微信硬件设计技术设计方案.doc

1、文件编号：项目编号：机密级别： 绝密 机密 内部文件部 门： 第九组拟 制： 2016 年 12 月 26 日校 对： 年 月 日审 核： 年 月 日批 准： 年 月 日微信硬件设计技术设计方案文档修订记录日期 版本 说明 作者2015.12.26 V1.0 文档生成 秦才霞一、项目名称微信硬件设计二、设计要求及性能指标设计一个微信硬件，选用 STC15W4K48S4 单片机作为主控芯片进行设计和实现。具体任务包括项目技术设计方案，硬件电路的设计，系统软件设计，仿真调试，实际测试等。具体要求如下：1. 在触摸屏上实现无线网络登录设置界面；2. 用单片机将温度、湿度、光照度信息采集上来，并且显示

2、在触摸屏上；3. 通过 WiFi 模块接入乐为物联服务器，将温度、湿度、光照度信息传送到第三方云平台，手机微信通过关注乐为物联的公众号，获取这些传感器信息。三、项目总体方案设计1、系统总体方案编写单片机程序，在触摸屏上实现环境信息显示界面和无线网络登录设置界面，用单片机将温度、湿度、光照度信息采集上来，并且显示在触摸屏上，最后通过 WiFi 模块接入乐为物联服务器，将温度、湿度、光照度信息传送到第三方云平台，手机微信通过关注乐为物联的公众号，获取这些传感器信息。S T C 单片机触摸屏W i F i 模块光强模块 温湿度模块口袋实验室盒子U A R T 2图 3.1 系统结构框图系统详细设计方

3、案如下：以 STC15W4K48S4 单片机作为微控制器，采用触摸屏电路的 TFT-LCD 即薄膜晶体管液晶显示器实现无线网络登录界面的显示，采用 DHT11 温湿度传感器对温度和湿度进行采集，采用光强模块的光强度传感器 BH1750FVI 进行光强采集，采集好温度、湿度、光照度的采集后，将其显示在 TFT 触摸屏上，然后通过 WiFi 模块接入乐为物联服务器，将温度、湿度、光照度信息传送到第三方云平台，手机微信通过关注乐为物联的公众号，获取这些传感器信息。系统的基本原理：光强模块、温湿度模块将检测到的环境信息传送给微处理器来处理，然后微处理器通过 WiFi 模块将处理结果送到乐为物联服务器第

4、三方云平台，最后通过手机可获取上述信息。2、关键技术、设计难点及其解决方案关键技术：1、熟悉 AD 开发环境，绘制电路原理图和 PCB，合理布局布线。2、检测环境温湿度，通过串口上报并打印检测信息。3、用数字光照传感器检测光强，通过串口上报并打印检测信息。4、通过发送相关指令将 WiFi 模块接入乐为物联服务器，将温度、湿度、光照度信息传送到第三方云平台。难点：1、对 Altium Designer 的学习不深，对原理图和 PCB 绘制的过程不了解，从而硬件绘制过程缓慢，无从下手。2、软件设计部分的硬件原理不理解，编写程序无从下手。3、利用 wifi 发送相关指令连接乐为物联网时，无法判断连接

5、是否成功，何时发送传送数据指令。解决方案：1、上网查询相关视频教材，听老师讲解，以及请教熟悉此类软件的同学。2、认真阅读并合理利用老师给的例程，合理利用其中的子程序，了解其工作原理3、合理利用延时函数，利用 while 语句等待连接成功指令的返回值到达后，再发送下一条指令。四、项目详细方案设计1、核心器件选型核心器件 1：单片机控制模块选型依据和原则：功能，性价比等可供选择的器件：MCS-51 系列单片机、STC15W4K48S4 等单片机选择原因：STC15W4K48S4 单片机的主要功能简介：（1）增强型 8051CPU，单时钟周期/机器周期 1T ，速度比普通 8051 快 8-12 倍

6、（2）工作电压：2.5V-5.5V，采用 3.3V 供电（3）48K 字节内部 Flash 程序存储器，片内大容量 4096 字节的 SRAM（4）大容量片内 EEPROM，擦写次数 10 万次以上（5）内部高精度 R/C 时钟， ISP 编程时内部时钟从 5MHz35MHz 可设，本项目选用 33.1776 MHz（6）四组完全独立的高度异步串行通信端口（7）62 个通用 I/O 口，具有四种工作模式，每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA（8）8 通道 10 位高速 ADC， 7 个定时器， 6 通道 15 位专门的高精度 PWM选型原因：从主要功能可知，STC15W4K48S4 单片

7、机相比于其他的普通单片机速度快，可提高用户体验感；采用 3.3V 供电，其他的器件也可采用相同的电压供电，可实现统一的外部供电；4 路串口可用；有 64 个可用的 I/O 口；这个类型的单片机制作成本较低，可提高性价比。从功能和价格角度最终选择 STC15W4K48S4 单片机。核心器件 2：触摸液晶屏模块选型依据和原则：功能、显示图像质量，价格等可供选择的器件：TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）、 OLED、COB、COG.选择原因：TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）的主要功能简介：（1）3.2 寸屏幕，工作电压 2.83.3V（2）320240 的分辨率（3）接口为 16 位并行

8、8080 接口，16 位真彩显示（4）自带触摸屏，可以用来作为控制输入选型原因：采用薄膜晶体管，克服串扰，可有效提高图像的显示质量，增强用户体验感；可采用 3.3V 电源供电，与选择的单片机采用统一电源供电。从功能和用户体验感的角度我们最终选择 TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）。核心器件 3：温湿度传感器模块选型依据和原则：功能、价格等可供选择的器件： DHT11 数字温度传感器、DS1820、MAX6575 、DS1722、MAX6635选择原因：DHT11 数字温度传感器的主要功能简介：（1）含有已校准数字信号输出的温湿度传感器；（2）包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件；

9、（3） DHT11 器件采用简单的单总线通信方式，一次传送 40 位数据，高位先出。DH11 温度传感器为数字传感器，测量精度更高；该温度传感器输出的信号经过数字校对，对温度更加敏感，在相似价位中，其功能相对强大。从功能和价格角度出发我们选择 DHT11 数字温度传感器。核心器件 4：光感模块选型依据和原则：功能、价格等可供选择的器件：光强度传感器 BH1750FVI、RS232 光强度传感器选择原因：BH1750FVI 光强度传感器的主要功能简介：（1）两线式串行总线接口的集成电路，采用 I2C 总线与单片机通信。（2）光照被高精度光敏二极管 PD 探测，通过集成运算放大器将 PD 电流转换

10、为 PD 电压，由模数转换器获取 16 位数字数据，读取出内部存储的光照数据。选型原因：采用高精敏度光敏二极管采集光照信号，通过数模转换转为数字信号，精度高，电路较简单，实现方便。从功能和灵敏度触发我们选择 BH1750FVI 光强度传感器。2、硬件电路设计(1)微信硬件设计微信的硬件电路主要由单片机模块，温湿度模块，触摸屏模块，光强模块，WIFi 模块等组成，循迹小车硬件电路如下图所示。图 4.2.1 微信硬件设计电路(2)单片机模块和电源模块单片机系统的扩展是以基本最小系统为基础的，单片机最小系统包括晶体振荡电路、复位电路。单片机复位的原理是在时钟电路开始工作后，在单片机的 RST 引脚施

11、加 24 个时钟振荡脉冲（即两个机器周期）以上的高电平，单片机便可以实现复位。在复位期间，单片机的 ALE 引脚和PSEN 引脚均输出高电平。当 RST 引脚从高电平跳变为低电平后，单片机便从 0000H 单元开始执行程序。时钟电路是用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号，单片机内部包含有一个振荡器，可以用于 CPU 的时钟源。另外也可以采用外部振荡器，由外部振荡器产生的时钟信号来供内部 CPU 运行使用。单片机模块和电源模块如下图所示。图 4.2.2 单片机模块和电路模块(3)温湿度模块DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度符合传感器。它应用专门的数字模块采集技术

12、和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能的 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检验信号的处理过程中要强调这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功能，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为各类应用应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。温湿度模块如下图所示。图 4.2.3 温湿度模块（4）触摸屏模块TFT-LCD 即薄膜晶体管液晶显示器简介：液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，大大提高了图像质量。特点：（1）3.2 寸屏幕，工作电压 2.83.3V（2）320240 的分辨率（3）接口为 16 位并行 8080 接口，16 位真彩显示（4）自带触摸屏，可以用来作为控制输入