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正文內(nèi)容

基于單片機的蔬菜大棚控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計-在線瀏覽

2024-12-11 14:14本頁面
  

【正文】 線傳感器網(wǎng) 絡(luò)將 會把 物理上 和 邏輯上的信息世界 交互 在一起 ,從而 極大 地 擴展了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)范圍 且 提高了人類認識世界的能力。眾多的微型傳感器節(jié)點分布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部或者附近,并且可以通過自組織方式組成網(wǎng)絡(luò)。具體來說,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可分成兩個組成部分:傳感器節(jié)點與傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基本上是由處理器模塊、傳感器模塊、無線通訊模塊與能量供應(yīng)模塊四個模塊單元組成。 傳感器節(jié)點在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能夠作 為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、數(shù)據(jù)的采集者或簇頭節(jié)點。 現(xiàn)在常用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要包括:移動通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍牙網(wǎng)以及AdHoc 網(wǎng)絡(luò)等,同這些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下幾個特點: 低功耗 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點體積小大多采用電池供電,每一個節(jié)點的能量都是有限的,而且要求它能夠長時間的完成監(jiān)測任務(wù)。在無線傳感網(wǎng)的設(shè)計中,設(shè)計者首先要考慮的是盡可能降低傳感器節(jié)點的能耗,延長網(wǎng)絡(luò)生命的周期,而不是提高帶寬的利用率和服務(wù)質(zhì)量。此外,信源和 信宿節(jié)點之間需使用多跳的方式進行無線轉(zhuǎn)發(fā),并用廣播方式建立兩節(jié)點之間的通信 路徑。總的來說,就是要求傳感器節(jié)點能自動地進行管理和配置,通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動形成發(fā)送數(shù)據(jù)的無線多跳網(wǎng)絡(luò)。 應(yīng)用相關(guān)性強 設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 必須要適應(yīng)具體的應(yīng)用環(huán)境,應(yīng)用環(huán)境不同對網(wǎng)絡(luò)的性能要求也不同,從而對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計要求也不相同。 網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化大 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),它會不斷的發(fā)生變化。 無線傳感網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù) (1)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的安全技術(shù) 安全通信 與 認證技術(shù)在軍事 以及 金融等敏感信息傳遞應(yīng)用中有 著 直接 的 需求。但 是 受無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的 資源限制,直接應(yīng)用完整性認證、安全通信、數(shù)據(jù)新鮮性、廣播認證等現(xiàn)有算法存在實現(xiàn)的困難。 (2)、無 線傳感器網(wǎng)絡(luò) 時間同步技術(shù) 時間同步技術(shù)的基本要求 是 完成實時信息采集, 這種技術(shù) 也是提高定位精度的關(guān)鍵手段。 目前 ,利用耦合振蕩器的同步技術(shù) 來 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無狀態(tài)自然同步 的方法也倍受 矚目 ,這是一種高 效率 的、 能夠 無限擴展的時間同步新技術(shù)。該技術(shù)通過部署或指定 某 些節(jié)點為代理節(jié)點,代理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測 的 任務(wù)采 集 相關(guān) 數(shù)據(jù) , 監(jiān)測任務(wù)通過分布式數(shù)據(jù)庫的查詢語言下達給目標區(qū)的節(jié)點。 (4)、 基于 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的自定位和目標定位技術(shù) 定位跟蹤技術(shù)包括節(jié)點自定位 以及 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的目標定位跟蹤 , 目標定位跟蹤通過網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的配合完成對網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中特定目標的定位 與 跟蹤, 大多是 建立在節(jié)點自定位的基礎(chǔ)上。 定位跟蹤 技術(shù)是 一種 室外 通常 采用的自定位手段,但 因為 一方 面 其 成本較高,另一方面在有遮擋的地區(qū)會失效 ,所以 傳感器網(wǎng)絡(luò)更多 是 采用混合定位方法 ,通過 手動部署少量的錨節(jié)點,其他節(jié)點 再 根據(jù)拓撲和距離 的 關(guān)系進行間接位置估計。傳感器節(jié)點通過自組織 的 方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),將采集到的數(shù)據(jù)沿著 其它的 節(jié)點 逐步 進行傳輸 ,最終 傳輸?shù)斤@示模塊進行數(shù)據(jù)顯示。線發(fā)送模塊由無線模塊 NRF24L0溫濕度傳感器模塊DHT1光照傳感器模塊 BH1750FVIFVI 以及單片機 STC89C52 組成 ;無線接收模塊由無線模塊 NRF24L0液晶顯示模塊 LCD1602 和單片機 STC89C52 組成。用 STC89C52單片機實現(xiàn)對蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)處理 ;采用無線收發(fā)芯片 NRF24L01 來實現(xiàn)無線收發(fā)功能 ,從而完成對蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)的控制。 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計大體包含 5 個內(nèi)容 ,首先 是濕度傳感器 DHT11 與 光照強度傳感器TSL2561 的節(jié)點控制 ,將檢測到的數(shù)據(jù)傳給單片機 ,單片機對其進行數(shù)據(jù)融合處理和 PID 控制算法 ,利用鍵盤的控制將要輸出的內(nèi)容通過液晶顯示屏顯示出來 ,最后由 串行口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程控制中心,實現(xiàn)對農(nóng)田環(huán)境的監(jiān)控。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 STC89C52高性能 8位單片機 ( 1)、 STC89C52基本介紹 STC89C52 是 采用 ATMEL 高密度非易失存儲器技術(shù)制造的,它與工業(yè)標準的MCS51 輸出管腳和指令集相兼容。 但 是 做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機 所 不具備的功能。 STC89C52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,引腳 RXD 和 TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端 。掉電保護方式下, RAM 內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復位為止。 圖 STC89C52引腳排列圖 ( 2)、 STC89C52功能 特性 8K 字節(jié)程序存儲空間 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間 32位 I/O 口線 4 KB EEPROM 3個 16 位定時器 /計數(shù)器 4個外部中斷 個 七 向量 四 級中斷結(jié)構(gòu) ,能夠 兼容傳統(tǒng) 51的 五 向量 二 級中斷結(jié)構(gòu) ( 3)、 STC89C52主要參數(shù) 6 時鐘 /機器周期與 12 時鐘 /機器周期 兩種 可 供 任意選擇,指令代碼 能夠 完全兼容傳統(tǒng) 的 8051 范圍: 0~ 40MHz,相當于普通 8051 的 0~ 80MHz,實際工作 頻率可達 48MHz : ~ ( 3V 單片機) 或者 ~ ( 5V 單片機 ) 8K 字 節(jié) 的 用戶應(yīng)用程序空間 5. 片上集成 有 512 字節(jié) 的 RAM 6. 有 32 個 通用 I/O 口,復位 之 后為 P0/P1/P2/P3 ; P0 口是漏極開路輸出, 當它作為總線擴展 使 用時,不用加上拉電阻 ;當它 作為 I/O 口 使 用時, 則 需 要 加上拉電阻 7. ISP(在系統(tǒng)可編程) /IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用 仿真器 ,無需專用 編程器 , 能夠 通過串口( RxD/,TxD/)直接下載用戶程序 8. 具 備 EEPROM 功能 9. 有 3 個 16 位 定時器 /計數(shù)器 , 即 定時器 T0、 T T2 10. 通用異步 串行口 ( UART), 還可 以 用定時器 軟件 實現(xiàn)多個 UART 4 路,下降沿中斷 或者 低電平觸發(fā)電路 , Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā) 中斷方式 喚醒 : 40~ +85℃ (工業(yè)級) / 0~ 75℃ (商業(yè)級) 13. PDIP 封裝 NRF24L01 無線模塊設(shè)計 ( 1)、 NRF24L01 基本介紹 NRF24L01 是一款新型的單片射頻收發(fā)器件,它工作于 GHz~ GHz ISM 頻段 ;其內(nèi)置功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、頻率合成器等功能模塊,并且融合了增強 ShockBurst 技術(shù),其中輸出功率與通信頻道能夠通過程序進行配置。 接收時,工作電流只有 mA , 多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計更方便。 TX_PLD 必須在 CSN 為低 電平 時 才能 連續(xù)寫入,而 TX_ADDR 在發(fā)射時只要 寫入一次 就可以了。如果 能夠接 收到應(yīng)答, 那么就 認為此次通信 是 成功 的 , TX_DS 置 為 高 電平。 若重發(fā) 的 次數(shù) (ARC)已經(jīng) 達到 了 上限, 則 MAX_RT 置 為 高 電平 ,保留 TX FIFO 中 的 數(shù)據(jù)以便再次重發(fā) ; MAX_RT 或 TX_DS 置 為 高 電平 ,使 得IRQ 變 為 低 電平 , 從而 產(chǎn)生中斷, 傳達給 MCU。 如果 有數(shù)據(jù) 在 發(fā)送堆棧中 并 且 CE 為高 電平 ,那么就 進入 到 下一次發(fā)射 。 NRF24L01 無線模塊電路圖 如圖 所示: 圖 NRF24L01無線模塊 當 NRF23L01進行 接收數(shù)據(jù)時 ,首先 應(yīng)該 將 NRF24L01配置 設(shè)定成 接收模式, 然后延遲 130 μs進入 到 接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。 如果 此時自動應(yīng)答開啟, 那么接收方 就 同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。 NRF24L01具有無線發(fā)射和接收的功能,下面將統(tǒng)一介紹它的工作模式以及配置字。 但是對于單個字節(jié)而言,首先要傳送高位接著再傳送低位。 相應(yīng)的數(shù)據(jù)以及狀態(tài)信息是從 MISO 輸出傳送給 MCU的。 傳感器是與一個高性能八位單片機相連接的,它包含一個 電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件。 每個 DHT11 傳感器都是在非常精確的濕度校驗室里進行校準的。單線制串行接口,使得系統(tǒng)的集成變得簡易且快捷。產(chǎn)品采用的是 4 針單排引腳封裝形式,這種封裝形式連接方便,對于特殊的封裝形式可 以根據(jù)用戶的需求來提供。液晶或者鍵盤背景燈的亮度可以根據(jù)該集成電路收集的光照強度數(shù)據(jù)來進行相應(yīng)的調(diào)整。例如:當光學窗口的傳輸速率達到 50% 時(若此時設(shè)置光學窗口,則測量出的結(jié)果能夠變成 倍),將 傳感器的靈敏度從默認狀態(tài)改變成 2 倍,此時便可以忽略光學窗口的影響了。比如電源提供的最大電壓或者在工作狀態(tài)下的溫度范圍,即工作溫度。 2. 錯誤安裝與端口短路 :如果想要實現(xiàn)在預(yù)制 PCB 電路板上和因特網(wǎng)連接共享的目的,則 需要注意的是因特網(wǎng)連接的方向性以及可撤銷性。另外,因為端口之間的外界干擾、端口與電源或者接地端口所導致的短路,因特網(wǎng)共享連接也有可能會導致崩潰現(xiàn)象。 4. 檢驗印制電路板:在裝配的過程中應(yīng)加上接地系統(tǒng)是為了防止產(chǎn)生靜電,此外還需要注意 PCB 設(shè)備的運輸與存放。 5. 輸入端: 對于 I
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