溫度檢測濕度檢測

淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第32頁共33頁1引言1．1論文研究的背景和意義中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應(yīng)的測控軟件。而當(dāng)今大多數(shù)對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動強(qiáng)度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)高效益的重要環(huán)節(jié)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對大棚的自動化程度要求也越來越高。由于單片機(jī)及各種電子器件性價比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡?。?dāng)前農(nóng)業(yè)溫室大棚大多是中、小規(guī)模,要在大棚內(nèi)引人自動化控制系統(tǒng)，改變?nèi)咳斯す芾淼姆绞?，就要考慮系統(tǒng)的成本，因此，針對這種狀況，本次畢業(yè)設(shè)計將設(shè)計一套低成本的溫室大棚環(huán)境報警系統(tǒng)。溫濕度是一個非常重要的物理量，因為它直接影響燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程，溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題，因此對溫度的檢測的意義很重要。同時在一些農(nóng)業(yè)大棚中，大棚中的溫度對植物的生長有些很大的影響，對大棚溫度的采集和傳輸存在的一定的重要性。但是在很多場合使用都是有線傳輸方式，但是有線傳輸排線復(fù)雜而且在線路損壞時修復(fù)難。隨著射頻、集成電路技術(shù)的發(fā)展，無線通信功能的實現(xiàn)更容易，數(shù)據(jù)傳輸速率更快，抗干擾能力更強(qiáng)。無線數(shù)據(jù)傳輸與有線數(shù)據(jù)傳輸相比，有諸多優(yōu)點：一是成本低，省去大量布線；二是建網(wǎng)快捷，只需在每個終端連接無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和架設(shè)適當(dāng)高度天線；三是適應(yīng)性好，可應(yīng)用于某些特殊環(huán)境；四是擴(kuò)展性好，只需將設(shè)備與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接，在進(jìn)行后期設(shè)備添加時不需太多的線路布置和軟件配置。無線傳輸是一種將有效數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)方的一種有效方法，所以使用無線傳輸?shù)臏y溫系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行無線采集并且能夠使操作員可以遠(yuǎn)距離實時了解被測現(xiàn)場的溫度變化情況。1．2研究現(xiàn)狀在現(xiàn)代的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計中,往往采用DS1820新型單總線數(shù)字溫度傳感器，這種類型的溫度傳感器采用3腳(或8腳)封裝，從DS1820讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)僅需要一根I/O口線，而且測量精度達(dá)到12位，最低精確到小數(shù)點后4位有效數(shù)字。用這種智能化數(shù)字式傳感器的優(yōu)勝顯而易見?，F(xiàn)代濕度測量方案最主要的有兩種：干濕球測濕法，電子式濕度傳感器測濕法。干濕球測濕法采用間接測量方法，通過測量干球、濕球的溫度經(jīng)過計算得到濕度值，因此對使用溫度沒有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)境下測濕不會對傳感器造成損壞。干濕球測濕法的維護(hù)相當(dāng)簡單，在實際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比，干濕球測濕法不會產(chǎn)生老化，精度下降等問題。所以干濕球測濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用。電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，電子式濕度傳感器的長期穩(wěn)定性和使用壽命不如干濕球濕度傳感器。濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對使用的環(huán)境溫度有要求，超過其規(guī)定的使用溫度將對傳感器造成損壞。所以電子式濕度傳感器測濕方法更適合于在潔凈及常溫的場合使用。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線數(shù)據(jù)的采集與傳輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域在不斷地擴(kuò)大。在工業(yè)測控方面，有些測量點比較分散使得有線線路的鋪設(shè)及維護(hù)均需較高的代價，或者對于運(yùn)動構(gòu)件上的傳感器信號的采集，使得有線傳輸數(shù)據(jù)不可靠、甚至不可能，因此采用無線數(shù)據(jù)傳送技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信是現(xiàn)代測控數(shù)傳系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。從點對點傳輸?shù)募t外技術(shù)，到短距離、點對多點個人局域網(wǎng)（如藍(lán)牙和ZigBee），不同種類的技術(shù)隨著需求的不同而不斷發(fā)展完善，形成了巨大的市場潛力。隨著無線通訊網(wǎng)絡(luò)的不斷成熟，加之其高效、快捷、準(zhǔn)確、費(fèi)用低廉、受環(huán)境影響小的特點，使得短消息逐漸被應(yīng)用于工業(yè)控制，尤其是分布式遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。通過無線通信模塊，可以隨時隨地采用短消息的方式接受現(xiàn)場的終端設(shè)備狀態(tài)，使采集控制更具有實時性，便于集中管理和遠(yuǎn)程管理。目前，大多數(shù)現(xiàn)代溫室報警均采用工控系統(tǒng)，工控系統(tǒng)雖然能實現(xiàn)溫室環(huán)境的實時監(jiān)測與控制功能，但價格昂貴，難以滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)對低成本的要求。同時，由于采用集中式管理，其可靠性和穩(wěn)定性的要不能得到很好的保證。近年來，單片機(jī)在我國的許多領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用，而溫室的環(huán)境監(jiān)測是以經(jīng)濟(jì)實效為核心的，單片機(jī)優(yōu)良的性價比特別適合于溫室是建設(shè)要求。1．3本文研究的主要內(nèi)容1.3.1本系統(tǒng)所要完成的任務(wù)(1)人性化的設(shè)計。界限溫度值及濕度值能夠由用戶根據(jù)不同植被的各種生長需求由鍵盤輸入并通過顯示器顯示。(2)能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的顯示采樣溫度值與濕度值。(3)通過采集溫度及濕度值，準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)值與當(dāng)前值之間的差異，及時的啟動報警裝置（包括警報燈的提示功能以及提示音等）進(jìn)行報警，并采取相應(yīng)的方案。(4)能夠根據(jù)植被在不同時間段內(nèi)對溫濕度的不同要求，用戶可隨機(jī)更改溫度及濕度值，以滿足用戶不同的需求。1.3.2總體方案(1)溫度監(jiān)控：對溫室溫度進(jìn)行測量，并通過升溫或降溫達(dá)到植被的最佳溫度。(2)濕度監(jiān)控：對溫室濕度進(jìn)行測量，并通過噴霧或去濕達(dá)到植被的最佳濕度。(3)控制處理：當(dāng)溫度、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。(4)顯示：LCD就地顯示輸入值和相應(yīng)的溫濕度，數(shù)碼管擺放在生產(chǎn)現(xiàn)場用于顯示當(dāng)前的溫濕度。1.3.3實施措施(1)實際環(huán)境溫度與給定界限比較，執(zhí)行加熱/制冷措施。(2)實際環(huán)境濕度與給定界限比較，執(zhí)行加濕/去濕措施。(3)越限報警：當(dāng)溫濕度越限時聲光報警。(4)鍵盤顯示：負(fù)責(zé)用戶的輸入及相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示，其中包括LED和LCD顯示。本課題主要是進(jìn)行無線大棚報警系統(tǒng)的設(shè)計，本系統(tǒng)由無線傳輸模塊、單片機(jī)控制單元、液晶顯示模塊、蜂鳴器報警模塊和上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測五部分組成。本課題將新興的無線通信技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，力圖通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線化來達(dá)到智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域中布線不便時對室內(nèi)生活環(huán)境、工業(yè)測控現(xiàn)場溫度等指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集。本課題提出了一種有效的數(shù)據(jù)采集分析方案，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于基于無線射頻收發(fā)模塊XL24L01跟STC89C52RC單片機(jī)為核心，以低功耗和模塊化為設(shè)計原則的溫度數(shù)據(jù)采集無線傳輸系統(tǒng)。設(shè)計出具有體積小，功耗低，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠及成本低的無線測溫測濕系統(tǒng)。(1)針對實際應(yīng)用需求設(shè)計系統(tǒng)總體方案，完成了溫度數(shù)據(jù)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計。(2)以低功耗和模塊化為選擇元器件的原則，選取了合適的單片機(jī)、無線收發(fā)模塊。(3)設(shè)計無線收發(fā)方案，并通過軟件控制nRF24L01無線傳輸模塊工作模式等方式實現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計。(4)完成無線數(shù)據(jù)發(fā)收模塊調(diào)試及相關(guān)配置。主要包括無線射頻模塊的接口設(shè)計以及單片機(jī)與PC通信的接口設(shè)計。本課題旨在通過軟、硬件的有機(jī)結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，進(jìn)行各功能模塊的編寫。對系統(tǒng)硬件的工作原理進(jìn)行了分析描述，并進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計。具體實現(xiàn)數(shù)碼管動態(tài)顯示、STC89C52RC及nRF24L01等器件外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。本系統(tǒng)是通過單片機(jī)控制無線傳輸來實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的接受,利用可視化編程技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，是STC89C52RC單片機(jī)為控制單元，以nRF24L01無線傳輸模塊為溫度數(shù)據(jù)接受單元，實現(xiàn)溫度的接受、顯示、控制，同時用串口連接到PC機(jī)上實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)控如可顯示實時溫度、歷史溫度，就是一套通過無線方式實現(xiàn)溫度的接受顯示系統(tǒng)。基于無線收發(fā)芯片nRF24L01的溫度測量系統(tǒng)主要由六個模塊構(gòu)成，分別為無線收發(fā)模塊、單片機(jī)控制模塊、掉電告警模塊、蜂鳴器報警模塊、液晶顯示模塊以及PC機(jī)監(jiān)測模塊。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計經(jīng)過上面的總體方案和實施措施的討論后可以開始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計，硬件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。主機(jī)與主要部件的選擇：根據(jù)總體功能和性價比及其運(yùn)行速度等因素的考慮，選用STC89C52單片機(jī)為主機(jī)，滿足上面的要求而且設(shè)計方便，不需要再存儲擴(kuò)展。數(shù)據(jù)存儲片內(nèi)設(shè)有128B，外部有8279的256B，而由于存入的數(shù)據(jù)是隨時更新的且不計小數(shù)位，存入8個16進(jìn)制數(shù)字，其總共需要的容量只有16B，已經(jīng)夠用。溫室溫濕度控制系統(tǒng)是以STC89C52單片機(jī)作為中央控制裝置，風(fēng)扇，加熱設(shè)備，加濕設(shè)備，排潮設(shè)備，鍵盤顯示芯片等，其功能和原理如下：一、STC89C52單片機(jī)作為中央控制裝置，負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊的工作。二、四路采樣溫度信號采樣簡單平均處理，溫度保存為整數(shù)。三、四路采樣濕度信號采樣簡單平均處理，溫度保存為整數(shù)。四、鍵盤顯示芯片：用8729識別鍵盤，負(fù)責(zé)用戶的輸入及相關(guān)的數(shù)據(jù)的LCD顯示。五、風(fēng)扇：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作。六、加熱設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加熱工作。七、噴霧設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加濕工作。八、排潮設(shè)備：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作。九、雙色燈，音效模塊：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的報警功能。如果當(dāng)前的溫度超過用戶設(shè)定的界限值時系統(tǒng)將自動報警，雙色燈在74LS273的控制下有規(guī)律的閃爍，同時音效模塊發(fā)出報警聲，通知用戶采取相應(yīng)的措施。溫濕度報警系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)采集和處理、顯示、無線通信、輸出控制信號等多種功能。由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)調(diào)理、單片機(jī)、控制等4個大的部分組成。該測控系統(tǒng)具有實時采集（檢測溫室大棚內(nèi)的溫濕度）、實時處理（對監(jiān)測到的溫濕度值進(jìn)行比較分析，決定下一步控制進(jìn)程）、實時控制（根據(jù)處理的結(jié)果發(fā)出控制指令，指揮被控對象動作）的功能。主要硬件包括溫度傳感器，濕度傳感器，STC89C52單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集電路、LCD液晶顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、無線通信模塊等。其原理框圖如圖1-1所示。無線通信模塊無線通信模塊無線通信模塊無線通信模塊單片機(jī)溫濕度采集模塊上位機(jī)報警電路溫濕度控制模塊-溫濕度控制模塊復(fù)位電路復(fù)位電路顯示模塊顯示模塊圖1-1硬件電路原理框圖首先充分考慮氣候、環(huán)境因素對植物的影響，并根據(jù)溫室大棚內(nèi)植物保持正常狀態(tài)所需的溫度和濕度，設(shè)計出溫濕度參考值預(yù)先存儲于單片機(jī)中。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分是將溫濕度傳感器置于溫室內(nèi)部，測出室內(nèi)的溫濕度值，經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量之后送入STC89C52單片機(jī)中，然后LCD顯示出溫濕度測量值。單片機(jī)將預(yù)設(shè)的參考值與測量值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果做出判斷。上位機(jī)對溫濕度的上下限值和預(yù)置值進(jìn)行輸入，在無線通信模塊中構(gòu)成多點無線溫濕度采集模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和分析。該系統(tǒng)具有快速展開、穩(wěn)定可靠、可維護(hù)性好等特點。從而實現(xiàn)上位機(jī)對大棚內(nèi)作物生長的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)在種植植物的大棚內(nèi)，下位機(jī)中的溫濕度傳感器可以將環(huán)境中的溫濕度非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化成電量信號，再將這些信號進(jìn)行處理后送至下位機(jī)中的單片機(jī)，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)內(nèi)，通過LCD液晶顯示屏進(jìn)行實時顯示。同時與原先內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行比較處理，如果環(huán)境的實時參數(shù)超越上下限值，溫濕度報警模塊將進(jìn)行報警，直到溫濕度狀態(tài)處于上下限值以內(nèi)為止。如果有預(yù)置初值，且與當(dāng)前狀預(yù)設(shè)值相等為止。本課題設(shè)計分為上位機(jī)和下位機(jī)，均采用單片機(jī)STC89C52，系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)在種植植物的大棚內(nèi)，下位機(jī)中的溫濕度傳感器DHT11對大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行采集處理后送至下位機(jī)中的單片機(jī)，單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)后經(jīng)過無線通信模塊將數(shù)據(jù)送到上位機(jī)，此時，上位機(jī)接收到溫濕度數(shù)據(jù)，如果溫濕度在誤差氛圍內(nèi)超過了預(yù)設(shè)的值，則蜂鳴報警器發(fā)出報警聲。之后，經(jīng)過溫濕度控制系統(tǒng)使溫濕度保態(tài)不相等時，系統(tǒng)也會啟動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動態(tài)調(diào)節(jié)溫濕度狀態(tài)，直到所處的平衡狀態(tài)與持在最適宜的氛圍內(nèi)。3系統(tǒng)單元模塊硬件設(shè)計對于本次設(shè)計的系統(tǒng)而言，主要由溫濕度采集模塊、無線通信模塊、單片機(jī)主控模塊、顯示模塊、報警模塊、控制單元和電源模塊六部分組成。接收模塊nRF24L01接收溫濕度數(shù)據(jù)，通過SPI接口將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，進(jìn)行LCD液晶顯示，在溫濕度數(shù)據(jù)超過一定值時蜂鳴器進(jìn)行報警，同時將數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。3．1溫濕度采集模塊設(shè)計溫濕度采集模塊的設(shè)計有以下幾種方案。方案一：采用AD590是美國ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源。AD590測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合由于AD590精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。但其需要用到差分放大器放大和A/D轉(zhuǎn)換，需要原件多。方案二：采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。經(jīng)濟(jì)，方便。采用HS1101用作濕度的采集，濕度傳感器HS1101是基于獨(dú)特工藝設(shè)計的電容元件，具有長時間飽和下快速脫濕、可以自動化焊接，包括波峰或水浸、高可靠性與長時間穩(wěn)定性、專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)等特點。方案三：采用溫濕度一體化的傳感器DHT11采集溫濕度數(shù)據(jù)，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。考慮到電路的設(shè)計，成本，還有多點通信，我們選擇方案三，即用DHT11作為本系統(tǒng)的溫濕度采集模塊。3.1.1DHT11數(shù)據(jù)傳送格式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，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)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。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(jī)開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)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?jǐn)?shù)據(jù).從模式下，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(jī)發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機(jī)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(jī)的開始信號后,等待主機(jī)開始信號結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時等待20-40us后,讀取DHT11的響應(yīng)信號,主機(jī)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。數(shù)據(jù)發(fā)送過程如圖3-1所示。圖3-1數(shù)據(jù)發(fā)送過程總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機(jī)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(jī)的開始信號后，等待主機(jī)開始信號結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時等待20-40us后，讀取DHT11的響應(yīng)信號，主機(jī)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。數(shù)據(jù)接受過程如圖3-2所示。圖3-2數(shù)據(jù)接受過程總線為低電平，說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后，再把總線拉高80us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，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。如果讀取響應(yīng)信號為高電平，則DHT11沒有響應(yīng)，請檢查線路是否連接正常。當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。 3.1.2DHT11引腳說明DHT11引腳說明如表3-1所示表3-1DHT11引腳說明Pin名稱注釋1VDD供電3－5.5VDC2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請懸空4GND接地，電源負(fù)極3.1.3溫濕度采集模塊設(shè)計DHT11的硬件設(shè)計也極其簡單，就只有4個引腳，其中還有一個空腳懸空的，引腳2與單片機(jī)的P3.2口相接。實際上其設(shè)計與DS18B20是一樣的。DHT11的工作電流是0.2—1mA之間，漏極開路，內(nèi)部沒有拉高電路，當(dāng)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5K，電流為1mA,具體的設(shè)計圖，如圖3-3所示。圖3-3溫濕度采集模塊設(shè)計3．2主控模塊設(shè)計主控模塊的設(shè)計有以下幾種方案。方案一：采用傳統(tǒng)的AT89S52單片機(jī)作為主控芯片。此芯片價格便宜、操作簡便，低功耗，比較經(jīng)濟(jì)實惠。方案二：采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F149系列單片機(jī)作為主控芯片。此單片機(jī)是一款高性能的低功耗的16位單片機(jī)，具有非常強(qiáng)大的功能，且內(nèi)置高速12位ADC。但其價格比較昂貴，而且是TPFQ貼片封裝，不利于焊接，需要PCB制板，大大增加了成本和開發(fā)周期。方案三：采用宏晶科技有限公司的STC89C52增強(qiáng)型51單片機(jī)作為主控芯片。此芯片內(nèi)置ADC和SPI總線接口，且內(nèi)部時鐘不分頻，可達(dá)到1MPS。而且價格適中。考慮到此系統(tǒng)需要用到ADC，從性能和價格上綜合考慮我們選擇方案三，即用STC89S52作為本系統(tǒng)的主控芯片。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(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機(jī)最小模塊包括兩部分：時鐘電路和復(fù)位電路。3.2.1STC89C52單片機(jī)與外部電路的連接VCC：STC89C52電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)皆可以工作了，此外可以在兩個引腳與地之間加入一30PF的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：STC89C52的重置引腳，高電平工作，當(dāng)要對晶片重置時，只要對此引腳點評提升至高電平并保持兩個機(jī)器周期以上的時間，STC89C52便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp：“EA”為英文“ExternalAccess”的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當(dāng)引腳為低電平后，系統(tǒng)會調(diào)用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果使用8751內(nèi)部程序空間時，引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。PORT0（P0.0―P0.7）：端口0是一個8位寬的開路電極（OpenDrain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時可以推動8個LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0―A7）及數(shù)據(jù)總線（D0―D7）。送出的A8―A15合成一個完整的16位地址總線，而定位地址到64K的外部存儲器空間。PORT1(P1.0―P1.7)：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LSTTL負(fù)載，若將端口1的輸出設(shè)為高電平，使是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)作定時器2的外部緩沖輸入腳，而P。1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。PORT2(P2.0―P2.7)：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負(fù)載，同樣地，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51擴(kuò)充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8―A15，這個時候P2便不能當(dāng)做I/O來使用了。PORT3（P3.0―P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負(fù)載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ湟_分配如下：P3.0：RXD,串行通信輸入。P3.1：TXD,串行通信輸出。P3.2：INT0,外部中斷0輸入。P3.3：INT1,外部中斷1輸入。P3.4：T0，計時計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時計數(shù)器1輸入。P3.6：WR,外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD,外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。3.2.2時鐘電路設(shè)計時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)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(jī)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(jī)器周期為1us。因為本設(shè)計需要I/O口來模擬SPI時序，以及DS18B20和DHT11都需要嚴(yán)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)成內(nèi)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。外接石英晶體及電容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(yán)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、起振的難易程度及溫度的穩(wěn)定性，所以本設(shè)計采用12MHz的晶體振蕩器和30pF的電容。時鐘電路設(shè)計，如圖3-4所示。圖3-4時鐘電路設(shè)計3.3.3復(fù)位電路設(shè)計單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST，它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，單片機(jī)保持復(fù)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(fù)位，單片機(jī)從初始狀態(tài)開始工作。人工復(fù)位就是將一個按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路，按一下開關(guān)，就在RST端就出現(xiàn)一段時間的高電平，即使器件復(fù)位。由于單片機(jī)復(fù)位端有內(nèi)接電阻，所以復(fù)位電路設(shè)計，如圖3-5所示。按下開關(guān)后，電容充電，到達(dá)穩(wěn)定后，電容相當(dāng)于開路，其兩端電壓為5V，電路的時間常數(shù)為R*C，本設(shè)計取R=200?、C=10uF,經(jīng)計算時間常數(shù)為2ms，而兩個機(jī)器周期只有2us，所以該設(shè)計完全滿足要求。圖3-5復(fù)位電路設(shè)計3.2.4單片機(jī)硬件電路設(shè)計P1口直接和無線模塊XL24L01相連；P1.0與TX_EN相連，為接收使能，主要決定無線接收模塊是否進(jìn)行數(shù)據(jù)接收；；P1.1與PWR_UP相連，為模塊上電使能；；P1.2與CD相連，為載波監(jiān)聽，監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)傳到無線模塊上；P1.3與CSN相連，為SPI使能，無線模塊與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖鼓芏耍籔1.4與AM相連，為地址匹配信號；P1.5與MOSI相連，P1.6與MISO相連，為單片機(jī)與無線模塊進(jìn)行SPI數(shù)據(jù)傳輸端口；P1.7與SCK相連，提供給無線模塊時鐘信號；P3.3和P3.2分別和nRF905的DR及TRX_CE相連，實現(xiàn)單片機(jī)與nRF905的數(shù)據(jù)通信；P2.7口與蜂鳴器相連。單片機(jī)在上電初始化后，將P1.1和P3.2輸出為高電平，P1.7輸出給無線模塊時鐘信號；P1.0為低電平，當(dāng)P1.3和P1.5為高電平時，輸入SPI指令，通過SPI口P1.5和P1.6讀取無線模塊傳輸給單片的溫度數(shù)據(jù)。3．3無線通信模塊設(shè)計無線通信模塊的設(shè)計有以下幾種方案。方案一：采用GSM模塊進(jìn)行通信，GSM模塊需要借助移動衛(wèi)星或者手機(jī)卡，雖說能夠遠(yuǎn)距離傳輸，但是其成本較大、且需要內(nèi)置SIM卡，通信過程中需要收費(fèi)，后期成本較高。方案二：采用TI公司CC2430無線通信模塊，此模塊采用Zigbee總線模式，傳輸速率可達(dá)250kbps，且內(nèi)部集成高性能8051內(nèi)核。但是此模塊價格較貴，且Zigbee協(xié)議相對較為復(fù)雜。方案二：采用XL24L01無線射頻模塊進(jìn)行通信，NRF24L01是一款高速低功耗的無線通信模塊。他能傳輸上千米的距離（加PA），而且價格較便宜、，采用SPI總線通信模式電路簡單，操作方便?？紤]到系統(tǒng)的復(fù)雜性和程序的復(fù)雜度，我們采用方案三作為本系統(tǒng)的通信模塊。XL24L01-D01X是采用挪威NORDIC公司的nrf24L01p2.4G無線收發(fā)IC設(shè)計的一款高性能2.4G無線收發(fā)模塊，采用GFSK調(diào)制，工作在2400‐2483MHz的國際通用ISM頻段，最高調(diào)制速率可達(dá)2MBPS。XL24L01P-D01X集成了所有與RF協(xié)議相關(guān)的高速信號處理部分，如：自動重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動產(chǎn)生應(yīng)答信號等，模塊的SPI接口可以利用單片機(jī)的硬件SPI口連接或用單片機(jī)的I/O口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有FIFO可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機(jī)。XL24L01的實物圖如圖3-6所示。圖3-6XL24L01的實物圖3.3.1無線模塊工作原理發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將XL24L01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);若自動應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TXFIFO中清除；若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TXFIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時,若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。接收數(shù)據(jù)時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10Mb/s，傳輸時先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與SPI相關(guān)的指令共有8個，使用時這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給MCU。3.3.2無線傳輸模塊性能(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(qiáng)，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)內(nèi)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(jī)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(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)，可直接接各種單 片機(jī)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(biāo)準(zhǔn)DIP間距接口，便于嵌入式應(yīng)用。3.3.3無線模塊與單片機(jī)的接口設(shè)計XL24L01各個管腳說明如表3-2所示表3-2XL24L01管腳說明管腳名稱管腳功能1GND電源地（方形焊盤）2VIN輸入電源（3.0—3.3V）3CE工作模式RX或TX模式選擇4CSNSPI使能,低有效5SCKSPI時鐘6MOSISPI輸入7MISOSPI輸出8IRQ中斷輸出引腳1接地；引腳2輸入電源（3.0—3.3V）；引腳3接單片機(jī)的P3.4，用作選擇無線模塊的工作方式為接受RX還是發(fā)送TX；引腳4為SPI使能端，接單片機(jī)的P1.2，低電平有效；引腳5為SPI時鐘端，接單片機(jī)的P1.4；引腳6和引腳7分別為SPI的輸入端和輸出端，接單片機(jī)的P1.3和P3.3；引腳8為中斷輸出端，接單片機(jī)P3.2。圖3-7無線模塊的硬件設(shè)計3．4顯示電路設(shè)計顯示模塊的設(shè)計有以下幾種方案。方案一：選擇主控為ST7920的帶字庫的LCD12864來顯示信息。12864是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及ASCII碼，而且能夠繪制圖片，描點畫線，設(shè)計成比較理想的結(jié)果。方案二：采用字符液晶LCD1602顯示信息，1602是一款比較通用的字符液晶模塊，能顯示字符和數(shù)字等信息，且價格便宜，容易控制。方案三：采用LED7段數(shù)碼顯示管顯示，其成本低，容易顯示控制，但不能顯示字符。綜合以上方案，我們選擇了經(jīng)濟(jì)實惠的字符液晶LCD1602來作為接收端的顯示。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片，HD44780是帶西文字庫的液晶顯示控制器，用戶只需要向HD44780送ASCII的字符碼，HD44780就按照內(nèi)置的ROM點陣發(fā)生器自動在LCD液晶顯示器上顯示出來。所以，HD44780主要適用于顯示西文ASCII字符內(nèi)容的液晶顯示。1602字符型LCD能夠同時顯示16*2即32個字符(16列2行)。其內(nèi)置192種字符(160個5*7點陣字符和32個5*10點陣字符)，具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個5*8點陣字符或4個5*11點陣字符。1602通常有14條引腳線或16條引腳線兩種，多出來的2條線是背光電源線和地線，帶背光的比不帶背光的略厚，控制原理與14腳的LCD完全一樣，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。本設(shè)計中采用帶背光16引腳線的。其主要技術(shù)參數(shù)為：顯示容量：16×2個字符。芯片工作電壓：4.5-5.5V。工作電流：2.0mA(5.0V)。模塊最佳工作電壓：5.0V。字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm。LCD1602的16個引腳功能分別為：VSS：電源地(GND)。VCC：電源電壓(5V)。V0：LCD驅(qū)動電壓，液晶顯示器對比度調(diào)整端。使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高。RS：寄存器選擇輸入端，選擇模塊內(nèi)部寄存器類型信號。RS=0，進(jìn)行寫模塊操作時指向指令寄存器，進(jìn)行讀模塊操作時指向地址計數(shù)器。RS=1，無論進(jìn)行讀操作還是寫操作均指向數(shù)據(jù)寄存器。R/W：讀寫控制輸入端，選擇讀/寫模塊操作信號。R/W=0，讀操作；R/W=1，寫操作。E：使能信號輸入端。讀操作時，高電平有效；寫操作時，下降沿有效DB0~DB7：數(shù)據(jù)輸入/輸出口，單片機(jī)與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道。選擇4位方式通訊時，不使用DB0~DB3。BLA：背光的正端+5V。BLK：背光的負(fù)端0V。1602模塊內(nèi)部主要由LCD顯示屏、控制器、列驅(qū)動器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。控制器接受來自MPU的指令和數(shù)據(jù)，控制著整個模塊的工作。主要由顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)DDRAM，字符發(fā)生器CGROM，字符發(fā)生器CGRAM，指令寄存器IR，地址寄存器DR，忙標(biāo)志BF，地址計數(shù)器AC以及時序發(fā)生電路組成。模塊通過數(shù)據(jù)總線DB0~DB7和E、R/W、RS三個輸入控制端與MPU接口。這三根控制線按照規(guī)定的時序相互協(xié)調(diào)作用，使控制器通過數(shù)據(jù)總線接受MPU發(fā)來的數(shù)據(jù)和指令，從CGROM中找到欲顯示字符的字符碼，送入DDRAM，在LCD顯示屏上與DDRAM存儲單元對應(yīng)的規(guī)定位置顯示出該字符?？刂破鬟€可以根據(jù)MPU的指令，實現(xiàn)字符的顯示，閃爍和移位等顯示效果。CGROM內(nèi)提供的是內(nèi)置字符碼，CGRAM則是供用戶存儲自定義的點陣圖形字符。模塊字符在LCD顯示屏上的顯示位置與該字符的字符代碼在顯示緩沖區(qū)DDRAM內(nèi)的存儲地址一一對應(yīng)。3.4.1指令設(shè)置一、清屏指令Cleardisplay清顯示指令將空位字符碼20H送入全部DDRAM地址中，時DDRAM中的內(nèi)容全部清除，顯示消失，地址計數(shù)器AC=0，自動增一模式。顯示歸位，光標(biāo)閃爍回到原點(顯示屏左上角)，但不改變移位設(shè)置模式。清屏指令碼見表3-3。表3-3清屏指令碼RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000000001二、進(jìn)入模式設(shè)置指令Entrymodeset見表3-4，進(jìn)入模式設(shè)置指令用于設(shè)定光標(biāo)移動方向和整體顯示是否移動。表3-4模式設(shè)置指令碼RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000001I/DSI/D：字符碼寫入或者讀出DDRAM后DDRAM地址指針AC變化方向標(biāo)志。I/D=1，完成一個字符碼傳送后，AC自動加1。I/D=0，完成一個字符碼傳送后，AC自動減1。S：顯示移位標(biāo)志。S=1，完成一個字符碼傳送后顯示屏整體向右(I/D=0)或向左(I/D=1)移位。S=0，完成一個字符碼傳送后顯示屏不移動。三、顯示開關(guān)控制指令Displayon/offcontrol指令碼見表3-5，該指令功能為控制整體顯示開關(guān)，光標(biāo)顯示開關(guān)和光標(biāo)閃爍開關(guān)。表3-5顯示開關(guān)控制指令碼RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000001DCBD：顯示開/關(guān)標(biāo)志。D=1，開顯示；D=0，關(guān)顯示。關(guān)顯示后，顯示數(shù)據(jù)仍保持在DDRAM中，開顯示即可再現(xiàn)。C：光標(biāo)顯示控制標(biāo)志。C=1，光標(biāo)顯示；C=0，光標(biāo)不顯示。不顯示光標(biāo)并不影響模塊其他顯示功能。顯示5*8點陣字體時，光標(biāo)在第八行顯示；顯示5*10點陣字符時，光標(biāo)在第11行顯示。B：閃爍顯示控制標(biāo)志。B=1，光標(biāo)所在位置會交替顯示全黑點陣和顯示字符，產(chǎn)生閃爍效果；B=0，光標(biāo)不閃爍。四、功能設(shè)置指令Functionset功能設(shè)置指令用于設(shè)置接口數(shù)據(jù)位數(shù)，顯示行數(shù)以及字形。指令碼見表3-6。表3-6功能設(shè)置指令碼RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000001DLNF**DL：數(shù)據(jù)接口寬度標(biāo)志。DL=1，8位數(shù)據(jù)總線DB7~DB0；DL=0，4位數(shù)據(jù)總線DB7~DB4，DB3~DB0不使用，此方式傳送數(shù)據(jù)需分兩次進(jìn)行。N：顯示行數(shù)標(biāo)志。N=0，顯示一行；N=1，顯示兩行。F：顯示字符點陣字體標(biāo)志。F=0，顯示5*7點陣字符；F=1，顯示5*10點陣字符。1602模塊內(nèi)部設(shè)有上電自動復(fù)位電路，當(dāng)外加電源電壓超過+4.5V時，自動對模塊進(jìn)行初始化操作，將模塊設(shè)置為默認(rèn)的顯示工作狀態(tài)。初始化大約持續(xù)10ms左右。但是需要特別注意的是，倘若供電電源達(dá)不到要求，模塊內(nèi)部復(fù)位電路無法正常工作，上電復(fù)位初始化就會失敗。因此，最好在系統(tǒng)初始化時通過指令設(shè)置對模塊進(jìn)行手動初始化。3.4.2LCD1602硬件電路設(shè)計如圖3-8，STC89C52的P2口接1602的8位數(shù)據(jù)線，通過輸出數(shù)據(jù)控制1602顯示不同的提示字符。1602本身內(nèi)置各種字符，還可以自定義顯示字符。本設(shè)計中根據(jù)不同場合1602會顯示各種提示字符。P0.0~P0.2接1602控制端，其中P0.0接使能端E，寫操作時，使能端下降沿有效。P0.1接讀寫控制端R/W，R/W=0，讀操作；R/W=1，寫操作。P0.2接寄存器選擇端RS，RS=0，寫操作時指向指令寄存器，讀操作時指向地址寄存器；RS=1，無論讀操作還是寫操作都指向數(shù)據(jù)寄存器。LCD1602的VSS為電源地，需接地；VDD為電源電壓；V0為LCD驅(qū)動電壓，接電位器，通過調(diào)節(jié)電位器控制顯示的亮度，使LCD顯示清晰而無黑影。背光電源線LCD正負(fù)兩端分別接電源和地即可。圖3-8液晶顯示電路3．5報警電路設(shè)計當(dāng)外界溫濕度超過預(yù)設(shè)溫度上下限時，為更加有效的引起用戶的注意，及時關(guān)注溫濕度的變化，本系統(tǒng)設(shè)計了聲報警電路。該電路由蜂鳴器和NPN三極管組成發(fā)光二極管根據(jù)型號的不同，其工作電壓少有不同，工作電流也不一樣，本系統(tǒng)確定其工作電流為10mA,工作電壓為1.5V，據(jù)此計算限流電阻值。計算公式為：R=(U-UF)/IF(3-1)式中UF為發(fā)光二極管的工作電壓，IF為工作電流。經(jīng)過計算的：R=（5-1.5）/10=0.35K?=350?。三極管發(fā)射極電流IE=IB+IC(3-2)IC/IB(3-3)其中IB為基極電流，IC為集電極電流，IB較小，變化也較小，但會引起IC的較大變化，這就是三極管的放大原理，蜂鳴器驅(qū)動也正是利用此原理。其工作情況是，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)不在范圍內(nèi)時，給控制口低電平，則發(fā)光二極管被點亮，蜂鳴器響起。為了區(qū)分溫度超值還是濕度超值，所以需要兩個發(fā)光二極管來區(qū)分，若紅燈亮則溫度超值，綠燈亮濕度超值。根據(jù)以上情況，選擇三個I/O口作為控制口，用三極管驅(qū)動蜂鳴器。報警模塊的具體設(shè)計圖，如圖3-9所示。圖3-9報警電路設(shè)計圖3-9中，9012是電子電路中常用到的小功率PNP型普通硅晶體三極管。很多放大電路中都要用到它，它具有低電壓、大電流、小信號是它的特點，如圖3-10所示：圖3-109012三極管圖3-10中的引腳中，1是發(fā)射極，2是基極，3是集電極。9012的參數(shù)如下：集電極-基極電壓Vcbo:-40V；工作溫度：-55度to+150度；和8050（NPN）相對；Pcm=1W；Icm=1.5A；集電極反向擊穿電壓100V；集電極電流：1A。主要用途：開關(guān)應(yīng)用；射頻放大。3．6控制模塊硬件設(shè)計空氣的減濕方法很多，可以將室內(nèi)空氣溫度升高，則空氣的相對濕度便能降低，可見單純的加熱空氣也可以起到降低相對濕度的作用，然而這種方法并不能減少空氣的含濕量，并不是一種根本的減濕方法。結(jié)合高壓風(fēng)柜的組成特點，我們采取了冷卻減濕法，用表冷器處理空氣，當(dāng)表冷器的表面溫度低于空氣的露點溫度，空氣中的水蒸氣將凝結(jié)為水，從而降低空氣中的絕對濕度，使空氣減濕。當(dāng)空氣經(jīng)過表冷器后，盡管達(dá)到了除濕的目的。但是送風(fēng)溫度也相應(yīng)的降低，需要經(jīng)過電加熱加熱后，才能夠達(dá)到要求的送風(fēng)溫濕度。可以看出，溫度和濕度的控制采取的是兩種相對立的控制方式。因此需要針對不同的溫濕度環(huán)境，采取不同的空氣處理方式。送風(fēng)溫濕度控制主要有以下三種控制方式：(1)通過電動三通調(diào)節(jié)閥控制表冷器冷卻水的進(jìn)回水比例，從而對送風(fēng)溫濕度的粗調(diào)。(2)通過I組電加熱和II組電加熱的控制，進(jìn)行送風(fēng)溫度的粗調(diào)。(3)通過可調(diào)電加熱的控制，進(jìn)行送風(fēng)溫度的細(xì)調(diào)。常規(guī)的控制流程和存在的問題在高壓風(fēng)柜的送風(fēng)溫濕度的控制中，經(jīng)常采取的控制思路是：為了解決除濕問題，首先采取濕度優(yōu)先的方法，通過溫濕度傳感器檢測送風(fēng)濕度，當(dāng)濕度過高時，控制電動三通調(diào)節(jié)閥的開度,增大進(jìn)入表冷器的冷卻水,此時送風(fēng)溫濕度都會同時降低,然后通過固定電加熱進(jìn)行加熱，使溫濕度能夠達(dá)到所要求的值。這樣的做法雖然能夠滿足設(shè)計的要求,但是在相當(dāng)多的時候電動三通調(diào)節(jié)閥與固定電加熱會使產(chǎn)生的能量相互抵消，造成能源的浪費(fèi)。高壓風(fēng)柜的溫濕度控制是一個多變量的控制對象，溫度控制與濕度控制相互影響，且受外界干擾影響較大，溫度與濕度的關(guān)聯(lián)性比較強(qiáng),要想達(dá)到穩(wěn)定的溫濕度精度難度比較高。我們采用了串級控制與分程控制相結(jié)合的方法，盡量讓溫濕度達(dá)到比較滿意的精度，同時避免能源的浪費(fèi)。串級控制系統(tǒng)的引入能夠給整個控制系統(tǒng)帶來5個方面的改善：(1)迅速克服進(jìn)入副回路的擾動。(2)改善了主控制器的廣義對象的特性。(3)容許副回路內(nèi)各環(huán)節(jié)的特性在一定范圍內(nèi)變動而不影響整個系統(tǒng)的控制品質(zhì)，也可以減少控制閥流量特性不合適帶來的效應(yīng)。(4)得以更精確的控制操作變量的流量。(5)得以實現(xiàn)更靈活的控制方式，主控制器在必要時可以切除。與簡單控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)增加了一個檢測元件、一個變送器和一個控制器，對于高壓風(fēng)柜而言，在原來系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個回風(fēng)溫度檢測點、一個溫度傳感器、一個PID控制器，從而構(gòu)成了以送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度為控制對象的溫度串級控制系統(tǒng),當(dāng)電子設(shè)備的發(fā)熱量發(fā)生變化時，回風(fēng)溫度傳感器可比送風(fēng)溫濕度傳感器更快的覺察到這一變化，結(jié)果是使送風(fēng)溫濕度能減少進(jìn)入副回路的擾動的影響。進(jìn)入副回路的2次擾動，會使回風(fēng)溫度的輸出有所變化，它推動了副PID控制器動作，這樣可以減少回風(fēng)溫度輸出的波動，也就可以使送風(fēng)溫度的輸出更加的平穩(wěn)，副回路起迅速的粗調(diào)作主回路起進(jìn)一步的細(xì)調(diào)作用。對高壓風(fēng)柜的串級控制方案出了優(yōu)越性，控制作用比簡單控系統(tǒng)更為及時，輸出更為平穩(wěn)。慮到節(jié)能的需求，避免電動三通調(diào)節(jié)閥的制冷與電加熱的加熱過程同時進(jìn)行，造成能源的浪費(fèi)，因此對三通閥與電加熱的控制采用分程控制的方法。分程控制系統(tǒng)的引入使控制手段更加的豐富，針對不同的工況可以采取不同的控制手段，并且擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，使得在小流量時有更精確的控制。我們把高壓風(fēng)柜的溫濕度控制的特點與分程控制系統(tǒng)的原理相結(jié)合，形成了高壓風(fēng)柜的溫濕度分程控制系系統(tǒng)。3．7電源模塊設(shè)計該系統(tǒng)采用的LM317芯片構(gòu)成穩(wěn)壓可調(diào)電源模塊。LM317是可調(diào)節(jié)的3端正電壓穩(wěn)壓器，此穩(wěn)壓器非常易于使用，此芯片具有內(nèi)部限流、熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償?shù)墓δ?，使之基本能防止燒斷保險絲，對電路起到了很好的保護(hù)作用。LM317的基準(zhǔn)電壓為1.25V，據(jù)此設(shè)計電源模塊，如圖3-11所示。圖3-11電源模塊設(shè)計通過調(diào)節(jié)R2電位器，改變R2/R1的值，從而改變輸出電壓。設(shè)計中取R1=220?，R2=10K。使得輸出電壓的范圍為1.25V-15V。此系統(tǒng)需要兩個這樣的模塊，分別調(diào)至輸出電壓+5V和+3.5V。4硬件電路的制作和調(diào)試4.1電路原理圖的設(shè)計

電路原理圖的設(shè)計主要是protel99se的原理圖設(shè)計系統(tǒng)（AdvancedSchematic）來繪制一張電路原理圖。在這一過程中，要充分利用protel99se所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能，來實現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。

網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計（SCH）與印制電路板設(shè)計（PCB）之間的一座橋梁，它是電路板自動的靈魂。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得，也可從印制電路板中提取出來。

印制電路板的設(shè)計主要是針對protel99se的另外一個重要的部分PCB而言的，在這個過程中，我們借助protel99se提供的強(qiáng)大功能實現(xiàn)電路板的版面設(shè)計，完成高難度的等工作。

原理圖設(shè)計過程：一、設(shè)計圖紙大小

首先要構(gòu)思好零件圖，設(shè)計好圖紙大小。圖紙大小是根據(jù)電路圖的規(guī)模和復(fù)雜程度而定的，設(shè)置合適的圖紙大小是設(shè)計好原理圖的第一步。二、設(shè)置protel99se/Schematic設(shè)計環(huán)境

包括設(shè)置格點大小和類型，光標(biāo)類型等等，大多數(shù)參數(shù)也可以使用系統(tǒng)默認(rèn)值。三、旋轉(zhuǎn)零件

用戶根據(jù)電路圖的需要，將零件從零件庫里取出放置到圖紙上，并對放置零件的序號、零件封裝進(jìn)行定義和設(shè)定等工作。四、原理圖布線

利用protel99se/Schematic提供的各種工具，將圖紙上的元件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號連接起來，構(gòu)成一個完整的原理圖。五、調(diào)整線路

將初步繪制好的電路圖作進(jìn)一步的調(diào)整和修改，使得原理圖更加美觀。六、報表輸出通過protel99se/Schematic提供的各種報表工具生成各種報表，其中最重要的報表是網(wǎng)絡(luò)表，通過網(wǎng)絡(luò)表為后續(xù)的電路板設(shè)計作準(zhǔn)備。

七、文件保存及打印輸出4.2PCB的設(shè)計流程一、繪制原理圖這是思電路板設(shè)計的前期工作，主要是完成原理圖的繪制，包括生成網(wǎng)絡(luò)表。雖然沒有原理圖也可以設(shè)計PCB，但很難保證不出邏輯錯誤；而利用原理圖的網(wǎng)絡(luò)表來設(shè)計PCB，只要原理圖繪制正確，那么PCB設(shè)計是絕對不會發(fā)生邏輯錯誤的。二、啟動PCB編輯器并設(shè)置參數(shù)啟動PCB編輯器后要設(shè)置參數(shù)，包括個點大小和類型、光標(biāo)類型。工作層、設(shè)計參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)計規(guī)則等。有些參數(shù)可以使用默認(rèn)值，有些參數(shù)一經(jīng)設(shè)置，以后就無須修改。三、定義板框定義板框的母的是把原件放置和走線限制在一個許可范圍內(nèi)，保證設(shè)計完成后的PCB實用，符合整機(jī)裝配要求。四、裝入網(wǎng)絡(luò)表和遠(yuǎn)見封裝庫網(wǎng)絡(luò)表是原理圖設(shè)計系統(tǒng)與PCB設(shè)計系統(tǒng)的接口。只有裝入網(wǎng)絡(luò)表，才能進(jìn)行自動布局和手動布線；而手工布局和布線也需要裝入網(wǎng)絡(luò)表，通過顯示的“飛線”來表示電路各元件間的連接關(guān)系，使設(shè)計工作順利進(jìn)行。與設(shè)計原理圖前必須先在原理圖編輯器里裝入原理圖庫一樣，PCB在設(shè)計前也要在PCB編輯器里裝入PCB元件封裝庫，否則PCB設(shè)計工作無法進(jìn)行。五、元件布局定義了板框、裝入網(wǎng)絡(luò)表和遠(yuǎn)見封裝庫后，系統(tǒng)就會自動向PCB編輯器調(diào)入元件封裝并以隊列方式排在板框外。把元件封裝排布、移動到指定位置的過程稱為布局。PCB編輯器具有自動布局功能，但建議使用手工布局，因為自動布局后依然需要手工調(diào)整。六、自動布線進(jìn)行自動布線前，應(yīng)先設(shè)置布線的有關(guān)參數(shù)。只要布局合理，布線有關(guān)參數(shù)設(shè)置適當(dāng)，自動布線的布通率幾乎是100%。七、手工調(diào)整自動布線的布通率幾乎為100%并不是說布線就合理，往往還需要進(jìn)行手工調(diào)整才能達(dá)到滿意的效果，因此，簡單電路的PCB設(shè)計還是最好采用手工布線。八、DRC檢查DRC（DesignRuleCheck）是指設(shè)計規(guī)則檢查，即PCB編輯器根據(jù)事先設(shè)置的設(shè)計規(guī)則來檢查電路板上的內(nèi)容是否符合要求。根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行修正后再次進(jìn)行DRC檢查，如此反復(fù)進(jìn)行，直至沒有錯誤為止。九、編輯絲印層經(jīng)過以上8個步驟，PCB上電路的邏輯關(guān)系和物理關(guān)系均達(dá)到了設(shè)計要求，而這一步是要調(diào)整絲印層上字符（包括元件標(biāo)號、釋義等）大小和位置，添加一些說明電路板安裝和使用時的一些文字說明、圖形標(biāo)記等。十、文件保存與輸出完成PCB設(shè)計后，除了要把設(shè)計文件保存在設(shè)計數(shù)據(jù)庫外，還要把設(shè)計文件導(dǎo)出設(shè)計數(shù)據(jù)庫，以提供給生產(chǎn)廠家制作；有時還要利用各種輸出設(shè)備將設(shè)計完成的PCB圖輸出。4.3系統(tǒng)的焊接和調(diào)試第一步，制作電源模塊；第二步，制作三個單片機(jī)最小系統(tǒng)和顯示電路；第三步，將其中兩個單片機(jī)作為下位機(jī)，接上溫度測量電路；第四步，連上無線模塊XL24L01,先讓兩個單片機(jī)間能夠單向傳輸，再雙向傳輸；第五步，接上按鍵選擇模塊，能夠讓上位機(jī)選擇某一個下位機(jī)將溫度信息傳輸過來并顯示；第六步，接上DHT11測濕度電路和報警電路，使功能完善。4.4硬件電路的制作和調(diào)試步驟一、第一步的制作和調(diào)試第一步制作電源模塊，根據(jù)之前設(shè)計的電路圖，焊接兩個這樣的模塊，因為該系統(tǒng)需要兩種電壓。接好線路以后，首先不要上電，檢查焊接情況，如果沒有錯誤，再給此模塊上電，連接+15V電源，調(diào)節(jié)電位器R2，測量輸出電壓，使之分別是+5V和+3.5V。二、第二步的制作和調(diào)試第二步是要焊接單片機(jī)最小系統(tǒng)和顯示電路，做完了以后，首先不上電，用萬用表檢查是否有短接、斷接和搭錯線路等問題，然后上電檢測。檢測的方法是讓數(shù)碼管顯示1234，如果能夠顯示說明這部分沒有問題，如果不能顯示，具體的檢查是哪一部分的問題。三、第三步的制作和調(diào)試第三步要完成的功能是能夠測量溫度。第一步制作完了，在其中選擇兩個作為下位機(jī)，分別接上DHT11測溫濕度電路。根據(jù)DHT11的工作時序編寫它的測溫程序，并加載進(jìn)單片機(jī)，判斷測溫工作是否能進(jìn)行，并且測量是否正確。四、第四步的制作和調(diào)試本系統(tǒng)溫濕度測量為無線傳輸，所以關(guān)鍵就是要打通上位機(jī)與下位機(jī)之間的通訊，采用的方法是：第一，上位機(jī)每隔2分鐘發(fā)送一次信息，就是發(fā)送數(shù)據(jù)1234，1號下位機(jī)就設(shè)置為接收狀態(tài)，一接收到信息就顯示接收數(shù)據(jù)；第二步，上位機(jī)先發(fā)送數(shù)據(jù)給1號下位機(jī)，然后上位機(jī)轉(zhuǎn)換成接收狀態(tài)，1號下位機(jī)接收到信息后就顯示出來，并把接收到的信息返發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)接到信息后再顯示接收到的信息。五、第五步的制作和調(diào)試第五步要分成兩個小步驟進(jìn)行。第一，兩個單片機(jī)之間能夠雙向傳輸了，接上按鍵選擇電路，讓上位機(jī)選擇將信息傳輸給哪個下位機(jī)。若按下KEY1鍵就將信息發(fā)送給1號下位機(jī)，1號下位機(jī)接收到信息后再將信息返回給上位機(jī)；若按下KEY2鍵就將信息發(fā)送給2號下位機(jī)，2號下位機(jī)接收到信息后再將信息返回給上位機(jī)。完成這一步，三個單片機(jī)之間就都能通訊了。第二，將三個單片機(jī)之間的通訊打通以后，下位機(jī)加入測溫程序，當(dāng)上位機(jī)將命令發(fā)送給下位機(jī)后，下位機(jī)將當(dāng)前的測溫結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。六、第六步的制作和調(diào)試第六步也要分成三個小步驟進(jìn)行。第一，將測濕度的電路也加進(jìn)下位機(jī)，首先加載測濕程序，觀察測濕功能是否能實現(xiàn)以及測濕的精度。第二，將測濕程序加入下位機(jī)程序中，當(dāng)上位機(jī)需要溫濕度信息值時，下位機(jī)能夠?qū)⑿畔鬏斀o上位機(jī)。第三，在上位機(jī)中接入報警電路，當(dāng)上位機(jī)收到下位機(jī)傳送過來的信息值時，將此與限定值比較，根據(jù)情況發(fā)出警報。至此，本系統(tǒng)的軟硬件制作就都完成了。結(jié)論經(jīng)過一個學(xué)期時間的畢業(yè)設(shè)計資料準(zhǔn)備和設(shè)計基本完成了畢業(yè)設(shè)計，本次畢業(yè)設(shè)計課題最終實現(xiàn)了一套比較完整的無線大棚環(huán)境報警系統(tǒng)。在實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸方案的功能基礎(chǔ)上，設(shè)計了系統(tǒng)的總體架構(gòu)，然后描述了系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)顯示的單片機(jī)程序設(shè)計。本系統(tǒng)是通過單片機(jī)控制無線芯片XL24L01模塊實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，通過液晶顯示屏進(jìn)行顯示，并在上位機(jī)利用可視化編程技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測報警控制。它是以STC89C52單片機(jī)為控制單元，以無線收發(fā)模塊XL24L01完成溫度數(shù)據(jù)的無線接收，通過液晶顯示屏進(jìn)行顯示，實現(xiàn)溫濕度的無線接收、顯示和溫度的實時監(jiān)測報警控制。本系統(tǒng)仍存在很多細(xì)節(jié)方面的不完善及可改善之處有待完善。參考文獻(xiàn)李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2005李華.MCS-51系列單片機(jī)實用接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，19933劉明.基于DS18B20多點溫度采集[J].電子元件與材料，2005年2月第2期4王曉東.用軟硬件的方法實現(xiàn)對PT的解碼[J].山西電子技術(shù)，2008年第5期5周月霞，孫傳友.DS18B20硬件連接及軟件編程[J].傳感器世界，2001年12月6明德剛.DS18B20在單片機(jī)溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].貴州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006年2月第23卷第1期7張開生，郭國法.MCS-51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機(jī)信息（嵌入式 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