【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)濟實惠的原則，采用 方案一。 溫濕度 檢測部分是用來顯示 溫濕 度信息，科學家根據(jù)不同的 檢測 要求研制出多種方案，本人提取 幾 種可以應用在本次系統(tǒng)的方案進行比較。 方案一： 采 用 Honeywell 公司相對濕度傳感器 HIH3610，并配合 DALLAS 公司一線總線智能電池監(jiān)視器件 DS2438 實現(xiàn)濕度采集，組成一種完全符合一線總線規(guī)范的濕度傳感器。相對濕度傳感器 HIH3610 在供電電壓為 5V 時，其消耗電流僅為 200mA，其輸出電壓為： V out=V supply[(sensor％ RH)+0． 16]，若 V supply固定為 5V，則其值僅由相對溫度值決定。由于一線總線上供電電壓值為變量，故要求在進行濕度測量的同時還應測量電源電壓 V supply 的值。 HIH3610 測量濕度值還與環(huán)境溫度有關，故應進行溫度補償，補償公式為： RH=(sensor％ RH)／1． 0546— 0． 0216T。因此，為得到準確的濕度測量值，還應在測量濕度的同時測量環(huán)境溫度和一線總線電源電壓值。 DS2438 硬件資源有 2 個 ADC 和 1 個溫度傳感器；電壓 ADC 對 0 一 IOV 輸入信號實現(xiàn) 10 位變換或通過內(nèi)部多路開關對 0— 5V 輸入信號實現(xiàn) 9 位變換，用來讀取加 在電源引腳上的電壓硬件資源有 2 個ADC 和 1個溫度傳感器，電壓 ADC 對 0— 10V 輸入信號實現(xiàn) 10位變換或通過內(nèi)部多路開關對 0— 5V 輸入信號實現(xiàn) 9 位變換，用來讀取加在電源引腳上的電壓。Sl8820H1 是 DALLAS 公司推出的智能型數(shù)字式溫度傳感器，它采用一線接口，既可通信，又可通過數(shù)據(jù)線供電，只需占用微處理器的一個 I／ 0位；并且 DSl8820[6]將測的溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，可以直接與微處理器相連，大大簡化了電路的設計。 DSl8820 本身帶有命令集和存儲器，微處理器通過發(fā)出控制命令，對DSl8820 的存儲器 進行讀寫，完成溫度測量。這個 方案 主要的缺點是 邏輯電路復雜， 器件和維護的成本較高 ，不利于 大量投入農(nóng)業(yè)設備的檢測 。 方案二： SHT11 是單片集成的數(shù)字溫濕度傳感器，所有信號的調(diào)理都在芯片內(nèi)部完成，采用 I2C 總線串行接口電路實現(xiàn)通信，完成數(shù)據(jù)和時鐘的傳輸，而且直接輸出數(shù)字信號。這樣不僅節(jié)省了單片機的 I/O 口線，而且減少了 A/D 轉(zhuǎn)換器件，降低了成本，與單片機接口簡單、檢測準確、穩(wěn)定性好，實現(xiàn)了對溫濕度參9 數(shù)的測量。在實際測量中由于 SHT11 的輸出特性呈一定的非線性，采用軟件補償以獲取準確數(shù)據(jù)。該溫濕度傳感器 功能強大， 且具有高度的可靠性和長時間的穩(wěn)定性等特點， 價格 也相對 低廉， 所以 完全 符合 本次設計系統(tǒng) 的需要 。 方案三： HMP45D 溫濕度傳感器 是由溫度 傳感器 和 濕度 傳感器組成。 其中，溫度傳感器是鉑電阻溫度傳感器，濕度傳感器是濕敏電容濕度傳感器。鉑電阻的特點是：溫度系數(shù)較大，即靈敏度較大；電阻率較大，易于繞制高阻值的元件；性能穩(wěn)定，材料易于提純；測溫精度高，復現(xiàn)性好。濕敏電容傳感器是用有機高分子膜作介質(zhì)的一種小型電容器。 HMP45D 溫濕度傳感器的頭部 必須有 保護濾紙，防止感應元件被塵埃污染。濕敏電容不能長時間暴露在含有某些化學物 質(zhì)的氣體中，否則可能改變它的性能，縮短使用壽命。所以，應定期拆開傳感器的頭部網(wǎng)罩，清洗濾紙或者更換新的濾紙 [7]。 首先，對于應用于農(nóng)牧業(yè)的溫濕度檢測系統(tǒng)，這一點顯得非常的不現(xiàn)實。其次，該溫濕度傳感器必須 安裝在百葉箱內(nèi)。傳感器的中心點離地面 1． 50 m。 這會使得檢測的結果失去一定的準確性。所以這個也不適合。 綜上所述，方案二比較符合本次設計的要求。 本次設計是基于無線設備的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，所以，無線設備的穩(wěn)定性和準確性非常的重要。 經(jīng)總結，歸納了以下 兩 種方案。 方案一： nRF905 是 Nordic VLSI 公司推出的單片機視頻收發(fā)器，工作于 433／ 868／ 915 MHz， 3個 ISM(工業(yè)、科學和隧學 )頻道，采用 32腳 O剛封裝，芯片尺寸為 5m 5m，工作電壓為 — 。它由頻率合成囂、功率合戒器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，外圍元件少，不用外加聲表面振蕩器，天線可采用 PBC環(huán)形天線或單端鞭狀天線，發(fā)射功率最太為 10 dBm．接收功率為 460 dBm，在開闊地傳輸距離一般可達 600 m 以上。 (在地形復雜時會縮短距離，這與使用環(huán)境、干擾、系統(tǒng)調(diào)諧有關。但一般調(diào)諧不可大于 200 m[8]。由于該系統(tǒng)應用于農(nóng)牧業(yè)，應用環(huán)境非常巨大，所以，這一點不能滿足設計的需要。 10 方案二： nRF24L01 是一款工業(yè)級內(nèi)置鏈路層邏輯的 超低成本的無線收發(fā)芯片 ,nRF24L01 支持多點間通信 ,最高傳輸速率達 2Mbit/s,比藍牙具有更高的傳輸速度。它采用 SOC 方法設計只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。與藍牙不同的是 ,nRF24L01 沒有復雜的通信協(xié)議 ,它完全對用戶透明通過一個標準的 SPI 接口與外圍控制器連接 ,同種產(chǎn)品之間可以自由通信 ,并且比藍牙產(chǎn)品更便宜。所以 nRF24L01 是業(yè)界體積最小、功耗 最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級芯片 [9]。基于以上特點，該無線傳輸模塊滿足本次設計的需要。 綜上所述，方案二比較合適。 方案一：選擇主控為 ST7920 的帶字庫的 LCD12864 來顯示信息。 12864 是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及 ASCII 碼，而且能夠繪制圖片，描點畫線，設計成比較理想的結果。 方案二：采用字符液晶 LCD1602 顯示信息， 1602 是一款比較通用的字符液晶模塊，能顯示字符和數(shù)字等信息，且價格便宜，容易控制。 方案三：采用 LED7 段數(shù)碼顯示管顯 示，其成本低，容易顯示控制，但不能顯示字符。 綜上所述 ，我們選擇了經(jīng)濟實惠的字符液晶 LCD1602 來作為接收端的顯示。發(fā)送端用 7 段數(shù)碼管顯示。 本次設計的無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)有上位機子系統(tǒng) （發(fā)送端） 和下位機子系統(tǒng)（接收端） 兩個部分組成 。 上位機子系統(tǒng) ： 圖 21 發(fā)送端系統(tǒng)原理圖 下位機子系統(tǒng) ： 11 該系統(tǒng)主要 由 STC89C51 單片機， nRF24L01 無線射頻模塊，液晶顯示，溫濕度傳感器 ，時鐘模塊 和 電源模塊組成 如圖 22。 圖 22 接收端 系統(tǒng)原理圖 12 3 系統(tǒng)硬件設計 單片機主控模塊 STC系列單片機是美國 STC公司最新推出的一種新型 51內(nèi)核的單片機，片內(nèi)含有 Flash程序存儲器、 SRAM、 UART、 SPI、 A\D、 PWM 等模塊，其中 STC89C51 的基本功能與普通的 51 單片機完全兼容。 時鐘電路圖 : 時鐘模塊選用時鐘芯片 DS12C887。它將晶體振蕩器電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方，組成一個加厚的集成電路模塊 ，其原理圖如圖31所示 。 圖 31 時鐘模塊原理圖 其 功能和特點 ? 在沒有外 部電源的情況下可工作 10年 ? 自帶晶體振蕩器及鋰電池 ? 可計算到 2100年前秒、分、小時、周、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補償 ? 用二進制碼或 BCD碼代表日歷和鬧鐘信息 ? 有 12小時和 24小時兩種制式， 12小時制有 AM 和 PM 提示 ? 數(shù)據(jù)／地址總線復用 ? 內(nèi)建 128BRAM， 14B時鐘控制寄存器， l14B通用 RAM ? 可編程方波輸出、總線兼容中斷 ? 三種可編程中斷： 13 —— 時間性中斷，可產(chǎn)生每秒一次至每天一次中斷 —— 周期性中斷 122ms到 500ms —— 時鐘更新結束中斷 復位電路電路圖： 復位是單片機 的初始化操作，單片機在啟動運行時，都需要先復位，它的作用是使 CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的外部復位電路有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式，按鍵手動復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位。而本次設計選擇按鍵電平復位，按復位鍵后復位端通過電阻與 VCC電源接通。如圖 32所示，因為采用了 12MHz,每機器周期為 1us，則只需要 2us以上時間的高電平，在 RST引腳 （在電容器 C3的負端 ）出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位，利用電容充電來實現(xiàn)，在接電的瞬間，RESET端 的電位與 VCC相同，隨著充電電流的減少， RESET的電位逐漸下降，當按下 RESET鍵，此時電源 VCC經(jīng)過電阻 R R2分壓，在 RESET端產(chǎn)生復位高電平。 圖 32 復位電路 無線射頻模塊 nRF24L