1、溫室大棚溫度測量系統設計摘要溫度控制是蔬菜大棚最重要的一個管理因素，溫度過高或過低，都會影響蔬菜的生長。傳統的溫度控制是用溫度計來測量，并根據此溫度人工來調節其溫度。但僅靠人工控制既耗人力，又容易發生差錯。為此，現代的蔬菜大棚管理中通常需要溫度自動控制系統，以簡單方便、快速的的控制大棚內的溫度。本設計以STC89C52RC單片機為控制中心，用DS18B20為溫度檢測傳感器，NRF905無線射頻芯片為傳述單元并用LCD1602顯示。由溫度測量控制電路、鍵盤、顯示電路、報警電路等組成，實現對大棚環境溫度測量與控制，用戶可通過鍵盤設置需要報警的上下限值。文中從硬件和軟件兩方面介紹了溫度控制系統，對硬

2、件原理圖和程序流程圖進行了系統的描述。并用Keil作為軟件調試界面，PROTEUS作為硬件仿真界面，實現了系統的總體調試，結果表明該系統能實現溫度的自動測量和自動控制功能，可將棚內的溫度始終控制在適合蔬菜生長的溫度范圍內。關鍵詞: STC89C52RC，溫度傳感器，NRF905，LCD1602ABSTRACTFor the vegetable greenhouse, the most important management factor is the temperature control. If the temperature is too high or too low, the veg

3、etables will be killed or stopped growing.Traditional temperature control is suspended a thermometer in greenhouse internal, the workers can regulate the temperature inside the greenhouse based on the temperature value. Now, the modern management of vegetable greenhouses usually uses automatic

4、temperature to control system.The design use the STC89C52RC microcontroller as the control center, within DS18B20 for temperature detection element, including the temperature control circuit, keyboard, display circuit, alarm circuit, achieving the greenhouse environment, temperature measurement and

5、control, the user can set the desired alarm through the keyboard. And using Keil as a software debugging interface, PROTEUS as hardware emulation and debugging interface to achieve the overall system debugging, the results show that the system can realize automatic temperature measurement and automa

6、tic control, So can always control the temperature of greenhouse for vegetable growths temperature range.KEY WORDS：STC89C52RC， temperature sensor，NRF905，LCD16021 緒論1.1背景及意義蔬菜的生長與溫度息息相關，對于蔬菜大棚來說，最重要的一個管理因素是溫度控制。溫度太低，蔬菜就會被凍死或則停止生長，所以要將溫度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內。為此，智能的大棚溫度控制系統已經成為農民的迫切需要。最早的蔬菜大棚的溫度監控方法無非是溫度計查看，

7、然后是人工處理，實時性差而且占用大量的人工資源，又容易發生差錯。大棚內蔬菜的生長要受到環境中參數的影響。如今大多數對大棚環境條件的監測與控制還是在采用很久以前的人工管理方式，這樣很難避免的造成了測控誤差時等缺點，容易造成難以估計的損失，結果浪費了人力、物力，而且很難達到很好的效果。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能特別提高生產效率的要求也越來越高，人們都迫切的希望大棚的生產實現自動化。溫室大棚是植物栽培生產中必不可少的設施之一，溫度是衡量溫室大棚的最重要的指標，它直接影響到栽培作物的的生長和產量，為了能給作物提供一個合適的生長環境，首要問題是加強溫室內的溫度的監測控制。溫室大棚是設施農

8、業的重要組成部分，大棚測控系統是實現大棚自動化、科學化的基本保證。計算機應用技術的發展，也使得用計算機控制的方面也涉及到各個領域，其中在大棚內用單片機控制溫度是應用于實踐的主要方面之一。 影響作物生長發育的環境條件主要包括:溫度、濕度、光照、CO2濃度、土壤等。所有這些環境條件之間相互有著密切的聯系，其中一個量的變化就會影響其它控制變量的變化。作物的生長發育是所有這些環境條件綜合作用的結果，而這其中有個最主要的環境影響就是溫度1。1.2 國內外研究現狀溫室是一種可以改變植物生長環境、為植物生長創造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候對其影響的場所。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結構材

9、料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節栽培植物。溫室生產以達到調節產期，促進生長發育，防治病蟲害及提高質量、產量等為目的。而溫室設施的關鍵技術是環境控制，該技術的最終目標是提高控制與作業精度1從國外溫室控制技術的發展狀況來看，溫室環境控制技術大致經歷三個發展階段:1.手動控制這是在溫室技術發展初期所采取的控制手段，其時并沒有真正意義上的控制系統及執行機構。生產一線的種植者既是溫室環境的傳感器，又是對溫室作物進行管理的執行機構，他們是溫室環境控制的核心。通過對溫室內外的氣候狀況和對作物生長狀況的觀測，憑借長期積累的經驗和直覺推測及判斷，手動調節溫室內環境。種植者采用手動控制方式，對于作物生長

10、狀況的反應是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統農業的生產規律。但這種控制方式的勞動生產率較低，不適合工廠化農業生產的需要，而且對種植者的素質要求較高。 2.自動控制這種控制系統需要種植者輸入溫室作物生長所需環境的目標參數，計算機根據傳感器的實際測量值與事先設定的目標值進行比較，以決定溫室環境因子的控制過程，控制相應機構進行加熱、降溫和通風等動作。計算機自動控制的溫室控制技術實現了生產自動化，適合規?；a，勞動生產率得到提高。通過改變溫室環境設定目標值，可以自動地進行溫室內環境氣候調節，但是這種控制方式對作物生長狀況的改變難以及時做出反應，難以介入作物生長的內在規律。目前我國絕大

11、部分自主開發的大型現代化溫室及引進的國外設備都屬于這種控制方式。3.智能化控制 這是在溫室自動控制技術和生產實踐的基礎上，通過總結、收集農業領域知識、技術和各種試驗數據構建專家系統，以建立植物生長的數學模型為理論依據，研究開發出的一種適合不同作物生長的溫室專家控制系統技術。溫室控制技術沿著手動、自動、智能化控制的發展進程，向著越來越先進、功能越來越完備的方向發展。由此可見，溫室環境控制朝著基于作物生長模型、溫室綜合環境因子分析模型和農業專家系統的溫室信息自動采集及智能控制趨勢發展。我國現有大型溫室面積約10000公頃，其中大型的連棟塑料溫室約占2/3以上，其余為玻璃溫室。建設在南方的

12、大型溫室以生產花卉為主，北方的則以栽培蔬菜為主。少部分溫室用于栽培苗木?；靖窬质潜狈降貐^以固體基質培為主，華東地區以營養液膜技術淺水培為主。少部分溫室用于栽培苗木。而隨著溫室大棚的發展，環境控制計算機模擬模型、作物生長發育規律模擬模型研究向實用化方向發展，溫室復合環境優化控制研究一直是各國溫室技術研究的核心。1.3 選題的目的和意義溫室是觀賞植物栽培生產中必不可少的設施之一，不同種類觀賞花卉對溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個更適宜其生長的封閉的、良好的生存環境，以提早或延遲花期，最終將會給我們帶來巨大的經濟效益。隨著現代科技的發展，電子計算機已用于控制溫室環境。該系統

13、可自動控制加熱、降溫、通風。根據需要，通過按鍵將溫度信息輸入MCU，根據情況可隨時調節環境。溫室環境自動化控制系統在大型現代化溫室的利用，是設施栽培高新技術的體現。智能溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規范化。因此智能溫度傳感器是蔬菜大棚溫度自動測控系統的發展趨勢。本文將使用8051型單片機對溫度及濕度控制的基本原理實例化，利用現有資源設計一個實時控制溫室大棚溫度、濕度等的控制系統。目的是通過這次畢業設計，讓我們將課本知識與實踐相結合，更加深刻的理解自動控制的運作模式及意義，也能夠將所學知識和技能更多的運用于生活和工作中，學以致用。2.總體設計方案2.1系統的特點及設計思路2.1.1系統設計

14、特點目前，我國農村使用的簡易日光溫室絕大部分采用手動控制 ,生產效率低下，單位產品的生產成本偏高。隨著溫室產業的發展，溫室作物趨向于多樣化，對溫室的控制要求也隨之提高，手動控制因其控制精度低已開始不能滿足溫室生產的需求，需要設計一種控制器減少手動控制。而當今國內常見的智能溫室系統都是采用工控機或者PLC方案，價格昂貴 ,較大部分用戶經濟能力承受不起。因此，在系統的設計過程中要充分考慮用戶的經濟承受能力，減少溫室設計中的各種成本 ,提高勞動生產率，這在溫室上具有較為深遠的意義。為此，針對簡易日光溫室對溫度、濕度以及光照度等環境因素的控制要求，設計和開發了基于STC8

15、9C52RC單片機的低成本溫室檢測系統。2.1.2系統設計思路系統主要分為檢測部分、傳輸部分、顯示部分、處理及報警部分。本次設計的主要思路是利用傳感器采集溫度，把采集到的數字信號傳給單片機，再用嵌入式射頻無線收發一體型芯片把采集到的信號打包發射出去，另一端利用嵌入式射頻無線收發一體型芯片接收信號，把接收到的信號進行處理在LCD1602上顯示并傳給上位機，在上位機上進行保存、處理和顯示。如圖2-1所示。數字式溫度傳感器 圖2-1 系統總體框圖感器單片機無線模塊 LCD顯示單片機無線模塊圖2-1 系統總體框圖2.2主要元器件選擇2.2.1傳感器選擇一般情況下，對于溫濕度傳感器的選擇，一般回遵循一下

16、的幾個原則： 1測量范圍及測量精度是否在用戶要求的范圍之內。測量的目的是為了進行控制，所以要求所檢測出來的數據在正常需求范圍內。同時，由于在不同的環境下，對于精度控制有著不用的要求，這就要求我們和根據實際應用環境選擇合適的器件。2測量元件檢測的數據是否穩定可靠。一般說來，工業環境比較復雜，受外界環境影響比大，傳感器工作一段時間后，可能會由于受電磁、空氣粉塵、毒性氣體等影響，導致測量結果會產生一定的偏差。在使用設計時，應充分考慮如何保證傳感器如何長時間有效工作。3測量元件的開發難易程度和價錢是否合理。在實際應用中，應綜合考慮設計成本，盡量在滿足測量需求的前提要降低開發時間和設計成本。方

17、案一：采用熱敏電阻，可滿足4090的測量范圍，但熱敏電阻精度、重復性、可靠性都比較差,對于檢測小于1的溫度信號是不適用的。方案二：采用溫度傳感器AD590。它具有較高的精度和重復性，相比于熱敏電阻精度有很大提高，非線性誤差為±0.3，且檢測溫度范圍為：-55+155，完全滿足要求，但設計電路時需要模數轉換，較為麻煩。方案三：采用DS18B20。它是美國DALLAS公司專利產品，它的測溫范圍為-55+125，測溫分辨率±05，設計電路簡單，單總線方式接線，多個可以直接并聯。故選擇DS18B20。S18B20是新一代數字式溫度傳感器，具有獨特的單總線接口方式，允許在一條信號線上

18、接數十甚至上百個數字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的AD轉換器及其它復雜外圍電路的缺點，在設計時不需要進行模數轉換。也可通過總線供電，組成的測溫系統簡單，成本低、體積小、可靠性高、方便攜帶。它的測溫范圍為-55+125，測溫分辨率±05，由于每一個DS18B20出廠時都刻有唯一的序列號并存入ROM中，因此CPU可用簡單的通信協議就可識別，從而節省大量的引線和邏輯電路。2.2.2單片機選擇一般情況下，控制器的選擇需要遵循以下幾個原則：1控制器的基本性能參數是否滿足設計需求。比如控制器的指令執行速度I/0口引腳數量、程序存儲器(R

19、OM、RAM)的容量及是否支持外部擴展、UART或者SPI口的數量、中斷處理系統等是否滿足設計要求。2控制器的工作電壓及工作溫度是否滿足現場環境的要求。3開發成本是否相對物美價廉。當基本性能參數都基本滿足后就必須要綜合考慮開發成本的問題，開發周期的長短也對可移植性提出一定的要求，最后還需考慮到系統是否容易維護及產品優化等問題。單片機作為系統的核心部件它的選擇對整個系統起著很重要的作用。目前較為廣泛應用的單片機有51系列的8位、面向大數字信號處理領域的數字信號處理器(DSP)、增強型的16位單片機機以及32位的AR芯片這幾種。ARM芯片的優點是體積小、功耗低、功能廣泛和性能高的特點，它主要應用在

20、比較簡單的小型的場合。51單片機是從八十年代就開始流行的處理器，其價格低，開發技術成熟，應用廣泛，但不足在于功能過于簡單，計算能力有限，并且擴展麻煩、功耗高，已不能適應于目前對測控系統功能和速度的要求。方案一：采用89C51，其內部有4KB的閃爍存儲器，且編碼后以并行方式傳輸數據。它的優點是方便實現，軟件開銷小。方案二：采用8051，其內部無片內程序存儲器，因此，必須在片外擴展EPROM。綜合分析，采用方案一以比較方便。2.2.3顯示部分方案一：LED數碼管顯示，向每一個數碼管發送數據，通過控制器控制顯示順序，由于顯示速度快，肉眼看不出閃爍，完成顯示。但是占用控制器資源太多。方案二：LCD液晶

21、顯示，雖然其功耗低，體積小，抗干擾能力強，但易碎，控制時序上麻煩。綜合分析，雖然方案一占用的資源太多，但如果采用擴展I/O口的方法，是比方案二可行的，因此選方案一。2.2.4無線模塊選擇無線射頻芯片是整個無線通信系統最重要的元器件，它的選擇將直接關系到整個無線數據采集電路的性能、成本和開發周期及難易程度。正確的選擇射頻芯片可以使整個研發過程簡單化，降低成本?；诒灸K的實際需求，應該選用成本低、體積小、功耗低、高集成度、兼容性強、外圍元件較少、抗干擾能力強、接口簡單、開發方便的無線射頻收發一體、對于發射沒有具體高要求的芯片。無線射頻收發一體型芯片采用了目前先進的單芯片設計，在一塊芯片上集合了信

22、號調制解調、信號射頻發射、信號接收電平轉換等功能，有些無線射頻收發一體型芯片內部還集合了單片機單元，允許用戶直接對其進行編程，是一種高集成度的多功能芯片。表2.1 幾種常用無線收發芯片性能比較nRF24L0lnRF905TRF6900RF2915BCC418XEl201ACC400生產公司NORDICNORDICTIRFMDBluechipXemicsChipCon通信頻率(MHz)2.751.63.62.23.62.452.53.42.45.52.73.3是否需要曼徹斯特編碼不需要不需要需要需要需要需要需要調制方式GFSKGFSKFSKFSKFSKFSKFS最人數據傳輸速率(Kbps)100

23、100309.6<128(外部調制) 24649.6發射電流（mA）818115027451091接收電流（mA）1012.5346.887.540最大輸出功率（dBm）+10+10+4.5+10+12+5+14外圍元器件約lO個約lO個約5O個約5O個>50個約30個>25個從上表中可以看出，相比其它幾種芯片，Nordic公司的nRF905無線射頻收發一體芯片功耗低，自身進行曼徹斯特編碼，數據傳輸速率快，所需外圍元器件少，輸出功率大，并且采用了比FSK調制抗干擾能力更強的GFSK調制，數據傳輸更加穩定可靠，而外圍器件相對需要的比較少，因而本模塊選用nRF905作為本系統的無

24、線數據傳輸芯片1。2.3基本功能蔬菜大棚溫度控制系統的基本功能：1.溫度檢測：采用AD590溫度傳感器作為檢測端。2.具有顯示功能：利用數碼管顯示溫度。3.具有用戶輸入功能：利用鍵盤輸入對溫度的上下限進行設置。4.具有報警功能：聲光報警。5.具有自動加熱制冷保護功能：如果實際測定的溫度值超過了系統設置的最高溫度，單片機就會發出命令，進行制冷；如果實際測定的溫度值超過了系統設置的最低溫度，單片機會發出命令，進行加熱；并伴隨著聲光報警。6.蔬菜大棚管理人員可以隨時查詢采集過來的溫度歷史記錄。3.硬件電路設計溫室大棚溫度測量系統電路是以STC89C52RC單片機為控制核心來進行整體設計的，并用集成溫

25、度傳感器DS18B20為溫度的檢測元器件。因此，整個系統的硬件部分包括溫度采集放大電路、無線傳輸電路、顯示電路、聲光報警電路等，再配上C語言的程序使軟件得以實現，進而實現溫度自動控制的基本功能。3.1 電源模塊設計如圖3-1電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩壓電源。它由電源變壓器，橋式整流電路D1D4，濾波電容C10、C12，防止自激電容C11、C13和一只固定式三端穩壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經過橋式整流電路D1D4和濾波電容C10的整流和濾波，在固定式三端穩壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩定的直流電壓

26、(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發生變化)。此直流電壓經過LM7805的穩壓和C12的濾波便在穩壓電源的輸出端產生了精度高、穩定度好的直流輸出電壓。本穩壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。三端穩壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩壓電源中應用最為廣泛的一種單片式集成穩壓器件。LM78M05必須要加裝散熱片。圖3-6 電源模塊電路圖3.1單片機STC89C52RC系列單片機是兼容8051內核的單片機，是高速低功耗的新一代8051單片機，12時鐘機器周期和時鐘機器周期可反復設

27、置，最新的版本內部集成MAX810專用復位電路。3.1.1 STC89C52RC特點1.增強型時鐘機器周期，12時鐘機器周期8051CPU；2.工作電壓：5.5V3.4V（5V單片機）3.82.0（3V單片機）；3.工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的080MHz實際工作頻率可達48MHz；4.用戶應用程序空間4K8K15K16K20K32K64K字節；5.片上集成512字節1280字節RAM；6. 內部集成MAX810專用復位電路（D版本才有），外部晶體20M以下時，可省外部復位電路；7. 作溫度范圍：0 754085。3.1.2單片機引腳圖單片機引腳圖如圖3-1所示。

28、圖3-1 單片機引腳圖單片機最小系統有兩種，一種是上電復位，另一種是下拉復位。單片機最小系統,或者稱為最小應用系統,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統，對51系列單片機來說,最小系統一般應該包括:單片機、晶振電路、復位電路。如圖3-2所示。圖3-2 最小系統圖復位電路:由電容串聯電阻構成，由圖并結合"電容電壓不能突變"的性質，可以知道,當系統一上電，RST腳將會出現高電平，并且，這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當RST腳的高電平持續兩個機器周期以上就將復位,所以，適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。一般教科書推薦C 取10u，R取8.2

29、K。當然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產生不少于2個機周期的高電平，晶振電路，典型的晶振取11.0592MHz。1單片機時鐘電路AT89S52單片機的時鐘信號由兩種電路形式得到：內部振蕩電路和外部振蕩電路。本設計使用的是內部振蕩電路。引腳XTALl和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端，外接石英晶體和微調電容。AT89S52單片機有一個用于構成內部振蕩器的反相放大器，按圖3-12連接即可構成自激振蕩電路。產生由石英晶體決定的振蕩時鐘脈沖。電容C3和C4主要起頻率微調和穩定作用。圖示電路中的電容值取33pF，晶振頻率為12MHz。采用內部振蕩方式所得到的時鐘信號比較穩定。2

30、復位電路單片機要正常工作，上電時先要復位，發生故障后也要復位。復位方式一般有兩種：手動復位和上電復位。手動復位需要人為使RST引腳(第9引腳)至少保持2個機器周期的高電平。本系統的時鐘頻率為12MHz，每機器周期2us，則需要持續4us以上的時間的高電平。本系統采用手動復位和上電復位相結合的方式。在RST端和電源VCC之間接一個按鈕，當用戶按下該按鈕時，則VCC的+5V電壓就會直接加到RST端。即使人很快松開按鈕，接通時間也會保持達數10毫妙，所以能保證滿足復位的時間要求。單片機時鐘復位電路如圖3-3所示。圖3-3 時鐘復位電路圖3.2溫度采集電路設計3.2.1 DSl8B20介紹DS18B2

31、0是美國DALLAS公司推出的智能化數字式溫度傳感器。信息經過單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從中央處理器到DSl8B20僅需連接一條線。讀，寫和完成溫度變換所需的電源可以由數據線本身提供，而不需要外部電源。DSl8B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55+125，在-10+85范圍內，精度為±0.5。現場溫度直接以“單總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。1.特征：（1）獨特的單線接口。只需1個接口引腳即可通信（2）多個能力使分布式溫度檢測應用得以簡化（3）不需要外部組件（4）可用數據線供電（5）不需備份電源（6）測溫范圍從-55+125，增

32、量值為0.5DS18B20引腳及內部結構1.引腳定義：（1）DQ為數字信號輸入/輸出端；（2）GND為電源地；（3）VDD為外接供電電源輸入端。2.內部結構DSl8B20內部有四個主要部分： 64位光刻ROM數據存儲器 溫度傳感器 非易失性電可擦寫溫度報警觸發器TH、TL 非易失性電可擦寫設置寄存器。除此之外還有告訴緩存存儲器。器件只有3根外部引腳，其中VDD和GND為電源引腳，另一根DQ線則用作O總線，因此稱為一線式數據總線。如圖3-4。與單片機接口的每個IO口可掛接多個。圖3-4 DS18B20內部結構圖（1）DS18B20內部4個主要的數據部件介紹： 光刻ROM中的64位序列號是出廠前被

33、光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20序列號都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的13。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。3.2.2 DS18B20與單片機連線圖DS18B20但總顯示數字溫度傳感器，只有三個音教，引腳1接

34、電源，引腳2DQ接單片機的讀（P1.7）引腳，引腳3接地，不需要模數轉換電路，故接線簡單。DS18B20與單片機連線圖如圖3-5所示。圖3-5 DS18B20與單片機連線圖3.3顯示電路設計3.3.1 LCD1602介紹LCD1602能夠同時顯示16x02即32個字符，工作電壓為4.55.5V，工作電流2.0mA，最佳工作電壓5.0V。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，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，正因為如此所以它

35、不能很好地顯示圖形。1602LCD是指顯示的內容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。接口信號說明如表3-1所示。表3-1 lcd1602接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數據/命令選擇(H/L)12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端(H/L)13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負極3.3.2 LCD與單片機連接LCD16

36、02的引腳1接地，引腳2接5V電源，引腳3接電位器來調節顯示器的對比度，引腳414接單片機，引腳15接10K電阻來設置顯示器的亮度。如圖3-6所示：圖3-6 LCD與單片機連線圖3.4無線模塊設計3.4.1 nRF905引腳封裝圖各引腳功能如圖3-6所示。圖3-6 nRF905引腳圖3.4.2無線收發模塊1. NRF905無線模塊特點：(1) 433Mhz開放ISM頻段免許可證使用；(2) 最高工作速率50kbps，高效GFSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業控制場合；(3) 125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要；(4) 內置硬件CRC 檢錯和點對多點通信地址控制；(5) 低功耗1

37、.9-3.6V工作，待機模式下狀態僅為2.5uA；(6) 收發模式切換時間 < 650us；(7) 模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數據（提供中斷指示)，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便；(8) TX Mode：在+10dBm情況下，電流為30mA；RX Mode：12.2mA；(9) 標準DIP間距接口，便于嵌入式應用。2. 接口電路管腳說明接口電路管腳說明如表3-2所示：表3-2 接口電路管腳說明引腳名稱引腳功能說明1VCC電源電源+3.3-3.6V DC2TX_EN數字輸入TX_EN=1 TX模式 TX_EN=1 TX RX模式3TRX_CE

38、數字輸入使能芯片發射或接收4PWR_UP數字輸入芯片上電5uCLK數字輸入本模塊該引腳廢棄6CD數字輸入載波檢測7AM數字輸入地址匹配8DR數字輸入接收或發射數據完成9MISOSPI接口SPI輸出10MOSISPI接口SPI輸入11SCKSPI時鐘SPI時鐘12CSNSPI使能SPI使能13GND地接地14GND地接地3.4.3 nRF905與單片機連線圖nRF905工作電壓為3.3-3.6V，單片機電壓為+5V，故需要選擇用一個ASM1117降壓模塊，將電壓降低為+3.5V，供nRF905無線射頻模塊使用。如果模塊工作在3.3V時，不考慮低功耗的話，可以直接和5V單片機系統連接，不過最好是加

39、一個4.7K的隔離電阻。如果是連51系列的單片機P0口的話，請加10K的上拉電阻。另模塊的SPI 速率最高能支持到10M，一般建議在1M或幾百K的SPI速率即可。無線模塊為靜電敏感器件，使用時請注意靜電防護，特別是在干燥的冬季 盡量不用收去觸摸模塊上的器件，以免造成不必要的損壞。模塊采用PCB天線，此天線容易受外部線路影響，使用時，此天線底下和周圍請不要走線路或擺放器件，可以的話最好挖空。2.4G頻率比較高，各種材質均有一定的影響，一般的塑料影響不大，如有金屬物體會產生比較明顯的影響，此時建議使用SMA饋線來外接SMA天線。如圖3-7所示。圖3-7 nRF905模塊圖4.

40、系統的軟件設計單片機硬件系統的工作都是在軟件配合下完成的，軟件的設計和硬件的設計密切相關。如何結合硬件的設計，設計出簡潔、有效的系統控制程序，是系統開發人員面臨的一個重要課題。當一個系統龐大而復雜的時候，需要一個開發團隊的相互協調和相互配合。結合前人已有的軟件開發技術和經驗進行設計。可減輕程序設計人員的工作量。常用的單片機程序設計語言有兩種：匯編語言和C語言，匯編語言是一種用匯編語言指令表示的程序設計語言，它的指令跟計算機的機器語言指令一一對應，能直接控制計算機的硬件系統，程序效率高，占用內存小。缺點是它屬于初級語言，需要了解相關的硬件結構的情況下學習編程，編程難度大。移植性差。C語言是一種結

41、構化程序設計語言，兼有高級語言和初級語言的部分特點。具有豐富的可調用的函數庫，可免去很多重復的設計麻煩。所以目前C語言在單片機軟件開發中占有很重要的地位和優勢。本系統采用C語言來進行單片機的程序設計和開發，整個程序由主程序和若干功能程序組成。4.1主程序流程圖設計主程序是整個程序的主框架部分，它負責安排整個系統個子模塊相互關系和次序。系統主程序首先對系統進行初始化，包括定義端口、DS18B20初始化、LCD初始化、Nrf905初始化，配置，調用各子程序，從而完成溫濕度的檢測和調控。主程序流程圖如圖4-1、4-2所示。圖4-1系統總流程圖圖4-2主程序初始化流程圖4.2測溫流程圖4.2.1測溫子

42、程序流程圖本次設計以測量溫度為例，故測量到溫度的精確度是本次設計的關鍵因素，需要測量到精確地溫度數值就必須有一個嚴謹的流程圖，溫度測量流程圖如圖4-3所示。圖4-3溫度測量流程圖4.2.2發送流程圖工作原理發射數據時，首先將nRF905配置為發射模式：接著把接收節點地址TX_ADDR和有效數據TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF905緩存區，TX_PLD必須在CSN為低時連續寫入，而TX_ADDR在發射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10s，延遲130s后發射數據;若自動應答開啟，那么nRF905在發射數據后立即進入接收模式，接收應答信號。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX

43、_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應答，則自動重新發射該數據(自動重發已開啟)，若重發次數(ARC)達到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數據保留以便再次重發;MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產生中斷，通知MCU。最后發射成功時,若CE為低則nRF905進入空閑模式1;若發送堆棧中有數據且CE為高，則進入下一次發射;若 發送堆棧中無數據且CE為高，則進入空閑模式2。如圖4-4所示。圖4-4 發送流程圖發送端主程序首先是對初始狀態的設置，采集數據，處理溫度數據，顯示同時數據打包發送。用DS18B20進行采集溫度數據時，先給單總線復位，延時，復位成功之

44、后選擇DS18B20發轉換命令，總線復位，延時，復位成功之后發讀溫度命令，返回溫度值。處理溫度數據，先判斷正負，若為負值則設一個標志位，取出小數位（低四位），將小數位移出，剩下的位整數，分別用模10和除以10得到溫度值的個位和十位。將DS18B20采集到所處理后的溫度值賦給發送有效數據寄存器。對于nRF905模塊，要使其發送數據包，先初始化905模塊，配置905寄存器，使能SPI總線，寫入向TX-Payload中寫入發送有效數據命令，寫數據，禁止SPI總線；然后使能SPI總線，寫入向TX-Address中寫入發送有效地址命令，寫地址，禁止SPI總線；開啟發射使能，延時，等待發送數據，關閉發射使

45、能。4.2.3接收流程圖接收數據時,首先將nRF905配置為接收模式，接著延遲130s進入接收狀態等待數據的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在RX FIFO中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，產生中斷，通知MCU去取數據。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發射狀態回傳應答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF905進入空閑模式1。如圖4-5所示。圖4-5 接收流程圖接收端主程序首先是對初始化狀態的設置，接收數據，送顯示屏顯示。對于nRF905模塊，要使其接收數據包，先初始化905模塊，配置905寄存器，設定接收模式，等待接收完成，即DR=1,使能SPI總

46、線，發送讀有效數據包命令，讀數據，禁止SPI總線。用LCD1602顯示溫度值首先初始化，清屏，功能設置，顯示設置，再次清屏，給定要顯示的內容，然后設定顯示位置就可以顯示了。5. 系統調試5.1 程序燒錄在整體調試之前，首先將編譯、鏈接通過的前提下，把程序下載到單片機中，使用的軟件是STC_ISP船用下載器燒錄到單片機，如圖5-1。由于系統的主要功能是實現數據采集、無線傳輸接受數據。程序下載成功之后，通過USB供電通訊給單片機提供5V電源，DS18B20將數據傳送給單片機，同時將溫度通過LCD1602顯示。圖6-1 程序燒錄圖5.2 KEIL運行本系統設計是在Keil C環境下開發的，使用的Keil C軟件支持C語言的編程及調試，運用方便。Keil C程序運行如圖5-2所示：圖5-2 KEIL運行圖6. 總結與展望基于無線模塊nRF905的數據采集與無線傳輸系統，通過無線通信進行數據采集、顯示與傳輸。整個系統主要包括數據采集終端和監控中心。數據采集終端又包括數字