【正文】 學(xué)生姓名 靳斌 學(xué)號(hào) 1113014165 所在學(xué)院 陜西理工學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電子 1105班 指導(dǎo)教師 梁芳 完成地點(diǎn) 物理與電信工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 20xx 年 5 月 29 日 I 農(nóng)業(yè)溫室大棚參數(shù)無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者：靳斌 （陜西理工學(xué)院 物 理與電信工程學(xué)院 電子信息工程專業(yè) 11 級(jí) 5 班，陜西 723000） 指導(dǎo)老師：梁芳 [摘要 ]： 文中敘述了以 89C51 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)溫室大棚溫濕度無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該方案以 89C51 控制為核心，通過獲取溫濕度傳感器 DTH11 的數(shù)據(jù)，得到農(nóng)業(yè)大棚的實(shí)際環(huán)境數(shù)據(jù)并顯示。 通過測(cè)試之后基本實(shí)現(xiàn)了所有功能。如何在一年四季都能種植和培養(yǎng)出優(yōu)質(zhì)新鮮的蔬菜，一直是人們研究的課題方向。 立題的目的及意義 AT89C52 單片機(jī)是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度控制系統(tǒng)的實(shí)例也很多。將此 溫濕度控制 系統(tǒng)應(yīng)用到 農(nóng)業(yè) 溫室中 必然會(huì) 為植 物 的 成 長(zhǎng)提供了 更好的 適宜的環(huán)境。目前，我國(guó)絕大部分自主開發(fā)的大棚溫濕度控制或者進(jìn)口的國(guó)外設(shè)備都屬于這種系統(tǒng)。 目前國(guó)內(nèi)外的溫濕度檢測(cè)使用的溫濕度檢測(cè)元件種類繁多、應(yīng)用范圍也較廣泛加之單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)的溫室溫濕度控制統(tǒng)設(shè)計(jì)，將對(duì)環(huán)境的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做詳細(xì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 4. 利用 LCD 對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 3. 無線傳輸：用溫濕度傳感器將測(cè)量的溫濕度數(shù)據(jù)通過無線模塊進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 完成；通過單片機(jī)把采集的數(shù)據(jù)顯示在 LCD 上；當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超出給定范圍時(shí)，有 LED 燈 實(shí)時(shí)報(bào)警，并將數(shù)據(jù)通過 NRF2401 無線傳輸給另一個(gè)單片機(jī)上顯示。AT89C52 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 89C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 [8]。另外， AT89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式 [10]。 （ 2）控制線引腳（ 4 個(gè)） RST/VPD:復(fù)位信號(hào)輸入引腳 /備用電源輸入引腳； ALE/PROG:地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳 /編程脈沖輸入引腳 (低電平有效）； EA/Vpp:內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳（低電平有效） /片內(nèi) EPROM（或 FlashROM）編程電壓輸入引腳； PSEN:外部存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出引腳（低電平有效）。外部 程序 存儲(chǔ)器 、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以 64K尋址。高 128 字節(jié)與 特殊功能寄存器 重疊。 機(jī)器周期和指令周期 (1) 振蕩周期 : 也稱時(shí)鐘周期 , 是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期。 (4) 指令周期 : 它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時(shí)間。 IE 包括一個(gè)中斷允許總控制位 EA ，它 可以 一次禁止 全部 中斷。 定時(shí)器 2 能 被寄存器 T2CON 中的 EXF2 和 TF2 的或邏輯觸發(fā)。它們 的 值一直到下一個(gè)周期被電路捕捉下來。所以可以通過按鍵的閉合 與 斷開在運(yùn)行 地 系統(tǒng)中控制其復(fù)位。 XTAL 1（ 19 腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。 XTAL 2（ 18 腳）：接外部晶體 地 另 一端，在單片機(jī)內(nèi)部接 到 內(nèi)部反向放大器 得 輸出端。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格要求，但 電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和穩(wěn)定性 [13]。因此該 傳感器 具有品質(zhì)卓越 和 超快響應(yīng) 與 抗干擾能力強(qiáng) 和 性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。超小的體積 和 極低的功耗 ， 使 它 成為 了 給類應(yīng)用甚至最為 嚴(yán)格 的應(yīng)用場(chǎng)合的最 好 選擇。全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 超低能耗 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。設(shè)備（ 主機(jī)或從機(jī) ）通過一個(gè)漏極開路 、 三態(tài)端口連至 到該 數(shù)據(jù)線 上 ，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) ， 能夠釋放總線，而讓其它 的 設(shè)備使用 該 總線；單總線通常要求外接一個(gè)約 的上拉電阻 ， 這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài) 自然就 為高電平。 “ 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”8bit 校驗(yàn)位等于所得結(jié)果的末 8 位。 （ 3） DHT11 的 DATA 引腳檢測(cè)到外部信號(hào)有低電平時(shí)，等待外部信號(hào)低電平結(jié)束，延遲后DHT11 傳感器 的 DATA 引腳處于輸出 的 狀態(tài)，輸出 80us 的低電平為應(yīng)答信號(hào)，緊接著輸出 80us的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)，微 型 處理器的 I/O 此時(shí)處于輸入狀態(tài)，檢測(cè)到 的 I/O 有低電平（ DHT11 回應(yīng)信號(hào)）后 ，等待 80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收。內(nèi)置 了陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 48 頁(yè) 頻率合成器 、 晶體振蕩器 、 功率放大器 和 調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型 Shock Burst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。 工作模式 通過配置寄存器可將 NRF2401 配置為接收、 發(fā)射 、 掉電、 空閑四種工作模式，如表 所陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 48 頁(yè) 示： 表 工作模式 待機(jī)模式 1 主要用于降低電流 的 損耗，在 此 模式下晶體振蕩器 必須 是工作的；待機(jī)模式 2則是在當(dāng) FIFO 寄存器為空且 CE=1 時(shí)進(jìn)入此模式； 在 待機(jī)模式下所有配置字仍然 為 保留。如果 可以 收到應(yīng)答 信號(hào) ，則認(rèn)為通信成功， TX_DS 置高，同時(shí) TX_PLD從 TX FIFO 中清除 。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效 得 地址和 CRC 時(shí)，就將 數(shù)據(jù)包 存儲(chǔ) 到 RX FIFO 之 中， 于此 同時(shí) 將 中斷標(biāo)志位 RX_DR 置 為 高， IRQ 變 為 低產(chǎn)生中斷， 通知 MCU 去 接收 數(shù)據(jù)。 如果我們就 單個(gè)字節(jié)而言，要先送高位再送低位。nRF24L01 的配置寄存器共有 25 個(gè)，常用的配置寄存器如表 所示： 表 配置寄存器 地 址 （ H） 寄存器名稱 功能 00 CONFIG 設(shè)置 nRF2401 工作模式 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動(dòng)應(yīng)答 02 EN_RXADDR 使能接收 的 通道地址 03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 48 頁(yè) 04 SETUP_RETR 設(shè)置自動(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài) 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 設(shè)置接收通道地址 10 TX_ADDR 設(shè)置接 收接點(diǎn)地址 11~16 RX_PW_P0~P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 液晶顯示裝置設(shè)計(jì) 液晶簡(jiǎn)介 1602液晶也叫 1602 字符型液晶 屏 它是一種專門用來顯示 數(shù)字 、符號(hào)、 字母 等的點(diǎn)陣型液晶模塊 。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖 ： 否 是 圖 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)初始化模塊 系統(tǒng)初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化以及設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，初始化部分包括以下方面的內(nèi)容： 初始化 溫濕度監(jiān)測(cè) 單片機(jī)處理 LCD 顯示 范圍判斷 LCD 報(bào)警 無線信號(hào)發(fā)送 結(jié)束 開始 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 48 頁(yè) 液晶初始化及工作方式 數(shù)據(jù)采集模塊 溫 度和 濕度檢測(cè)模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負(fù)責(zé)完成溫濕度的測(cè)量 和 模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 得 全過程，這 就 是它為什么重要的原因。如溫度和濕度高于上限時(shí)或低于下限時(shí)需要進(jìn)行啟動(dòng)警報(bào)，并且將溫濕度結(jié)果以無線進(jìn)行通信等。接著把發(fā)送端待發(fā)射 數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址 TXADDR 和數(shù)據(jù) TXPLD 寫入nRF24L01 緩沖區(qū)，延時(shí)后發(fā)射數(shù)據(jù)，其流程圖如圖 所示： N Y 圖 無線發(fā)射軟件流程圖 無線接收模塊部分 開始 是否接收到應(yīng)答信號(hào) 初始化單片機(jī) 配置 24L01 為發(fā)射模式 寫數(shù)據(jù)并開啟發(fā)送 向串口傳輸數(shù)據(jù) 結(jié)束 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 48 頁(yè) 接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 nRF24L01 配置為接收模式。 C。 ，紅色 LED 亮。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 48 頁(yè) 5 硬件調(diào)試 使用 AT89C52 單片機(jī)為控制核心芯片， DHT11 溫濕度傳感器為空氣溫濕度檢測(cè)模塊，nRF24L01 無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。 本次設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了前期設(shè)定的要求，系統(tǒng)能夠隨時(shí)對(duì)溫室大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行采集和顯示，以及超越正常溫濕度參數(shù)范圍內(nèi)的及時(shí)報(bào)警。還有就是應(yīng)該感謝我校 陜西理工 學(xué)院圖書館的相關(guān)圖書及文獻(xiàn)，以及網(wǎng)上前輩們的優(yōu)秀研究成果，通過對(duì)這些資料的學(xué)習(xí)與借鑒，完成和豐富了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。 Informationsteehnik,20xx,123(6):224231 [17] , and validation of a greenhouse climate control ,(406):4661 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 48 頁(yè) 附錄 A 51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 描述 AT89C51 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)帶有 4K 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器（ PENROM）。另外， AT89C51 還可以進(jìn)行 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。作為輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 電路。 P1 口 ： P1 口一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 電路。 P2 口 ： P2 口是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 電路。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容在整個(gè)運(yùn)行期間不變。 RST： 復(fù)位輸入。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖時(shí)，閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。 PSEN： 程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出 兩個(gè)脈沖。需要注意的是：如果加密位 LBI 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。對(duì)外接電容 C1， C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 IDL 是閑散等待方式，當(dāng) IDL=1，激活閑散工作狀態(tài)，單片機(jī)進(jìn)入 睡眠狀態(tài)。閑散模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。需要注意的是：當(dāng)由硬件復(fù)位來終止閑散工作模式時(shí)，中央處理器 CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止中央處理器 CPU 訪問片內(nèi) RAM，而允許訪問其他端口，為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生的意外寫入：激活閑散模式的那條指令后面的一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫入指令