【正文】 學生姓名 靳斌 學號 1113014165 所在學院 陜西理工學院 專業(yè)班級 電子 1105班 指導教師 梁芳 完成地點 物理與電信工程學院實驗室 20xx 年 5 月 29 日 I 農業(yè)溫室大棚參數(shù)無線監(jiān)控系統(tǒng)設計 作者：靳斌 （陜西理工學院 物 理與電信工程學院 電子信息工程專業(yè) 11 級 5 班，陜西 723000） 指導老師：梁芳 [摘要 ]： 文中敘述了以 89C51 實現(xiàn)農業(yè)溫室大棚溫濕度無線監(jiān)控系統(tǒng)設計方案，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)，得到農業(yè)大棚的實際環(huán)境數(shù)據(jù)并顯示。 通過測試之后基本實現(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 單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機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)的實例也很多。將此 溫濕度控制 系統(tǒng)應用到 農業(yè) 溫室中 必然會 為植 物 的 成 長提供了 更好的 適宜的環(huán)境。目前，我國絕大部分自主開發(fā)的大棚溫濕度控制或者進口的國外設備都屬于這種系統(tǒng)。 目前國內外的溫濕度檢測使用的溫濕度檢測元件種類繁多、應用范圍也較廣泛加之單片機和大規(guī)模集成電路技術的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；趩纹瑱C的溫室溫濕度控制統(tǒng)設計，將對環(huán)境的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)做詳細的設計與實現(xiàn)。 4. 利用 LCD 對溫濕度進行實時顯示。 3. 無線傳輸：用溫濕度傳感器將測量的溫濕度數(shù)據(jù)通過無線模塊進行傳輸。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；通過單片機把采集的數(shù)據(jù)顯示在 LCD 上；當采集的數(shù)據(jù)超出給定范圍時，有 LED 燈 實時報警，并將數(shù)據(jù)通過 NRF2401 無線傳輸給另一個單片機上顯示。AT89C52 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 89C51 產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） RST/VPD:復位信號輸入引腳 /備用電源輸入引腳； ALE/PROG:地址鎖存允許信號輸出引腳 /編程脈沖輸入引腳 (低電平有效）； EA/Vpp:內外存儲器選擇引腳（低電平有效） /片內 EPROM（或 FlashROM）編程電壓輸入引腳； PSEN:外部存儲器選通信號輸出引腳（低電平有效）。外部 程序 存儲器 、 數(shù)據(jù)存儲器都可以 64K尋址。高 128 字節(jié)與 特殊功能寄存器 重疊。 機器周期和指令周期 (1) 振蕩周期 : 也稱時鐘周期 , 是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 (4) 指令周期 : 它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時間。 IE 包括一個中斷允許總控制位 EA ，它 可以 一次禁止 全部 中斷。 定時器 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 斷開在運行 地 系統(tǒng)中控制其復位。 XTAL 1（ 19 腳）：接外部晶體的一個引腳。 XTAL 2（ 18 腳）：接外部晶體 地 另 一端，在單片機內部接 到 內部反向放大器 得 輸出端。對外接電容的值雖然沒有嚴格要求，但 電容的大小多少會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 具有品質卓越 和 超快響應 與 抗干擾能力強 和 性價比極高等優(yōu)點。超小的體積 和 極低的功耗 ， 使 它 成為 了 給類應用甚至最為 嚴格 的應用場合的最 好 選擇。全部校準，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。設備（ 主機或從機 ）通過一個漏極開路 、 三態(tài)端口連至 到該 數(shù)據(jù)線 上 ，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時 ， 能夠釋放總線，而讓其它 的 設備使用 該 總線；單總線通常要求外接一個約 的上拉電阻 ， 這樣，當總線閑置時，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 校驗位等于所得結果的末 8 位。 （ 3） DHT11 的 DATA 引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結束，延遲后DHT11 傳感器 的 DATA 引腳處于輸出 的 狀態(tài)，輸出 80us 的低電平為應答信號，緊接著輸出 80us的高電平通知外設準備接受數(shù)據(jù)，微 型 處理器的 I/O 此時處于輸入狀態(tài)，檢測到 的 I/O 有低電平（ DHT11 回應信號）后 ，等待 80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收。內置 了陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 48 頁 頻率合成器 、 晶體振蕩器 、 功率放大器 和 調制器等功能模塊，并融合了增強型 Shock Burst 技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。 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 所陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 48 頁 示： 表 工作模式 待機模式 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；待機模式 2則是在當 FIFO 寄存器為空且 CE=1 時進入此模式； 在 待機模式下所有配置字仍然 為 保留。如果 可以 收到應答 信號 ，則認為通信成功， TX_DS 置高，同時 TX_PLD從 TX FIFO 中清除 。當接收方檢測到有效 得 地址和 CRC 時，就將 數(shù)據(jù)包 存儲 到 RX FIFO 之 中， 于此 同時 將 中斷標志位 RX_DR 置 為 高， IRQ 變 為 低產生中斷， 通知 MCU 去 接收 數(shù)據(jù)。 如果我們就 單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。nRF24L01 的配置寄存器共有 25 個，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 設置 nRF2401 工作模式 01 EN_AA 設置接收通道及自動應答 02 EN_RXADDR 使能接收 的 通道地址 03 SETUP_AW 設置地址寬度 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 14 頁 共 48 頁 04 SETUP_RETR 設置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài) 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 設置接收通道地址 10 TX_ADDR 設置接 收接點地址 11~16 RX_PW_P0~P5 設置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 液晶顯示裝置設計 液晶簡介 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、 字母 等的點陣型液晶模塊 。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 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)的初始化以及設定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，初始化部分包括以下方面的內容： 初始化 溫濕度監(jiān)測 單片機處理 LCD 顯示 范圍判斷 LCD 報警 無線信號發(fā)送 結束 開始 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 18 頁 共 48 頁 液晶初始化及工作方式 數(shù)據(jù)采集模塊 溫 度和 濕度檢測模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負責完成溫濕度的測量 和 模擬量轉換為數(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或低于下限時需要進行啟動警報，并且將溫濕度結果以無線進行通信等。接著把發(fā)送端待發(fā)射 數(shù)據(jù)的目標地址 TXADDR 和數(shù)據(jù) TXPLD 寫入nRF24L01 緩沖區(qū)，延時后發(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 是否接收到應答信號 初始化單片機 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) 結束 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 20 頁 共 48 頁 接收數(shù)據(jù)時，首先將 nRF24L01 配置為接收模式。 C。 ，紅色 LED 亮。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 23 頁 共 48 頁 5 硬件調試 使用 AT89C52 單片機為控制核心芯片， DHT11 溫濕度傳感器為空氣溫濕度檢測模塊，nRF24L01 無線模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，進行數(shù)據(jù)的實時顯示。 本次設計基本實現(xiàn)了前期設定的要求，系統(tǒng)能夠隨時對溫室大棚內的溫濕度進行采集和顯示，以及超越正常溫濕度參數(shù)范圍內的及時報警。還有就是應該感謝我校 陜西理工 學院圖書館的相關圖書及文獻，以及網(wǎng)上前輩們的優(yōu)秀研究成果，通過對這些資料的學習與借鑒，完成和豐富了本次畢業(yè)設計的內容。 Informationsteehnik,20xx,123(6):224231 [17] , and validation of a greenhouse climate control ,(406):4661 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 28 頁 共 48 頁 附錄 A 51 單片機簡介 描述 AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS8 位單片機帶有 4K 字節(jié)的可反復擦寫的程序存儲器（ PENROM）。另外， AT89C51 還可以進行 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，每一個管腳都能夠驅動 8 個 TTL 電路。 P1 口 ： P1 口一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動 4 個 TTL 電路。 P2 口 ： P2 口是一個內部帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅動 4個 TTL 電路。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口線上的內容在整個運行期間不變。 RST： 復位輸入。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖時，閃爍存儲器編程時，這個引腳還用于輸入編程脈沖。 PSEN： 程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C51 由外部程序存儲器讀取指令時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出 兩個脈沖。需要注意的是：如果加密位 LBI 被編程，復位時內部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。對外接電容 C1， C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會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。由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。 IDL 是閑散等待方式，當 IDL=1，激活閑散工作狀態(tài)，單片機進入 睡眠狀態(tài)。閑散模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。需要注意的是：當由硬件復位來終止閑散工作模式時，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，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期有效，在這種情況下，內部禁止中央處理器 CPU 訪問片內 RAM，而允許訪問其他端口，為了避免可能對端口產生的意外寫入：激活閑散模式的那條指令后面的一條指令不應是一條對端口或外部存儲器的寫入指令