智能化糧庫糧食計量與溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

....74/78智能化糧庫糧食計量與溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要為了實現(xiàn)對糧庫糧食計量以與溫濕度的智能化監(jiān)控，設計由上位控制主機和多點下位監(jiān)測從機兩部分組成的無線監(jiān)控系統(tǒng)。從機由溫濕度傳感模塊、超聲波模塊、無線傳輸模塊和單片機等組成，主機由單片機、按鍵模塊、無線傳輸模塊和報警模塊等組成。從機通過測量糧倉溫濕度、糧食體積，經(jīng)過無線傳輸模塊將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至上位主機，并在顯示器上顯示出該監(jiān)測節(jié)點的節(jié)點號和該監(jiān)測點當前溫濕度測量值、糧食體積，并對溫濕度超值具有報警功能，以便倉庫管理人員能實時地了解倉庫的各項數(shù)據(jù),并對特殊情況進行與時的處理。關鍵詞：糧食計量，溫濕度，傳感器，無線傳輸，超值報警IntelligentGrainTemperatureandHumidityMeasurementandControlSystemDesignandImplementationABSTRACTInordertorealizethegrainmeasurementandintelligenttemperatureandhumiditymonitoring,designbyundertheuppercontrolhostandmultipointmonitoringwirelessmonitoringsystemcomposedoftwopartsfromthemachine.Fromthemachinebythetemperatureandhumiditysensormodule,ultrasonicmodule,wirelesstransmissionmoduleandmicrocontroller,etc,thehostbysinglechipmicrocomputer,thekeymodule,wirelesstransmissionmoduleandalarmmodule,etc.Fromthemachine,throughthemeasurementoftemperatureandhumidityinthegranary,grainsize,throughthewirelesstransmissionmodulewillmonitordatatransferfirsthost,andthatonthescreendisplaythenodenumberofthemonitoringnodeandthecurrenttemperatureandhumidityofthemonitoringmeasurements,grainsize,andthetemperatureandhumidityvaluehasalarmfunction,sothatwarehousemanagementpersonnelcanreal-timeunderstandingofthedatawarehouseandthespecialcircumstancesandtimelyprocessing.KEYWORDS:Grainmeasurement,temperatureandhumiditysensor,wirelesstransmission,valuealarm目錄前言1第1章緒論21.1課題設計的背景、目的與意義21.2國外研究現(xiàn)狀31.3設計容與要求4第2章系統(tǒng)總體方案功能分析62.1系統(tǒng)組成框圖62.2系統(tǒng)各硬件模塊的功能分析7第3章系統(tǒng)硬件電路設計與實現(xiàn)83.1電源模塊的設計與實現(xiàn)83.2溫濕度采集模塊的設計與實現(xiàn)93.2.1溫濕度采集93.2.2計量采集的設計與實現(xiàn)103.3單片機控制模塊的選用123.3.1時鐘電路設計與實現(xiàn)123.3.2復位電路設計與實現(xiàn)133.4無線傳輸模塊的選用143.5按鍵模塊的設計與實現(xiàn)153.6顯示模塊的選用與和單片機的連接163.7報警模塊的設計與實現(xiàn)193.7.1蜂鳴器193.7.2報警電路設計與實現(xiàn)193.8系統(tǒng)總體硬件設計與實現(xiàn)20第4章系統(tǒng)程序設計224.1主機程序設計224.1.1主機程序設計思路224.1.2主機程序流程224.1.3無線模塊程序設計224.2從機程序設計224.2.1從機程序設計思路224.2.2從機程序流程224.2.3溫濕度測量程序設計224.2.4超聲波測距模塊程序設計22第5章系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)分析225.1硬件電路的實現(xiàn)和調(diào)試225.2軟硬件功能分析225.2.1軟硬件的功能實現(xiàn)225.2.2軟硬件的不足之處225.3測試結(jié)果分析22結(jié)論22辭22參考文獻22附錄22外文資料譯文22前言我國是一個人口大國、農(nóng)業(yè)大國，糧食的存儲對穩(wěn)定國民經(jīng)濟發(fā)展和保障民生起著至關重要的作用。糧倉糧食的溫濕度、數(shù)量如果不能實時的監(jiān)控和統(tǒng)計，就可能會發(fā)生糧食變質(zhì)、偷盜的情況，因此糧倉糧食計量和溫濕度的實時監(jiān)控是關系著我國的糧食安全的重要環(huán)節(jié)。隨著單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)和無線傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展。以這些技術(shù)為基礎的無線監(jiān)測系統(tǒng)越來越多的運用到我國的糧倉管理中。為了能實時對糧倉糧食進行計量、溫濕度進行監(jiān)控，本課題設計了一套智能化監(jiān)控系統(tǒng)——智能化糧庫糧食計量與溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能測量糧倉的溫濕度，還具有以往監(jiān)控系統(tǒng)所不具備的計量功能。同時該系統(tǒng)還能對溫濕度超值報警，以便管理人員能夠與時采取措施保障糧食安全，對于保障我國糧食安全能起到重要作用。第1章緒論課題設計的背景、目的與意義糧食產(chǎn)量和質(zhì)量的保障，是一個國家經(jīng)濟的重要來源，它將推動著國家其它經(jīng)濟的快速發(fā)展。在我們這個農(nóng)業(yè)大國中，要做好糧食增收和保量、保質(zhì)的工作。這項工作的好與壞，將涉與到我國其它方面。因此，做好糧食的保護管理工作；這為促進促進我國社會和諧與穩(wěn)定的發(fā)展，有著積極的推動作用[1-3]。在我國當今科學技術(shù)快速發(fā)展的情況下，像以往那種干旱、害蟲等不利糧食增產(chǎn)的情況，都可以用科學技術(shù)手段來解決。從而使得這些不利影響不存在；同時，也解決了與糧食相聯(lián)系的其它行業(yè)有好的保障[4-5]。但是，近年來由于各種原因，有關單位忽視了糧食倉儲設施的現(xiàn)代化建設，忽視了糧食儲備的重要性，出現(xiàn)國有糧食倉儲流失現(xiàn)象。同時，糧食的質(zhì)量也存在問題。在對國部分糧庫檢查過程中，甚至還存在著偷糧、盜糧等不法現(xiàn)象。例如，現(xiàn)存在有些地方自己通過非法手段拿取糧食，對國家和人民造成很大的影響。同時，這些弊端也波與到我國的其它方面。為了應對上述等不良現(xiàn)象，國家已經(jīng)在對糧食的存儲量和糧食質(zhì)量等方面采取了相應的措施。但是，目前國糧食管理局還是無法將糧食的計量與糧食溫濕度結(jié)合在一起，進行有效的檢測。不能很好的有效的對糧食進行管理保護，保證糧食的穩(wěn)定增產(chǎn)和糧食質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)[6-7]。因此，針對當前糧庫存糧過程中存在的這些問題（糧食的偷盜、潮濕、干燥等）。應采取相應的技術(shù)措施，提高糧食局的管理水平[8]。其一就是分析清楚自然環(huán)境對糧食造成的影響，這些影響可能會對糧食造成哪些不利因素。其次，分析糧食數(shù)量的非正常減少，這其中的漏洞問題。本系統(tǒng)就是采用通信技術(shù)、傳感技術(shù)、單片機技術(shù)，構(gòu)建了一整套完備的監(jiān)控系統(tǒng)，來應對當前存在的這些問題[9]。綜上所述，目前迫切需要一套能夠隨時進行糧庫各個糧倉實際庫存計量、溫濕度檢測為一體監(jiān)控系統(tǒng)，以技術(shù)手段消除可能存在的監(jiān)守自盜等丑惡現(xiàn)象和確保糧食質(zhì)量安全。從而提高糧食監(jiān)管部門的監(jiān)管能力和技術(shù)手段，克服長期以來一直困擾糧食倉貯監(jiān)糧食計量與保質(zhì)的難題[10]。1.2國外研究現(xiàn)狀對于智能化糧庫糧食的計量與糧情監(jiān)控管理系統(tǒng)，以前僅是依靠操作人員的手工檢測，其中投入了大量的人力、物力；同時，檢測誤差很大，工作可靠性也不高。近年來，糧食管理局開始采用先進的傳感檢測技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)等手段[11]。其中在糧食數(shù)量的檢測方面，采取的主要檢測方式有：基于流量計的庫存計量方法。它是在糧食入庫/出庫時，在提升機傳輸帶上面了安裝流量計。以此來獲取糧食入庫/出庫時的數(shù)量，根據(jù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來確定糧倉的庫存數(shù)據(jù)。這種計量手段可以在糧食入庫/出庫的過程中來獲取數(shù)據(jù)，這種方式的特點是誤差小，操作簡單、管理方便。根據(jù)裝運糧食車輛固有的載重系統(tǒng)的標準數(shù)據(jù)來確定糧食的庫存數(shù)量。這種檢測方式是以車的本身承受的重量，批次、數(shù)量、結(jié)合糧食入庫/出庫操作，以與糧食上一次出庫或者入庫操作完成后的存儲數(shù)據(jù)，進而獲得的相應的存儲數(shù)據(jù)。糧庫容量計量方法。它是囊括了電子秤的工作原理，應用工作可靠性高的電子元件制成檢測儀。它是通過相應的處理所檢測的物理量，把其用相應的工作設備變化成所識別的數(shù)據(jù)，然后把它發(fā)至MCU有相應的加工就能完成系統(tǒng)的預期目標。然后，根據(jù)糧倉的底面積和糧食的密度就可以確定倉糧食的存儲量。在以上這三種檢測方法中，基于流量計的庫存計量方法雖然檢測精確度很高，操作簡單、管理方便。但是，這種方法不能實時得知測量結(jié)果，只能查看歷史數(shù)據(jù)，中間糧食的數(shù)量出現(xiàn)什么變故也不得而知。與上述方法相比較而言，第二種方法計算量大、測量過程過于麻煩，而且所測得的數(shù)據(jù)真實性不強，測量誤差也很大。同時，也存在著第一種測量方法存在的缺點。與前兩種測量方法相比較，第三種測量方法能夠克服上述缺點。但是考慮到庫糧食的影響因素太多，所檢測的數(shù)據(jù)很難直接得到，其中存在的自然因素、糧堆的模型和糧食的物理因素，這些都制約著測量的可行性。所以，設計非接觸式的在線工作模塊是當前迫切需求的[12]。在糧情檢測與控制方面，糧食的溫度、濕度檢測是糧庫糧食管理的一個重要方面。當今世界和我國的科學水平有了很好的基礎，已經(jīng)擺脫了以前的那些落后的局面。單片機技術(shù)的更新?lián)Q代，使得單片機技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與通信技術(shù)被廣泛應用在智能化糧庫糧食的計量與糧情監(jiān)控管理系統(tǒng)。最開始是采用熱導電片、銅作為傳感檢測元件，以熱導電片、銅電阻的熱反應變化來得知糧情的變化。然而像這種工作模式仍是依靠人工去工作。它的缺點是：可靠性不好；同時，它的精度也不高。面對這種難題的困擾，我國的一些技術(shù)工作者在多年來的設計研究下，取得了很大的進步。傳感檢測裝置的自動化、數(shù)字化，數(shù)據(jù)采集技術(shù)日益完善，速度快、準確度高的特點。從而使得我們在糧食管理方面，有逐步完善的檢測系統(tǒng)。我國在糧庫管理方面所用的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，已經(jīng)進入智能化、信息化和數(shù)字化的時代。在本系統(tǒng)采用的硬件檢測裝置中，用到的是溫濕度、計量等方面的檢測設備。在數(shù)據(jù)采集模塊上，有計量、溫濕度等糧情的預設置接口，還有集成設計電路板上專屬的多個芯片，來完成系統(tǒng)預先設定的功能。除了可以檢測上述數(shù)據(jù)外，還留有計量報警、溫濕度報警和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。采取這些設備組成的管理模塊所具備的功能，其特點：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局簡單、容易安裝和維護，還有就是檢測采集數(shù)據(jù)的實時性、準確度高等優(yōu)點。不足之處，就是在這些選購的設備中，溫濕度傳感器雖然克服了傳統(tǒng)的測溫測濕系統(tǒng)中的不便。這種檢測設備以更直觀、更準確的給出了檢測數(shù)值，但是投入的成本較高。相比較而言，世界上發(fā)達國家在這方面的研究技術(shù)已經(jīng)遠遠的走在了我們的前邊。在糧食管理技術(shù)方面，國與國外在這方面已經(jīng)有了一定的差距。國外，在這方面所采用的已是全數(shù)字、多功能。1.3設計容與要求本次畢業(yè)設計以單片機STC89C52為核心，能夠綜合測量多點溫濕度并對糧食計量，通過無線收發(fā)信號，具有報警系統(tǒng)和顯示功能。具體設計容如下：1.選擇合適的傳感器，并分析它們的使用方法。2.實現(xiàn)傳感器與單片機的連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。3.設計多個采集從機子系統(tǒng)，編號為A-N，能滿足對溫濕度、計量的測量。4.從機采集數(shù)據(jù)后經(jīng)無線模塊發(fā)送至主機，并在主機顯示各個節(jié)點的信息，主機通過按鍵設置溫濕度上下限，對于溫濕度超值進行報警。5.搭建硬件電路，編寫相應的軟件程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的軟硬件功能，進行系統(tǒng)調(diào)試和測試數(shù)據(jù)綜合分析。第2章系統(tǒng)總體方案功能分析2.1系統(tǒng)組成框圖根據(jù)本次課題的容與課題任務的要求，智能化糧庫糧食計量與溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要由計量、溫濕度檢測電路、下位機控制電路、無線傳輸電路、上位機控制電路四個主要模塊組成。系統(tǒng)設計了兩個下位監(jiān)測從機，其總體原理框圖，如圖2-1所示。圖2-1總體原理框圖根據(jù)原理框圖，設計方案：采用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11和HC-SR04超聲波模塊組成數(shù)據(jù)采集端，上位機和下位機采用單片機STC89C52,利用NRF905作為無線傳輸模塊,LCD12864顯示測量結(jié)果。系統(tǒng)組成框圖如圖2-2所示。圖2-2系統(tǒng)模塊組成圖2.2系統(tǒng)各硬件模塊的功能分析1.電源模塊功能分析系統(tǒng)有無線模塊、單片機模塊、采集模塊、按鍵模塊、報警模塊等等，無線模塊需要提供+3.3V電源，其他模塊提供+5.0V電源，綜合分析需要電源模塊提供+5.0V和+3.3V電壓，以滿足各模塊的工作電壓需求。2.采集模塊功能分析采集模塊包括溫濕度的采集和計量采集。為了了解糧倉的實時情況，采集模塊一定要選好采樣點并保證數(shù)據(jù)的準確性。3.單片機控制模塊功能分析單片機控制模塊，它的晶振控制著單片機的工作節(jié)奏，I/O口控制著外圍電路的工作情況，主要是控制糧食計量、溫濕度的測量、NRF905接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、報警模塊的工作等等。4.無線傳輸模塊功能分析上位監(jiān)測主機和下位監(jiān)測機都需要連接無線傳輸模塊，根據(jù)上位監(jiān)測主機和下位監(jiān)測從機的功能要求，處于等待接收模式或發(fā)送模式。上位監(jiān)測主機首先是發(fā)送模式，然后等待接收；下位監(jiān)測從機首先等待接收數(shù)據(jù)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)。5.按鍵模塊功能分析按鍵模塊用來設置溫濕度的報警上下限。6.顯示模塊功能分析顯示模塊由帶字庫的12864組成，用來顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)。7.報警模塊功能分析上位機接收到的溫濕度數(shù)值不在給定圍時，就驅(qū)動蜂鳴器。第3章系統(tǒng)硬件電路設計與實現(xiàn)確定了多點糧倉溫濕度的無線監(jiān)測系統(tǒng)方案設計，根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)方案中各模塊的功能要求，對多點糧倉溫濕度的無線監(jiān)測系統(tǒng)各模塊硬件電路進行設計。該模塊分為上位機和下位機，其主要包括以下七個模塊：電源模塊、采集模塊、單片機控制模塊、無線傳輸模塊、按鍵模塊、顯示模塊和報警電路模塊。3.1電源模塊的設計與實現(xiàn)電源模塊外接USB提供+5.0V直流電，通過芯片AMS1117輸出穩(wěn)定的+3.3V穩(wěn)定直流電，這樣可以為系統(tǒng)提供+5.0V和+3.3V直流穩(wěn)壓電以滿足不同模塊的供電需求。電源模塊如圖3-1所示。圖3-1電源模塊AMS117芯片引腳描述如表3-1所示。表3-1AMS117引腳描述Pin名稱注釋1GND/ADJ地/ADJ2OUT輸出電壓3IN輸入工作電壓3.2溫濕度采集模塊的設計與實現(xiàn)3.2.1溫濕度采集溫濕度采集采用數(shù)字式DHT11溫濕度傳感器，該芯片的性能和具體使用方法如下：1.相對濕度和溫度測量，圍是20－90％RH、0－50℃，精度±5％RH、±2℃；2.全部校準，數(shù)字輸出；3.卓越的長期穩(wěn)定性；4.只需數(shù)據(jù)端接上拉電阻，無需額外部件；5.超長的信號傳輸距離，信號傳輸距離可達20米以上；6.超低能耗；7.4引腳安裝。DHT11的硬件設計也極其簡單，就只有4個引腳，其中還有一個空腳懸空的。DHT11的工作電流是0.2—1mA之間，漏極開路，部沒有拉高電路，當輸出0是就是低電平，但輸出1時實際上是懸空的，所以要接上拉電阻，滿足電流需要，故選擇上拉電阻為10K，電流為1mA。具體的設計圖和實物圖，如圖3-2和圖3-3所示。圖3-2DHT11連接圖圖3-3DHT11實物圖DHT11溫濕度傳感器引腳描述如表3-2所示。表3-2DHT11引腳描述Pin名稱注釋1VCC供電3-5.5V2DATA串行數(shù)據(jù)單總線3NC懸空4GND接地3.2.2計量采集的設計與實現(xiàn)計量采集利用HC-SR04超聲波測距模塊對糧倉的糧食進行計量，其原理為：此傳感檢測裝置采取了相應的專有手段，以與采取拾取誤差小的方法，進而得知糧庫傳感器波束源到實測物的距離。它在物料中檢測時，它方向性保持的很好，而且在物料的檢測時準確度高。當超聲波遇到障礙時能隨時的有反射屬性[13-14]。它利用光束源的出發(fā)點和光束角的大小，根據(jù)超聲波的可回波測距原理得知物料的垂直距離和物料的低面積，從而也就得出糧食的體積[15]。其原理如圖3-4所示。圖3-4超聲波物位檢測原理圖根據(jù)示意圖得出：(3-1)(3-2)注：s表示光束源到物料表層的垂直距離，c表示超聲波光束的傳播速度，t表示超聲波檢測物位所需的時間；H表示光束源到物料底層的距離，它可以直接測量得出；h表示物料位的實際高度。其中s，h可根據(jù)上述公式可以得出。HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚翰捎肐O口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號;模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間×聲速(340M/S))/2。本次設計中PIN2和PIN3分別與從機的P2.1和P2.2口相連。HC-SR04超聲波模塊電路圖和實物圖如圖3-5和圖3-6所示。圖3-5HC-SR04連接圖圖3-6HC-SR04實物圖HC-SR04超聲波模塊引腳描述如表3-3所示。表3-3HC-SR04超聲波模塊引腳描述Pin名稱注釋1VCC供電+5.0V2TRIG觸發(fā)控制信號輸入3ECHO回響信號輸出4GND接地3.3單片機控制模塊的選用常用的單片機有很多種：Intel8051系列、STC系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、華邦(Winbond)W78系列、荷蘭Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司系列4位單片機、義隆的EM-78系列等。本次設計最終選用了STC89C52單片機。STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機最小模塊包括兩部分：時鐘電路和復位電路。3.3.1時鐘電路設計與實現(xiàn)時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏，可以通過提高時鐘頻率來提高CPU的速度。目前51系列單片機都采用CMOS工藝，允許的最高頻率是隨型號而變化的，本系統(tǒng)采用12MHz的晶振，則其一個機器周期為1us。因為本設計需要I/O口來模擬SPI時序，以與DHT11都需要嚴格的時間控制，所以取整數(shù)周期，有利于時間的計算。STC89C52中有一個用于構(gòu)成部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為該放大器的輸入端和輸出端，在XTAL1、XTAL2上外接晶振和電容組成振蕩器。外接石英晶體與電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度與溫度的穩(wěn)定性，所以本設計采用12MHz的晶體振蕩器和30pF的電容。時鐘電路設計，如圖3-7所示。圖3-7時鐘電路3.3.2復位電路設計與實現(xiàn)單片機有一個復位引腳RST，它是施密特觸發(fā)輸入，當振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平，使器件復位，只要RST保持高電平，單片機保持復位狀態(tài)，此時ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平，RST上輸入返回低電平以后，退出復位，單片機從初始狀態(tài)開始工作。人工復位就是將一個按鈕開關并聯(lián)于上電復位電路，按一下開關，就在RST端就出現(xiàn)一段時間的高電平，即使器件復位。由于單片機復位端有接電阻，所以復位電路設計，如圖3-8所示。圖3-8復位電路按下開關后，電容充電，到達穩(wěn)定后，電容相當于開路，其兩端電壓為5V，電路的時間常數(shù)為R×C，本設計取R=200?、C=10uF,經(jīng)計算時間常數(shù)為2ms，而兩個機器周期只有2us，所以該設計完全滿足要求。3.4無線傳輸模塊的選用采用NRF905作為無線收發(fā)模塊，其特點：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(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；3.125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要；4.置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制；5.低功耗1.9-3.6V工作，待機模式下狀態(tài)僅為2.5uA；6.收發(fā)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(shù)據(jù)，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便；8.TXMode:在+10dBm情況下，電流為30mA;RXMode:12.2mA；9.標準DIP間距接口，便于嵌入式應用。NRF905引腳圖和實物圖如圖3-9和圖3-10所示。圖3-9NRF905引腳圖圖3-10NRF905實物圖NRF905引腳描述如表3-4所示。表3-4NRF905引腳描述Pin名稱功能說明1VCC電源電源+3.3~3.6VDC2TRX_EN數(shù)字輸入TX_EN=1TX模式TX_EN=0RX模式3TRX_CE數(shù)字輸入使能芯片發(fā)射或接收4PWR_UP數(shù)字輸入芯片上電5UPCLK時鐘輸出本模塊該腳不用6CD數(shù)字輸出載波檢測7AM數(shù)字輸出地址匹配8DR數(shù)字輸出接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成9MISOSPI接口SPI輸出10MOSISPI接口SPI輸入11SCKSPI時鐘SPI時鐘12GSNSPI使能SPI使能13GND地接地14GND地接地VCC腳接電壓圍為3.3V~3.6V之間，不能在這個區(qū)間之外，超過3.6V將會燒毀模塊，該系統(tǒng)采用+3.3V電壓。由于單片機上面沒有SPI，所以該系統(tǒng)用IO口模擬SPI。3.5按鍵模塊的設計與實現(xiàn)本設計主機采用4×4矩陣式鍵盤來設置溫濕度報警的上下限，這樣的設計簡單明了。如圖3-11所示為矩陣鍵盤與主機連接圖。圖3-12為矩陣鍵盤實物圖。圖3-11矩陣鍵盤與單片機連接圖圖3-12模塊化矩陣鍵盤這種模塊化矩陣鍵盤有效的減少了設計時間，采用8根引腳與單片機連接，采用編程來定義按鍵功能，本次設計按鍵定義：A鍵、B鍵設置溫度報警上下限，C鍵、D鍵設置濕度報警上下限，#鍵確定，*鍵清除，數(shù)字鍵用來設值。3.6顯示模塊的選用與和單片機的連接顯示模塊采用DM12864M漢字圖形點陣顯示模塊，可顯示漢字與圖形，置8192個漢字、128個字符與64×256點陣顯示RAM。主要技術(shù)參數(shù)與特性：1.電源：VDD+3.3V~+5V(置升壓電路，無需負壓)；2.顯示容：128列×64行；3.顯示顏色：黃綠；4.顯示角度：6：00鐘直視；5.LCD類型：STN；6.與MCU接口：8位或4位并行/3位串行；7.配置LED背光；8.多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。DM12864M電路連接圖和實物圖如圖3-13和圖3-14所示。圖3-13DM12864M顯示模塊與主機連接圖圖3-14DM12864M實物圖DM12864M引腳描述如表3-5所示。表3-5DM12864M引腳描述Pin引腳名稱方向功能說明1VSS-模塊的電源地2VDD-模塊的電源正端3V0-LCD驅(qū)動電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選號5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)H/L并行的使能信號；串行的同步時鐘7DB0H/L數(shù)據(jù)08DB1H/L數(shù)據(jù)19DB2H/L數(shù)據(jù)210DB3H/L數(shù)據(jù)311DB4H/L數(shù)據(jù)412DB5H/L數(shù)據(jù)513DB6H/L數(shù)據(jù)614DB7H/L數(shù)據(jù)715PSBH/L并/串行接口選擇：H-并行；L-串行16NC空腳17/RETH/L復位低電平有效18NC空腳19LED_A背光源正極20LED_K背光源負極3.7報警模塊的設計與實現(xiàn)報警電路要達到的功能是，當下位機測量得到的數(shù)據(jù)傳輸給上位機后，上位機將接收到的數(shù)據(jù)與限定值相比較，如不在圍，就發(fā)出警報。3.7.1蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。本系統(tǒng)采用壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器與共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當接通電源后（1.5~15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.5~2.5kHz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，本系統(tǒng)使用PNP型三極管來放大電流。3.7.2報警電路設計與實現(xiàn)圖3-15蜂鳴器連接電路圖圖3-16蜂鳴器實物圖圖3-16為蜂鳴器實物圖。如圖3-15所示，蜂鳴器工作電流比較大，所以直接外接+5.0V電壓，另一端通過三級管Q0和一個10K電阻與單片機P3.1口相連，三極管Q0起開關作用，其基極的高電平使三極管飽和導通，使蜂鳴器發(fā)聲;而基極低電平則使三極管關閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。3.8系統(tǒng)總體硬件設計與實現(xiàn)系統(tǒng)包括用來采集發(fā)射的從機和接受顯示的主機，在各個模塊硬件電路確定后，就可以確定本系統(tǒng)總體硬件設計。主機硬件電路：圖-17主機硬件電路從機硬件電路：圖3-18從機硬件電路第4章系統(tǒng)程序設計在硬件設計的基礎上，根據(jù)硬件設計的各個模塊，完成程序設計。程序設計分為主機程序設計和從機程序設計兩個部分。4.1主機程序設計4.1.1主機程序設計思路設計采用A、B兩個從機作為采集端，A、B兩個從機將采集的信息依次循環(huán)通過NRF905無線模塊發(fā)送到主機，主機依次接受數(shù)據(jù)后在顯示屏上顯示，并與溫濕度上下限值進行對比，若發(fā)生超值，則啟動報警器。4.1.2主機程序流程圖4-1主機程序流程圖4.1.3無線模塊程序設計無線模塊NRF905的工作方式：NewMsg-RF905一共有四種工作模式，其中有兩種活動RX/TX模式和兩種節(jié)電模式?；顒幽Ｊ剑篠hockBurstRX和ShockBurstTX。節(jié)電模式：掉電和SPI編程、STANDBY和SPI編程。NRF905工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP的設置來設定，如表4-1所示。表4-1工作模式的設置表PWR_UPTRX_CETX_EN工作模式0XX掉電和SPI編程10XStandby和SPI編程110ShockBurstRX111ShockBurstTX該系統(tǒng)中只使用了ShockBurstRX和ShockBurstTX模式，故只介紹這兩種工作模式的流程。ShockBurstTM收發(fā)模式下，使用片的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從微控制器送入，但高速發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。與射頻協(xié)議相關的所有高速信號處理都在片進行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；低的系統(tǒng)費用(低速微處理器也能進行高速射頻發(fā)射)；數(shù)據(jù)在空中停留時間短，抗干擾性高。ShockBurstTM技術(shù)同時也減小了整個系統(tǒng)的平均工作電流。在ShockBurstTM收發(fā)模式下，NRF905自動處理字頭和CRC校驗碼。在接收數(shù)據(jù)時，自動把字頭和CRC校驗碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動加上字頭和CRC校驗碼，當發(fā)送過程完成后，DR引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。具體的發(fā)送和接受流程如下。ShockBurstTX發(fā)送流程：1.微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給NRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定；2.控制器置高TRX_C和TX_EN，激發(fā)NRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；3.NRFF905的ShockBurstTM發(fā)送：A.射頻寄存器自動開啟；B.數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗碼)；C.發(fā)送數(shù)據(jù)包；D.當數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準備好引腳被置高；4.TO_RETRAN被置高，NRF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低；5.RX_CE被置低，NRF905發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，NRF905才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。ShockBurstRX接收流程：1.TRX_CE為高、TX_EN為低時，NRF905進入ShockBurstTM接收模式；2.0us后，NRF905不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)；3.NRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；4.接收到一個相匹配的地址，AM引腳被置高；5.當一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，NRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把DR引腳置高；6.控制器把TRX_CE置低，NRF905進入空閑模式；7.控制器通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器；8.所有的數(shù)據(jù)接收完畢，NRF905把DR引腳和AM引腳置低；9.NRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關機模式。當正在接收一個數(shù)據(jù)包時，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，NRF905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當微處理器接到AM引腳的信號之后，其就知道NRF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓NRF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進入另一個工作模式。無線模塊NRF905的配置：所有配置字都是通過SPI接口送給NRF905。SIP接口的工作方式可通過SPI指令進行設置。當NRF905處于空閑模式或關機模式時，SPI接口可以保持在工作狀態(tài)。SPI接口寄存器配置SPI接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器5個寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等；發(fā)送地址寄存器包含接收機的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息。SPI指令設置當CSN為低時,SPI接口開始等待一條指令。任何一條新指令均由CSN的由高到低的轉(zhuǎn)換開始。用于SPI接口的有用命令如表4-2所示。表4-2SPI指令設置表SPI串行接口指令設置指令名稱指令格式操作W_CONFIG(WC)0000AAAA寫配置寄存器AAAA指出寫操作的開始字節(jié)字節(jié)數(shù)量取決于AAAA指出的開始地址R_CONFIG(RC)0001AAAA讀配置寄存器AAAA指出讀操作的開始字節(jié)字節(jié)數(shù)量取決于AAAA指出的開始地址W_TX_PAYLOAD(WTP)00100000寫TX有效數(shù)據(jù)1-32字節(jié)寫操作全部從字節(jié)0開始R_TX_PAYLOAD(RTP)00100001讀TX有效數(shù)據(jù)1-32字節(jié)讀操作全部從字節(jié)0開始W_TX_ADDRESS(WTA)00100010寫TX地址1-4字節(jié)寫操作全部從字節(jié)0開始R_TX_ADDRESS(RTA)00100011讀TX地址1-4字節(jié)讀操作全部從字節(jié)0開始R_RX_PAYLOAD(RRP)00100100讀RX有效數(shù)據(jù)1-32字節(jié)讀操作全部從字節(jié)0開始CHANNEL_CONFIG(CC)1000pphccccccccc快速設置配置寄存器中CH_NOHFREQ_PLL和PA_PWR的專用命令CH_NO=cccccccccHFREQ_PLL=hPA_PWR=ppSPI時序SPI時序包括讀時序和寫時序，如圖4-2和圖4-3所示。圖4-2SPI讀操作圖4-3SPI寫操作從圖4-3中可看出，CSN在低電平是有效，CSK在下降沿時有效，具體命令的設置必須在CSN和CSK有效的情況下實施。配置寄存器說明NRF905配置寄存器的具體說明如表4-3所示。表4-3NRF905配置信息說明表參數(shù)位寬說明CH_NO9同HFREQ_PLL一起設置中心頻率默認值=001101100b=180dFRF=422.4+CH_NOd/10*(1+HFREQ_PLLd)MHZHFREQ_PLL1設置PLL在433或868/915MHZ模式默認值=00-器件工作在433MH頻段1-器件工作在868/915MHZ頻段PA_PWR2輸出功率默認值=0000-10dBm01-2dBm10+6dBm11+10dBmRX_RED_PWR1降低接收模式電流消耗至1.6mA靈敏度降低默認值=00-正常模式1-低功耗模式AUTO_RETRAN1重發(fā)數(shù)據(jù)如果TX寄存器的TRX_CE和TX_EN被設置為高默認值=00-不重發(fā)數(shù)據(jù)1-重發(fā)數(shù)據(jù)包RX_AWF3RX地址寬度默認值=100001-1字節(jié)RX地址寬度100-4字節(jié)RX地址寬度TX_AWF3TX地址寬度默認值=100001-1字節(jié)TX地址寬度100-4字節(jié)TX地址寬度RX_PW6RX接收有效數(shù)據(jù)寬度默認值=100000000001-1字節(jié)RX有效數(shù)據(jù)寬度000010-2字節(jié)RX有效數(shù)據(jù)寬度100000-32字節(jié)RX有效數(shù)據(jù)寬度TX_PW6TX有效數(shù)據(jù)寬度默認值=100000000001-1字節(jié)TX有效數(shù)據(jù)寬度000010-2字節(jié)TX有效數(shù)據(jù)寬度100000-32字節(jié)TX有效數(shù)據(jù)寬RX_ADDRESS32RX地址使用字節(jié)依賴于RX_AFW默認值=E7E7E7E7hUP_CLK_FREQ2輸出時鐘頻率默認值=1100-4MHZ01-2MHZ10-1MHZ11-500KHZUP_CLK_EN1輸出時鐘使能默認值=10-沒有外部時鐘1-外部時鐘信號使能XOF3晶體振蕩器頻率必須依據(jù)外部晶體的標稱頻率設置默認值=100000-4MHZ001-8MHZ010-12MHZ011-16MHZ100-20MHZCRC_EN1CRC校驗允許默認值=10-不允許1-允許CRC_MODE1CRC模式默認值=10-8位CRC校驗位1-16位CRC校驗位配置寄存器容配置寄存器有十個字節(jié)需要設置，如表4-4所示。表4-4十個字節(jié)的配置信息分析表字節(jié)號容位[70]MSB=BIT[7]初始化值0Bit[70]0110_11001Bit[7:6]AUTO_RETRANRX_RED_PWRPA_PWR[1:0]HFREQ_PLLCH_NO[8]0000_00002Bit[7]沒用TX_AFW[2:0]Bit[3]沒用RX_AFW[2:0]0100_01003Bit[7:6]沒用RX_PWR[5:0]0010_00004Bit[7:6]沒用TX_PWR[5:0]0010_00005RX地址0字節(jié)E76RX地址1字節(jié)E77RX地址2字節(jié)E78RX地址3字節(jié)E79CRC_模式CRC校驗允許XOF[2:0]UP_CLK_EN1110_0111具體每個字節(jié)的含義作如下的解釋：字節(jié)0：[7:0]CH_NO[7:0]，連同字節(jié)1的CH_NO[8]和HFREQ_PLL控制905的載波頻段。參考設置：OperatingfrequencyHFREQ_PLLCH_NO430.0MHz[0][001001100]433.1MHz[0][001101011]433.2MHz[0][001101100]434.7MHz[0][001111011]862.0MHz[1][001010110]868.2MHz[1][001110101]868.4MHz[1][001110110]869.8MHz[1][001111101]902.2MHz[1][100011111]902.4MHz[1][100100000]927.8MHz[1][110011111]載波頻率的計算公式：(4-1)字節(jié)1：[0]CH_NO[8]：參見字節(jié)0[1]HFREQ_PLL：0-器件工作在433MHZ頻段1-期間工作在868/915MHZ頻段[3:2]PA_PWR：輸出功率00-10dBm（默認）01-2dBm10+6dBm11+10dBm[4]RX_RED_PWR：降低接收模式電流消耗至1.6mA，靈敏度降低。0-正常模式（默認）1-低功耗模式[5]AUTO_RETRAN：自動重發(fā)TX寄存器中的數(shù)據(jù)包，如果TRX_CE和TX_EN被設置為高。0-不重發(fā)數(shù)據(jù)包（默認）1-自動重發(fā)數(shù)據(jù)包[7:6]保留字節(jié)2：[2:0]RX_AWF[2:0]：RX地址寬度001-1字節(jié)RX地址寬度（默認）100-4字節(jié)RX地址寬度[3]保留[6:4]TX_AWF[2:0]：TX地址寬度001-1字節(jié)TX地址寬度100-4字節(jié)TX地址寬度[7]保留字節(jié)3：[5:0]RX_PW[5:0]：RX接收有效數(shù)據(jù)寬度000001-1字節(jié)RX有效數(shù)據(jù)寬度000010-2字節(jié)RX有效數(shù)據(jù)寬度10000-32字節(jié)RX有效數(shù)據(jù)寬度[7:6]保留字節(jié)4：[5:0]TX_PW[5:0]：TX發(fā)送有效數(shù)據(jù)寬度000001-1字節(jié)TX有效數(shù)據(jù)寬度000010-2字節(jié)TX有效數(shù)據(jù)寬度100000-32字節(jié)TX有效數(shù)據(jù)寬度[7:6]保留字節(jié)5：RX地址0字節(jié)字節(jié)6：RX地址1字節(jié)字節(jié)7：RX地址2字節(jié)字節(jié)8：RX地址3字節(jié)字節(jié)9：[1:0]UP_CLK_FREQ[1:0]：輸出時鐘頻率00-4MHZ01-2MHZ10-1MHZ11-500KHZ[2]UP_CLK_EN：輸出時鐘使能0-沒有外部時鐘1-外部時鐘信號使能（默認）[5:3]XOF[2:0]：晶體振蕩器頻率，必須依據(jù)外部晶體的標稱頻率設置(無線模塊上905芯片外接晶振的頻率)。000-4MHZ001-8MHZ010-12MHZ011-16MHZ100-20MHZ（默認）[6]CRC_EN：CRC校驗允許0-部允許1-允許（默認）[7]CRC_MODE：CRC模式0-8位CRC校驗位1-16位CRC校驗位（默認）系統(tǒng)主機的配置信息為：0X4C、0X0C、0X44、0X08、0X08、0XE6、0XE6、0XE6、0XE6、0X58。系統(tǒng)A從機的配置信息為：0X4C、0X0C、0X44、0X08、0X08、0XE7、0XE7、0XE7、0XE7、0X58。系統(tǒng)B從機的配置信息為：0X4C、0X0C、0X44、0X08、0X08、0XE5、0XE5、0XE5、0XE5、0X58。從配置信息上可看出，地址寬度都設置為4個字節(jié)，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)長度都為8個字節(jié)，頻率為430MHz。4.2從機程序設計4.2.1從機程序設計思路從機收到主機命令后，將檢測好的數(shù)據(jù)通過NRF905發(fā)送至主機，先發(fā)送地址，再發(fā)送數(shù)據(jù)，然后設置發(fā)送命令，該程序設計思路主要圍繞NRF905。4.2.2從機程序流程圖4-4從機程序流程圖4.2.3溫濕度測量程序設計DHT11的測溫度模式DHT11有四個引腳，其中第二個為DATA端，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，一次通訊時間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，小數(shù)部分用于以后擴展，現(xiàn)讀出為零，操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，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)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和。數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。DHT11的工作時序用戶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(jié)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，用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。該模式下，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，DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。通訊過程如圖4-5示。圖4-5DHT11的通訊過程總線空閑狀態(tài)為高電平，主機把總線拉低等待DHT11響應，主機把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后，等待主機開始信號結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應信號。主機發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時等待20-40us后，讀取DHT11的響應信號，主機發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高?？偩€為低電平，說明DHT11發(fā)送響應信號，DHT11發(fā)送響應信號后，再把總線拉高80us，準備發(fā)送數(shù)據(jù)。該過程如圖4-6所示。圖4-6DHT11通信詳細過程每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始，高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1，具體格式如圖4-7所示。圖4-7數(shù)據(jù)輸出高低電平詳圖測溫濕度流程濕度測量的過程按照第三章介紹的時序圖進行測量濕度，具體的流程如圖4-8所示。圖4-8DHT11測濕度流程圖測量的過程具體如下：第一步：主機把總線拉低18ms，等待DHT11響應；第二步：主機發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時等待20-40us，等待DHT11響應；第三步：DHT11接收到主機的開始信號后,發(fā)送80us低電平響應信號；第四步：DHT11發(fā)送響應信號結(jié)束后后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù)；第五步：讀取數(shù)據(jù)；第六步：進行數(shù)據(jù)校驗，如果正確，就將其拆成四位顯示，如果不正確，則丟棄數(shù)據(jù)，重新測量。4.2.4超聲波測距模塊程序設計圖4-9HC-SR04超聲波模塊時序圖以上時序圖表明只需要提供一個10us以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊部將發(fā)出8個40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸：或是：距離=高電平時間×聲速/2:建議測量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。第5章系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)分析在完成軟件設計和硬件設計的基礎上，根據(jù)本系統(tǒng)的任務要求，分步實現(xiàn)該系統(tǒng)，對照設計指標，分析本系統(tǒng)的功能實現(xiàn)情況和不足之處。5.1硬件電路的實現(xiàn)和調(diào)試本系統(tǒng)焊接和調(diào)試是按如下步驟進行的：第一步，制作電源模塊；第二步，制作三個單片機最小系統(tǒng)和顯示電路；第三步，將其中兩個單片機作為從機，接上各個采集模塊電路；第四步，連上無線模塊nRF905,先讓兩個單片機之間能夠單向傳輸，再雙向傳輸；第五步，將溫濕度、計量信息傳輸過來并顯示；第六步，接上按鍵模塊和報警電路，使功能完善：第七步，燒入程序，調(diào)試系統(tǒng)。實現(xiàn)的硬件系統(tǒng)如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)硬件軟硬件功能分析5.2.1軟硬件的功能實現(xiàn)本系統(tǒng)從機能夠完成實時計量、溫濕度測量，能夠接收上位機的命令和發(fā)送計量、溫濕度信息值給主機；主機也能與時接收從機傳送的信息值，并驅(qū)動報警模塊和顯示電路。硬件設計上也較為流暢，制作也很規(guī)，但是有些地方一開始缺少考慮，還是有不足之處。5.2.2軟硬件的不足之處首先硬件制作方面，選擇的HC-SR04超聲波模塊測量距離20~4000cm，對于較為高大的倉庫無法進行測量，需要選擇測量距離大的傳感器。其次，軟件方面也有一個不足之處，由于程序不夠精簡，過于繁瑣，導致系統(tǒng)反應時間上有點遲緩，還要加以改進。5.3測試結(jié)果分析為了確定測量結(jié)果的正確性，我將其測量結(jié)果與溫濕度測量儀的結(jié)果進行比較，具體情況如表5-1所示。表5-1測量結(jié)果對比表溫濕度測量儀A從機B從機溫度℃濕度%溫度℃濕度%溫度℃濕度%27.85827.826127.875627.55827.565727.615627.65727.715727.795727.55627.565727.675727.95727.875627.915928.15827.895927.986027.75927.766027.815727.95827.875927.9556計算誤差的公式為：(5-1)(5-2)EQEQ(5-3)根據(jù)這三個公式求得A從機的測溫誤差為±0.5%，B從機的測溫誤差為±0.8%；A從機的測濕誤差為±3.0%，B從機的測濕誤差為±2.5%。從計算的結(jié)果可以看出，濕度和溫度的精度要求都在±5%圍，所以本設計的指標要求，該系統(tǒng)完全滿足。下位機測得的結(jié)果，能夠顯示出來，也能夠無線傳輸給上位機；上位機能夠接收下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并顯示溫濕度信息值和表示監(jiān)測點，與下位機測得的數(shù)據(jù)完全吻合，所以NRF905模塊也是完全符合要求的。綜合分析，該系統(tǒng)實現(xiàn)了預定的研究目標。結(jié)論本論文針對糧食的計量與溫濕度檢測，完成了一個智能化糧庫的糧食計量與糧情監(jiān)控系統(tǒng)。包括了系統(tǒng)的總體方案的設計、傳感檢測裝置的硬件選型與檢測原理、主、分控裝置子系統(tǒng)的研究和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設計。所做的主要工作如下：1.設計出了一套完整的智能化糧食計量與糧食溫濕度檢測系統(tǒng)總體方案，以與對硬件設施的選型。2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以AT89C52單片機作為核心元件來設計的，綜合其它部件設計了一套很好的硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在此模式進行現(xiàn)場實時傳輸?shù)倪^程里，正是單片機的信號實時處理、處理和測量值的實時檢測能力。從而，它能準確、實時的檢測和采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。3.設計實現(xiàn)了主、分控裝置一套，這兩個子系統(tǒng)裝置是以AT89C52單片機作為核心部件來設計的。這樣便于在糧庫現(xiàn)場能夠很好的監(jiān)控分散的糧倉的數(shù)據(jù)采集模塊，同時能把收到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理、打包傳送給監(jiān)控中心。本文創(chuàng)新點：針對糧庫現(xiàn)場的實際情況。在計量方面，采用的是非接觸式超聲波測距傳感器來測量糧食的存儲量，比以往人工測量效率更高。在檢測糧食溫濕度方面，采用的是數(shù)字式溫濕度傳感器來完成糧倉溫濕度監(jiān)控；同時，計量檢測與溫濕度監(jiān)測二者接入同一數(shù)據(jù)采集模塊。以便這些數(shù)據(jù)同一時間送達上位機，而且還能保證檢測數(shù)據(jù)的分明度和準確度。辭四年時光，轉(zhuǎn)瞬即逝?；叵霃拇笠坏浆F(xiàn)在，理工學院給我創(chuàng)造了優(yōu)雅的學習環(huán)境與舒適的生活條件，理工學院的老師給我傳授了做人的道理和豐富的專業(yè)知識，理工學院的同學讓我學會了團結(jié)的精神與謙虛苦學的態(tài)度?，F(xiàn)如今，即將離開自己的母校，結(jié)束自己的學生生涯；與此同時，也將走向社會，開啟自己的事業(yè)征程。路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。在此之際，我真心的感自己的老師、同學以與在學習生活上幫助過我的各位朋友。參考文獻[1]吳存榮，唐懷建，王艷艷．我國糧食儲藏標準體系的現(xiàn)狀與展望[J].中國糧油學報，2010，25（11）：124-128．[2]中國糧油學會儲藏分會．糧食儲藏科學技術(shù)學科發(fā)展報告[J].糧食儲藏，2009，38（5）：3-7．[3]唐柏飛．我國糧食儲藏的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國糧食經(jīng)濟，2007，1：35-39．[4]克強．對中國糧食安全問題的研究[J].首都經(jīng)濟貿(mào)易大學學報，2008，10（5）：42-46．[5]呂建華．國外糧食儲藏技術(shù)研究與對我國的啟示[J].信息技術(shù)，2008，（17）：20-22．[6]胡啟龍．利用倉房空間溫控儲糧技術(shù)實現(xiàn)“一減二降三防”低溫綠色儲糧[J].信息技術(shù)，2009，2（13）：46-48．[7]萬拯群．我國儲糧技術(shù)創(chuàng)新途徑與發(fā)展思路[J].糧食儲藏，2003，32（1）：22-26．[8]蘭盛斌，郭道林,嚴曉平等．我國糧食儲藏的現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢[J].中國科技成果，2008，（17）：8-16．[9]汪建，許馳．21世紀糧情測控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].糧油倉儲科技通訊，2002，（5）：34-36．[10]亞超，朱小會．淺析智能傳感器與糧食儲藏[J].中國西部科技，2011，10（7）：48-49．[11]白，梁青云．對基于無線傳輸方式的糧情監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].糧食，2008，（1）：47-49．[12]王明志，馬忠寶．無線大型糧庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].機械設計與制造，2008，(9)：41-43．[13]王瑩．超聲波料位計在糧倉測量中的應用[J].糧食與飼料工業(yè)，2004，（5）：18．[14]宋飛，石紅瑞，竇連旺．超聲波傳感器在料位測量中的應用[J].儀器儀表與應用，2007，(3)：67-70．[15]正群．一種智能式非接觸體積測量系統(tǒng)[J].計量技術(shù)，1999，（1）：25-27．附錄部分相關程序//主函數(shù)#include"nrf905.h"#include"key.h"#include"lcd12864.h"#include"at24c02.h"#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitfengming=P3^1; //蜂鳴器externuchardataRxBuf[NUM];ucharkey='N'; //獲取按鍵的值的變量ucharT_Max,T_Min,H_Max,H_Min; //報警的溫度、濕度上下限ucharT_A,T_B,H_A,H_B; //讀取的溫濕度的變量uchartable_line1[]="A體:000m3";uchartable_line2[]="溫度:00濕度:00";uchartable_line3[]="B體:000m3";uchartable_line4[]="溫度:00濕度:00";ucharcodetable_T_Max[]="輸入報警溫度上限";ucharcodetable_T_Min[]="輸入報警溫度下限";ucharcodetable_H_Max[]="輸入報警濕度上限";ucharcodetable_H_Min[]="輸入報警濕度下限";ucharcodetable_Success[]="設置成功";voiddelayms(uintz){ unsignedintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidLCD_disp() //12864的初始化顯示{ uchari=0; lcd_pos(0,0); while(table_line1[i]!='\0') { lcd_wdat(table_line1[i++]); } i=0; lcd_pos(1,0); while(table_line2[i]!='\0') { lcd_wdat(table_line2[i++]); } i=0; lcd_pos(2,0); while(table_line3[i]!='\0') { lcd_wdat(table_line3[i++]); } i=0; lcd_pos(3,0); while(table_line4[i]!='\0') { lcd_wdat(table_line4[i++]); }}voidkeyDo(uchark) /按鍵操作函數(shù){ uchari=0; ucharkey1='',key2=''; if(k=='A') //如果按下的是A,執(zhí)行設置報警溫度上限 { ucharkeyCount=0;//記錄按鍵按下的次數(shù) lcd_wcmd(0x01);//清除LCD的顯示容 i=0; lcd_pos(0,0); while(table_T_Max[i]!='\0') { lcd_wdat(table_T_Max[i++]); } while(1) { key=KeyScan(); if(key>='0'&&key<='9')//按下的是數(shù)字鍵 { if(keyCount<2) { if(keyCount++==0) key1=key; else key2=key; lcd_pos(1,0); lcd_wdat(key1); lcd_wdat(key2); } } elseif(key=='*') //按下的是清除鍵 { keyCount=0; key1=''; key2=''; lcd_pos(1,0); lcd_wdat(''); lcd_wdat(''); } elseif(key=='#') //確認鍵 { if(keyCount==2) { at24_write(0x00,key1-0x30); //存儲溫度的值 delayms(100); at24_write(0x01,key2-0x30); //存儲溫度的值 delayms(100); T_Max=(at24_read(0x00)*10)+at24_read(0x01); lcd_wcmd(0x01);//清除LCD的顯示容 KeyDelay(100); i=0; lcd_pos(1,2); while(table_Success[i]!='\0') { lcd_wdat(table_Success[i++]); } KeyDelay(2000); break; } } } } elseif(k=='B') //設置報警溫度的下限 { ucharkeyCount=0; //記錄按鍵按下的次數(shù) lcd_wcmd(0x01);//清除LCD的顯示容 i=0; lcd_pos(0,0); while(table_T_Min[i]!='\0') { lcd_wdat(table_T_Min[i++]); } while(1) { key=KeyScan(); if(key>='0'&&key<='9')//按下的是數(shù)字鍵 { if(keyCount<2) { if(keyCount++==0) key1=key; else key2=key; lcd_pos(1,0); lcd_wdat(key1); lcd_wdat(key2); } } elseif(key=='*') //按下的是清除鍵 { keyCount=0; key1=''; key2=''; lcd_pos(1,0); lcd_wdat('')