【正文】 RF24L01無線收發(fā)模塊不區(qū)分發(fā)射和接收，完全由單片機(jī)的程序控制，將從傳感器采集完成的溫度、濕度和光照強(qiáng)度值存入到TxBuf數(shù)組中，無線發(fā)射模塊會將這個(gè)數(shù)組中的數(shù)據(jù)發(fā)射出去。系統(tǒng)初始化調(diào)用溫濕度采集子程序調(diào)用光照強(qiáng)度采集子程序調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序調(diào)用無線發(fā)射子程序是否在上下限范圍之內(nèi)聲光報(bào)警 N Y 發(fā)射端主程序流程圖開始調(diào)用無線接收子程序系統(tǒng)初始化調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序 接收端主程序流程圖 溫濕度采集子程序的設(shè)計(jì)此部分是使用DHT11溫濕度傳感器進(jìn)行溫度和濕度的采集，傳感器內(nèi)部的電阻式濕敏元件和NTC元件分別對濕度和溫度采集，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后將數(shù)值傳送給單片機(jī)。C 語言是一種高級語言，具有低級語言的特點(diǎn)，原來用各種匯編語言編寫的單片機(jī)程序，均可用C語言程序代換。而客戶對單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員的基本要求，就是要選擇能夠滿足產(chǎn)品性能和成本要求的單片機(jī)，并以最快的速度開發(fā)出完全滿足市場需求的智能化產(chǎn)品。然而，由于匯編語言是面向機(jī)器的語言，不同廠家或同廠家不同系列的單片機(jī)，其匯編語言指令系統(tǒng)往往互不相同，即通常所說的“不兼容”。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。在本設(shè)計(jì)中，軟件編程方面采用C語言對單片機(jī)進(jìn)行編程，并使用KeiLC51系統(tǒng)進(jìn)行軟件調(diào)試。 聲光報(bào)警電路當(dāng)三個(gè)采集量有不在所設(shè)定的上下限范圍之內(nèi)時(shí)，單片機(jī)和蜂鳴器、發(fā)光二極管連接的管腳分別置1，這樣三極管基級就有小電流，會使發(fā)射結(jié)正偏，三極管的集電極接電源，所以會使集電結(jié)反偏，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作。設(shè)置完畢后，將S2斷開，中斷程序停止，系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行主程序，即數(shù)碼管繼續(xù)循環(huán)顯示此時(shí)所測大氣的濕度、溫度和光照強(qiáng)度。 鍵控電路此系統(tǒng)的作用是測試和監(jiān)控空氣的濕度、溫度和光照強(qiáng)度，因此，需要手動(dòng)設(shè)置這三量的上限和下限。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)，最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。 無線發(fā)射電路 無線接收電路發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，nRF24L01無線發(fā)射模塊采用GFSK調(diào)制方式，即高斯頻移鍵控調(diào)制方式。接收時(shí)，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。無線收發(fā)模塊有很多種，本設(shè)計(jì)的無線發(fā)射、接收電路中選用nRF24L01無線收發(fā)模塊。 顯示電路顯示電路工作時(shí)，由于顯示器的每一位是七段的，要想顯示09每一個(gè)數(shù)值，首先要在程序中建立一個(gè)數(shù)組，將這十個(gè)數(shù)按照在七段數(shù)碼管顯示的規(guī)則寫好，并放入數(shù)組中。1度和177。 數(shù)碼管的引腳圖 電路設(shè)計(jì)此電路是由一個(gè)單片機(jī)和一個(gè)七段數(shù)碼管構(gòu)成，單片機(jī)控制這個(gè)數(shù)碼管，通過程序控制數(shù)碼管的每一位，使其顯示測量的濕度值。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。上電工作時(shí)，BH1750FVI首先初始化，單片機(jī)給起始信號，BH1750FVI將采集到的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)存入寄存器中，而后將其內(nèi)部寄存器的地址通過總線給主機(jī)，主機(jī)讀取地址中的數(shù)據(jù)，就是光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，再將讀到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。BH1750FVI主要應(yīng)用于手機(jī)，LCD，TV,PC,便攜式游戲機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)，車載導(dǎo)航，PDA,LCD顯示。將傳感器靈敏度從默認(rèn)狀態(tài)改變?yōu)?倍時(shí)，光學(xué)窗口的影響便可以忽略。其內(nèi)部是利用一個(gè)光敏二極管作為一個(gè)感光元件，光照強(qiáng)度不同，通過光敏二極管的光電流不同，再經(jīng)過后面的集成運(yùn)放，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?，?jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后就可以將采集的光照強(qiáng)度的數(shù)字量的值輸出給單片機(jī)。NTC感溫元件是一種熱敏電阻，溫度越高熱敏電阻阻值越小，溫度越低熱敏電阻阻值越大，從而通過對電阻值得變化檢測出響應(yīng)的溫度值。傳感器的VCC端接5V電源，單片機(jī)讀出數(shù)據(jù)，再進(jìn)行后續(xù)的顯示和發(fā)射。 數(shù)字0信號表示方法 數(shù)字1信號表示方法 電路設(shè)計(jì)DHT11溫濕度傳感器一共有四個(gè)管腳，DHT11的供電電壓為3－，傳感器上電后，要等待1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號,DHT11不會主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 DHT11DATA 用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。在剛開機(jī)時(shí)，這時(shí)按鍵沒有按下，電容充電，在這充電過程中電容兩端的電壓從0V迅速上升到5V，這時(shí)10K電阻的兩端電壓從5V下降到0V，所以在剛開機(jī)時(shí)，RES管腳為高電平，完成開機(jī)復(fù)位，電容充滿電后，10K電阻兩端電壓始終接近為0V，單片機(jī)RES管腳就始終為低電平。復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開始執(zhí)行程序。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便使MCS51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第8位地址接收。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。時(shí)鐘電路溫濕度傳感器DHT11鍵盤輸入單 片 機(jī)顯示電路光強(qiáng)傳感器BH1750FVI無線發(fā)射模塊聲光報(bào)警復(fù)位電路 系統(tǒng)的發(fā)射部分原理框圖顯示電路無線接收模塊上位機(jī) 系統(tǒng)的接收部分原理框圖第3章 硬件電路設(shè)計(jì)本章圍繞整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，著重介紹硬件電路的設(shè)計(jì)原理，各部分的組成以及元器件的性能。手動(dòng)設(shè)置濕度、濕度和光強(qiáng)的上限和下限，首先選擇需要設(shè)置的量，然后再選擇設(shè)置上限或下限，最后分別設(shè)置每一位的值。無線發(fā)射和接收部分，接受采集信號的單片機(jī)作為下位機(jī)，將采集后的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射。一般的溫濕度采集還可以采用熱敏電阻和HS1101電容式的濕度傳感器進(jìn)行，溫度改變，熱敏電阻的阻值則改變，這樣通過外圍電路就可以轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再接一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這樣就可以完成溫度的采集了。 方案設(shè)計(jì)本方案中的濕度采集和溫度采集部分共同利用一種器件完成，DHT11是一種數(shù)字量輸出的溫度、濕度傳感器，其內(nèi)部采集工作原理是利用電阻式的濕敏元件和NTC感溫元件分別對濕度和溫度進(jìn)行采集。感光元件主要就是光敏電阻和光敏二極管，隨著光照強(qiáng)度的改變，光敏電阻的阻值會發(fā)生變化，通過光敏二極管的光電流則會發(fā)生變化，和溫度類似，也將其通過外圍電路轉(zhuǎn)化為電壓的改變，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，從而控制數(shù)碼管顯示。第2章 方案分析 系統(tǒng)工作原理測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣中吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，一般為模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給上位機(jī)。這三種傳感器分別在三路信息的采集電路上起到了重要的作用。最后要設(shè)計(jì)通信電路，將采集完成的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，并進(jìn)行顯示。就以上三點(diǎn)可以充分地表達(dá)出這一選題是十分有意思的，一旦我們將這一系統(tǒng)研究到位，應(yīng)用合理，那么會對我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很大的幫助。在蔬菜、水果的大棚種植中，大棚中的溫度、濕度和光照強(qiáng)度都會對農(nóng)作物的生長的產(chǎn)生影響，如果我們對大棚中的這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和有效的調(diào)節(jié)，那么農(nóng)作物的數(shù)量和質(zhì)量都會得到上升，一旦我們的農(nóng)作物的質(zhì)量和數(shù)量有大幅度的提高，那么就標(biāo)志著我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平上了一個(gè)大臺階，所以對生態(tài)園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究是十分有必要的。蔬菜大棚種植環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1章 緒論 選題的依據(jù)和意義現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)園發(fā)展迅速，不僅種植品種更多、規(guī)模更大，而且種植區(qū)域也更加集中，這給農(nóng)業(yè)人員的管理和優(yōu)化種植增加了難度和成本。在當(dāng)今社會，我們的經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)都趨向于信息話、科技化，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖更是借助了很多現(xiàn)代先進(jìn)的科技力量。該系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)上，一旦配置上無線發(fā)射模塊，再在接收端配置上無線接收模塊，這樣可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，接收端的上位機(jī)上可以顯示出生態(tài)園的溫度、濕度和光照強(qiáng)度。1，被監(jiān)測溫度范圍1035℃、被監(jiān)測濕度范圍5090%RH，不在預(yù)置的上下限范圍之內(nèi)要進(jìn)行聲光報(bào)警。按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類；濕度傳感器類似，電容式、電阻式和濕漲式濕敏元器件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的；光強(qiáng)傳感器一般都選用光敏電阻，是一種因光照強(qiáng)度的改變而導(dǎo)致其電阻值改變的器件。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備?；舅悸肥峭ㄟ^對這三個(gè)采集量感應(yīng)的傳感器同時(shí)采集這三種數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)通過程序控制實(shí)現(xiàn)用數(shù)碼管循環(huán)顯示這三種數(shù)據(jù)的值，再將數(shù)據(jù)通過24L01無線發(fā)射模塊發(fā)射，遠(yuǎn)端的24L01無線接收模塊接收到數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)通過程序控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端數(shù)碼管對這三個(gè)數(shù)據(jù)的顯示。測溫元件主要有熱電偶和熱敏電阻，通過與電源構(gòu)成測溫電路，隨著溫度的變化導(dǎo)致輸出的電壓量變化，再經(jīng)過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓這個(gè)模擬量的變化變成數(shù)字量的變化，這樣再將變化的數(shù)字量傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，通過程序控制，進(jìn)行顯示，這樣就能讀出此時(shí)的溫度值了。在遠(yuǎn)端的接收部分，通過無線接收模塊將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，同樣上位機(jī)也是一個(gè)單片機(jī)，上位機(jī)再將接收的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。DHT11可以同時(shí)采集溫度和濕度，其內(nèi)部自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)高性能的8位單片機(jī)，可以直接輸出數(shù)字量給單片機(jī)，達(dá)到對溫度和濕度的采集。光照強(qiáng)度采集部分和溫濕度類似，也采用數(shù)字量輸出的傳感器，BH1750FVI是一種高性能的數(shù)字量輸出的光照強(qiáng)度傳感器，其內(nèi)部是一個(gè)光敏元件和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其光敏元件為一個(gè)光敏二極管，當(dāng)有光照時(shí)，光敏二極管會產(chǎn)生光電流，光照強(qiáng)度不同，這個(gè)電流就不同，而后再經(jīng)過一個(gè)集成運(yùn)放將電流轉(zhuǎn)化為電壓，再經(jīng)過一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而對光照強(qiáng)度感知后就可以直接輸出數(shù)字量的光照強(qiáng)度值，單片機(jī)讀取采集量的數(shù)值后進(jìn)行顯示。此外，本系統(tǒng)在發(fā)射部分還設(shè)計(jì)了鍵盤輸入和聲光報(bào)警部分，鍵控部分采用開關(guān)和按鍵的結(jié)合，聲光報(bào)警部分的設(shè)計(jì)是在發(fā)射端的單片機(jī)上連接一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器。集部分簡單高效，硬件調(diào)試不易出錯(cuò)，可以按照預(yù)期完成數(shù)據(jù)采集和無線發(fā)射。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。2．管腳說明 VCC：供電電壓；VSS：接地。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低8位。P0口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高8位地址信號和控制信號。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。時(shí)鐘電路的兩根線分別接到單片機(jī)的X1端和X2端，電路中的晶振即石英晶體震蕩器。XTAL1接外部晶體的一個(gè)引腳，XTAL2接外晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路復(fù)位電路的主要功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化，在初始化的過程中需要在復(fù)位引腳上加大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平。 復(fù)位電路在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動(dòng)的時(shí)候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。 溫濕度采集電路 溫濕度傳感器簡介本設(shè)計(jì)的溫度采集和濕度采集選用DHT11溫濕度傳感器完成采集。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至