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1、湖州师范学院求真学院毕 业 设 计（论文）题目基于单片机的气象信息采集系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 44 页 - - - - - - - - - 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外， 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过
2、帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者签 名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下， 学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第
3、2 页，共 44 页 - - - - - - - - - 基于单片机的气象信息采集系统摘要：随着科技的发展，气象信息采集技术也得到了快速的发展，从原先的人工定时采集发展到现在的无人实时采集。气象信息采集是自动采集、处理、传输气象信息的过程。本系统由采集模块、数据传输模块、 管理模块和显示模块组成。它采用 STC89C51 单片机作为管理模块，利用温湿度传感器对室外的气象信息进行实时采集并通过无线传输模块进行无线信息传输。接收端接收到信息后经过处理可直接显示到液晶屏上。通过温湿度设置按键，可以进行警戒温湿度的设定。关键词： 气象信息采集，STC89C51 单片机，无线传输模块名师资料总结 - -
4、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 44 页 - - - - - - - - - Design of Meteorological Information Acquisition System Based on Microcontroller Abstract：With the development of science and technology, meteorological information acquisition technology also obtained
5、 fast development, from the original artificially timing acquisition development up to now unmanned real-time data acquisition. Meteorological information collection is automatic acquisition, processing and transmission meteorological information process. The system are consists of acquisition modul
6、e, the data transmission module, management module and display module.The system uses the STC89C51 microcontroller as management module, the outdoor weather information for real-time acquisition is collected by the temperature and humidity sensor DHT11,and through wireless transmission module for wi
7、reless information transmission,the information can be received by the receive termination.The receiver to receive information after treatment can directly display to LCD screen.Through the temperature and humidity settings button,you can set the warning temperature and humidity. Key words：meteorolo
8、gical information collection, STC89C51 microcontroller,wireless transmission module 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 44 页 - - - - - - - - - 目录1 绪论 . 11.1 研究现状 . 11.2 课题设计目的和应用. 21.3 本文的主要内容和结构. 22 系统设计内容与要求. 33 系统硬件设计 . 43.1 电源电路 . 43.2 现场气象信息采集及无
9、线传输. 53.2.1 单片机 . 53.2.2 温湿度数据采集 . 63.2.3 无线数据传输 . 83.3 无线数据接收及显示. 93.3.1 无线数据接收 . 10 3.3.2 数据显示 . 10 3.3.3 键盘输入 . 11 3.3.4 蜂鸣器 . 11 4 系统软件设计 . 12 4.1 系统软件总体设计. 12 4.2 温湿度采集模块. 12 4.3 无线传输模块. 13 4.4 显示模块 . 14 4.5 按键模块 . 14 5 系统调试 . 15 5.1 硬件调试 . 15 5.2 软件调试 . 15 6 结束语 . 16 参 考 文 献 . 17 致 谢 . 18 附 录
10、. 1名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文1 1 绪论1.1 研究现状国外自动气象数据采集系统的发展概况1：上个世纪50 年代，前苏联研制的M36 型自动气象站，美国研制的AMOS-III型自动气象站是有史以来第一批自动气象信息采集系统，这些信息采集系统的结构比较简单，只能检测到少量的气象信息。到了60 年代中期，第二代自动气象信息采集系统已经能适应各种比较残酷的气候条件，但是由
11、此产生的存储和传输问题，却始终没能得到很好的解决。到了70 年代，大量的集成电路相继被运用到第三代自动气象信息采集系统中，从而实现了软件模块化、硬件积木化，同时为了提高信息的处理、记录和传输能力，单片机也被运用到自动气象信息采集系统中来。由此开始， 自动气象信息采集系统真正的被推广开来。90 年代以后，国外许多国家都采用自动气象信息采集系统建成业务性自动观测网。国内自动气象数据采集系统的发展概况：60 年代初期，我国开始效仿国外的自动气象站，开始了对自动气象信息采集系统的研制。到了70 年代初，我国才研制出了5 台自动气象信息采集系统，并且在青海省进行试验。由于种种原因，一直无法深入的进行研制
12、工作，因此跟国外自动气象站的差距越来越大。直到90 年代初，中小尺度天气自动气象监测网才在长三角、 珠三角地区建站运行，由此开始， 我国自行研制的第一批自动气象信息采集系统设计定型， 并且被广泛的推广开来。截至到目前， 全国大部分地区的气象站都使用了自动气象信息采集系统，并且实现了全国联网。虽然近几年我们的工业科技水平得到了突飞猛进的发展，但是国内的自动气象站相比于国外还是有比较大的差距。主要存在于采集信息过于单一，信息存储及信息传输误差大等缺陷，特别是那些远在偏远地方的采集系统往往所要大量的人力和财力的投入。随着科技水平的提高， 无线技术的成熟，自动气象信息采集系统正在走入气象监测的舞台。气
13、象信息观测也由早期的人工观测发展为仪器自动观测。人们只需要坐在室内操纵计算机，便能及时的了解各个地方的实时气象信息。因此建立气象信息采集系统是必然的趋势。气象信息采集系统的优点是：(1)实时监测温度、湿度、风速、风向、雨量、气压、太阳辐射、土壤温度、土壤湿度等九要素气象参数，为大幅提高定时定点气象预报水平提供详细的气象数据。(2)降低人工观测的误差。由自动气象站监测并且直接传输到计算机中进行数据分析显示。(3)观测人员的工作重点由观测记录数据逐步转移到对数据的分析研究上和对自动气象信息采集系统的维护上。(4)减少人员需求。自动气象信息采集系统的使用可以使气象站的人员减少到2-3 人2。综上所述
14、，气象信息采集系统具有低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守、适用范围广、适应能力强等特点，硬件和软件均采用组合式开放性设计，可灵活组合使用。从而提高了气象站观测资料的空间密度和时间密度，增强了监测、警报、预警能力。被广泛应用于农业、水文、军事、仓储、机场、科学研究等领域。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文2 1.2 课题设计目的和应用我国幅员辽阔，地形复杂，地貌多样，地势起伏大
15、，山地、平原、丘陵和高原林立。由于受地理位置和复杂多样的地形条件的影响，全国气候差异明显，具有多样性和复杂性的特点。为满足中小尺度预报模式需要，并及时掌握局地气象信息变化，各种中小尺度网格的野外自动气象观测站相继建成3。对气象信息采集系统的要求也就越来越高，研发环境适应能力强、气象要素观测稳定、观测精度高的气象信息采集系统十分必要。虽然我国对气象信息采集系统的研究起步比较晚，但是经过有关专家的不断试验和改进，已经取得了不小的进步。目前应用最广的自动气象站就是本课题的研究雏形。针对自动气象站结构复杂的特点，本课题进行了相应的改进，使其具有便于安装调试，集成度高，费用低，结构简单的特点，能够满足一
16、般气象信息观测的要求。气象信息采集系统可以方便地移植应用于一般用户，这将为拓宽气象业务的发展做出一份贡献，从而更好的推动气象事业的发展，并使其更好地为大众服务4。1.3 本文的主要内容和结构本设计是以自动气象站为雏形，提出并设计了一个结构简单的气象信息采集系统。针对各种各样的要求，在硬件上采用了功能强大的STC89C51 单片机作为核心的控制器件，承担气象信息采集过程当中的信息处理工作，单片机接收DHT11传感器传送过来的温湿度数字信号，通过无线传输模块进行数字信号传输，最终将测量到的温湿度显示到液晶屏上面。为了使该设计的应用范围更广，特意在信息采集的基础上添加了超限警报功能。并且，该功能可以
17、自行进行数据的设定，避免了不必要的麻烦。在软件上注重结构的合理化安排，使用C 语言进行编程，使程序容易维护、修改和扩充。以下是论文的主要结构：第一章介绍了气象信息采集系统的发展现状，介绍了自动气象站，提出了本文的研究目的和应用。第二章讲述了气象信息采集系统的整体设计思路，介绍了本课题的设计内容与要求。第三章阐述了现场气象信息采集及无线发送和无线数据接收及显示的硬件设计，说明了相应元器件的选择和应用，描述了各部分控制原理。第四章介绍了各模块的软件设计，说明了各元器件的编程思路。第五章阐述了系统的硬件和软件调试。第六章结束语。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -
18、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文3 2 系统设计内容与要求一个完整的气象信息采集系统主要由硬件和软件两部分组成。仅从硬件方面来看，目前气象信息采集系统主要采用集散式和总线式两种体系结构集散式数据采集系统是计算机网络技术的产物， 它由数据采集站、 上位机及通信线路组成。采用总线技术的自动气象数据采集可以使结构简单，工作可靠，耗电量低，组网通讯方便5。在两种系统方案中本论文选择的是集散式信息采集系统体系。从软件方面来看，为求更改方便，本设计采用C 语
19、言进行编程。本系统是以STC89C51 单片机作为信息处理核心的气象信息采集系统装置，适用于家庭、学校、蔬菜大棚等场所。本系统的核心部件STC89C51 单片机，接收和处理来自传感器的信号，通过程序的执行，在液晶显示屏上显示结果。系统能测量实时的温度和湿度，并在液晶屏上显示。 再者， 系统具有超限警报功能，一旦被检测的空气中温度或者湿度大于设定数值时，发出警报。该系统的电源可以采5V 直流电供电。本文实现一种基于单片机的气象信息采集系统，整个系统的功能模块可分为发送部分(图 a)和接收部分 (图 b)，如下图2-1 所示：图 a 发送部分框架图图 b 接收部分框架图图 2-1 气象信息采集系统
20、框图系统主要实现下面几个功能发送部分功能：（1）现场采集部分的温湿度传感器模块采集数据，将采集到的数据传给STC89C51 单片机进行处理。（2）现场部分的单片机处理完的数据经过NRF24L01 无线传输模块传送。接收部分功能：（3）接收部分的无线传送模块接收数据，并将数据传送给单片机。（4）单片机经过数据处理后传送给LCD1602 液晶屏显示。另外，采集到的气象要素数据进行处理前一段要经过传感器界限值和气象要素允许范围检查6。所以系统设有安全警报，可以预先设定温度湿度，一旦超过该设定温度或者湿度，就会发出警报， 比较适合一般的蔬菜大棚。本系统设计力求使用方便，以人为本的人性化设计。名师资料总
21、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文4 3 系统硬件设计系统设计主要分为发送部分和接收部分。其中发送部分主要包含气象信息采集模块(DHT11) 、STC89C51 单片机模块、电源模块和无线传输模块。具体电路图如图3-1 所示。接收部分主要包含STC89C51 单片机模块、显示模块、键盘模块、无线传输模块、蜂鸣器模块和电源模块。具体电路图如图3-2 所示。图 3-1 发送部分电路图图 3-
22、2 接收部分电路图3.1 电源电路电源是整个系统工作的基本保障，本设计的工作电压是5V，如果使用220V 交流电供电，则需要LM7805 稳压电路。为了简化电源系统，本设计直接使用直流电供电(干电池供电达不到元器件的工作电压)。由于 NRF24L01 无线传输模块的工作电压是3.3V，因此，在电路中必须加入三端稳压器，将 5V 的电压降到3.3V。本次设计使用的是AMS1117 ，相比 7805 的优点是：正常工作名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 44 页
23、- - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文5 时，输入电压与输出电压之差可降低至1V，而 5V-3.3V=1.7V1V ，可见采用单5V 电源供电所有元器件都可正常工作。发射部分和接收部分的电源都是5V，电路图如图3-3 所示：图 3-3 AMS1117 电路图3.2 现场气象信息采集及无线传输3.2.1 单片机气象信息采集系统的硬件设计包括传感器的选择和信息采集器的设计。而单片机是气象信息采集系统的核心，主要功能是将传感器所检测到的各种电信号进行获取处理。单片机又称嵌入式微控制器或微控制器，是用于测控用途的一种微型计算机，主要是以嵌入式形态嵌入到各种测控设备中，
24、应用十分广泛。单片机按其位数分为4 位、 8 位、 16位、 32 位，目前以8 位居多， 16 位次之7。本次设计采用STC89C51 单片机作为管理模块。STC89C51 单片机是8051 新一代单片机，具有高速、低功耗等特点。最高工作频率可分别达到25MHz50Hz 。STC89C51 单片机的工作电压分为5V 型号和 3.3V 型号。 5V 型号可工作于3.4V6.0V ，而 3.3V 型号可工作于2.0V4.0V 。 STC89C51 可以完成 ISP 在线编程功能 ,并且全面兼容其它51 单片机。STC89C51内部有E2PROM ，可以在程序中修改，而且断电不丢失数据。此外，还增
25、加了两级中断优先级等等8。图 3-4 为单片机引脚图：图 3-4 单片机引脚图STC89C51 单片机部分特性如下：1.ISP 与 IAP 编程方式2.降低单片机对外部电磁辐射名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文6 3.内部可扩展RAM 4.具有双 DPTR 数据指针5.可扩展 P4 口6.内置看门狗电路7.软复位功能8.带 A/D 功能9.性价比高由于本设计涉及到无线数据的收
26、发，因此， 需要两个 STC89C51 单片机模块。 在一个单片机模块中，除了STC89C51 单片机外，还需要时钟电路以及复位电路。时钟电路由两个30pF 的电容和一个12MHZ 晶振组成。而复位电路就是向单片机的RST 复位引脚输入一个持续时间上大于2 个时钟周期的高电平。单片机模块电路图如图3-5 所示：图 3-5 单片机模块电路图3.2.2 温湿度数据采集温度是国际单位制中7 个基本物理量之一，与人们的生产生活密切相关9。测量温度传感器种类很多，常用的有：超声测温计、热电偶、金属热电阻、热敏电阻、PN 结及 IC 温度测量元件等。湿度很难用数量来表示。对湿度的表示方法是相对湿度。而常用
27、的湿度传感器也有好几种，比如：湿敏电阻、湿敏电容、集成湿度传感器等10。由于温度与湿度的关系密切，因此温湿度一体的传感器相应产生。市场上的温湿度传感器一般测量的是温度量和相对湿度量。温湿度测量主要存在的问题是精度要求。提高精度，减小误差那是非常困难的。目前国内的自动气象站使用的都是进口的温湿度传感器，比如HMP45A/45D ，这是由Vaisala 公司生产的，被广泛运用于自动气象站。而本次设计以节约成本为目的，采用DHT11 作为温湿度采集模块。DHT11 温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，自带A/D转换器， 因此就节省了将模拟信号转换为数字信号这个过程。它应用专用
28、的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有很高的可靠性和稳定性，超小的体积和超低的功耗，其封装为4针单排引脚封装，信号传输距离可到20 米以上。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文7 DHT11温湿度传感器通过单总线与单片机连接，既可以传输时钟信号，又可以传输数据信号，与传统的模拟信号传感器相比，更简单，更方便11。需要注意的是在测量湿度时，温度对于测量湿度的影响会非常大。如果传
29、感器附近的元器件释放热量， 在安装时， 尽可能将 DHT11 安装在释放热量的元器件下方并且远离元器件，同时保持良好的通风。为了更好的获得准确的数据，DHT11与电路板其他部分的镀铜层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。同样的， DHT11的应用领域非常广，比如汽车、暖通空调、家电、温湿度调节器、除湿器、医疗、湿度调节器、气象站、自动控制、数据记录器等。DHT11 温湿度传感器性能参数：温度测量范围：060精度：2测量分辨率：8bit 湿度测量范围：2090RH 精度：5%RH 测量分辨率：8bit 供电电压：35.5V 保存条件：温度1040湿度 60以下DHT11 的引脚说明如表3-1
30、 所示：表 3-1 DHT11 引脚说明引脚号名称注释1 VDD 供电 3.5V5.5V 2 DATA 串行数据，单总线3 NC 空脚，悬空4 GND 接地，电源负极我们采用DHT11 温湿度传感器，其主要特性如下：(1)4 引脚安装(2)完全互换(3)超低能耗(4)无需额外部件(5)超长的信号传输距离(6)卓越的长期稳定性(7)相对湿度和温度测量(8)全部校准，数字输出由于 DHT11 不需要放大电路，因此，采集模块只有DHT11 传感器与一个10K 的上拉电阻组成。电路图如图3-6 所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -
31、- - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文8 图 3-6 DHT11 温湿度采集模块电路图3.2.3 无线数据传输无线传输模块是信息传输的核心，承担了信息的传输工作。常用的无线模块有NRF905、NRF24L01 、 CC1100、 Si4432、CC1020、CC2500 等型号。在选用无线模块方面有如下几个方案：方案一、选用Si4432 型号模块。 Si4432 型号模块具有完整的FSK 收发器，最大发射功率为 17dBm，接收灵敏度高达-115dBm ，传输速率最大可达128K
32、bps，工作频率为433M 免费 ISM 频段 (430.23439.75MHz) ， 也可以工作于900.72929.27MHz ， 空旷通讯距离可达800米以上。方案二、选用NRF905 型号模块。 NRF905 型号模块工作电压为1.93.6V，调制方式为GFSK，最大传输速率为50Kbps，瞬间最大工作电流小于30mA ，并且433MHZ 开放 ISM频段免许可使用，工作频段为422.4473.5MHz ，空旷地通讯距离为100 米以上。方案三、选用CC1100 型号模块。 CC1100 型号模块的工作电压为1.93.6V，最大发射功率为 10mV，瞬间最大工作电流小于30mA ，并且
33、 433MHz 的免费 ISM 频段免许可使用，工作频段为402MHz470MHz ，最高工作速率为500Kbps，支持 2-FSK、GFSK 和 MSK 调制方式，空旷地通讯距离为250 米以上。方案四、选用CC1020 型号模块。 CC1020 型号模块工作电压为2.3V3.6V ，低电流消耗为 19.9mA ， 工作频率范围为402MHz470MHz ， 灵敏度高，数据率最高可达153.6Kbps,SPI接口配置内部寄存器，标准DIP 间距接口，便于嵌入式应用，开阔地通讯距离可达500 米以上。方案五、选用NRF24L01 型号模块。 NRF23L01 型号模块的工作电压为1.93.6V
34、，调制方式为GFSK ，最大发射功率为1mV,瞬间最大工作电流小于15mA ，最大传输效率为2Mkbps ，工作频率为2.4002.524GHz ，掉电模式下的功耗400mA，待机模式下的功耗为32uA，具有片内稳压器，可在1.93.6V 低电压工作，空旷地通讯距离可达20 米以上。方案六、选用CC2500 型号模块。 CC2500 型号模块的工作电压为1.83.6V，工作频率范围为24002483.5MHz ，ISM 和 SRD 频段免许可使用，最高工作速率为500Kbps,支持2-FSK、GFSK 和 MSK 调制方式，接收灵敏度高，支持低功率电磁波激活功能，外部中断唤醒，外部中断或RTC
35、 唤醒系统，空旷地通讯距离为20 米以上。方案一、方案三、方案四性能十分强大，可相对于其他几个方案来说过于复杂，跟本设计的简约设计初衷相矛盾。而方案二的价格太高，因此不适合。 由于平时从未接触过CC2500型号模块，因此本设计采用方案五的NRF24L01 无线传输模块。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文9 NRF24L01 是一款新型单片射频收发器件，工作频段范围在2.4GH
36、z2.5GHz 之间，而且 NRF24L01 的功耗非常低，因此比较适合简单的设计。NRF24L01 主要特性12如下：GFSK 调制；硬件集成OSI 链路层；具有自动应答和自动再发射功能；片内自动生成报头和CRC 校验码；数据传输率为1Mb/s 或 2Mb/s；SPI 速率为 0Mb/s10Mb/s ；125 个频道；与其他 NRF24 系列射频器件相兼容；QFN20 引脚 4mm4mm 封装；供电电压为1.9V3.6V 。NRF24L01 的封装及引脚排列如图3-7 所示：图 3-7 NRF24L01 引脚排列由于无线传输模块跟无线接收模块是一对的，都采用了 NRF24L01 ，因此它们的
37、电路图相同如下图 3-8 所示：图 3-8 无线传输模块原理图3.3 无线数据接收及显示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文10 3.3.1 无线数据接收无线数据接收部分与无线发射部分是对应的，同样采用的是NRF24L01 无线传输模块。NRF24L01 虽然比较简单，但是它在开阔地的实测距离仍可以达到20 米以上，能满足一般的需求。而且它的使用方法非常简单，不需要什么专业知识
38、，只需要5 个普通的IO 操作即可完成数据收发，任何单片机都可以选择此模块。本设计使用的NRF24L01 无线传输模块虽然小巧，但是一点不妨碍到它的使用领域。像车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、机器人控制、无线232 数据通信、无线485/422 数据通信、数字音频、数字图像传输等都会出现它的身影。3.3.2 数据显示一个系统中， 显示部分同样非常重要，它能将用户所需要的资料信息都显示出来。常用的显示设备有数码管、LCD 显示屏、各类点阵等。常用的显示方案有如下几种：方案一、 采用数码管作为显示模块。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管。通过对其不同管
39、脚输入相对的电流，会使其显示出数字。由于它价格便宜、体积小、亮度高等特点，被广泛应用于各种电子产品。方案二、采用12864 液晶作为显示模块。12864 液晶除了可以显示数字、英文字母外，还能显示中文、图形等信息，每屏可以显示32 个中文字符或64 个 ASCII 码字符。可以说功能非常强大。方案三、采用1602 液晶作为显示模块。1602 液晶具有可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，调用方便等特点，且操作简单，可以显示数字、标点、字母等信息，显示内容比数码管丰富。由于本次设计需要显示温度、湿度等信息， 因此不选择成本非常高的12864 液晶。 如果采用数码管，则需要用动态扫描，占用的资源比
40、较多，而且显示界面不太友好。综上所述，选择 1602 液晶作为显示模块。LCD1602 能够显示32 个字符。 1602 液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，包括阿拉伯数字、英文字母、常用的符号、日文等。LCD1602 采用标准的16 脚接口，各引脚接口说明如表3-2：表 3-2 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1 VSS 电源地9 D2 数据2 VDD 电源正极10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压11 D4 数据4 RS 数据 /命令选择12 D5 数据5 R/W 读/写选择13 D6 数据6 E 使能信号14 D7 数据7 D0 数据15 BL
41、A 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文11 1602 液晶模块的电路图如图3-9 所示：图 3-9 1602 液晶显示模块电路图3.3.3 键盘输入由于本次设计添加了设置温湿度警报的功能，所以需要配备键盘。常用的键盘设计方案有以下几种：方案一、采用独立按键组成的键盘。独立按键的特点是一个按键占用一个I/O 口，且编程非常简单，比
42、较适合按键少的设计。方案二、采用矩阵键盘。矩阵键盘是将按键排列成矩阵形式，用其中的每一个按键，连接引自单片机I/O 口的行线与列线。 行线所接的单片机I/O 口作为输出端， 而列线所接的I/O口则作为输入。这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了13,14。本次设计只需要四个按键，因此选用独立按键组成的键盘。四个按键KEY1 、KEY2 、KEY3 、KEY4 分别对应确认、加1、减 1、复位功能。键盘按键电路图如图3-10 所示：图 3-10 键盘输入电路图3.3.4 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器。主要有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种。本次设计采用的是压电式蜂鸣器。压电式
43、蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、 阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。当蜂鸣器通电后，多谐振荡器起振，输出1.52.5KHz 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。蜂鸣器模块的电路图如图3-11 所示：图 3-11 蜂鸣器电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文12 4 系统软件设计4.1 系统软件总体设计在应用系统中， 系统的主要功能将由软件来实现，好的软件设计能够充分
44、发挥微控制器的运算和逻辑控制功能，从而提高仪器的精度和使用的方便性15。根据各部件不同功能的划分，可分为信息发射部分和信息接收部分。系统软件设计的主要目标是将来自传感器的数字信号，经过程序处理后，在LCD1602 液晶显示屏上显示，并且通过键盘控制所需要显示的信息。 只有将发射部分和接受部分两部分软件相互结合，才能实现气象信息系统的采集显示功能。系统总体软件设计流程图如图4-1 所示：发射部分流程图接收部分流程图图 4-1 系统总体软件设计流程图4.2 温湿度采集模块温湿度采集模块DHT11 接收到一次开始信号后，DHT11 从低功耗模式转换到高速模式，如果 DHT11 接收到主机发送的开始信
45、号，则 DHT11 发送响应信号， 送出 40bit 的数据信息，并且采集一次温度和湿度，采集结束后，由高速模式转换到低速模式，如果DHT11 没有收到主机发送的开始信号，则不会进行温度和湿度的采集。当温湿度采集模块DHT11 为空闲状态时，即总线空闲状态时，总线被拉到低电平，等待 DHT11 的响应，这时，总线被拉低的时间必须大于18 毫秒，才能使DHT11 检测到开始信号。 DHT11 接收到主机发送的开始信号后，等待主机发送信号结束，紧接着发送80us 的低电平响应信号。主机在发送信号结束后，等待延时2040us 后，读取 DHT11 的响应信号，等待主机发送开始信号后，可以切换到输入模
46、式或者输出高电平，总线被上拉电阻拉至高电平。若总电平为低电平，DHT11 发送响应信号，发送结束后，总线被拉高80us，紧接着发送数据，每发送1bit 数据信息都以50us 开始，数据位上是0 或者 1 由高电平的长短决定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文13 当数据信息全部传送完毕后，DHT11 拉低总线50us，总线由上拉电阻拉高到高电平进入空闲状态。温湿度数据模块流程
47、图如图4-2 所示：图 4-2 温湿度数据模块流程图4.3 无线传输模块无线传输模块在发送数据时，首先将 NRF24L01 配置为发射模式， 接着将发射的数据写入 NRF24L01 ，激活无线发射，然后检测NRF24L01 的 IRQ 引脚，若为低电平，说明数据发送成功，产生发送中断。若为高电平，则发送未成功，继续发送数据。无线传输模块在接收数据时，首先将 NRF24L01 配置为接收模式，等待数据传输过来，当接收模块检测到信号到来时，就将数据存储到当前信号的载波信号中，接着将RX_DR 置高， IRQ 则变为低电平，成功获取数据。之后CE 就变成低电平，而NRF24L01 进入空闲模式。无线
48、传输模块的流程图如图4-3 所示：发射部分无线传输模块流程图接收部分无线传输模块流程图图 4-3 无线传输模块流程图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文14 4.4 显示模块本次设计使用的是带背光的LCD1602 ，因此有 16 个引脚， 11 个与单片机的I/O 相连并通信，其中8 个为数据引脚，其余3 个为控制引脚。通过改变3 个控制引脚的电平，可以对1602 液晶进行写命
49、令，读命令，写数据，读数据的操作，从而控制1602 液晶。本设计中，只需对 1602 液晶进行单向操作，所以省略了对1602 液晶的读命令和读数据的操作。显示模块的程序流程图如图4-4 所示：图 4-4 显示模块流程图4.5 按键模块本次设计采用按键模块的是四个独立的按键，分别与单片机P0 口上的四个引脚相连，当按键没按下时，单片机内部对应的I/O 接口由于有上拉电阻，其输入为高电平；当某键被按下后，对应的I/O 接口变为低电平。只要在程序中判断I/O 接口的状态，就可知道哪个键处于闭合状态，就可确定是哪个按键按下。按键模块的流程图如图4-5 所示：图 4-5 按键模块流程图名师资料总结 -
50、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 44 页 - - - - - - - - - 湖州师范学院求真学院本科毕业设计论文15 5 系统调试5.1 硬件调试焊接设备：元器件、导线、焊锡丝、松香、电烙铁、万用表。主体思想： 由于此次设计的电路比较复杂，所以在各元器件未焊接上去前，首先对元器件的型号和规格进行核对，熟悉各元器件的引脚排列。接着进行合理的排版，用导线连接各元器件时，必须仔细看清电路图上是怎样接的，防止接错。焊接时按照先焊元器件，每焊接完一片后，仔细检查有无错误，这样就可