【正文】 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要摘 要溫濕度無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)溫、濕度傳感器對(duì)糧倉(cāng)環(huán)境溫、濕度信號(hào)實(shí)時(shí)、精確的采集，并通過(guò)數(shù)字顯示出來(lái)。再把信號(hào)通過(guò)單片機(jī)和無(wú)線通信模塊傳到終端機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。當(dāng)糧倉(cāng)的溫濕度超過(guò)或低于設(shè)置的上下限時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并采取控制措施，讓倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的溫濕度始終穩(wěn)定在安全溫濕度范圍內(nèi)，從而對(duì)倉(cāng)內(nèi)溫濕度實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及控制。本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；由此簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)的整個(gè)組成和系統(tǒng)工作原理：二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；包括傳感器的靜動(dòng)態(tài)特征介紹，采用數(shù)字傳感器檢測(cè)時(shí)序、檢測(cè)原理、檢測(cè)電路以及檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。三是單片機(jī)及通信接口的硬件電路及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；還包括無(wú)線通信技術(shù)，通信協(xié)議，數(shù)據(jù)收發(fā)芯片的介紹。關(guān)鍵詞 單片機(jī)，數(shù)字溫濕度傳感器，無(wú)線通信。III攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACTABSTRACTTemperature and humidity wireless monitoring system is through the temperature, humidity sensor on the granary environment temperature, humidity signal in real time, accurate collection, and through the digital display. Then the signal through the single chip and wireless munication module to realize the monitor terminal. When the temperature and humidity of granary is above or below the setting of limits, alarm and control measures, make the temperature and humidity in the warehouse has stabilized at safe temperature and humidity range, so as to realize the detection and control of temperature and humidity in the warehouse. This design mainly do the following aspects of work: The first is to determine the system39。s overall design scheme。 the entire system ponents and work principle of the system is introduced briefly: The second is hardware circuit and software design of intelligent sensor。 including static and dynamic characteristics of the sensor, the digital sensor detection time, detection principle, detection circuit and system software design. The third is the hardware circuit and software design of single chip puter and munication interface。 also includes a wireless munication technology, munication protocol, data transceiver chip introduction.Keywords：Single chip microputer, digital temperature and humidity sensor, wireless munication.攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 1 12 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 3 3 3 3 無(wú)線通信技術(shù)的選擇 43 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 7 7 7 8 1晶振電路、復(fù)位電路、顯示電路 15 16 NRF24L01芯片概述 16 17 NRF24L01的工作模式及工作原理 17 NRF24L01的應(yīng)用電路 204 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 21 21 22 22 235 結(jié)果分析 256總結(jié) 26參考文獻(xiàn) 27附錄A：程序清單 29附錄B：電路原理及結(jié)果圖 63致 謝 65攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論1 緒論我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，糧食產(chǎn)量、存儲(chǔ)、消耗均屬世界首位。從糧食收獲到加工，從糧食加工成產(chǎn)品到消費(fèi)者手中，這期間經(jīng)過(guò)非常復(fù)雜的物流過(guò)程，而糧食的儲(chǔ)存過(guò)程顯得非常重要。儲(chǔ)糧環(huán)境的好壞，關(guān)系到糧食品質(zhì)安全。不良的環(huán)境可以使得糧食生蟲(chóng)、酸變和發(fā)霉，還破壞了糧食的口感和新鮮度，從而導(dǎo)致糧食的損失。最能影響糧食變質(zhì)的最主要因素之一是糧食的水分含量。而影響糧食的水分的兩個(gè)重要的環(huán)境因素便是溫度和濕度。那么溫濕度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在儲(chǔ)糧過(guò)程中有著極大的使用價(jià)值。另外隨著傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化也隨著不斷推進(jìn)和完善。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的使用越來(lái)越廣。2006年，澳大利亞CSIRO研究中心開(kāi)發(fā)了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能農(nóng)場(chǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)和GPS定位設(shè)備監(jiān)視和了解奶牛的行為，建立在不同環(huán)境下的擬牛行為模型。2007年，美國(guó)Grape Networks為加州中央谷地區(qū)的農(nóng)業(yè)配置了“全球最大的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”。在我國(guó)，北京市科委計(jì)劃項(xiàng)目“蔬菜生產(chǎn)智能網(wǎng)絡(luò)傳感器體系研究與應(yīng)用”正式把農(nóng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)示范應(yīng)用于溫室蔬菜生產(chǎn)中。糧庫(kù)庫(kù)房的溫濕度檢測(cè)從采用人工檢測(cè)和控制，到遠(yuǎn)程監(jiān)控有線控制，再到現(xiàn)在的無(wú)線監(jiān)控。溫濕度無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類型隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展而增多。首先溫濕度傳感器，現(xiàn)在普遍是選用數(shù)字傳感器，溫濕度的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)可選用溫度傳感器如DS18B2與濕度傳感器如HS1101分別測(cè)溫度和濕度，也可用測(cè)溫濕度集為一體的溫濕度傳感器如DHT1SHT11來(lái)同時(shí)檢測(cè)溫濕度。其次是無(wú)線傳輸方式，糧倉(cāng)溫濕度無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的通信屬于短距離的數(shù)據(jù)傳輸，現(xiàn)在使用的短距離無(wú)線傳輸方式有：ZigBee、紅外線、藍(lán)牙、3G、WIFI等。各種溫濕度傳感器、單片機(jī)和無(wú)線通信方式的組合，將配置出多種形式溫濕度無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，滿足農(nóng)業(yè)對(duì)各種不同溫濕度的監(jiān)控需求。本文設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)AT98C51的溫濕度無(wú)線檢測(cè)和控制系統(tǒng)，主要通過(guò)設(shè)計(jì)硬件電路和軟件程序的完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。硬件主要部分包括溫濕度傳感器DHT1控制芯片AT89C51和無(wú)線通信芯片NRF24L01.。軟件主要包含溫濕度數(shù)據(jù)采集預(yù)處理和數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送和接收兩方面的設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)部分：熟悉硬件的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成個(gè)硬件之間的接口電路的設(shè)計(jì)；主要有傳感器與單片機(jī)之間的接口電路和單片機(jī)與無(wú)線通信模塊的接口電路。二、軟件設(shè)計(jì)部分：(1)溫濕度數(shù)據(jù)采集及處理程序的設(shè)計(jì)；(2)無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送程序的設(shè)計(jì)；(3)無(wú)線數(shù)據(jù)接收程序的設(shè)計(jì)；(4)串口程序的設(shè)計(jì)。65攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案： 主控制 糧倉(cāng)鍵盤上下線輸入溫濕度傳感器單片機(jī)主控?zé)o線發(fā)送模塊無(wú)線接收模塊單片機(jī)從機(jī)LED及上位機(jī)顯示報(bào)警采取措施 溫度傳感器根據(jù)輸出信號(hào)的不一樣可分為：數(shù)字溫度傳感器和模擬溫度傳感器。模擬溫度傳感器大致又分集成模擬溫度傳感器傳統(tǒng)和模擬溫度傳感器兩種。當(dāng)下，溫度傳感器的一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)，一是從模擬式向數(shù)字式，二是從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化。智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。而現(xiàn)在對(duì)環(huán)境溫濕度的測(cè)量集為一體。先前濕度測(cè)量采用最簡(jiǎn)單的濕度傳感器是濕敏元件，隨后是集成濕度傳感器，現(xiàn)在是單片智能化濕度/溫度傳感器。本系統(tǒng)選用DHT11作為溫濕度傳感器。DHT11傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接,通過(guò)單片機(jī)等微處理器簡(jiǎn)單的電路連接就能夠?qū)崟r(shí)的采集本地濕度和溫度。DHT11與單片機(jī)之間能采用簡(jiǎn)單的單總線進(jìn)行通信，僅僅需要一個(gè)I/O口。傳感器內(nèi)部濕度和溫度數(shù)據(jù)40Bit的數(shù)據(jù)一次性傳給單片機(jī)，數(shù)據(jù)采用校驗(yàn)和方式進(jìn)行校驗(yàn)，有效的保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。DHT11功耗很低，5V電源電壓下。該濕度傳感器的濕度測(cè)量范圍為20－90％RH ，濕度分辨率為1％RH 8位，采樣周期為1S，且采用單總線結(jié)構(gòu)，不僅滿足對(duì)糧倉(cāng)濕度檢測(cè)的要求，且使用方便。 無(wú)線通信技術(shù)的選擇無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、無(wú)線通信和分布式信息處理技術(shù)等的全新的獲取信息的平臺(tái)，由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成。這些節(jié)點(diǎn)有傳感、數(shù)據(jù)處理能力和無(wú)線通信功，并且其功耗低、體積小和成本低的特點(diǎn)。通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)采集和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的所要監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，這些信息通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給用戶終端，從而形成了一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊和電源模塊四部分組成。數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換主要由數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)；節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)和傳感器采集的數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和處理由數(shù)據(jù)處理模塊的管理；網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的控制信息交換由無(wú)線通信模塊控制負(fù)責(zé)控制；收發(fā)采集數(shù)據(jù)和無(wú)線通信時(shí)，給節(jié)點(diǎn)運(yùn)行所需要的能量由電源模塊提供，一般使用電池供電。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有的主要特點(diǎn)有：(1)節(jié)點(diǎn)體積小、數(shù)量大、成本低；(2)節(jié)點(diǎn)通信距離短，需要使用多跳路由；(3)傳感器節(jié)點(diǎn)具有自適應(yīng)性；(4)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。 傳統(tǒng)的多點(diǎn)分布式溫、濕度測(cè)量系統(tǒng)多采用有線傳輸方式。而采用有線傳輸時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行大量布線，這給系統(tǒng)的布設(shè)、維護(hù)和更新升級(jí)等帶來(lái)了諸多不便。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)的引入避免了上述有線系統(tǒng)的諸多不便。目前，常見(jiàn)的短距離無(wú)線通信技術(shù)大致有：紅外技術(shù)（IrDA）、（WiFi）、ZigBee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、和無(wú)線單片技術(shù)。(1) 、紅外技術(shù)（IrDA） 紅外技術(shù)，是一種利用紅外線實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)。在小型移動(dòng)設(shè)備（如PDA、手機(jī)等）上廣泛使用。其優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需申請(qǐng)頻段的使用權(quán)，這使得采用紅外通信成本低。并且采用紅外通信還有功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用這些優(yōu)點(diǎn)。但視距傳輸方式是IrDA的不足之處，采用紅外通信需要兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)并不適合大的工業(yè)控制領(lǐng)域。(2)、ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)，是目前在部署無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中最具應(yīng)用潛力的技術(shù)之一。ZigBee是一種以低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。開(kāi)發(fā)符合ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的射頻系統(tǒng)芯片難度大，且只是提供一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)演示功能，通信距離僅為100m左右，而且實(shí)際傳輸速率低（不超過(guò)10kbps），這與ZigBee協(xié)議提供的最大傳輸速率（250kbps）相比，有著數(shù)量級(jí)的差別，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)。另外采用ZigBee技術(shù)通信，其穿透性弱，易受障礙物的影響。再則其產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)昂貴。(3)、（WiFi）技術(shù)，該標(biāo)準(zhǔn)最初是以適用于大型辦公室或業(yè)務(wù)園區(qū)為設(shè)計(jì)目標(biāo)的，可支持10到100個(gè)接入點(diǎn)，是一種高性能的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。具有安全性好、數(shù)據(jù)傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)成本較高。(4)、藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)，是一種采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快調(diào)頻和短包技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備短距離通信的無(wú)線電技術(shù)。支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信， ISM頻段，其數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps。另外藍(lán)牙技術(shù)支持語(yǔ)音傳輸，并且本身具有糾錯(cuò)機(jī)制，因而可靠性高。但藍(lán)牙設(shè)備有以下幾個(gè)缺點(diǎn)，一是通信距離較短，一般發(fā)射范圍為10m；二是通信協(xié)議復(fù)雜、組網(wǎng)規(guī)模小，不適合工業(yè)控制；三是其產(chǎn)品昂貴。(5)、無(wú)線單片技術(shù)無(wú)線通信技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合使用技術(shù)稱為無(wú)線單片技術(shù)；這種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和獨(dú)立工作的無(wú)線通信的無(wú)線片上系統(tǒng)將性能高、成本低的單片機(jī)與射頻收發(fā)芯片集成為一體；該系統(tǒng)具有價(jià)格低廉、功耗極低、體積較小。此系統(tǒng)的工作原理是利用單片機(jī)將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給無(wú)線射頻收發(fā)芯片，使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和無(wú)線通信的工作更加簡(jiǎn)單化，并且容易開(kāi)發(fā)。相對(duì)于ZigBee和藍(lán)牙技術(shù)來(lái)說(shuō)，無(wú)線單片技術(shù)的通信協(xié)議更為簡(jiǎn)單。用戶操作簡(jiǎn)單，而且集成芯片的外設(shè)少、成本低、功耗低、干擾少。本系統(tǒng)就是采用無(wú)線單片技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。在整個(gè)無(wú)線通信模塊中無(wú)線射頻芯片屬于核心部件，整個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能、成本和開(kāi)發(fā)周期都與無(wú)線射頻芯片選擇誰(shuí)否正確相關(guān)。選擇正確的射頻芯片可以盡量避免系統(tǒng)在研發(fā)過(guò)程走彎路，減少開(kāi)發(fā)成本，加快產(chǎn)品上市的速度。根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的所要達(dá)到的要求，應(yīng)該選用功耗低、接口簡(jiǎn)單、成本低、集成度高、體積小、抗干