LabVIEW温室多参数测控系统无线接收机软硬件设计+电路图(5)
图3.4 通信接口电路
3.4 电源模块设计
因为本系统的外部输入电压为12V,而系统中的器件需要5V的工作电压。所以需要一个能稳定输出5V左右的电源模块。
随着集成电路的发展，采用专用稳压集成电路，可使电路的设计大大简化，这里选用常用的78/79系列的稳压器7805提供5V的电压，7805电压输入端的范围是8V-36V,这种系列稳压器是将电源调整管、误差放大器、启动电路以及保护电路集成于一身，具有过热、过流、调整安全工作区保护功能，由于器件只具有3个引脚，所以使用方便，电源模块如图3.5所示。Vout是稳压电源的输出引脚，Vin输入端的电容C8是1个100uF/25V的电解电容，C9是1个0.1uF的普通电容，它们的作用是滤波、改善纹波和抑制输入的瞬时过电压，保证稳压器的输入与输出间的电压差不会超过允许值。输出端电容C11接入0.1uF的电容器可以改善负载的瞬态响应，同时为了减小输出纹波电压，并联1只大容量电解电容器C10为100uF/10V，会取得较好的效果，输入口接入一个二极管可起反向保护的作用。
图3.5 电源模块
3.5 硬件电路板设计
一个系统工作是否可靠，电路的设计占很大一部分因素，另外，印刷电路板的制作也是电路正常工作的决定性因素。系统在测试环境中不可避免地存在诸如电磁、温度、机械振动等多种因素的干扰。为了有效地防止这些干扰，在电路设计和电路板制作的过程中采取了一些必要的措施。
1）电路设计中的相应措施是为电源去耦，在电路板电源入口处的电源线和地线之间并接去耦电容，并接的是电容为100uF/25V的电解电容和一个0.1 的云母电容，并接大电容是为了去掉低频干扰成分，并接小电容是为了去掉高频干扰成分。为防止电路中数字信号电平转换过程中产生的尖峰电流在信号传输线上和其它芯片内阻上产生的较大压降而造成干扰，为每个集成芯片都安置一个0.1 的陶瓷电容。
2）电路板设计需要注意的问题是，在布线时电源线要尽量的宽，接地线要构成闭环路，形成梳子状，这样能降低阻抗，从而减少干扰。对于同一功能的电路，可将同一功能的元器件集中于一点接地，硬件电路板如图3.6所示。
图3.6 硬件电路板实物图
3.6 本章小结
本章主要是对下位机硬件电路的设计做了详细的说明。首先叙述了下位机的总体设计，然后详细介绍了硬件电路中的单片机最小系统、无线传输模块、通信接口、电源模块设计和硬件电路板设计。
4 单片机软件设计
4.1 编译环境概述
印刷电路板制作好后，还不能够对数据进行处理。这就需要向ATmega128单片机中写入程序才能达到预定的功能。
由于AVR单片机的出色性能，使得除ATMEL公司推出的AVR studio之外，还有很多第三方公司也推出了许多高级语言编程的开发环境，用于AVR单片机系统的开发。常见的有以下几种。
支持C语言的开发环境有：
1）ICCAVR；
2）Code Vision AVR；
3）IAR Systems；
4）AVR GCC；
5）Win AVR。
支持Basic语言的开发环境有：
1）BASIC AVR；
2）FastAVR Basic；
3）BASCOM-AVR。
其中AVR Studio和Win AVR是完全免费的软件，而ICCAVR、Code Vision AVR、IAR Systems、BASCOM-AVR等均为商业软件，但可以从网上获取试用版本[14]。本系统下位机软件采用的编译环境是由AVR Studio和Win AVR提供的。
4.2 单片软件设计要求
4.2.1 无线节点通信协议及串口通信协议
1）无线节点通信协议
要保证无线节点和接收模块之间的数据传送准确、可靠，需要有共同的通信协议。通信协议是对数据传送方式的规定，包括数据格式定义和数据位定义等，它必须在编程之前确定下来。只有双方都正确地识别并遵守这些规定才能顺利地进行通信。奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法，根据被传输的一组二进制代码数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验，采用奇数的称为奇校验，反之，则为偶校验。本协议的节点采用奇校验的方法，首先判断第一字节高7位中“1”的个数是否为奇数，若为奇数则将这一位设定为1，反之为0。接收端收到这组地址时，首先判断高7位“1”的数量，得出奇校验位的值。若与所发送的校验位一致，表明校验正确，否则校验错误。第二、三字节对应湿度数据的整数部分和小数部分，第四、五字节对应温度数据的整数和小数部分，具体协议内容如表4.1所示。