毕业论文-智能温室控制系统设计(编辑修改稿)

毕业论文-智能温室控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

5 供电范围为 之间，超出这个范围就会烧毁 nRF905 模块。 （ 2） nRF905 的引脚可与 5V 单片机的 I/O 口直接相连， VCC 和接地端除外。 （ 3） 没有 SPI 接口的单片机可以模拟 SPI。 （ 4） 与 51 系列单片机 P0 口相连时，需加 10K 的上拉电阻。 nRF905 工作方式 nRF905 有两种工作模式和两种节能模式。 两种工作模式分别 ShockBurstTM 接收模式和 ShockBurstTM 发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。 nRF905 的工作模式由 TRX_CE、 TX_EN 和 PWR_UP 三个引脚决定 ，其工作模式 如表 32 所示。 表 32 nRF905 工作模式 PWR_UP TRX_CE TX_EN 工作模式 0 X X 关机模式 1 0 X 空闲模式 1 1 0 接收模式 1 1 1 发送模式 nRF905 发送 流程 典型的 nRF905 发送流程分以下几步： A． 微控制器通过 SPI 接口按时序把地址和数据发送给 nRF905； B． PWR_UP=1, TRX_CE=1 ,TX_EN=1 启动发送模式； C． nRF905 开始发送数据； D． AUTO_RETRAN 被置高， nRF905 不断重发， 直到 TRX_CE 被置低； E．当 TRX_CE 被置低， nRF905 发送过程完成，自动进入空闲模式 ； nRF905 接收流程 A． TRX_CE= TX_EN=0， nRF905 进入接收模式； B． 等待 650us， nRF905 不断监测，等待接受数据； C． 若从机上的 nRF905 检测到 的 载波 频段与自身的相同时 ， CD=1； D． 若接收地址与自身 地址匹配 ， AM=1； E．当一个数据包接收完毕 后 DR=1； F． TRX_CE=0， nRF905 等待下一次接收数据 ； G． 数据通过 SPI 口以一定速率进入微控制器 ； H． 若 数据接收完 成 ， DR=0 ， AM=0； 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 nRF905 模块配置 1)SPI 接口寄存器配置 SPI 接口由 5 个寄存器组成，其中状态寄存器存储 AM 和 DR 引脚信息，射频和输出功能信息由射频配置寄存器保存，接收机地址和数据字节数信息由发送地址寄存器保存，待发送的数据信息由发送数据寄存器保存，要接收的数据字节数等信息由接收数据寄存器保存。 2)SPI 指令设置 SPI 接口的指令如表 33 所示。 表 33 SPI 串行接口指令设置 指令名称 指令格式 操作 WC 0000AAAA 写配置寄存器 RC 0001AAAA 读配置寄存器 WTP 00100000 写 TX有效数据 132字节写操作全部从字节 0开始 RTP 00100001 读 TX有效数据 132字节读操作全部从字节 0开始 WTA 00100010 写 TX地址 14字节写操作全部从 0字节开始 RTA 00100011 读 TX地址 14字节读操作全部从字节 0开始 RRP 00100100 读 RX有效数据 132字节读操作全部从字节 0开始 CC 100pphccccccccc 快速配置寄存器 nRF905 与单片机的硬件连接原理图 nRF905 与单片机的硬件连接原理图如图 33 所示。 图 33 nRF905 与单片机的硬件连接原理图 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 温度传感器 DS18B20 DS18B20 主要特性 （ 1） 供电 范围： ,在寄生电源方式下可由数据线供电。 （ 2） 在使用中不需要任何外围元件。 （ 3） 独特的单总线接口方式 只 需要一 根 信号线即可实现 单片机 与 DS18B20 的通信。 （ 4） 测温 范围 :55176。 C~+125176。 C,在 10~+85176。 C 时精度为 177。 176。 C。 （ 5） 分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 176。 C 、 176。 C 、 176。 C 和176。 C ，可实现高精度测温。 （ 6） 在 9 位分辨率时最多在 内把温度值转换为数字， 12 位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字。 （ 7） 多个 DS18B20 可以 挂在一根数据线上 ，实 现 多点测温。 DS18B20 的外部结构 DS18B20 采用如图 34 所示的 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装。 图中管脚定义如下： （ 1） I/O:数字信号输入输出端。 （ 2） GND：电源地。 （ 3） VDD：外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 图 34 DS18B20封装 DS18B20 的数据处理 DS18B20 的高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配见表 34，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以 2 字节补码形式存放到高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。 单片机可通过单 总 线接口读取到该数据，读取时低位在前，高位在后。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 表 34 字节分配 功能 0 温度转换后的低字节 1 温度转换后的高字节 2 高温度触发器 TH 3 低温度触发器 TL 4 配置寄存器 5 保留 6 保留 7 保留 8 CRC 校验寄存器 表 35 所列是 DS18B20 温度采集转化后得到的 12 位数据，存储在 DS18B20 的两个 8bit的 RAM 中，二进制的前 5 位是符号位，如果测的温度大于或等于 0，这五位为 0，只要将测得数值乘以 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这五位为 1，测的数值需要取反加 1 再乘以 即可得到实际温度。 单片机对 DS18B20 的访问流程是：先对 DS18B20 初始化，再进行 ROM 操作命令，最后才能 进行 存储器操作 和 数据 操作。 DS18B20 的 操作要遵循 一定的 工作时序和通信协议。 如 单片 机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程， 要经过以下几个步骤 ： 对 DS18B20读写之前先进行复位 ， 再发送 ROM 指令，最后发送 RAM 指 令。 DS18B20 有六条控制命令 ,如表 36 所示。 表 35 DS18B20 部分温度数据表 温度 / C 16 位二进制编码 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 表 36 DS18B20 控 制命令 指令 约定代码 操作说明 温度转换 44H 启动 DS18B20 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TL、 TH 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、 TL 字节写到 E2RAM 中 重新调 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、 TL 字节写到暂存器 TH、TL 字节 读电源供电方式 B4H 发送电源供电方式给 CPU 单片机与 DS18B20 的硬件连接原理图 单片机和 DS18B20 的硬件连接图见图 35， DS18B20 的单总线 DQ 与单片机 STC89C51的 端口连接，另加一个上拉电阻。 详细原理图见附录 1。 图 35 单片机和 DS18B20 的硬件连接图 湿度传感器 DHT11 DHT11 接口说明 DHT11 引脚图 如图 36 所示。 图 36 DHT11引脚图 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 DHT11 引脚说明如表 37 所示。 表 37 DHT11引脚说明 Pin 名称 注释 1 VDD 供电 2 DATA 串行数据单总线 3 NC 空脚，悬空 4 GND 接地 DHT11 与单片机的硬件连接 DHT11 与单片机的硬件 连接图如图 37 所示。 图 37 单片机与 DHT11 湿度传感器 硬件连接图 液晶显示模块 控制器接口说明 各引脚符号及功能如表 38 所示。 表 38 接口信号表 引脚编号 引脚名称 引脚功能 147 D7D0 数据线 6 E 片选信号，写数据控制 5 R/W 读 /写方向控制信号，低电平为写入，高电平为输出 4 RS 寄存器选择信号 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 11 续表 38 3 V0 驱动电压调节 2 VDD +5V 1 VSS 地线 15 V 背光电压负端（ GND） 16 V+ 背光电压正端（ +5V） 基本时序操作 (1)读状态：输入： RS=L， RW=H， E=H 输出： D0~D7=状态字 (2)写指令：输入： RS=L， RW=L， D0~D7=指令码， 输出：无 (3)读数据：输入： RS=H， RW=H， E=H 输出： D0~D7=数据 (4)写数据：输入： RS=H， RW=L， D0~D7=数据， 输出：无 显示数据存储器（ DDRAM） LCD 控制器的指令系统规定，在发送待显示字符代码的指令之前，先要送 DDRAM 的地址，实际上是待显示的字符 所要 显示 的 位置。 若 LCD 为双行字符显示，每行 40 个显示位置，第一行地址为 00H～ 27H；第二行地址为 40H～ 67H。 双行显示的 DDRAM 地址与显示位置的对应关系见表 39。 表 39 双行显示的 DDRAM 地 址与显示位置的对应关系 显示位置 1 2 3 4 5 6 7 …… 39 40 DDRAM Line1 00H 01H 02 H 03 H 04 H 05 H 06 H …… 26 H 27 H 地址 Line2 40 H 41 H 42 H 43 H 44 H 45 H 46 H …… 66 H 67 H LCD1602 控制命令字设置 LCD1602 控制命令字设置如表 310 所示。 表 310 LCD1602 控制命令字设置 命令字 功能 0x38 设置显示模式 0x06 光标和显示开关设置 0x80 数据指针设置 0x01 清屏 0x02 显示回 车 单片机与 LCD1602 的硬件连接原理图 本设计选用 STC89C51 单片机的 P2 口 和 P3 口的一部分 ， LCD1602 采用 8 位数据线工作方式。 STC89C51 的 P2 口与 LCD1602 的 8 位数据线连接 ， STC89C51 的 P3 口的 、 端口分别与 LCD1602 的使能端口、读 \写选择端口连接。 硬件连线原理图见图 38，LCDl602 的 RW 选择接地，详细原理图见附录 1。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 12 图 38 单片机与 LCD1602 的硬件连接原理图 控制执行单元的设计 在本系统 中控制执行单元的作用是接受从机的控制命令以弱电控制强电设备，由于温室中的控制设备大多为强电设备，直接用单片机控制不能驱动这些设备，故需要一个中间设备来驱动它们。 本系统控制执行单元的设计思想是将继电器放在驱动设备的主回路中，用单片机控制继电器的通断来间接控制加热器、喷淋器、排风扇的电源通断从而达到调节温室温湿度的效果。 本设计选用的继电器型号为 HK3FFDC5VSHG，该继电器可以用小电压控制 220V 的强电符合设计的要求。 由于单片机的驱动电流很小，故需要在继电器与单片机之间加一个三极管起放大信号的作用 ,其原 理图如图 39 所示。 图 39 控制执行单元原理图 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 13 PC 机与单片机之间的 RS485 通信 本系统中温室中的温湿度数据需要经过远距离传输才能传送到计算机，传统的 RS232通信方式不能满足远距离传输的要求。 RS485 通信最大传输距离能达到 1219m，最大传输距离能达到 10Mb/s，在 100Kb/s 的传输速率下能达到最大传输距离符合本系统的设计要求。 RS48。