DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一款高性能、低功耗、帶 RAM 及涓流充電功 能的時鐘芯片。該芯片是 DS1202 的升級產品，與 DS1202 兼容，內含有一個實時時鐘/ 日歷和 31 個字節靜態 RAM，能提供 2100 年之前的年、月、日、時、分、秒及星期的 信息，每月的天數和閏年的天數可自動調整。時鐘/RAM 的讀/寫數據可以一次一個字節， 也可以采用突發方式一次傳送多個字節的字符組方式通信，通過對時鐘/RAM 讀/寫數據 來查詢時間信息和控制芯片的工作狀態。DS1302 工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小于 1mW；DS1302 工作溫 度范圍在可選工業級溫度范圍(40℃~ +85℃）內；DS1302 采用 8 腳 DIP 封裝形式。該 芯片的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛應用于電話、傳真、便攜式儀器以及電 池供電的儀器儀表等領域。 DS1302 引腳DS1302 的 RST 復位線、I/O 數據線和 SCLK 串行時鐘用來與單片機之間進行通信。 X1 和 X2 是振蕩源接口，外接普通 晶振； VCC2 和 VCC1 分別為 DS1302 的主 電源和備用電源管腳。 VCC1 為備用電源，有可編程涓流充電能力，附加七個字節暫存存儲器，VCC2 為主電源，工作電壓范圍較寬（~），能兼容 TTL 電平，芯片由VCC1 或 VCC2 兩者中的較大者供電。DS1302 在系統中的電路原理圖如圖 所示圖 DS1302 電路原理圖東北大學秦皇島分校畢業設計（論文）第 25 頁DS1302有關日歷、時間的寄存器共有12個，其中有7個寄存器，存放的數據格式為BCD碼形式。 DS1302有關日歷、時間的寄存器讀地址寫地址bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0數據范圍81h80hCH10秒秒005983h82h10分分005985h84hTT0AP時時112/02387h86h0010日日13189h88h00010月月1128Bh8Ah00000周日178Dh8Ch10年年00998Fh8EhWP0000000注 1：秒寄存器（81h、80h）的位 7 定義為時鐘暫停標志（CH）。當該位置為 1 時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態；當該位置為 0 時，時鐘開始運行。注 2：小時寄存器（85h、84h）的位 7（TT）用于定義 DS1302 是運行于 12 小時模式還是 24 小時模式。當為高 時，選擇 12 小時模式。在 12 小時模式時，位 5（AP）是 ，當為 1 時，表示 PM。在 24 小時模式時，位 5 是第二個10 小時位。注 3：控制寄存器（8Fh、8Eh）的位 7 是寫保護位（WP），其它 7 位均置為 0。在任何的對時鐘和 RAM 的寫 操作之前，WP 位必須為 0。當 WP 位為 1 時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。 DS1302 控制字DS1302 是 SPI 總線驅動方式，它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應寄存 器的數據。要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字，控制字的具體信息 如表 所示。bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit01RAM / CKA4A3A2A1A0RD / WR DS1302的控制字位 7（最高有效位）：必須是邏輯 1，如果它為 0，則禁止寫 DS1302。 位 6：如果為 0，則表示存取日歷時鐘數據，為 1 表示存取 RAM 數據。位 5 至位 1（A4～A0）：指示操作單元的地址。31 個字節 RAM 的地址為 00000 到11110。位 0（最低有效位）：如為 0，表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作。 DS1302 時序進行單字節傳送時，控制字總是從最低位開始輸出，在控制字指令輸入后的下一個 SCLK 脈沖的上升沿，寫入數據，數據輸入是從最低位（0 位）開始。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿，讀出數據，數據輸出也是從最低位到最高位，DS1302 單字節讀寫時序分別如圖 和 所示。圖 DS1302 單字節讀時序圖 DS1302 單字節寫時序東北大學秦皇島分校畢業設計（論文）第 27 頁系統中，為了防止突然掉電導致數據丟失，可以采用外部存儲器把那些要保護的數據存儲起來。前面提到 DS1302 的 RAM 可以當作外部存儲器來用，但是由于數據采集 是實時進行的，那么相應時間也是實時記錄的，考慮到系統工作效率，系統采用了 AT24C02A 芯片組成的掉電保護電路，如 所示。由于 AT24C02A 的容量有限，可 以采用環形存儲，即按存儲單元地址順序存入數據，當存滿時，用最新的數據覆蓋在最 舊的數據，以次類推。但是由于這些數據都已傳到上位機，所以只需要用前四個字節就 可以了。圖 AT24C02A 電路原理圖AT24C02A 是 Atmel 公司生產的 2K 位串行 CMOS EEPROM，內部含有 256 個 8 位 字節。采用 8 腳 DIP、SOIC 或 TSSOP 封裝，其引腳描述如表 所示。 AT24C02A引腳描述引腳名稱A0A1A2GNDSDASCLWPVCC功能器件地址選擇地串行數據/地址串行時鐘寫保護工作電壓A0、AA2 ：這些輸入引腳用于多個器件級聯時設置器件地址，當被懸空時默認 值為0，使用時最大可級聯8個器件，如果只有一個器件被總線尋址，這三個地址輸入腳 A0、AA2可懸空或連接到GND。SCL：輸入引腳，提供器件所有數據發送或接收的串行時鐘。 SDA：開漏輸出引腳，雙向串行數據/地址管腳用于器件所有數據的發送或接收。 WP：當該引腳連接到VCC時，所有的內容都被寫保護，只能讀；當WP管腳連接到GND或懸空時，允許器件進行正常的讀/寫操作。GND和VCC：芯片電源引腳，提供電源，構成回路，維持正常工作。AT24C02A通過 I2C 總線接口進行操作， I2C 總線協議定義如下：① 只有在總線空閑時才允許啟動數據傳送。② 數據傳送過程中當時鐘線為高電平時數據線必須保持穩定狀態不允許有跳變（因 為在時鐘線保持高電平期間，數據線電平從高到低的跳變為起始信號，從低到高的跳變 為停止信號）。圖 AT24C02A 總線時序單片機作為主器件通過發送一個起始信號啟動發送過程，接著發送它所要尋址的從 器件AT24C02A的地址，然后AT24C02A監視總線并當