大棚温室环境监测系统设计(编辑修改稿)

大棚温室环境监测系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

片。 无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。 输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。 几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。 极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为0dBm ，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。 小体积，QFN20 4x4mm封装　 　宽电压工作范围，~，输入引脚可承受5V电压输入　 　工作温度范围：40℃～+80℃　 　工作频率范围：～　 　发射功率可选择为0dBm、6dBm、12dBm和18dBm。 数据传输速率支持1Mbps、2Mbps。 低功耗设计，，掉电模式时仅为900nA。 126个通讯通道，6个数据通道，满足多点通讯和调频需要　 　增强型“ShockBurst”工作模式，硬件的CRC校验和点对多点的地址控制。 数据包每次可传输1～32Byte的数据。 4线SPI通讯端口，通讯速率最高可达8Mbps，适合与各种MCU连接，编程简单。 可通过软件设置工作频率、通讯地址、传输速率和数据包长度　 MCU可通过IRQ引脚快判断是否完成数据接收和数据发送。 nRF24L01 可以兼容nRF2401A、nRF24L01+、nRF24LEnRF24LU1等无线模块。 nRF24L01+nRF24L01+（或称nRF24L01P）是nRF24L01的低功耗优化版，同时增加了250Kbps通讯速率的支持。 nRF24L01与nRF24L01+之间可互用代码（除极少部分需要修改外）和互相通讯 nRF2401AnRF2401A与nRF24L01和nRF24L01+之间可完成相互通讯，前提是它们之间必须工作在相同的工作模式下。 比如工作频率、传输速率、地址、数据包长度和CRC校验方式。 nRF24LE1nRF24LEnRF24LU1也可以同nRF24L01之间完成通讯。 通讯建立条件同nRF2401A。 结合本系统实际情况本案选用nRF24L01无线收发模块。 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准熟悉信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。 传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。 因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。 每个DHT11传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。 校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。 单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。 超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。 产品为4针单排引脚封装，连接方便。 DHT11性能供电电压：~ DC 　输 出：单总线数字信号 测量范围： 湿度2090%RH， 温度0~50℃ 测量精度： 湿度+5%RH， 温度+2℃ 分 辨 率： 湿度1%RH， 温度1℃ 互 换 性： 可完全互换 ， 长期稳定性： 177。 1%RH/年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 无需额外部件 超长的信号传输距离 超低能耗 4引脚安装 完全互换DHT11温湿度传感器集成了温度传感器、湿度传感器，集成度更高，使用方便成本较低。 很大程度上简化了系统设计流程。 因此本案选用DTH11温湿度传感模块。 ＴＧＳ４１６０二氧化碳传感器是ＦＩＧＡＲＯ（弗加罗）公司生产的固态电化学型气体敏感元件。 这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性可广泛用于自动通风换气系统或是ＣＯ２气体的长期监测等应用场合。 但是，由于ＴＧＳ４１６０的预热时间较长（一般为２小时），所以，该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。 此外，为了方便客户使用，ＦＩＧＡＲＯ公司还专门设计了带温度补偿的传感器处理模块ＡＭ－４。 该模块采用微处理器进行控制，ＣＯ２气体浓度的输出信号电平为０．０～３．０Ｖ，相当于０～３０００ｐｐｍ的浓度，并有中继转接控制口，可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。 TGS4160传感器的主要技术参数如下：测量范围：０～５０００ｐｐｍ；使用寿命：２０００天；加热器电压：５．０177。 ０．２ＶＤＣ；加热器电流：２５０ｍＡ；加热器功耗：１．２５Ｗ；内部热敏电阻（补偿用）：１００ｋΩ177。 ５％；使用温度：－１０～＋５０℃使用湿度：５～９５％ＲＨ；产品尺寸：最大外径Φ２４ｍｍ，高２４ｍｍ，引脚长５．８ｍｍ。 TGS4160二氧化碳传感器是一种内含热敏电阻的混合式CO2敏感元件。 该元件在两个电极之间充有阳离子固体电解质。 它的阴极由锂碳酸盐和镀金材料制成，而阳极只是镀金材料。 该敏感元件的基衬是用对苯二酯聚乙烯和玻璃纤维加固，然后采用不锈钢网做圆柱型封装。 元件的内层采用１００目双层不锈钢网套在镀镍铜环上，并用高强度树脂粘合剂与基衬固定在一起。 其外层顶盖上又罩上了一层６０目的不锈钢网。 为了达到降低干扰气体影响的目的，TGS4160在内外两层不锈钢网之间还填充有吸附材料（沸石）。 传感器的６个引脚通过０．１ｍｍ的箔导线与内部相连。 其等效的内部结构见图１所示。 图中，阳极与传感器的第３脚Ｓ（＋）相连，阴极与传感器的第４脚Ｓ（－）相连，Ｐｔ加热器与传感器的第１，６脚相连，内部热敏电阻与传感器的第２，５脚相连。 内部热敏电阻的作用是通过该电阻探测环境温度，以便对该传感器进行温度补偿，从而使校正后的测量值更加准确。 图1 TGS4160等效内部结构结合本设计实际情况本案选用TGS4160模块。 本案中终端数据传输是指数据接收终端（PC下位机）到显示设备之间的数据传输。 方案一：采用串口传输方案二：采用USB线缆传输考虑到USB 接口设备的优点是即插即用、支持热插拔、传输速度快、可通过扩展连接多达127个 USB 设备，不用担心 USB 加密锁与打印机等外设的冲突。 使用更方便。 综合本案特点所以选用方案二采用USB传输数据。 本案中的终端显示是指本系统的实时监测数据显示。 方案一：采用液晶屏显示方案二：利用PC机窗口显示显示PC机窗口显示具有造价低、使用方便、维护简单（比如可以多窗口显示便于系统集成等利于综合管理等）成本低廉等特点。 综合考虑本案采用PC机窗口显示方案。 ~， V～ V。 为了尽量的节省成本提高电源效率和系统的低功耗。 因此本方案采取以下供电方案① （包含24L01）②  AD转换电路模块AD的原理及结构（此处DAC改为ADC）D/A转换器的作用是把数字量信号转换成于此数字量成正比的模拟信号，为单片机在模拟环境中的应用提供了一种数据转换接口。 目前单片机使用的D/A转换电路多是以集成D/A芯片的形式出现的，其转换时间一般在几十纳秒到极为秒之间，转换精度按芯片位数分为8位，10位，12位，16位等。 下文以ADC0809简单介绍ADC工作的原理ADC0809是目前应用较为广泛的8位D/A转换芯片之一，单电源供电，从+5V～+15V均可正常工作，电流建立时间为1us，CMOS工艺，低功耗20mW，可双缓冲、单缓冲或直接数字输入。 具有与微机接口简便，转换控制容易，使用灵活等优点。 以下为ADC0809与单片机之间的借口与时序操作图图5 从它的借口图与时序看到ADC0809工作是需要接外部振荡器与门非门等外围器件，采用该方案会造成系统过于复杂增加系统成本降低抗干扰能力。 加上其分辨率只有8位因此本设计方案中不采用该ADC采用C 8051F 内部ADC。 C8051F内部ADCC8051F系列内部都有一个ADC子系统。 除C8051F230/1/6之外由逐次逼近型ADC多通道模拟输入选择器和可编程增益放大器组成ADC工作在100ksps的最大采样速率时可提供真正的8位10位或12位精度ADC完全由CIP51通过特殊功能寄存器控制系统控制器还可以关断ADC以节省功耗。 其内部还有一个可编程增益放大器。 A/D转换可以有4种启动方式软件命令定时器2溢出定时器3溢出或外部信号输入允许用软件事件硬件信号触发转换或进行连续转换一次转换完成后产生一个中断或者用软件查询来判断转换结束在转换完成后数据字被锁存到特殊功能寄存器中对于10位或12位ADC可以用软件控制数据字为左对齐或右对齐格式由上可知C8051F的内部ADC最高分辨率为10为而ADC0809只有8位而且采用内部ADC无需复杂的外围电路设计加上其多种灵活的ADC触发转换方式为系统的低功耗设计提供了可能，这种有点特别是对工作在复杂环境中的移动设备具有重要意义。 低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三大重要特征和优势[3]。 首先，低成本是短距离无线通信的客观要求，因为各种通信终端的产销量都很大，要提供终端间的直通能力，没有足够低的成本是很难推广的。 其次，低功耗是相对其他无线通信技术而言的一个特点，这与其通信距离短这个先天特点密切相关，由于传播距离近，遇到障碍物的几率也小，发射功率普遍都很低，通常在1毫瓦量级。 短距离无线通信技术的范围很广，在一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，并且传输距离限制在较短的范围内，通常是几十米内，就可以称为短距离无线通信。 目前几种主流的短距离无线通信技术包括：高速WPAN技术；UWB高速无线通信技术，包括MBOFDM、DSUWB；WirelessUSB是一个全新无线传输标准，可提供简单、可靠的低成本无线解决方案，帮助用户实现无线功能。 \Zigbee，Zigbee是一种低速短距离无线通信技术。 它的出发点是希望发展一种拓展性强、易建的低成本无线网络，强调低耗电、 双向传输和感应功能等特色。 ，其物理层的标准可能采用低速UWB技术。 ，大多数标准的制订工作还由蓝牙开发小组SIG负责[4]。 RFID是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输性来实现对被识别物体的自动识别。 RFID技术的发展得益于多项技术的综合发展，包括芯片技术、天线技术、无线技术、电磁传播技术、数据交换与编码技术等。 一套典型的RFID系统有电子标签、读写器和信息处理系统组成。 电子标签与读写器配合完成对被识别对象的信息采集功能；信息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。 高速WPAN，目前主要应用于连接下一代便携式消费和通信设备。 它支持各种高速率的多媒体应用、高质量声像配送、多兆字节音乐和图像文档传送等。 低速WPAN，主要用于家庭、工厂与仓库的自动控制，安全监视、保健监视、环境监视，军事行动、消防队员操作指挥，货单自动更新、库存实时跟踪以及游戏和互动玩具等方面的低俗应用。 无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。 主要技术指标： 　　1。 通讯方式：调幅AM。