【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(nóng)業(yè)溫室大棚參數(shù)無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)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(nóng)業(yè)溫室大棚溫濕度無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)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(nóng)業(yè)大棚的實際環(huán)境數(shù)據(jù)并顯示。同時將數(shù)據(jù)通過 nRF2401 傳送到終端。 通過測試之后基本實現(xiàn)了所有功能。 Information engineering ,Physics amp。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。 溫室大棚一直都用于植物種植和培育中，但這需要有一套科學的和先進的管理方法才能更好的運用好溫室栽培這一高效技術(shù)，這樣就可用它來監(jiān)控植物在各個時間段所需要的溫度和濕度等一系列環(huán)境參數(shù) [2]。 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。 使用 AT89C52 單片機設(shè)計溫濕度控制系統(tǒng)，可以 精確 、 及時 的反映室內(nèi)的 溫濕度 的變化。將此 溫濕度控制 系統(tǒng)應(yīng)用到 農(nóng)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。美國開發(fā)的大棚計算機控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)作物的特點和生長所需要的條件，對大棚內(nèi)的光照，溫度，濕度等諸多因素進行自動控制。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(shè)備都屬于這種系統(tǒng)。所以在這種自動控制系統(tǒng)和實踐的基礎(chǔ)上，溫濕度自動控制向著適合不同作物生長的智能化控制發(fā)展。 目前國內(nèi)外的溫濕度檢測使用的溫濕度檢測元件種類繁多、應(yīng)用范圍也較廣泛加之單片機和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，人們對自己的生活環(huán)境要求越來越高?；趩纹瑱C的溫室溫濕度控制統(tǒng)設(shè)計，將對環(huán)境的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)做詳細的設(shè)計與實現(xiàn)。 2. 利用數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 測量大棚內(nèi)的溫濕度。 4. 利用 LCD 對溫濕度進行實時顯示。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 48 頁 2 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)功能設(shè)計 1. 溫濕度監(jiān)控：實現(xiàn)對溫室大棚溫濕度參數(shù)的實時采 集，測量空間的溫度和濕度，由單片機對采集的溫濕度值進行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、顯示，實現(xiàn)溫濕度的智能檢測。 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?？煞譃闇貪穸葴y量電路，顯示電路，報警電路，無線模塊，圖 選用的主要器件有：單片機 AT89C52，溫濕 度傳感器 DHT11， 1602LCD顯示模塊， LED 燈， NRF2401 無線模塊等。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。 溫濕度檢測電路 （ 溫 濕 度 傳 感DHT11) AT89C52 單片 機 NRF2401無線模塊 數(shù)據(jù)顯示電路（ LCD1602) 報警電路 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 48 頁 Y N 圖 流程框圖 溫濕度檢測 報警 89C52 單片機 LCD 液晶顯示 終止 不報警 LCD 液晶顯示 判斷 是否滿足設(shè)定值 系統(tǒng)初始化 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 48 頁 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機系統(tǒng)設(shè)計 通過 上面 地總 體方案和實施措施的 議論 后 就應(yīng)該最先 著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計，軟件系統(tǒng)設(shè)計的 基礎(chǔ) 、 硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的 根本， 根據(jù)性價比 、 運行 地 速度 還有部分 功能 地實現(xiàn) 等因素的考慮 后 ，選用 AT89C52 單片機 是一個比較合理的選擇 。AT89C52 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 89C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 [8]。在單芯片上， AT89C52擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng) 用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 [9]。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]。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。 （ 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(nèi)外存儲器選擇引腳（低電平有效） /片內(nèi) EPROM（或 FlashROM）編程電壓輸入引腳； PSEN:外部存儲器選通信號輸出引腳（低電平有效）。 其內(nèi)部主要由 CPU、 RAM、 ROM、通用 I/O 及 總線構(gòu)成 。外部 程序 存儲器 、 數(shù)據(jù)存儲器都可以 64K尋址。 對于 89C52，如果 EA 接 VCC， 程序 讀寫先從內(nèi)部 存儲器 （地址為 0000H～ 1FFFH）開始，然后 從外部尋址，尋址地址為： 20xxH~FFFFH。高 128 字節(jié)與 特殊功能寄存器 重疊。 當一條指令訪問高于 7FH 的地址時， 尋址方式 決定 著 CPU 訪問高 128 字節(jié) RAM 還是特殊 地 功能寄存 器 的 空間。 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。 (3)機器周期 : 一個機器周期包含 6 個狀態(tài)周期 S1~S6, 也就是 12 個時鐘周期。 (4) 指令周期 : 它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時間。 中斷 AT89C52 有 6 個中斷源：兩個外部中斷（ INT0 和 INT1），三個定時中斷（定時器 0、 2）和一個串行中斷。 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。用戶 的 軟件不應(yīng) 該 給這些位寫 1 。 定時器 2 能 被寄存器 T2CON 中的 EXF2 和 TF2 的或邏輯觸發(fā)。 事實上 ， 由 中斷服務(wù)程序必須判定是 不 是 EXF2 或 TF2 激活 中斷， 因此 標志位 也 必須由軟件清 為 0。它們 的 值一直到下一個周期被電路捕捉下來。 復位電路 本系統(tǒng)采用上電 +按鍵復位，是上電復位和按鍵電平復位的組合，無論是上電還是按動按鍵都能使單片機復位。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。按鍵按下系統(tǒng)復位，是電容處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。 XTAL 1（ 19 腳）：接外部晶體的一個引腳。 因此 放大器構(gòu)成了 一個 片內(nèi)振蕩器。 XTAL 2（ 18 腳）：接外部晶體 地 另 一端，在單片機內(nèi)部接 到 內(nèi)部反向放大器 得 輸出端。 本系統(tǒng)采用晶振時鐘電路。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]。本設(shè)計時鐘電路如下圖 所示： 圖 時鐘電路 溫濕度傳感器設(shè)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(yīng)用專門地模擬轉(zhuǎn)換為 數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保 傳感器擁 有極高的可靠性 、 卓越的長期穩(wěn)定性。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 和 性價比極高等優(yōu)點。校準 的 系數(shù) 應(yīng)以 程序 地 形式存在 于 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 48 頁 OTP 內(nèi)存中， 由于 傳感器 的 內(nèi)部在檢測型號 得 處理過程中 需要 調(diào)用這些校準系數(shù) [14]。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 嚴格 的應(yīng)用場合的最 好 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 圖 DHT11 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） DHT11 器件采用簡化的單總線通信。設(shè)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(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時 ， 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。 DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步 ,采用單總線 的 數(shù)據(jù)格式，一次傳送 40 位 數(shù)據(jù)高位先出 [15]。 “ 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(jié)果的末 8 位。 （ 1） DHT11 傳感器 上電 之 后，測試環(huán)境 的 溫 度與 濕度數(shù)據(jù)，并 且 記錄數(shù)據(jù)，同時 DHT11傳感器 的 DATA 數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高 并且 一直保持 著 高電平；此時 DHT11 傳感器 的 DATA 引腳處于 為 輸入狀態(tài)，時刻檢測 著 外部信號。 （ 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(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，緊接著輸出 80us的高電平通知外設(shè)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(yīng)信號）后 ，等待 80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收。 測量分辨率 測量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度）。內(nèi)置 了陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 48 頁 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，并融合了增強型 Shock Burst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。 主要特點 1． GFSK 調(diào)制， 硬件集成 OSI 鏈路層 2．具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能 3．片內(nèi)自動生成報頭和 CRC 校驗碼 4．數(shù)據(jù)傳輸率為 l Mb/s 或 2Mb/s 5． SPI 速率為 0 Mb/s～ 10 Mb/s 6． 125 個頻道與其他 nRF24 系列射頻器件相兼容 7． 雙通道數(shù)據(jù)接收，內(nèi)置環(huán)行天線，開闊地無干擾條件通信距離 2050 米 8． QFN20 引腳 4 mm 4 mm 封裝 9．供電電壓為 V～ V 引腳說明 圖 nRF24L01 NRF2401 引腳排列如圖 所示。 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