第三章系统的硬件平台设计３．２。３数据采集硬件电路设计本设计系统环境参数采集包括温湿度、光照强度【４５］，通过各类传感器把采集到的信号送入ＣＣ２５３０处理器，经过内部处理后输出数据信号给ＡＲＭ控制中心处理。３。２．３。１温度采集电路设计本系统温度测量选用的是数字式ＤＳｌ８８２０传感器［４６］，ＤＳｌ８８２０主要特点有封装集成度高、价格便宜、抗干扰能力强，精度高等。ＤＳｌ８８２０主要有温度检测单元、上限触发ＴＨ、下限触发ＴＬ、高速暂存器、８位ＣＲＣ产生器、６４位ＲＯＭ和单总线接口、存储器和控制逻辑［５６１。图３－６是ＤＳｌ８８２０内部原理图。从上图可知ＤＳｌ８８２０外部只有３个管脚，分别是Ｉ／Ｏ管脚ＤＱ，电源管脚ＶＣＣ和ＧＮＤ。ＤＳ１８８２０通过内部存储器能够确立通讯方式，将数据写进寄存器中，当确定这些数据后，就能通过复制寄存器的指令把确定的数据传输到可电擦除ＲＡＭ中，若改变寄存器中的数据，这个进程可以保证数据的不变性【５７］。本设计图３—７温度采集原理图。●—＿亡当ＤＱ－Ｉ存储器和控制器６４位工高速缓蒋督镌器＼￡电ＲＯＭ知望线７７、，￡源∑．接口．．Ｉ检测ｆ－ｌ十一温度灵敏元件＋一Ｎ，蹴，ＮＮＴＨ．＿一配置寄存器＋——一低温触发器ＴＬ８４立ＣＲＣ生成器图３－６ＤＳｌ８８２０内部原理图Ｆｉｇ．３—６ＤＳ１８８２０ｉｎｔｅｒｎａｌｓｃｈｅｍａｔｉｃ图３—７ＤＳｌ８８２０接线原理图Ｆｉｇ．３－７ＤＳｌ８８２０ｗｉｒｉｎｇｄｉａｇｒａｍ１５万方数据基于嵌入式和Ｚｉｇｂｅｅ的智能窗帘控制系统设计与实现３。２．３．２湿度采集电路设计从智能窗帘控制系统功能的完整性来考虑，室内的湿度使我们要采集的一个重要指标，但是室内的水气分布不均匀，参数采集比较麻烦，所以一个性能高、采集精准的传感器需要我们慎重考虑，通过对性能、成本的综合考虑以及对其他的传感器的对比，我们选择的是ＤＡＬＬＡＳ公司的ＤＨＴｌｌ湿度传感器。ＤＨＴｌｌ有着较高的稳定性、能够长时间稳定工作、响应时间短性价比较高的一款湿度传感器，在类似的系统研究中有着较广的使用。表３．１是ＤＨＴｌ１传感器关键技术参数。文中运用ＤＨＴＩ１典型应用电路，电源采用标准ＤＣ５Ｖ电压，信号线接入ＣＣ２５３０芯片Ｐ１５管脚，其中信号输出端串联１０Ｋ电阻来增加信号稳定性，如图３．８湿度传感器硬件接线图。表３－１ＤＨＴｌ１传感器关键技术参数ｓｅｎｓｏｒＴａｂｌｅ．３．１ＤＨＴｌ１ｋｅｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ特性参数工作电压ＤＣ３．０～５．５Ｖ，宽广工作电压；输出类型分辨率测量范围互换性供电电流测量精度单总线连线方式，效率高；湿度Ｉ％ＲＨ，温度０．２度，准确度高；湿度２０％０～９０％ＲＨ，温度Ｏ～５０度；可以完全呼唤；最大２．５ｒｎＡ；湿度为±５％，温度为±２度。ＧＮＤＤＨＴｌＩ图３－８湿度传感器硬件接线图Ｆｉｇ．３－８Ｈｕｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｏｒｈａｒｄｗａｒｅｗｉｒｉｎｇｄｉａｇｒａｍ由图３．８所示，可以看出信号线ＤＡＴ直接与ＣＣ２５３０芯片Ｉ／Ｏ管脚相连接，实时把采集到的数据传输到芯片内部，运用单总线传输方式，正常数据传输周期万方数据第三章系统的硬件平台设计是４ｍｓ一次，其中数据传输过程中整数和小数部分是分开的，具体如表３—２所示。表３－２ＤＨＴｌｌ数据传输格式Ｔａｂｌｅ．３—２ＤＨＴｌ１ｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｆｏｒｍａｔ数据位１输出内容６位８位湿度整数数据和８位湿度小数数据【４８Ｊ８位温度整数数据和８位温度小数数据【４９】８位校验和１６位８位从表３．２可以看出，若信号输出正确则校验和应该是４个８位湿度数据之和所得结果。当ＤＨＴｌ１上电后传感器开始运行，若模块开始采集数据则需要ＭＣＵ发出工作指令，运用单总线方式发送到ＤＨＴｌ１内部，把传感器从休眠模式转换到全速工作模式。当主机启动开始信号停止后，ＤＨＴｌｌ开始传输响应信号，传输４０位的数据和同时产生一次信号采集，这时就能够选择读取采集的数据［５０］。通讯过程如图３－９所示。一粪晕卜叫销－＋；数据。卜淼弋厂弋厂弋厂弋ｉ：：；数琵嚣轰电阻数据。数据１ｌ—：—一Ｌ卜拉高延时准备输出一一一厂｛Ｌｋ拉高并延时等待图３－９温湿度传感器通讯时序图Ｆｉｇ．３—９Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｓｃｎｓｏｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｉｍｉｎｇｄｉａｇｒａｍ３．２。３。３光照强度采集电路设计由于智能窗帘要实现自动开关，就会根据室内光线轻度自动改变窗帘的开关状态，这就需要一个光电传感器实时采集室内光线强度，原理是把光照信号按照一定的过程转化为电信号，然后传入控制中心进行处理。光照采集电路的主要器件是光敏元件，普遍使用的光敏元件有光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管掣ｓ·］。综合考虑，本设计项目使用光敏电阻作为光敏元件。其中光敏电阻的工作特性主要是通过接受光线强度的不同来改变自身的电阻值，当接受到的光线强度变强，则本身的电阻值降低，反之电阻值上升。在光照强度采集电路中，主要实现窗帘要自动开关，就会根据室内光线强度自动改变窗帘的开关状态，需要实时采集光线强度，而且把光线强度分成好几个万方数据基于嵌入式和ｚｉｇｂｅｅ的智能窗帘控制系统设计与实现等级，从成本和设计难度选择光敏电阻元件来实现本系统设计，因此设计图３，１０光线采集原理图。ＶＣＣ．５Ｖ？ＧＮＤ图３－１０光线采集原理图Ｆｉｇ．３－１０Ｌｉｇｈｔｃａｐｔｕｒｅｓｃｈｅｍａｔｉｃ上图是分压电路，随着光线改变，ＲＧ上的电压也不断改变，“ｇｕａｎｇｚｈａｏ”引脚是采集Ｒ２０上电压，把采集到的信号送入单片机Ａ／Ｄ转换第４通道引脚，经过程序处理和以下公式计算，得到光线值ｌｉｇｈ［５４］。ａｄｃｘ：Ｇｅｔ—Ａｄｃ—Ａｖｅｒａｇｅ（ＡＤＣ—Ｃｈａｎｎｅｌ～４，３）ｔｉｇｈ＝（∥ｏ刃）＊ａｄｅｘ（３．３／４０９６）在函数３—７中（３－７）（３—８）Ｇｅｔ—Ａｄｃ—Ａｖｅｒａｇｅ（ＡＤＣ—Ｃｈａｎｎｅｌ一４，３）是模数转换后把光线强度变为相应电压信号，然后经过函数３－８，把电压信号再转化为相应的光线值输出来。３．３主控器电路设计考虑到本次设计的智能窗帘控制系统成本低、功耗低和难度低的原则，主控制器端、外围电路端的和无线通信模块需要选择成本低、功耗低和使用简单的芯片。本文所研究的系统选择的主要芯片为基于ＡＲＭ核心的微控制器ＳＴＭ３２Ｆ１０３系，无线通信模块是由ＲＭ０４ＷＩＦＩ模块和ＳＩＭ９００Ａ模块组成，外围电路主要含有继电器控制电路、交流电压电流检测电路和液晶显示电路等组成。３．３．１ＳＴＭ３２Ｆ１０３系列微控制器根据开发系统需求和选择ＭＣＵ型号准则，本智能窗帘居控制系统选择基于万方数据第三章系统的硬件平台设计ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核的ＳＴＭ３２系列ＭＣＵ。是因为Ｃｏｒｔｅｘ。Ｍ３内核使用的是增强型框架，该系列微处理器数据处理速度快、运行稳定性好高、内存大、低功耗和芯片高度集成，集成了自动检测低电压、稳压器和内嵌ＲＣ振荡器等有点。ＳＴＭ３２Ｆ１０ｘ列处理器的内部结构如下图３—１１所示。ＤＭＡ：璺釜Ｚ箩器训司ＲＴＣ＝实时时髦』女乩白抖瞌＊口，＾。ｂ：恶：，，瑟瑟黧篙：ＵＷＡ作ＲＴＣ二三菇闹钟的自动唤醒功能ｏＩ邀夏Ｊ／ｃｕ。ｕ５｜８ｔ＋，＇计ｕ／００４ｔ一。‘叶”一”。“８４…。。。”ＰＯＲ：上电复位温度范围，－ｅ－电源２０至－－３６伏图３一ｌｌＳＴＭ３２Ｆ１０ｘ处理器内部结构图Ｆｉｇ．３—１１ＳＴＭ３２Ｆ１０ｘｐｒｏｃｅｓｓｏｒｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ３．３．２ＳＴＭ３２Ｆ１０３系列最小系统电路设计ＳＴＭ３２Ｆ１０３系列单片机最小系统主要有下载电路、石英晶振电路、复位电路和电源电路四个部分组成［５５］。３．３．１．１下载电路设计在项目调试过程中，需要反反复复下载和调试程序才能最终完成软件设计的，如下图３一１２所示下载调试电路图。万方数据
基于嵌入式智能窗帘控制硬件设计
