农业温室大棚参数无线监控系统设计毕业论文.doc

题 目 农业温室大棚参数无线监控系统设计 学生姓名 靳斌 学号 1113014165 所在学院 陕西理工学院 专业班级 电子1105班 指导教师 梁芳 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2015 年 5 月 29 日农业温室大棚参数无线监控系统设计作者：靳斌（陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业11级5班，陕西 723000）指导老师：梁芳 摘要：文中叙述了以89C51实现农业温室大棚温湿度无线监控系统设计方案，该方案以89C51控制为核心，通过获取温湿度传感器DTH11的数据，得到农业大棚的实际环境数据并显示。同时将数据通过nRF2401传送到终端。检测的数值会和之前设置的标准温湿度范围进行比较，判断是否在这范围内，倘若不在这个标准的范围内，系统就会对此结果执行相应的报警程序。通过测试之后基本实现了所有功能。 关键词AT89C52；DTH11；1602LCD；1Design and Research of Greenhouse Environmental Monitoring System Based on Single Chip MicrocomputerAuthor:jinbin(Grade 11,Class 05,Major in Electronics & Information engineering ,Physics & Telecommunications engineering Dept., Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor: Liang FangAbstract: This paper described the 89C51 to realize agricultural greenhouse temperature and humidity wireless monitoring system design scheme, the scheme uses the 89C51 control as the core, through the acquisition of temperature and humidity sensor dth11 data obtained for agricultural greenhouse environment data and display. At the same time, the data is transmitted to the terminal by nRF2401. Numerical testing before and set the standard temperature and humidity range are compared, to determine whether within the scope of this, if not within the scope of this standard, the system will in this regard the implementation of the outcome of the corresponding alarm procedures.after the test basically achieved all the functions.Key Words：AT89C52；DTH11；1602LCD；1目 录1 引言1 1.1 课题背景1 1.2 立题的目的及意义11.3 国内外的研究现状及发展趋势11.4 本系统主要研究内容22 系统总体设计32.1 系统功能设计3 2.2 系统的组成32.3 系统工作原理33 系统硬件设计53.1 单片机系统设计53.2 温湿度传感器设计83.3 无线模块设计103.4 液晶显示装置设计143.5 报警系统设计154 系统软件设计174.1 系统初始化模块174.2 数据采集模块184.3 无线模块194.4 显示模块204.5 报警模块225 硬件调试23结论25致谢26参考文献27附录A28附录B33陕西理工学院毕业设计1 引言1.1 课题背景改革开放以后，我国的经济水平在快速的发展，我国的社会地位在不断的进步，生活质量水平的好坏相对很多人来说也变得至关重要。如何在一年四季都能种植和培养出优质新鲜的蔬菜，一直是人们研究的课题方向。而基于单片机的温室大棚环境参数监控系统对解决这些问题有着非常重大的意义1。温室大棚一直都用于植物种植和培育中，但这需要有一套科学的和先进的管理方法才能更好的运用好温室栽培这一高效技术，这样就可用它来监控植物在各个时间段所需要的温度和湿度等一系列环境参数2。把温湿度监控系统用在温室大棚中，是将单片机的相关应用具体化和实际化了，体现了单片机的一种实际意义，这种应用随着温室大棚的发展将会十分广泛，它代表了一种智能监控的方法。1.2 立题的目的及意义AT89C52单片机是常用于控制的芯片，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温湿度控制系统的实例也很多。使用AT89C52单片机能够实现温湿度全程的自动控制，而且AT89C52单片机易于学习、掌握，性价比较高的。使用AT89C52单片机设计温湿度控制系统，可以精确、及时的反映室内的温湿度的变化。完成比如升温直到设定温度、降温直到设定的温度、在设定温度的上下限范围内保持恒温和多种控制方式并存，在湿度和温度控制的方面也是一样的3。将此温湿度控制系统应用到农业温室中必然会为植物的成长提供了更好的适宜的环境。1.3 国内外的研究现状及发展趋势美国是将计算机应用于大棚和管理最早，最多的国家之一。美国开发的大棚计算机控制与管理系统可以根据作物的特点和生长所需要的条件，对大棚内的光照，温度，湿度等诸多因素进行自动控制。这种自动控制系统需要种植者输入温室作物生长所需的环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标进行比较，以决定大棚温湿度的控制过程，按照相应的机构进行加热，降温或者是浇水，通风等4。目前，我国绝大部分自主开发的大棚温湿度控制或者进口的国外设备都属于这种系统。虽然这种自动控制系统实现了自动化，适合规模化生产，提高了劳动生产率，通过改变大棚温湿度的设定目标，可以自动的对大棚内温湿度进行调节，但是这种调节对作物的生长来说还是相对滞后的，难以介入作物生长的内在规律。所以在这种自动控制系统和实践的基础上，温湿度自动控制向着适合不同作物生长的智能化控制发展。国外大棚业正致力于高科技发展，遥测技术，网络技术5，控制局域网已逐渐应用于大棚的管理和控制中，近几年各国温度控制技术提出建立大棚行业标准，朝着网络化，大众化，大规模，无人化的方向发展的思路6。目前国内外的温湿度检测使用的温湿度检测元件种类繁多、应用范围也较广泛加之单片机和大规模集成电路技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片机数据采集系统。基于单机片的温湿度监测控制系统的设计研究较少。随着经济和社会的不断发展，人们对自己的生活环境要求越来越高。特别在温室大棚中，对温湿度要求更为严格。基于单片机的温室温湿度控制统设计，将对环境的温湿度监测系统做详细的设计与实现。1.4 本系统主要研究内容 本系统主要完成的任务：1. 进行温湿度控制系统的整体研究与设计。2. 利用数字温湿度传感器DHT11测量大棚内的温湿度。3. 通过采集温度及湿度值，准确的判断标准值与当前值之间的差异，及时的启动报警装置（包括警报灯的提示功能等）进行报警，并采取相应的方案。4. 利用LCD对温湿度进行实时显示。5. 利用NRF24L01无线模块实现数据的近距离传输。2 系统总体设计2.1 系统功能设计 1. 温湿度监控：实现对温室大棚温湿度参数的实时采集，测量空间的温度和湿度，由单片机对采集的温湿度值进行循环检测、数据处理、显示，实现温湿度的智能检测。 2. 控制处理：当温湿度越限时指示灯亮起，并根据报警信号提示采取一定手段控制。 3. 无线传输：用温湿度传感器将测量的温湿度数据通过无线模块进行传输。2.2 系统的组成以单片机为控制核心，采用温湿度测量技术，通信技术，控制技术等技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能温湿度测量控制系统。可分为温湿度测量电路，显示电路，报警电路，无线模块，图2.1选用的主要器件有：单片机AT89C52，温湿度传感器DHT11，1602LCD显示模块，LED灯，NRF2401无线模块等。数据显示电路（LCD1602) AT89C52 单片机温湿度检测电路（温湿度传感DHT11)报警电路NRF2401无线模块 图2.1 系统组成2.3 系统工作原理本系统以单片机AT89C52为核心，数据采集、传输、显示、报警都要通过单片机。数据采集通过单总线的智能数字温湿度传感器DHT11完成；通过单片机把采集的数据显示在LCD上；当采集的数据超出给定范围时，有LED灯实时报警，并将数据通过NRF2401无线传输给另一个单片机上显示。单片机采用C语言编程7。系统初始化温湿度检测89C52单片机 判断 是否满足设定值 不报警 Y N 报警LCD液晶显示LCD液晶显示 终止 图2.2 流程框图3 系统硬件设计3.1 单片机系统设计通过上面地总体方案和实施措施的议论后就应该最先着手硬件系统的设计，软件系统设计的基础、硬件系统是应用系统的根本，根据性价比 、运行地速度还有部分功能地实现等因素的考虑后，选用AT89C52单片机是一个比较合理的选择。AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。AT89C52使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业89C51 产品指令和引脚完全兼容8。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，AT89C52拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案9。AT89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式10。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚排列如图3.1所示：图3.1 a AT89C52引脚图图3.1b （1）电源及时钟引脚（4个） VCC:电源接入引脚； GND:接地引脚； XTAL1:晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚接地）； XTAL2:晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端）。（2）控制线引脚（4个） RST/VPD:复位信号输入引脚/备用电源输入引脚； ALE/PROG:地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚(低电平有效）； EA/Vpp:内外存储器选择引脚（低电平有效）/片内EPROM（或FlashROM）编程电压输入引脚； PSEN:外部存储器选通信号输出引脚（低电平有效）。(3) 并行I/O引脚（32个，分成4个8位口） P0.0P0.7:一般I/O引脚或数据/低位地址总线服用引脚； P1.0P1.7:一般I/O引脚； P2.0P2.7:一般I/O引脚或高位地址总线引脚； P3.0P3.7:一般I/O引脚或第二功能引脚。其内部主要由CPU、RAM、ROM、通用I/O及总线构成。CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；单片机的寄存器MCS-51器件有单独的程序存储器、数据存储器。外部程序存储器、数据存储器都可以64K寻址。程序存储器：如果 EA 引脚接地，程序 读取只能从外部存储器开始读取。对于 89C52，如果EA 接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，然后从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。数据存储器：AT89C52 有256 字节的片内数据存储器。高 128 字节与特殊功能寄存器重叠。意思就是说高 128 字节和特殊地功能寄存器有一样的地址，而在物理上却是分开的。当一条指令访问高于 7FH 的地址时，寻址方式决定着 CPU 访问高 128 字节 RAM 还是特殊地功能寄存器的空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）11。机器周期和指令周期 (1) 振荡周期: 也称时钟周期, 是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。 (2) 状态周期: 每个状态周期为时钟周期的 2 倍, 是振荡周期经二分频后得到的。 (3)机器周期: 一个机器周期包含 6 个状态周期S1S6, 也就是 12 个时钟周期。在一个机器周期内, CPU可以完成一个独立的操作。 (4) 指令周期: 它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。中断AT89C52 有6个中断源：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。每一个中断源都可以通过清除或置位特殊地寄存器 IE 中的相关中断 允许控制位分别使得中断源无效或有效。 IE 包括一个中断允许总控制位 EA ，它可以一次禁止全部中断。IE.6 位是不可以用地，对于AT89C52，IE.5 位也是不可以用地。用户的软件不应该给这些位写 1 。因为它们是为 AT89 系列新产品得预留12。定时器 2 能被寄存器 T2CON 中的 EXF2 和 TF2 的或逻辑触发。当程序进入到中断服务之后，这些标志位就可能由硬件清 0。事实上，由中断服务程序必须判定是不是 EXF2 或 TF2 激活 中断，因此标志位也必须由软件清为 0。定时器 0 和 定时器 1 标志位 TF0 和 TF1 在计数中溢出地那一个周期的 S5P2 被置位后。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器 2 的标志位 TF2 在计数溢出的那一个周期的 S2P2 被置位后，在相同一个周期就被电路捕捉下来了。复位电路本系统采用上电+按键复位，是上电复位和按键电平复位的组合，无论是上电还是按动按键都能使单片机复位。如图3.2所示：R21KR310KC310ufRESET图3.2 复位电路 在AT89C52单片机的系统中，单片机系统上电启动的时候 复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统依然还会复位。所以可以通过按键的闭合与断开在运行 地系统中控制其复位。复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。时钟电路时钟引脚为 XTAL1 、 XTAL2 ，时钟引脚外接一个晶体与片内地反向放大器构成了一个振荡器，它给单片机提供时钟控制信号，时钟引脚也能外接一个晶体振荡器。XTAL 1（ 19脚）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它其实就是一个反向放大器的输入端。因此放大器构成了一个片内振荡器。当采用外接晶体振荡器的时候，此引脚应该接地。XTAL 2（18脚）：接外部晶体地另 一端，在单片机内部接到内部反向放大器得输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端13。本系统采用晶振时钟电路。外部晶振以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格要求，但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低，振荡器的稳定性，起振的快速性和稳定性13。外接晶振时，C1和C2通常选择30pf,晶振采用12MHz。本设计时钟电路如下图3.3所示： 图3.3 时钟电路3.2 温湿度传感器设计DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专门地模拟转换为数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保传感器拥有极高的可靠性、卓越的长期稳定性。传感器包括一个 NTC 测温元件、一个电阻式感湿元件，并且与一个高性能8位 单片机相连。因此该传感器具有品质卓越和超快响应与抗干扰能力强和性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准的系数应以程序地形式存在于 OTP 内存中，由于传感器的内部在检测型号得处理过程中需要调用这些校准系数14。单线制 串 行口，使系统的集成变得简易而快捷。超小的体积和极低的功耗，使它成为了给类应用甚至最为严格的应用场合的最好选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。DHT11的简介相对湿度和温度测量全部校准，数字输出卓越的长期稳定性无需外加器件超长的信号传输距离超低能耗4引脚安装完全互换 图3.4 DHT11 引脚说明建议接线长度短于20米时，用5K上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。引脚1：VDD供电3-5.5V引脚2：DATA串行数据，单总线引脚3：NC空脚，悬空引脚4：GND接地，电源负极 图3.5 典型应用电源引脚DHT11的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。串行接口（单线双向）1.单总线说明DHT11器件采用简化的单总线通信。单总线即仅有一根数据总线，系统中的数据交换和控制全由单总线完成。设备（ 主机或从机 ）通过一个漏极开路、三态端口连至到该数据线上，以允许设备在不发送数据时，能够释放总线，而让其它的设备使用该总线；单总线通常要求外接一个约 5.1k 的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态自然就为高电平。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机的时候，从机方可以应答，因此主机访问器件时，都必须严格的遵循单总线序列，如果出现了序列混乱，器件将不能响应主机。2.单总线传送数据位定义DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线的数据格式，一次传送40位 数据高位先出15。数据格式:8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据 + 8bit温度整数数据 + 8bit温度小数数据 + 8bit校验位。3.校验位数据定义“8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据 + 8bit温度整数数据 + 8bit温度小数数据”8bit校验位等于所得结果的末8位。4.数据时序图用户MCU 发送一次开始信号之后, DHT11传感器从低功耗模式转为高速模式,等待主机，开始信号结束后,DHT11传感器发出响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可以选择性的读取部分数据.从模式下,DHT11传感器接收到开始信号并且触发一次温湿度的采集,如果没有接收到主机发送得开始信号时,DHT11传感器将不会主动进行一次温湿度采集.采集数据后，转为低速模式。5.外设读取（1）DHT11传感器上电之后，测试环境的温度与湿度数据，并且记录数据，同时DHT11传感器的DATA数据线由上拉电阻拉高并且一直保持着高电平；此时DHT11传感器的DATA引脚处于为输入状态，时刻检测着外部信号。（2）微处理器的 I/O 设置为输出且输出为低电平且低电平保持时间不能小于18ms，然后微处理器的 I/O 设置位输入状态，由于上拉电阻的原因，微型处理器得 I/O 即DHT11传感器的 DATA 数据线也随之就变高，等待DHT11作出回答信号。 （3）DHT11的DATA引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结束，延迟后DHT11传感器的DATA 引脚处于输出的状态，输出 80us 的低电平为应答信号，紧接着输出80us的高电平通知外设准备接受数据，微型处理器的 I/O 此时处于输入状态，检测到的 I/O 有低电平（DHT11回应信号）后 ，等待80us 的高电平后的数据接收。 （4）由DHT11的DATA引脚输出40位数据，微型处理器根据I/O电平的变化接收40位数据，位数据“0”的格式为：50us的低电平和26-28us的高电平；位数据“1”的格式为：50us的低电平加70us的高电平。测量分辨率测量分辨率分别为8bit（温度）、8bit（湿度）。电气特性VDD=5V，T=25，除非特殊标注表3.1 电气特性表参数条件mintypmax单位供电DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次3.3 无线模块设计NRF24L01是一款新型的单片射频收发器件，工作在2.4 GHz 2.5 GHz ISM频段内。内置了频率合成器、晶体振荡器、功率放大器和调制器等功能模块，并融合了增强型Shock Burst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低，在以-6dBm地功率发射时，工作电流也只有9 mA；接收时，工作电流且只有12.3 mA，多种低功率工作模式包括掉电模式和空闲模式，使节能设计更方便16。主要特点1GFSK调制，硬件集成OSI链路层2具有自动应答和自动再发射功能3片内自动生成报头和CRC校验码4数据传输率为l Mb/s或2Mb/s5SPI速率为0 Mb/s10 Mb/s6125个频道与其他nRF24系列射频器件相兼容7双通道数据接收，内置环行天线，开阔地无干扰条件通信距离20-50米8QFN20引脚4 mm4 mm封装9供电电压为1.9 V3.6 V引脚说明图3.6 nRF24L01NRF2401引脚排列如图3.6所示。各引脚功能如下：CE：使可以发射或接收；CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微型处理器可以通过此引脚配置NRF2401；IRQ：中断标志位；VDD：电源输入端；VSS：电源地；XC2，XC1：晶体振荡器引脚；VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V；ANT1,ANT2：天线接口。工作模式通过配置寄存器可将NRF2401配置为接收、发射、掉电、空闲四种工作模式，如表3.2所示： 表3.2 工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接收模式111-发射模式101数据在TXFIFO寄存器中发射模式1010停留在发送模式，直至数据发送完待机模式2101TX_FIFO为空待机模式11-0无数据传输掉电0-待机模式1主要用于降低电流的损耗，在此模式下晶体振荡器必须是工作的；待机模式2则是在当 FIFO 寄存器为空且CE=1时进入此模式；在待机模式下所有配置字仍然为保留。在掉电的模式下电流得损耗为最小，同时NRF24L01也就不工作了，但其所有配置寄存器地值仍然保留着。工作原理图3.7 电路原理图首先发射数据时，将NRF2401 配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR 和有效数据TX_PLD 按照时序由 SPI 口写入NRF2401 的缓存区，TX_PLD必须在 CSN 为低时连续写入，而 TX_ADDR 在发射时写入一次方可，然后 CE 置为高电平且保持至少10us，延迟 130us 后发射数据;若自动开启应答，那么NRF2401在发射数据后马上进入接收模式，立刻接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果可以收到应答信号，则认为通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若没有收到应答信号，则将自动重新发射此数据( 自动重发已开启 )，若重发次数( ARC )达到上限时，将MAX_RT 置高，TX - FIFO中数据保留以便再次重发； MAX_RT 或 TX_DS 置高时，使 IRQ 变低，产生中断，通知MCU,最后发送成功时,如果CE为低则NRF2401则将进入到空闲模式1；如果发送堆栈中有数据且CE为高时，则进入到下一次的发射;如果发送堆栈中没有数据且CE为高时，则将进入到空闲模式2。首先接收数据时,将NRF2401配置为接收模式，接着延迟 130us 进入到接收状态着等待数据得到来。当接收方检测到有效得地址和 CRC 时，就将数据包存储到RX -FIFO之中，于此同时将中断标志位RX_DR置为高，IRQ变为低产生中断，通知MCU去接收数据。如果此时的自动应答开启后，接收方则于此同时进入到发射状态回传应答信号。如果最后接收成功时，若 CE 变为低，则NRF2401进入到空闲模式1。图3.8 单片机与nRF24L01连接图配置字SPI 口为同步串行通信接口，最大的传输速率达到10 Mb/s，传输时首先传送低位字节，然后在传送高位字节。如果我们就单个字节而言，要先送高位再送低位。与 SPI 相关的指令一共就有8个，使用时这些控制指令由NRF2401的MOSI输入。相应的数据和状态信息是从MISO输出到MCU17。 NRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过SPI口访问。nRF24L01 的配置寄存器共有25个，常用的配置寄存器如表3.3所示：表3.3 配置寄存器地址（H）寄存器名称功能00CONFIG设置nRF2401工作模式01EN_AA设置接收通道及自动应答02EN_RXADDR使能接收的通道地址03SETUP_AW设置地址宽度04SETUP_RETR设置自动重发数据时间和次数07STATUS状态寄存器，用来判定工作状态0A0FRX_ADDR_P0P5设置接收通道地址10TX_ADDR设置接收接点地址1116RX_PW_P0P5设置接收通道的有效数据宽度3.4 液晶显示装置设计液晶简介1602液晶也叫 1602 字符型液晶屏 它是一种专门用来显示数字、符号、字母等的点阵型液晶模块。它有若干个5x7或5x11等点阵字符位构成，每一个点阵字符位都可以显示一个字符。每一位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到字符间距和行间距的作用，正因如此，它才不能显示图形（用自定义CGRAM显示效果也不好）1602是指显示的内容为16x2的,即可以显示两行，每一行 16 个字符液晶模块包括显示字符和数字，目前市面上字符液晶绝大多数都是基于HD44780液晶芯片地，但其控制原理却是完全相同得，因此基于 HD44780 写得控制程序可以方便地应用于市场上绝大部分得字符型液晶。1602LCD主要技术参数：显示容量：162个字符芯片工作电压：4.5-5.5V工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.954.35(WH)mm图3.9 1602LCD引脚图引脚功能说明：1602LCD采用标准的 14 脚（无背光）或者 16 脚（带背光）接口，各个引脚接口说明如下：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示对比度调整端，接正电源时，对比度最弱。接地时，对比度最高。对比度过高时将会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时就可以读忙信号了，当RS为高电平R/W为低电平时就可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当 E 端由高电平跳成低电平的时候，液晶模块则执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。液晶显示原理读写操作时序如图3.10和图3.11所示：图3.10 读操作时序图3.11 写操作时序3.5 报警系统设计本系统采用红LED灯作为光报警提示，当系统检测到的数据不符合给定的要求时，现场为红灯绿灯报警提示；如图3.12图3.12 报警系统电路图4 系统软件设计本系统软件系统设计包括：系统初始化模块，数据采集模块，无线模块，1602LCD显示模块，报警模块。系统软件总体流程图如图4.1： 开始 初始化温湿度监测单片机处理LCD显示范围判断LCD 报警 否无线信号发送 是 结束图4.1 系统流程图4.1 系统初始化模块系统初始化模块的主要功能是完成系统的初始化以及设定系统的工作状态，初始化部分包括以下方面的内容：1.单片机初始化以及各种引脚定义2.1602液晶初始化及工作方式3.系统进入正常工作状态4.2 数据采集模块温度和湿度检测模块是本系统中的核心模块之一，它负责完成温湿度的测量和模拟量转换为数字量得全过程，这就是它为什么重要的原因。数字式温度湿度传感器 DHT11 直接把检测到的模拟量转化为数字量送给单片机，然后再经过单片机得处理，把温湿度值显示到1602液晶上。温度湿度传感器DHT11的精确度值直接影响着整个系统的检测与控制，所以本系统采用数字式温度和湿度传感器DHT11采集温室内的温湿度。温湿度判断控制模块也是系统的核心模块之一，所谓判断控制模块，就是对当前温室内的实际温湿度与给定的温湿度范围进行比较，先进行判断，然后再进行控制，控制模块是决定系统将要进行什么工作的。如温度和湿度高于上限时或低于下限时需要进行启动警报，并且将温湿度结果以无线进行通信等。温湿度传感器程序流程图如图4.2所示：单片机进行数据接收 开始判断是否为高电平 NP2.0输出低电平将数据按十进制数位存入数组延时18ms Y低电平是否结束 NP2.0输出高电平 结束 Y是否高电平结束延时18ms N Y图4.2 温湿度传感器程序流程图4.3 无线模块无线发射模块部分首先进行初始化操作，初始化包括设置单片机I/O和SPI相关寄存器两部分其可以和nRF24L01通信。通过SPI总线配置射频芯片使其进入正确的工作模式。发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式。接着把发送端待发射数据的目标地址TX-ADDR和数据TX-PLD写入nRF24L01缓冲区，延时后发射数据，其流程图如图4.3所示： 开始初始化单片机配置24L01为发射模式写数据并开启发送是否接收到应答信号 N Y向串口传输数据 结束图4.3 无线发射软件流程图无线接收模块部分接收数据时，首先将nRF24L01配置为接收模式。接着延迟进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效地址和CRC时，就将数据包储存在接收堆栈中，同时状态寄存器中的中断标志位RX-DR置高，产生中断使IRQ引脚变为低电平，以便通知MCU去取数据，其流程图如图4.4所示： 开始 初始化单片机配置24L01为接收模式 检测载波信号存在当前的载波信号 N Y 结束图4.4 无线接收软件流程图4.4 显示模块本系统采用1602液晶显示温湿度值，当系统刚开始上电时1602液晶不显示任何数据，等待NRF24L01的监测数据，双行显示在1602液晶上。第一行显示：TRH RH:-%，第二行显示：TRH T:-。C。 开始对LCD1602A进行初始化 是否按下N N扫描按键 延时消抖 首行扫描字R3列扫描送P1N扫描判定键值 键值入栈保护键值转化为ASII码，存入寄存器N继续扫描判释放按键 判第七位是否为0LCD1602A写命令llin令 显 示延 时 结束图4.5 显示流程图4.5 报警模块报警模块具备两项功能，即为报警灯。报警灯模块是完成LED有规律的转换，以便从视觉上提醒用户。LED是由单片机控制LED灯组成的，其转换规律为：1.系统温湿度值在给定的范围时，LED不亮。2.系统温湿度值超出给定的范围时，红色LED亮。警报灯由4个LED灯组成，一共需要4根数据线，使用单片机AT89C52控制。要实现的功能是使LED灯有规律亮与熄灭，当系统上电后，系统进行实时的采样，并判断出当前温湿度与给定温湿度之间的差异，如果当前温湿度低于用户给定的下限温湿度值，则说明当前温湿度过低，系统自动启动红色警报灯，直至温湿度值升到适合范围时警报灯熄灭。反之，如果当前温湿度高于用户设定的上限温湿度值，则说明当前温湿度过高，系统也会自动启动警报灯，直至温湿度值降到适当范围时警报灯熄灭。 5 硬件调试 使用AT89C52单片机为控制核心芯片，DHT11温湿度传感器为空气温湿度检测模块，nRF24L01无线模块进行数据传输，进行数据的实时显示。在单片机开发板上连接好电路进行调试： 图5.1 正常室温中温湿度检测结果（湿度：28%，温度：36。C）图5.2 不断的进行使用热水加热，当温度超过其范围时报警，LED等同时亮图5.3 温湿度数据接收板结论以上为毕业课题所设计的温室大棚控制控制系统，在通过不断地设计与调试后，基本要求还是设计出来了。系统是采用AT89C52单片机、DTH11数字温湿度传感器、LCD1602液晶显示模块、NRF24L01无线模块、LED发光二极管等器件实现的温室大棚监控系统，实现了温湿度采集、数据显示、报警的功能。本次设计基本实现了前期设定的要求，系统能够随时对温室大棚内的温湿度进行采集和显示，以及超越正常温湿度参数范围内的及时报警。总体来说相对比较成功，只是在后期的调试中遇到了一点小麻烦，但就是这一点使整个系统不能正常运行，得不出想要的结果，更拖累了设计的进程。千里之堤毁于蚁穴，因此在设计中每一步骤每一过程都应做到百分之百的正确，只有这样最终的成果才能成功体现。致 谢在这次毕业设计中，最应该感谢的是我的指导老师梁芳老师，本次温室大棚环境参数监控系统的成功设计与梁老师的帮助是息息相关的。还有就是应该感谢我校陕西理工学院图书馆的相关图书及文献，以及网上前辈们的优秀研究成果，通过对这些资料的学习与借鉴，完成和丰富了本次毕业设计的内容。再加上自己的思考和领悟才能预期成功地完成的本次目标。梁老师在论文前期、中期、后期都对我的想法及设计经行了独特地分析，这深深的影响了我对学习的态度，也大大促进了本次设计的顺利进行。参考文献1 高职富.温室环境控制技术的现状及发展前景J.中国市场,2007年第35期:106-1072 吉红.自动控制在国外设施农业中的应用J.农业环境与发展,2007(5):52-543陈桂友，柴远斌单片机应用技术M北京：机械工业出版社，2008，10-884 范薇薇.基于无线传感器网络的温室控制系统研究D.中国知网,20105 王中心.温室土壤温湿度无线信息采集与监控系统的设计与实现.中国知网,20106 李文仲,段朝玉.短距离无线数据通信入门与实战M,北京航空航天大学出版社,20067熊诗波机械工程测试技术基础（第4版）M北京：机械工业出版社，2008，60-1028 徐爱钧.单片机原理实用教程.电子工业出版社,2011,39 张新荣基于单片机的多路温度监测系统设计J工业控制计算机，2010(7)：13-2110 孙育才MCS-51系列单片微型计算机及其应用（第四版）M南京：东南大学出版社，2004，56-5811 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