基于Arduino的温湿度系统设计(4)

江西理工大学2014届本科生毕业设计（论文）

分析题目并查找资料编写代码进行液晶的实物调试传感器的实物调试完成系统修改及完善系统整体调试假装报警器模块和呼吸灯模块 图3-2 整体设计流程图

3.2 系统硬件设计

本节主要介绍基于Arduino的温湿度控制系统的主控模块的设计。Arduino温湿度控制系统包括Arduino主控板，LCD1602液晶显示模块，温湿度数据采集模块，报警模块等组成。本章将主要介绍系统的硬件设计及功能介绍。

3.2.1 主控模块

Arduino UNO是作为Arduino平台的参考标准模板，是Arduino USB接口系列的最新版本。UNO的核心控制器件是ATmega328处理芯片，数字输入/输出口共计有14路：6路PWM输出端口，6路模拟输入端口，一路ICSP header，一个16MHz晶体振荡器，一个电源插口，一个USB接口和一个复位按钮[26]。Arduino Uno有三个版本，最新版本与老版相比有以下新的特点：

在AREF处新添加了两个引脚：SCL和SDA，支持I2C接口；增加IOREF和一个预留管脚，控制板能同时兼容5V和3.3V的供应电压。 USB接口芯片由ATmega16U2替代了ATmega8U2[27] 。如图3-3为改进后的Arduino UNO。

图3-3 Arduino UNO控制板

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1 、Arduino uno基本概要

? 处理器 ATmega328 ? 工作电压 5V

? 输入电压（推荐） 7-12V ? 输入电压（范围） 6-20V

? 数字IO脚直流电流 40 mA

? 3.3V脚直流电流 50 mA ? 数字IO脚 共计14路

? 模拟输入脚 6路

? Flash Memory 32 KB ? SRAM 2 KB ? EEPROM 1 KB ? 工作时钟频率 16 MHz

2 、数据通信接口及引脚配置说明

? 串口：ATmega328处理芯片内置的UART可以通过数字接口0和1与外部硬件完成串口数据通信[28]。

? TWI接口

? SPI 接口

图3-4 Arduino原理图

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Arduino控制板上基本端口如图3-4所示 Digital I/O：数字输入/输出0—13。 Analog I/O：模拟输入/输出0-5。 支持ICSP下载，同时支持RX/TX。

输入电压：5-12V外部电源供电或USB接口供电。 输出电压：支持3.3V级5V 电源输出。 处理器：使用Atmel Atmega168 328微处理器。

AREF: 参考电压的模拟输入。采用analogReference()指令调用。 VIN端口：外部电源输入引脚。 ICSP：是一种线上即时烧录引脚。

3.2.2 数据采集模块 1、DHT11产品概述

DHT11温湿度传感器是含有已校准数字信号输出的一款温湿度复合传感器。为保证传感器具有卓越的长期稳定性和极高的可靠性，它采用了温湿度传感技术和专门制作的数字集成模块数据采集技术[29]。

图3-5 DHT11传感器实物图

DHT11温湿度传感器均在严格的校验实验室中经过精确的湿度检验校准。校准系数结果采用程序数据的形式存放在OTP中，DHT11内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数[30]。体积小和功耗低等优点使信号数据传输距离可超过20多米，使它成为各种应用场合的最佳选则甚至环境最为复杂的应用场合。

（1）引脚介绍：

? Pin1：(VDD)，电源引脚，供电电压为3～5.5V。 ? Pin2：（DATA），单总线，串行数据通信。 ? Pin3:（NC），空脚，请悬浮。

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? Pin4:（VDD），电源负极，接地端。

（2）接口说明 ：

当连接线长度在20米内的时候要使用5000欧的上拉电阻,当距离超过这个距离时则需要根据实际的工作情况来选用适合的电阻器件。

图3-6 DHT11典型应用电路

（3）数据帧的描述：

DATA 通信接口用于 DHT11传感器与控制器之间采用单总线数据格式进行同步和通信，一次通信周期约4毫秒,数据分为两部分：整数和小数，当前小数部分用于扩展,现读出为零.实现顺序如下：

一次完整的数据传输为40位,高位先出。

数据格式8位湿度整数+8位湿度小数+8位温度整数+8位温度小数 如果数据没有发送错误，则所得到的校验和数据等于所得结果的最后8位数，即8位的温度小数部分。

（4）电气特性：VDD=5V，T = 25摄氏度，

表3-1 DHT11的电气特性

参数 供电电压 供电电流 采样周期

条件 DC 测量 平均 待机 秒

Min 3 0.5 0.2 100 1

typ 5 1.8 0.8 120 3

max 5.5 2.5 1 150 5

单位 V mA mA uA 次

注:采样周期间隔不得低于1秒钟。

2、DHT11传感器模块电路设计

DHT11温度与湿度传感器连接Arduino控制板相对而言还是比较简单的。Arduino控制板的数字I/O接口2的作用是发收串行数据的，即数据口。数字I/O接口2连接传感器的Pin2。由于测量电路长度一般小于20米，所以需要额外增加一个5000欧的上拉电阻，所以在电源与DHT11的第二个脚之间接一个5000欧电阻[31]。而DHT11的电源端口第一个脚和第四个脚分别接Arduino控制板的

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电源接口和接地接口。DHT11的第三脚不接任何原件，悬浮放置。DHT11温湿度传感器的原理图如下图3-11所示：

图3-11 DHT11电路原理图

3.2.3 数据显示模块 1、LCD1602液晶显示屏

LCD1602液晶是一种可以同时显示32个字符（16列2行）的工业字符型液晶。LCD显示模块在电子表、摄像机、手机及很多日常电子产品中都可以监到，主要作用是显示图形、数字和专用符号等[32]。在基于微型处理器的电子设备中，LCD1602很多常用的输出方式例如作为显示器、发光器等使用。

（一）引脚说明

图3-12 LCD1602引脚功能图

VSS：电源地。

+5：电源正极，一般用+5V的电压。

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