蔬菜大棚温度检测系统设计

1、温室大棚温度测量系统设计摘要 温度控制是蔬菜大棚最重要的一个管理因素， 温度过高或过低， 都会影响蔬菜的生长。 传统 的温度控制是用温度计来测量， 并根据此温度人工来调节其温度。 但仅靠人工控制既耗人力， 又容易发生差错。为此， 现代的蔬菜大棚管理常需要温度自动控制系统，以简单方便、 快速 的的控制大棚的温度。本设计以 STC89C52RC单片机为控制中心，用 DS18B20 为温度检测传感器， NRF905 无线射 频芯片为传述单元并用 LCD1602 显示。由温度测量控制电路、键盘、显示电路、报警电路 等组成， 实现对大棚环境温度测量与控制， 用户可通过键盘设置需要报警的上下限值。 文中

2、从硬件和软件两方面介绍了温度控制系统，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。 并用 Keil 作为软件调试界面， PROTEUS作为硬件仿真界面， 实现了系统的总体调试， 结果表 明该系统能实现温度的自动测量和自动控制功能， 可将棚的温度始终控制在适合蔬菜生长的 温度围。关键词 : STC89C52RC，温度传感器， NRF905， LCD1602ABSTRACTFor the vegetable greenhouse, the most important management factor is the temperature control. If the temperature i

3、s too high or too low, the vegetables will be killed or stopped growing.Traditional temperature control is suspended a thermometer in greenhouse internal, the workers can regulate the temperature inside the greenhouse based on the temperature value. Now, the modern management of vegetable greenhouse

4、s usually uses automatic temperature to control system.The design use the STC89C52RC microcontroller as the control center, within DS18B20 for temperature detection element, including the temperature control circuit, keyboard, display circuit, alarm circuit, achieving the greenhouse environment, tem

5、perature measurement and control, the user can set the desired alarm through the keyboard. And using Keil as a software debugging interface, PROTEUSa s hardware emulation and debugging interface to achieve the overall system debugging, the results show that the system can realize automatic temperatu

6、re measurement and automatic control, So can always control the temperature of greenhouse for vegetable growth tesmperature range.KEY WORDS：STC89C52RC， temperature sensor ， NRF905， LCD16021 绪论1.1 背景及意义 蔬菜的生长与温度息息相关， 对于蔬菜大棚来说， 最重要的一个管理因素是温度控制。 温度 太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温度始终控制在适合蔬菜生长的围。为此， 智能的大棚温度控制系统已经

7、成为农民的迫切需要。最早的蔬菜大棚的温度监控方法无非是温度计查看， 然后是人工处理， 实时性差而且占用大 量的人工资源，又容易发生差错。大棚蔬菜的生长要受到环境中参数的影响。 如今大多数对大棚环境条件的监测与控制还是在 采用很久以前的人工管理方式， 这样很难避免的造成了测控误差时等缺点， 容易造成难以估 计的损失，结果浪费了人力、物力，而且很难达到很好的效果。目前， 随着蔬菜大棚的迅速增多， 人们对其性能特别提高生产效率的要求也越来越高， 人们 都迫切的希望大棚的生产实现自动化。 温室大棚是植物栽培生产中必不可少的设施之一， 温 度是衡量温室大棚的最重要的指标， 它直接影响到栽培作物的的生长和

8、产量， 为了能给作物 提供一个合适的生长环境，首要问题是加强温室的温度的监测控制。温室大棚是设施农业的重要组成部分， 大棚测控系统是实现大棚自动化、 科学化的基本保证。 计算机应用技术的发展， 也使得用计算机控制的方面也涉及到各个领域， 其中在大棚用单片 机控制温度是应用于实践的主要方面之一。影响作物生长发育的环境条件主要包括:温度、湿度、光照、 CO2 浓度、土壤等。所有这些环境条件之间相互有着密切的联系， 其中一个量的变化就会影响其它控制变量的变化。 作物 的生长发育是所有这些环境条件综合作用的结果， 而这其中有个最主要的环境影响就是温度 1。1.2 国外研究现状温室是一种可以改变植物生长

9、环境、 为植物生长创造最佳条件、 避免外界四季变化和恶劣气 候对其影响的场所。 它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料， 可在冬季或其他不适宜露 地植物生长的季节栽培植物。 温室生产以达到调节产期， 促进生长发育， 防治病虫害及提高 质量、 产量等为目的。 而温室设施的关键技术是环境控制， 该技术的最终目标是提高控制与 作业精度 1从国外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段 :1. 手动控制这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系统及执行机 构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器， 又是对温室作物进行管理的执行机构， 他们 是温室环境控

10、制的核心。 通过对温室外的气候状况和对作物生长状况的观测， 凭借长期积累 的经验和直觉推测及判断， 手动调节温室环境。 种植者采用手动控制方式， 对于作物生长状 况的反应是最直接、 最迅速且是最有效的， 它符合传统农业的生产规律。 但这种控制方式的 劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要，而且对种植者的素质要求较高。2. 自动控制这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数， 计算机根据传感器的实际 测量值与事先设定的目标值进行比较， 以决定温室环境因子的控制过程， 控制相应机构进行 加热、 降温和通风等动作。 计算机自动控制的温室控制技术实现了生产自动化， 适合规模化 生产，

11、 劳动生产率得到提高。 通过改变温室环境设定目标值， 可以自动地进行温室环境气候 调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时做出反应， 难以介入作物生长的在 规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方 式。3. 智能化控制这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上， 通过总结、 收集农业领域知识、 技术和各种 试验数据构建专家系统， 以建立植物生长的数学模型为理论依据， 研究开发出的一种适合不 同作物生长的温室专家控制系统技术。 温室控制技术沿着手动、 自动、 智能化控制的发展进 程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着

12、基于作物 生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势 发展。我国现有大型温室面积约 10000 公顷，其型的连栋塑料温室约占 2/3 以上，其余为玻璃温室。 建设在南方的大型温室以生产花卉为主， 北方的则以栽培蔬菜为主。 少部分温室用于栽培苗 木。基本格局是北方地区以固体基质培为主， 华东地区以营养液膜技术浅水培为主。 少部分 温室用于栽培苗木。而随着温室大棚的发展， 环境控制计算机模拟模型、 作物生长发育规律模拟模型研究向实用 化方向发展，温室复合环境优化控制研究一直是各国温室技术研究的核心。1.3 选题的目的和意义温室是观赏植物栽培生产中必不可少的设施

13、之一， 不同种类观赏花卉对温度及湿度等生长所 需条件的要求也不尽相同， 为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、 良好的生存环境， 以提 早或延迟花期， 最终将会给我们带来巨大的经济效益。 随着现代科技的发展， 电子计算机已 用于控制温室环境。该系统可自动控制加热、降温、通风。根据需要，通过按键将温度信息 输入 MCU，根据情况可随时调节环境。温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用， 是设施栽培高新技术的体现。 智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、 规化。 因此智能 温度传感器是蔬菜大棚温度自动测控系统的发展趋势。本文将使用 8051 型单片机对温度及湿度控制的基本原理实例化，利用现有资

14、源设计一个实 时控制温室大棚温度、 湿度等的控制系统。 目的是通过这次毕业设计， 让我们将课本知识与 实践相结合， 更加深刻的理解自动控制的运作模式及意义， 也能够将所学知识和技能更多的 运用于生活和工作中，学以致用。2.总体设计方案2.1 系统的特点及设计思路2.1.1 系统设计特点目前，我国农村使用的简易日光温室绝大部分采用手动控制 ,生产效率低下，单 位产品的生产成本偏高。 随着温室产业的发展， 温室作物趋向于多样化， 对温室 的控制要求也随之提高， 手动控制因其控制精度低已开始不能满足温室生产的需 求，需要设计一种控制器减少手动控制。 而当今国常见的智能温室系统都是采用 工控机或者 P

15、LC方案，价格昂贵 ,较大部分用户经济能力承受不起。因此，在系 统的设计过程中要充分考虑用户的经济承受能力，减少温室设计中的各种成本 , 提高劳动生产率， 这在温室上具有较为深远的意义。 为此， 针对简易日光温室对 温度、湿度以及光照度等环境因素的控制要求，设计和开发了基于 STC89C52RC 单片机的低成本温室检测系统。2.1.2系统设计思路 系统主要分为检测部分、传输部分、显示部分、处理及报警部分。本次设计的主 要思路是利用传感器采集温度， 把采集到的数字信号传给单片机， 再用嵌入式射 频无线收发一体型芯片把采集到的信号打包发射出去， 另一端利用嵌入式射频无 线收发一体型芯片接收信号，

16、把接收到的信号进行处理在 LCD1602上显示并传给 上位机，在上位机上进行保存、处理和显示。如图 2-1 所示。数字式温度传感器单片机无线模块图 2-1 系统总体框图2.2 主要元器件选择2.2.1 传感器选择 一般情况下，对于温湿度传感器的选择，一般回遵循一下的几个原则： 1测量围及测量精度是否在用户要求的围之。测量的目的是为了进行控制，所 以要求所检测出来的数据在正常需求围。 同时，由于在不同的环境下， 对于精度 控制有着不用的要求，这就要求我们和根据实际应用环境选择合适的器件。 2测量元件检测的数据是否稳定可靠。一般说来，工业环境比较复杂，受外界 环境影响比大，传感器工作一段时间后，可

17、能会由于受电磁、空气粉尘、毒性气 体等影响，导致测量结果会产生一定的偏差。 在使用设计时， 应充分考虑如何保 证传感器如何长时间有效工作。3测量元件的开发难易程度和价钱是否合理。在实际应用中，应综合考虑设计 成本，尽量在满足测量需求的前提要降低开发时间和设计成本。方案一：采用热敏电阻，可满足 40 90的测量围，但热敏电阻精度、重复性、 可靠性都比较差 ,对于检测小于 1的温度信号是不适用的。方案二：采用温度传感器 AD590。它具有较高的精度和重复性，相比于热敏电阻 精度有很大提高，非线性误差为 0.3，且检测温度围为： -55 +155，完全 满足要求，但设计电路时需要模数转换，较为麻烦。

18、方案三：采用 DS18B20。它是美国 DALLAS公司专利产品，它的测温围为 -55 +125，测温分辨率 05，设计电路简单，单总线方式接线，多个可以直接 并联。故选择 DS18B20。S18B20是新一代数字式温度传感器，具有独特的单总线接口方式，允许在一条 信号线上接数十甚至上百个数字式传感器， 从而使测温装置与各传感器的接口变 得十分简单，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的AD 转换器及其它复杂外围电路的缺点， 在设计时不需要进行模数转换。 也可通过总线供电， 组成的测 温系统简单，成本低、体积小、可靠性高、方便携带。它的测温围为 -55 +125， 测温分辨率 05，由于每一个

19、DS18B20出厂时都刻有唯一的序列号并存入 ROM中，因此 CPU可用简单的通信协议就可识别，从而节省大量的引线和逻辑电 路。2.2.2 单片机选择一般情况下，控制器的选择需要遵循以下几个原则：1控制器的基本性能参数是否满足设计需求。比如控制器的指令执行速度I/0口引脚数量、 程序存储器 (ROM、RAM的) 容量及是否支持外部扩展、 UART或者 SPI 口的数量、中断处理系统等是否满足设计要求。2控制器的工作电压及工作温度是否满足现场环境的要求。3开发成本是否相对物美价廉。当基本性能参数都基本满足后就必须要综合考 虑开发成本的问题， 开发周期的长短也对可移植性提出一定的要求， 最后还需考

20、 虑到系统是否容易维护及产品优化等问题。单片机作为系统的核心部件它的选择对整个系统起着很重要的作用。 目前较为广 泛应用的单片机有 51系列的 8 位、面向大数字信号处理领域的数字信号处理器 (DSP)、增强型的 16 位单片机机以及 32 位的 AR芯片这几种。ARM芯片的优点是体积小、功耗低、功能广泛和性能高的特点，它主要应用 在比较简单的小型的场合。51 单片机是从八十年代就开始流行的处理器，其价格低，开发技术成熟，应用 广泛，但不足在于功能过于简单，计算能力有限，并且扩展麻烦、功耗高，已不 能适应于目前对测控系统功能和速度的要求。方案一：采用 89C51，其部有 4KB的闪烁存储器，

21、且编码后以并行方式传输数据。 它的优点是方便实现，软件开销小。方案二：采用 8051，其部无片程序存储器，因此，必须在片外扩展 EPROM。综 合分析，采用方案一以比较方便。2.2.3 显示部分方案一：LED数码管显示，向每一个数码管发送数据， 通过控制器控制显示顺序， 由于显示速度快，肉眼看不出闪烁，完成显示。但是占用控制器资源太多。方案二： LCD液晶显示，虽然其功耗低，体积小，抗干扰能力强，但易碎，控制 时序上麻烦。综合分析，虽然方案一占用的资源太多，但如果采用扩展 I/O 口的方法，是比方 案二可行的，因此选方案一。2.2.4 无线模块选择无线射频芯片是整个无线通信系统最重要的元器件，

22、 它的选择将直接关系到 整个无线数据采集电路的性能、 成本和开发周期及难易程度。 正确的选择射频芯 片可以使整个研发过程简单化， 降低成本。 基于本模块的实际需求， 应该选用成本低、体积小、功耗低、高集成度、兼容性强、外围元件较少、抗干扰能力强、 接口简单、开发方便的无线射频收发一体、对于发射没有具体高要求的芯片。无线射频收发一体型芯片采用了目前先进的单芯片设计， 在一块芯片上集合了信 号调制解调、信号射频发射、 信号接收电平转换等功能， 有些无线射频收发一体 型芯片部还集合了单片机单元， 允许用户直接对其进行编程， 是一种高集成度的 多功能芯片。表 2.1 几种常用无线收发芯片性能比较nRF

23、24L0lnRF905TRF6900RF2915BCC418XEl201ACC400生产公司NORDICNORDICTIRFMDBluechipXemicsChipCon通信频率（MHz）2.751.63.62.2 3.62.452.5 3.42.45.52.73.3是否需要曼彻斯特编码不需要不需要需要需要需要需要需要调制方式GFSKGFSKFSKFSKFSKFSKFS最人数据传 输速率 （Kbps）100100309.650个约30个25个从上表中可以看出，相比其它几种芯片， Nordic 公司的 nRF905无线射频收发一 体芯片功耗低，自身进行曼彻斯特编码，数据传输速率快，所需外围元器件

24、少， 输出功率大，并且采用了比 FSK调制抗干扰能力更强的 GFSK调制，数据传输更 加稳定可靠，而外围器件相对需要的比较少，因而本模块选用nRF905作为本系统的无线数据传输芯片 1 。2.3 基本功能蔬菜大棚温度控制系统的基本功能：1. 温度检测：采用 AD590 温度传感器作为检测端。2. 具有显示功能：利用数码管显示温度。3. 具有用户输入功能：利用键盘输入对温度的上下限进行设置。4. 具有报警功能：声光报警。5. 具有自动加热制冷保护功能： 如果实际测定的温度值超过了系统设置的最高温 度，单片机就会发出命令， 进行制冷； 如果实际测定的温度值超过了系统设置的 最低温度，单片机会发出命

25、令，进行加热；并伴随着声光报警。6. 蔬菜大棚管理人员可以随时查询采集过来的温度历史记录。3. 硬件电路设计温室大棚温度测量系统 电路是以 STC89C52R单C 片机为控制核心来进行整体设计的， 并用集成温度传感器 DS18B20 为温度的检测元器件。因此，整个系统的硬件部 分包括温度采集放大电路、无线传输电路、显示电路、声光报警电路等，再配上C语言的程序使软件得以实现，进而实现温度自动控制的基本功能。3.1 电源模块设计如图 3-1 电路为输出电压 +5V、输出电流 1.5A 的稳压电源。它由电源变压器，桥 式整流电路 D1D4，滤波电容 C10、C12，防止自激电容 C11、C13 和一

26、只固定 式三端稳压器 (7805)极为简捷方便地搭成的。220V 交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容 C10的整流和滤波，在固定式三端稳压器 LM7805的 Vin 和 GND两 端形成一个并不十分稳定的直流电压 (该电压常常会因为市电电压的波动或负载 的变化等原因而发生变化 )。此直流电压经过 LM7805 的稳压和 C12 的滤波便在 稳压电源的输出端产生了精度高、 稳定度好的直流输出电压。 本稳压电源可作为 TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳 压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方

27、便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件LM78M05 必须要加装散热片。图 3-6 电源模块电路图3.1 单片机STC89C52RC系列单片机是兼容 8051 核的单片机，是高速低功耗的新一代 8051 单片机， 12 时钟机器周期和时钟机器周期可反复设置，最新的版本部 集成 MAX810 专用复位电路。3.1.1 STC89C52RC特点1. 增强型时钟机器周期， 12 时钟机器周期 8051CPU；2. 工作电压： 5.5V 3.4V（5V单片机） 3.8 2.0（3V单片机）；3. 工作频率围： 040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz实际工作频率可

28、达48MHz；4. 用户应用程序空间 4K 8K15K16K20K32K 64K字节；5. 片上集成 512字节 1280字节 RAM；6. 部集成 MAX810 专用复位电路（ D 版本才有），外部晶体 20M 以下时，可省外 部复位电路；7. 作温度围： 0 75 40 85。3.1.2单片机引脚图单片机引脚图如图 3-1 所示U119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD539383718XTAL2363534P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10339RST3221222930232

29、42526PSENALEEAP2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WR3127281P1.0/T2P1.1/T2EX/SSP1.2/ECIP1.3/CEX0P1.4/CEX1 P1.5/CEX2/MISO P1.6/CEX3/SCK P1.7/CEX4/MOSI10211312413514615716817P3.7/RDSTC89C52RC图 3-1 单片机引脚图单片机最小系统有两种，一种是上电复位，另一种是下拉复位。 单片机最小系统 ,或者称为最

30、小应用系统 ,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对 51 系列单片机来说 ,最小系统一般应该包括 :单片机、晶振电路、复位电路。如图 3-2 所示CVCCCVCCR1CXR1YSTALU11918XTAL1XTAL210uF10uFR210k29RSTPSENALEEAP1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/

31、A14 P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD3921222324252627281011121314151617STC89C52RC图 3-2 最小系统图 复位电路 :由电容串联电阻构成，由图并结合 电容电压不能突变 的性质，可以知道 ,当系统一上电， RST 脚将会出现高 电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的 RC值来决定.典型的51单片机当 RST脚的高电平持续两个机器周期以上 就将复位 ,所以，适当组合 RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐 C 取 10u，R取 8.2K

32、。当然也有其他取法 的,原则就是要让 RC组合可以在 RST 脚上产生不少于 2 个机周期的高电平，晶振电路，典型的晶振取 11.0592MHz 。1单片机时钟电路AT89S52单片机的时钟信号由两种电路形式得到：部振荡电路和外部振荡电路。本设计 使用的是部振荡电路。引脚 XTALl和 XTAL2分别是放大器的输入、输出端，外接石英晶体和 微调电容。AT89S52单片机有一个用于构成部振荡器的反相放大器，按图 3-12 连接即可构成自激振荡电路。产生由石英晶体决定的振荡时钟脉冲。电容C3 和 C4 主要起频率微调和稳定作用。图示电路中的电容值取 33pF，晶振频率为 12MHz。采用部振荡方式

33、所得到的时钟信号比较 稳定。2复位电路单片机要正常工作， 上电时先要复位，发生故障后也要复位。 复位方式一般有两种：手 动复位和上电复位。手动复位需要人为使RST引脚（第 9引脚）至少保持 2个机器周期的高电平。本系统的时钟频率为 12MHz，每机器周期 2us，则需要持续 4us 以上的时间的高电平。 本系统采用手动复位和上电复位相结合的方式。在RST端和电源 VCC 之间接一个按钮，当用户按下该按钮时， 则 VCC的+5V 电压就会直接加到 RST端。即使人很快松开按钮， 接通时 间也会保持达数 10 毫妙，所以能保证满足复位的时间要求。单片机时钟复位电路如图 3-3 所示。图 3-3 时

34、钟复位电路图3.2 温度采集电路设计3.2.1 DSl8B20介绍DS18B20是美国 DALLAS公司推出的智能化数字式温度传感器。信息经过单 线接口送入 DSl8B20或从 DSl8B20送出，因此从中央处理器到 DSl8B20 仅需连接 一条线。读，写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供， 而不需要外 部电源。DSl8B20支持“一线总线” 接口，测量温度围为 -55 +125，在-10 +85围，精度为 0.5 。现场温度直接以“单总线”的数字方式传输，大大提 高了系统的抗干扰性。1. 特征：（1）独特的单线接口。只需 1 个接口引脚即可通信（2）多个能力使分布式温度检测应用得

35、以简化（3）不需要外部组件（4）可用数据线供电（5）不需备份电源（6）测温围从 -55 +125，增量值为 0.5 DS18B20引脚及部结构1.引脚定义：（1）DQ为数字信号输入 / 输出端；（2）GND为电源地；（3）VDD为外接供电电源输入端。2.部结构DSl8B20部有四个主要部分： 64 位光刻 ROM 数据存储器 温度传感器 非易失性电可擦写温度报警触发器 TH、TL 非易失性电可擦写设置寄存 器。除此之外还有告诉缓存存储器。器件只有 3根外部引脚，其中 VDD和 GND 为电源引脚，另一根 DQ线则用作O 总线，因此称为一线式数据总线。如图 3-4。与单片机接口的每个 IO 口可

36、挂接多个。存储器和控制器电 源 检 测64位ROM和单线接口高速缓冲存储器8位CRC生成器图 3-4 DS18B20 部结构图（1）DS18B20部 4 个主要的数据部件介绍： 光刻 ROM中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20的地址序列码。 64 位光刻 ROM的排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型 标号，接着的 48 位是该 DS18B20自身的序列号， 最后 8 位是前面 56位的循环冗 余校验码（ CRC=X8+X5+X4）+。1 光刻 ROM的作用是使每一个 DS18B20序列号都各 不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20的目的

37、 13。 DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位 符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625 /LSB 形式表达，其中 S为符 号位。3.2.2 DS18B20 与单片机连线图DS18B20但总显示数字温度传感器， 只有三个音教，引脚 1 接电源，引脚 2DQ 接单片机的读（ P1.7）引脚，引脚 3 接地，不需要模数转换电路，故接线简单。 DS18B20与单片机连线图如图 3-5 所示。图3-5 DS18B20 与单片机连线图3.3 显示电路设计3.3.1 LCD1602介绍LCD1602能够同时显示 16x02 即 32 个字符，工作电

38、压为 4.5 5.5V，工作电流 2.0mA，最佳工作电压 5.0V。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用 来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成， 每个点阵字符位都可以显示一个字符， 每位之间有一个点距的间 隔，每行之间也有间隔， 起到了字符间距和行间距的作用， 正因为如此所以它不 能很好地显示图形。 1602LCD是指显示的容为 16X2,即可以显示两行， 每行 16 个 字符液晶模块(显示字符和数字) 。接口信号说明如表 3-1 所示。表 3-1 lcd1602 接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电

39、源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择 (H/L)12D5Data I/O5R/W读写选择端 (H/L)13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极3.3.2 LCD与单片机连接LCD1602的引脚 1 接地，引脚 2 接 5V 电源，引脚 3 接电位器来调节显示器 的对比度，引脚 414接单片机，引脚 15接10K电阻来设置显示器的亮度。 如图 3-6 所示：图 3-6 LCD 与单片机连线图3.4

40、无线模块设计3.4.1 nRF905 引脚封装图各引脚功能如图 3-6 所示图 3-6 nRF905引脚图3.4.2无线收发模块 1. NRF905无线模块特点：(1) 433Mhz开放 ISM频段免许可证使用；(2) 最高工作速率 50kbps，高效 GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制 场合；(3) 125频道，满足多点通信和跳频通信需要；(4) 置硬件 CRC检 错和点对多点通信地址控制；(5) 低功耗 1.9-3.6V 工作，待机模式下状态仅为 2.5uA；(6) 收发模式切换时间 650us；(7) 模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据(提供中断指示 )，可 直接

41、接各种单片机使用，软件编程非常方便；(8) TX Mode：在+10dBm情况下，电流为 30mA；RX Mode：12.2mA；(9) 标准 DIP 间距接口，便于嵌入式应用。2. 接口电路管脚说明接口电路管脚说明如表 3-2 所示：表 3-2 接口电路管脚说明引脚名称引脚功能说明1VCC电源电源+3.3-3.6V DC2TX_EN数字输入TX_EN=1 TX模式 TX_EN=1 TX R模X 式3TRX_CE数字输入使能芯片发射或接收4PWR_UP数字输入芯片上电5uCLK数字输入本模块该引脚废弃6CD数字输入载波检测7AM数字输入地址匹配8DR数字输入接收或发射数据完成9MISOSPI接

42、口 SPI输出10MOSISPI接口 SPI输入11SCKSPI时钟 SPI时钟12CSNSPI使能 SPI使能13GND地接地14GND地接地3.4.3 nRF905与单片机连线图 nRF905工作电压为 3.3-3.6V，单片机电压为 +5V，故需要选择用一个 ASM1117降 压模块，将电压降低为 +3.5V，供 nRF905无线射频模块使用。如果模块工作在 3.3V 时，不考虑低功耗的话，可以直接和 5V 单片机系统连接，不过最好是 加一个 4.7K 的隔离电阻。如果是连 51 系列的单片机 P0 口的话，请加 10K 的上拉电阻。另 模块的 SPI 速率最高能支持到 10M ，一般建

43、议在 1M 或几百 K 的 SPI速率即可。无线模块为 静电敏感器件，使用时请注意静电防护，特别是在干燥的冬季 尽量不用收去触摸模块上的 器件，以免造成不必要的损坏。模块采用PCB天线，此天线容易受外部线路影响，使用时，此天线底下和周围请不要走线路或摆放器件，可以的话最好挖空。 2.4G 频率比较高，各种 材质均有一定的影响， 一般的塑料影响不大， 如有金属物体会产生比较明显的影响， 此时建 议使用 SMA馈线来外接 SMA 天线。 如图 3-7 所示。图 3-7 nRF905模块图4. 系统的软件设计单片机硬件系统的工作都是在软件配合下完成的，软件的设计和硬件的设计密切相关。 如何结合硬件的

44、设计， 设计出简洁、 有效的系统控制程序， 是系统开发人员面临的一个重要 课题。 当一个系统庞大而复杂的时候， 需要一个开发团队的相互协调和相互配合。 结合前人 已有的软件开发技术和经验进行设计。可减轻程序设计人员的工作量。常用的单片机程序设计语言有两种： 汇编语言和 C 语言，汇编语言是一种用汇编语言指 令表示的程序设计语言， 它的指令跟计算机的机器语言指令一一对应， 能直接控制计算机的 硬件系统， 程序效率高， 占用存小。 缺点是它属于初级语言， 需要了解相关的硬件结构的情 况下学习编程，编程难度大。移植性差。 C 语言是一种结构化程序设计语言，兼有高级语言 和初级语言的部分特点。 具有丰

45、富的可调用的函数库， 可免去很多重复的设计麻烦。 所以目 前 C 语言在单片机软件开发中占有很重要的地位和优势。本系统采用 C 语言来进行单片机的程序设计和开发，整个程序由主程序和若干功能程序组 成。4.1 主程序流程图设计主程序是整个程序的主框架部分， 它负责安排整个系统个子模块相互关系和次序。 系统 主程序首先对系统进行初始化，包括定义端口、DS18B20 初始化、 LCD初始化、 Nrf905 初始化，配置，调用各子程序，从而完成温湿度的检测和调控。主程序流程图如图4-1、 4-2 所示。图 4-1 系统总流程图开始图 4-2 主程序初始化流程图4.2 测温流程图4.2.1 测温子程序流

46、程图本次设计以测量温度为例，故测量到温度的精确度是本次设计的关键因素，需要测量到精确地温度数值就必须有一个严谨的流程图，温度测量流程图如图4-3 所示。总线复位延时选择 DS18B20发转换命令总线复位子程序入口发温度命令读温度值 低字节读温度值高字节两字节合成一整 形变量返回温度值延时图 4-3 温度测量流程图4.2.2 发送流程图工作原理发射数据时，首先将 nRF905配置为发射模式：接着把接收节点地址 TX ADDNR和有效数据 TX_PLD按照时序由 SPI 口写入 nRF905缓存区， TX_PLD必须在 CS为低时连续写入，而 TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后 CE置为高电

47、平并保持至少 10s，延迟 130s后发射数据 ;若自动应答开启，那么 nRF905在发射数据后立即进入接收模式， 接收应答信号。如果收到应答， 则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时 TX_PLD从 TX FIFO中清除; 若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启 ) ，若重发次数 (ARC)达到上限， 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。最后发射成功时 ,若CE为低则 nRF905进入空闲模式 1;若发送堆栈中有数据且 CE为高，则进入下一次发射 ; 若 发送堆栈中无数据且 CE为

48、高，则进入空闲模式 2。如图 4-4 所示。开始系统初始化i=0 （ i 采集次数）标号 i 的 DS18B20 温度转换设定 nRF905 位发射模式 发射数据包 延时i=i+1图 4-4 发送流程图发送端主程序首先是对初始状态的设置， 采集数据，处理温度数据， 显示同 时数据打包发送。用 DS18B20进行采集温度数据时，先给单总线复位，延时，复 位成功之后选择 DS18B20发转换命令，总线复位， 延时，复位成功之后发读温度 命令，返回温度值。处理温度数据，先判断正负，若为负值则设一个标志位，取 出小数位（低四位），将小数位移出，剩下的位整数，分别用模 10 和除以 10得 到温度值的个

49、位和十位。将 DS18B20采集到所处理后的温度值赋给发送有效数据寄存器。对于 nRF905模块，要使其发送数据包，先初始化 905 模块，配置 905寄存 器，使能 SPI总线，写入向 TX-Payload 中写入发送有效数据命令，写数据，禁 止 SPI 总线；然后使能 SPI 总线，写入向 TX-Address 中写入发送有效地址命令， 写地址，禁止 SPI 总线；开启发射使能，延时，等待发送数据，关闭发射使能。4.2.3 接收流程图接收数据时 , 首先将 nRF905配置为接收模式，接着延迟 130 s 进入接收状态等待数据的到 来。当接收方检测到有效的地址和 CRC时，就将数据包存储在

50、 RX FIFO 中，同时中断标志位 RX_DR置高， IRQ 变低，产生中断，通知 MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同CE变低，则 nRF905 进入空闲模式 1。时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若 如图 4-5 所示。开始图 4-5 接收流程图接收端主程序首先是对初始化状态的设置，接收数据，送显示屏显示。对于 nRF905模块，要使其接收数据包，先初始化 905 模块，配置 905寄存 器，设定接收模式，等待接收完成，即 DR=1,使能 SPI 总线，发送读有效数据包 命令，读数据，禁止 SPI 总线。用 LCD1602显示温度值首先初始化， 清屏，功能设置， 显示

51、设置，再次清屏， 给定要显示的容，然后设定显示位置就可以显示了。5. 系统调试5.1 程序烧录在整体调试之前，首先将编译、通过的前提下，把程序下载到单片机中，使 用的软件是 STC_ISP船用下载器烧录到单片机，如图 5-1 。由于系统的主要功能 是实现数据采集、 无线传输接受数据。 程序下载成功之后， 通过 USB供电通讯给 单片机提供 5V 电源， DS18B20将数据传送给单片机，同时将温度通过 LCD1602 显示。图 6-1 程序烧录图5.2 KEIL 运行本系统设计是在 Keil C 环境下开发的，使用的 Keil C软件支持 C语言的编 程及调试，运用方便。 Keil C 程序运行如图 5-2 所示：图 5-2 KEIL 运行图6. 总结与展望基于无线模块 nRF90