【正文】 一種智能監(jiān)控的方法。因為使用的環(huán)境不同、采集的參數(shù)不同，其系統(tǒng)設計也有著很大不同。現(xiàn)如今，國內(nèi)外的溫濕度檢測器件種類五花八門，而且擁有比較廣泛的應用，再加上現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的單片機和大規(guī)模集成電路技術，隨之產(chǎn)生了可行性比較高、穩(wěn)定性比較高的單片環(huán)境參數(shù)采集體系。為了讓人們在一年四季都能吃到優(yōu)質(zhì)的蔬菜，在培育蔬菜的溫室大棚中，對這一點要求尤其嚴格。在智能測試器件、工業(yè)生產(chǎn)操控、機械統(tǒng)一控制等方面，STC89C51單片機是很好的控制芯片，在很多溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用也比較常見。同時，在學習和應用中，STC89C51單片機也易于掌握。在溫室大棚當中采用此系統(tǒng)對植物的生活環(huán)境進行了時刻的監(jiān)控，以便能對植物提供更加適宜的環(huán)境。并且隨著工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)對溫濕度的要求越來越高，精準的測量溫濕度變得十分重要。現(xiàn)在溫度測量是可以通過溫度傳感器來測量的，溫度測量的過程簡單來說就是通過傳感器把溫度值轉(zhuǎn)換為電信號或者其他信號，經(jīng)過相關處理，從而轉(zhuǎn)換成溫度顯示出來。某些情況下，需要監(jiān)測的范圍很大，布線不方便且不利于后期維護，這時我們就采用無線模塊對溫度進行采集。該系統(tǒng)設計具有成本地，傳輸快，軟件設計簡單，功耗低，可靠性高等優(yōu)點。從機以單片機STC89C51為核心，通過無線模塊NRF24L01把溫度傳感器采集的溫度傳送給主機，主機通過無線模塊NRF24L01接收溫度數(shù)據(jù)，然后再在液晶LCD1602上面顯示，從而達到實時監(jiān)控的目的。（2）控制處理：當溫濕度越限時報警，并根據(jù)報警信號提示采取一定手段控制。溫濕度傳感器達到的技術指標： 測量范圍： 濕度2090%RH， 溫度050℃ 測量精度： 濕度177。2℃ 方案論證要實現(xiàn)溫濕度的采集和傳輸有多種方案，下面介紹以下兩種方案。這里可以利用ALTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。但是如果結合本設計的特點，EDA在功能擴展上會受到約束，而且EDA占用的資源也會比較多。方案二: 基于單片機的設計以單片機為控制核心，采用溫濕度測量技術，通信技術，控制技術等技術，以溫濕度傳感器作為測量元件，構成智能溫濕度測量控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)設計框圖 方案選擇方案二可以利用單片機內(nèi)部的控制只讀存儲器和隨機存儲器及其豐富的引腳資源，外接鍵盤輸入，液晶顯示器等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸處理和顯示功能，通過與無線芯片傳輸數(shù)據(jù)及指令來完成數(shù)據(jù)的無線傳輸，因此可以采用基于SPI總線的射頻收發(fā)芯片。方案一的好處是設計較為簡單，但是無線發(fā)送只能通過不包含傳輸協(xié)議和差錯校驗的無線傳輸模塊傳輸數(shù)據(jù)，沒有掉電存儲的功能，且控制的準確性和靈活性較差，故不采用。 主要元器件選型 單片機選型方案一：采用STC89C51實現(xiàn)。并且具有體積小，硬件搭建簡單等優(yōu)點。另外STC89C51的應用已經(jīng)十分廣泛，相關技術的使用都很熟練，開發(fā)難度很小。此單片機功耗低，內(nèi)部集成高速12位ADC，性能強大。綜合考慮我們選擇STC89C51作為本系統(tǒng)的MCU。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、功率放大器、調(diào)制器和解調(diào)器、增強型“SchockBurst”模式控制器、晶體振蕩器。幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數(shù)據(jù)傳送工作。方案二：采用超再生式無線模塊超再生式無線模塊超再生接收機價格低廉，經(jīng)濟實惠，而且接收靈敏度高，但是缺點也很明顯，那就是頻率受溫度漂移大，抗干擾能力差。 根據(jù)設計方案，總體功能和性價比及其運行速度等因素的考慮，下面進行系統(tǒng)硬件各模塊電路的設計。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。STC89C51具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。（a）電源及時鐘引腳（4個） VCC:電源接入引腳； GND:接地引腳； XTAL1:晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）； XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端）。(c) 并行I/O引腳（32個，分成4個8位口） ～:一般I/O引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳； ～:一般I/O引腳； ～:一般I/O引腳或高位地址總線引腳； ～:一般I/O引腳或第二功能引腳。8051時鐘程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器定時計數(shù)器并行I/O口串行通信口中斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線 STC89C51內(nèi)部結構圖CPU：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；（1）單片機的寄存器：MCS51器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。數(shù)據(jù)存儲器：STC89C51 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）[3]。 （b）狀態(tài)周期: 每個狀態(tài)周期為時鐘周期的 2 倍, 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。在一個機器周期內(nèi), CPU可以完成一個獨立的操作。 每條指令執(zhí)行時間都是有一個或幾個機器周期組成。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE 中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。，對于STC89C51。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預留。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。定時器0和定時器1標志位TF0 和TF1在計數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。然而，定時器2 的標志位TF2 在計數(shù)溢出的那個周期的S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。 復位電路在單片機系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復位一次，當按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復位。復位電路的原理是單片機RST引腳接收到2US以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于2US，即可實現(xiàn)復位，所以電路中的電容值是可以改變的。（4）時鐘電路時鐘引腳為XTALXTAL2，時鐘引腳外接晶體與片內(nèi)的反向放大器構成了一個振蕩器，它提供單片機的時鐘控制信號，時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。在單片機內(nèi)部，它是一個反向放大器的輸入端。當采用外接晶體振蕩器時，此引腳應接地。若采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端[8]。外部晶振以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。外接晶振時，C1和C2通常選擇30pf,晶振采用12MHz[4]。 單片機最小系統(tǒng) 溫濕度傳感模塊設計DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。校準系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測型號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。超小的體積、極低的功耗，使其成為給類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。DHT11的簡介全部校準，數(shù)字輸出無需外加器件超低能耗完全互換 （1）引腳說明：建議接線長度短于20米時，用5K上拉電阻，大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。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。串行接口（單線雙向）（3）單總線說明DHT11器件采用簡化的單總線通信。設備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，而讓其它設備使用總線；，這樣，當總線閑置時，其狀態(tài)為高電平。（4）單總線傳送數(shù)據(jù)位定義DATA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，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。數(shù)據(jù)格式: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。（6）數(shù)據(jù)時序圖用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,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發(fā)送開始信號,。（b）微處理器的I/O設置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于18ms，然后微處理器的I/O設置位輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，微處理器的I/O即DHT11的DATA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待DHT11作出回答信號。 發(fā)送信號（d）由DHT11的DATA引腳輸出40位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O電平的變化接收40位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)“0”的格式為：50us的低電平和2628us的高電平；位數(shù)據(jù)“1”的格式為：50us的低電平加70us的高電平。測量分辨率分別為8bit（溫度）、8bit（濕度）。= 無線模塊設計， GHz～ GHz ISM頻段。nRF24L01功耗低，在以6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA；接收時， mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設計更方便[15]。各引腳功能如下：CE：使能發(fā)射或接收；CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01；IRQ：中斷標志位；VDD：電源輸入端；VSS：電源地；XC2，XC1：晶體振蕩器引腳；VDD_PA：為功率放大器供電， V；ANT1,ANT2：天線接口。 工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TX寄存器中發(fā)射模式101→0停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機模式2101TX_FIFO為空待機模式110無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦?待機模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的；待機模式2則是在當FIFO寄存器為空且CE=1時進入此模式；待機模式下，所有配置字仍然保留。（4）工作原理 電路原理圖發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除。最后發(fā)射成功時,若CE為低則nRF24L01進入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進入下一次發(fā)射。接收數(shù)據(jù)時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。(5) 配置字：SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。與SPI相關的指令共有8個，使用時這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。 nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。 配置寄存器地址（H）寄存器名稱功能00CONFIG設置24L01工作模式01EN_AA設置接收通道及自動應答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW設置地址寬度04SETUP_RETR設置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù)07STATUS狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài)0A~0FRX_ADDR_P0~P5設置接收通道地址10TX_ADDR設置接收接點地址11~16RX_PW_P0~P5設置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度。每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此，他不能顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16x2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。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。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第16腳：背光源負極。 讀操作時序 寫操作時序。在接收端設計電路圖中，最下方為包含變壓器和整流橋（作用是將220V交流電轉(zhuǎn)化為9V交流電），濾波電路（電解電容1000uF將9V交流電中低頻部分濾除，），LM2940低穩(wěn)壓差穩(wěn)壓芯片（作用是將9V變?yōu)橹绷?V）（），圖中還有NFR24L01無線傳輸模塊用于指令和數(shù)據(jù)的無線傳輸、液晶顯示模塊LCD1602顯示密碼鎖的開關狀態(tài)和倒計時提示信息、單片機STC89C51RC為核心控制芯片的總體接收端整體電路圖，該接收端電路將發(fā)送端無線傳輸模塊發(fā)送的密碼