农业温室大棚参数无线监控系统设计毕业论文(编辑修改稿)

农业温室大棚参数无线监控系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

主机发送 得 开始信号 时 ,DHT11 传感器将 不会主动进行 一次 温湿度采集 .采集数据后 ， 转 为 低速模式。 （ 1） DHT11 传感器 上电 之 后，测试环境 的 温 度与 湿度数据，并 且 记录数据，同时 DHT11传感器 的 DATA 数据线由上拉电阻拉高 并且 一直保持 着 高电平；此时 DHT11 传感器 的 DATA 引脚处于 为 输入状态，时刻检测 着 外部信号。 （ 2）微处理器的 I/O 设置为输出 且 输出 为 低电平且低电平保持时间不能小于 18ms，然后微处理器的 I/O 设置位输入状态，由于上拉电阻 的原因 ，微 型 处理器 得 I/O 即 DHT11 传感器的 DATA 数据线也随之 就 变高，等待 DHT11 作出回答信号。 （ 3） DHT11 的 DATA 引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结束，延迟后DHT11 传感器 的 DATA 引脚处于输出 的 状态，输出 80us 的低电平为应答信号，紧接着输出 80us的高电平通知外设准备接受数据，微 型 处理器的 I/O 此时处于输入状态，检测到 的 I/O 有低电平（ DHT11 回应信号）后 ，等待 80us 的高电平后的数据接收。 （ 4）由 DHT11 的 DATA 引脚输出 40 位数据，微 型 处理器根据 I/O 电平的变化接收 40 位数据，位数据“ 0”的格式为： 50us 的低电平和 2628us 的高电平；位数据“ 1”的格式为： 50us的低电平加 70us 的高电平。 测量分辨率 测量分辨率分别为 8bit（温度）、 8bit（湿度）。 电气特性 VDD=5V， T = 25℃，除非特殊标注 表 电气特性表 参数 条件 min typ max 单位 供电 DC 3 5 V 供电电流 测量 mA 平均 1 mA 待机 100 150 uA 采样周期 秒 1 次 无线模块设计 NRF24L01 是一款新型 的 单片射频收发器件，工作 在 GHz ～ GHz ISM 频段 内。 内置 了陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 48 页 频率合成器 、 晶体振荡器 、 功率放大器 和 调制器等功能模块，并融合了增强型 Shock Burst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。 NRF24L01 功耗低，在以 6dBm 地 功率发射时，工作电流也只有 9 mA；接收时，工作电流 且 只有 mA，多种低功率工作模式 包括 掉电模式和空闲模式 ， 使节能设计更方便 [16]。 主要特点 1． GFSK 调制， 硬件集成 OSI 链路层 2．具有自动应答和自动再发射功能 3．片内自动生成报头和 CRC 校验码 4．数据传输率为 l Mb/s 或 2Mb/s 5． SPI 速率为 0 Mb/s～ 10 Mb/s 6． 125 个频道与其他 nRF24 系列射频器件相兼容 7． 双通道数据接收，内置环行天线，开阔地无干扰条件通信距离 2050 米 8． QFN20 引脚 4 mm 4 mm 封装 9．供电电压为 V～ V 引脚说明 图 nRF24L01 NRF2401 引脚排列如图 所示。 各引脚功能如下： CE：使 可以 发射或接收； CSN， SCK， MOSI， MISO： SPI 引脚端， 微 型 处理器 可 以 通过此引脚配置 NRF2401； IRQ：中断标志位； VDD：电源输入端 ； VSS： 电源地 ； XC2， XC1：晶体振荡器 引脚 ； VDD_PA：为功率放大器供电，输出为 V； ANT1,ANT2：天线接口。 工作模式 通过配置寄存器可将 NRF2401 配置为接收、 发射 、 掉电、 空闲四种工作模式，如表 所陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 48 页 示： 表 工作模式 待机模式 1 主要用于降低电流 的 损耗，在 此 模式下晶体振荡器 必须 是工作的；待机模式 2则是在当 FIFO 寄存器为空且 CE=1 时进入此模式； 在 待机模式下所有配置字仍然 为 保留。 在掉电 的 模式下电流 得 损耗 为 最小，同时 NRF24L01 也 就 不工作 了 ，但其所有配置寄存器 地 值仍然保留 着。 工作原理 图 电路原理图 首先 发射数据时，将 NRF2401 配置为发射模式：接着把接收 节点 地址 TX_ADDR 和有效数据 TX_PLD 按照时序由 SPI 口写入 NRF2401 的 缓存区， TX_PLD 必须在 CSN 为低时连续写入，而 TX_ADDR 在发射时写入一次 方 可，然后 CE 置为高电平 且 保持至少 10us，延迟 130us 后发模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器状态 接收模式 1 1 1 发射模式 1 0 1 数据在 TX FIFO 寄存器中 发射模式 1 0 1→ 0 停留在发送模式，直至数据发送完 待机模式 2 1 0 1 TX_FIFO 为空 待机模式 1 1 0 无数据传输 掉电 0 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 48 页 射数据。 若自动开启应答，那么 NRF2401 在发射数据后 马上 进入接收模式， 立刻 接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址 TX_ADDR 一致 ）。 如果 可以 收到应答 信号 ，则认为通信成功， TX_DS 置高，同时 TX_PLD从 TX FIFO 中清除。 若 没有 收到应答 信号 ，则 将 自动重新发射 此 数据 ( 自动重发已开启 )，若重发次数 ( ARC )达到上限 时 ， 将 MAX_RT 置高， TX FIFO中数据保留以便再次重发； MAX_RT 或 TX_DS 置高时，使 IRQ 变低，产生中断，通知 MCU,最后发 送 成功时 ,如果 CE 为低则 NRF2401 则将 进入 到 空闲模式 1； 如果 发送堆栈中有数据且 CE为高 时 ，则进入 到 下一次 的 发射。 如果 发送堆栈中 没有 数据且 CE 为高 时 ，则 将 进入 到 空闲模式2。 首先接收数据时 ,将 NRF2401 配置为接收模式，接着延迟 130us 进入 到 接收状态 着 等待数据 得 到来。 当接收方检测到有效 得 地址和 CRC 时，就将 数据包 存储 到 RX FIFO 之 中， 于此 同时 将 中断标志位 RX_DR 置 为 高， IRQ 变 为 低产生中断， 通知 MCU 去 接收 数据。 如果 此时 的 自动应答开启 后 ，接收方则 于此 同时进入 到 发射状态回传应答信号。 如果 最后接收成功时，若 CE 变为 低，则 NRF2401 进入 到 空闲模式 1。 图 单片机与 nRF24L01 连接图 配置字 SPI 口为同步串行通信接口，最大 的 传输速率 达到 10 Mb/s，传输时 首 先传送低位字节，然后在 传送高位字节。 如果我们就 单个字节而言，要先送高位再送低位。 与 SPI 相关的指令一 共 就 有 8 个，使用时这些控制指令由 NRF2401 的 MOSI 输入。 相应的 数据 和状态信息是从 MISO输出 到 MCU[17]。 NRF24L0l 所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过 SPI 口访问。 nRF24L01 的配置寄存器共有 25 个，常用的配置寄存器如表 所示： 表 配置寄存器 地 址 （ H） 寄存器名称 功能 00 CONFIG 设置 nRF2401 工作模式 01 EN_AA 设置接收通道及自动应答 02 EN_RXADDR 使能接收 的 通道地址 03 SETUP_AW 设置地址宽度 陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 48 页 04 SETUP_RETR 设置自动重发数据时间和次数 07 STATUS 状态寄存器，用来判定工作状态 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 设置接收通道地址 10 TX_ADDR 设置接 收接点地址 11~16 RX_PW_P0~P5 设置接收通道的有效数据宽度 液晶显示装置设计 液晶简介 1602液晶也叫 1602 字符型液晶 屏 它是一种专门用来显示 数字 、符号、 字母 等的点阵型液晶模块。 它有若干个 5x7或 5x11等点阵字符位 构 成，每 一 个点阵字符位都可以显示一个字符。 每 一 位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到字符间距和行间距的作用，正因如此，它才 不能显示图形（用自定义 CGRAM显示效果也不好） 1602是指显示的内容为 16x2的 ,即可以显示两行，每 一 行 16 个字符液晶 模块 包括 显示字符和数字 ， 目前市面上字符液晶绝大多数 都 是基于 HD44780液晶芯片 地 ， 但其 控制原理 却 是完全相同 得 ，因此基于 HD44780 写 得 控制程序可以方便地应用于市 场 上 绝 大部分 得 字符型液晶。 1602LCD 主要技术参数： 显示容量： 16 2 个字符 芯片工作电压： 工作电流： () 模块最佳工作电压： 字符尺寸： (W H)mm VSS1VDD2V03RS4R/W5EN6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BLA15BLK16LCD1602P8LCD1602D0D1D2D3D4D5D6D710KR5123P10ENRSWRVCCGNDVCCGNDVoutGND 图 1602LCD 引脚图 引脚功能说明： 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 者 16 脚（带背光）接 口，各 个 引脚接口说明如下： 陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 48 页 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显示对比度调整端，接正电源时 ， 对比度最弱。 接地时 ， 对比度最高。 对比度过高时 将 会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时 就 可以读忙信号 了 ，当 RS为高电平 R/W 为低电平 时 就 可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳成低电平 的 时 候 ，液晶模块 则 执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 液晶显示原理 读写操作时序如图 和图 所示： 图 读操作时序 图 写操作时序 报警系统设计 本系统采用红 LED 灯作为光报警提示，当系统检测到的数据不符合给定的要求时，现场为红灯 绿灯 报警提示；如图 陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 48 页 图 报警系统电路图 陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 48 页 4 系统软件设计 本系统软件系统设计包括：系统初始化模块，数据采集模块，无线模块， 1602LCD 显示模块，报警模块。 系统软件总体流程图如图 ： 否 是 图 系统流程图 系统初始化模块 系统初始化模块的主要功能是完成系统的初始化以及设定系统的工作状态，初始化部分包括以下方面的内容： 初始化 温湿度监测 单片机处理 LCD 显示 范围判断 LCD 报警 无线信号发送 结束 开始 陕西理工学院毕业设计 第 18 页 共 48 页 液晶初始化及工作方式 数据采集模块 温 度和 湿度检测模块是本系统中的核心模块之一，它负责完成温湿度的测量 和 模拟量转换为数字量 得 全过程，这 就 是它为什么重要的原因。 数字式温 度 湿度传感器 DHT11 直接把检测到的模拟量转化为数字量送给单片机， 然后再 经过单片机 得 处理，把温湿度值显示 到 1602 液晶。