酸酸的嵌入式1.docx
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酸酸的嵌入式1
佳木斯大学课程设计报告
嵌入式技术在室温环境检测系统中的应用研究
学院信息电子技术
专业通信工程
班级12级1班
学籍号12109940628
姓名张珊珊
指导教师刘文科
佳木斯大学
2015年6月26日
摘要
温室大棚是当今全球设施农业的重要组成部分，是现代全球农业发展的重点之一。
它可以在瞬息万变的自然条件下为作物生长人为创造一个适宜的环境。
全球温室种植业的实践经验表明，提高温室的智能控制和管理水平可充分发挥设施农业的高效性。
而我国在温室大棚智能控制方面的应用跟世界发达国家相比还有较大的差距。
目前国内设施温室应用的主要环境变量测控系统大多为国外进口产品，这些产品技术含量非常高，测控效果非常好，但相对价格非常高，通常只被应用于国内少见的大型或高档连栋温室。
少数国产装置无论技术水平还是测控效果均不甚理想，尤其是缺少能够应用于我国常见的中小型日光温室的低成本智能测控装置。
本文结合当今最热门的嵌入式技术和无线传感器网络技术，并根据目前国内常见中小型日光温室环境控制需求，设计并实现了一套设施农业日光温室智能嵌入式控制系统。
关键词：
温室控制，嵌入式系统，设施农业，无线传感器
目录
摘要1
目录I
第一章绪论1
1.1设计题目1
1.2设计要求1
1.3作用与目的1
第二章系统设计方案2
2.2各单元电路设计2
第三章系统硬件设计4
3.1系统整体设计4
3.2单片机的选择4
3.2.1STC89C52介绍4
3.2.2STC89C52单片机的引脚说明5
3.2.3STC89C52单片机最小系统6
3.3无线收发模块选择6
3.3.2工作模式7
3.4温湿度传感模块8
3.5二氧化碳检测模块9
3.6终端显示模块9
3.7湿度报警电路9
第四章系统软件设计10
4.1主程序流程设计10
4.2系统软件程序11
第五章嵌入式系统学习心得体会17
参考文献18
第一章绪论
1.1设计题目
嵌入式技术在温室环境监测系统中的应用
1.2设计要求
设计基于嵌入式技术的无线传感器硬件组成及软件设计方案,将无线技术嵌入到温室环境监测系统中。
1.3作用与目的
随着无线传感技术和单片机的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，温室环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的温湿度控制措施.但是，目前应用于温室大棚的温湿度检测系统大多采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的传输系统。
这种温湿度度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。
同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。
为了克服这些缺点，本文设计了一种基于嵌入式设备并采用数字化单片机总线技术的温度测控系统应用于温室环境的的设计方案。
本文介绍的温湿度测控系统就是单总线技术及其器件组建的。
该系统能够对大棚内的温湿度进行采集，利用温湿度传感器将温室大棚内温湿度的变化，变换成数字量，其值由单片机处理，最后由单片机去控制液晶显示器，显示温室大棚内的实际温湿度，同时通过与预设量比较，对大棚内的温度进行自动调节，如果超过我们预先设定的湿度限制，湿度报警模块将进行报警。
这种设计方案实现了温湿度实时测量、显示和控制。
该系统具有较高的测量精度，安装简单方便，性价比高，可维护性好。
这种温湿度测控系统可应用于农业生产的温室大棚，实现对温度的实时控制，是一种比较智能、经济的方案，以便促进农作物的生长，从而提高温室环境的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。
第二章系统设计方案
本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性；温湿度传感器、二氧化碳传感器可以产生数字信号；无线收发模块可以实现数据无线传输的性能。
由数据采集、数据处理、数据传输、数据显示四部分构成的。
2.1系统总体设计
此设计是以STC89C52单片机基本系统为核心，以无线数据传输为亮点的一套监测系统。
其中包括温湿度监测、二氧化碳浓度监测、单片机、无线传输电路、USB传输电路、PC显示窗口设计、电源电路设计等。
系统总体方框图如图1-1。
2.2各单元电路设计
（1）数据采集由DHT11、TGS4160组成；
（2）数据处理由单片机STC89C52基本系统组成；
（3）数据传输由单片机STC89C52和NRF24L01组成；
（4）数据显示由LCD1602对温室的温度、湿度、二氧化碳浓度进行数据显示。
本系统中DHT11是温湿度传感器采集大棚室内温度、湿度信息。
输出数字信号。
TGS4160是二氧化碳传感器采集大棚室内二氧化碳信息输出数字信号。
STC89C52（I）单片机驱动DHT11、TGS4160两个传感器进行信息采集并对采集到的信息进行处理，驱动无线发送模块NRF24L01将处理后的信息发送出去。
NRF24L01（A）是无线发送模块对STC89C52（I）所给的信号进行发送前处理并在STC89C52（I）的驱动下将适合在信道传输的信号发送出去。
NRF24L01（B）为无线接收模块其作用是在单片机STC89C52（II）的驱动下接收、处理NRF24L01（A）所发送的信号。
单片机STC89C52（II）驱动LCD1602显示实时监测数据。
本系统电源模块为传感器、LCD、单片机供电，无线收发模块供电由单片机3.3V输出端提供。
第三章系统硬件设计
3.1系统整体设计
系统总体结构电路原理图如下图所示：
3.2单片机的选择
在本设计的环境监测系统中，采用单片机来实现。
在单片机选用方面，由于STC89C52系列单片机与MCS-51系列单片机兼容，所以，本系统中选用STC89C52单片机。
3.2.1STC89C52介绍
STC89C52具有片内上电复位、VDD监视器、电压调整器、看门狗定时器和时钟振荡器的STC89C52/1/2/3/4/5/6/7器件是真正能独立工作的片上系统。
FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。
用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。
3.2.2STC89C52单片机的引脚说明
芯片引脚如图4-2所示：
VCC:
电源。
GND:
地。
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
RST:
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
中断：
STC89C52有6个中断源如表6-1所示：
两个外部中断（INT0和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。
IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。
定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。
程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。
实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。
表3-1中断控制寄存器
符号
位地址
功能
EA
IE.7
中断总允许控制位。
EA=0,中断总禁止；EA=1，各中断由各自的控制位设定
-
IE.6
预留
ET2
IE.5
定时器2中断允许控制位
ES
IE.4
串行口中断允许控制位
ET1
IE.3
定时器1中断允许控制位
EX1
IE.2
外部中断1允许控制位
ET0
IE.1
定时器0中断允许控制位
EX0
IE.0
外部中断1允许控制位
3.2.3STC89C52单片机最小系统
如图6-3、6-4所示，复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。
单片机最小系统是在以51单片机为基础上扩展，使其能更方便地运用于测试系统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。
3.3无线收发模块选择
nRF24L01是由NORDIC出品的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。
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。
nRF24L01可以兼容nRF2401A、nRF24L01+、nRF24LE1、nRF24LU1等无线模块。
结合本系统实际情况本案选用nRF24L01无线收发模块。
3.3.1引脚功能及描述
nRF24L01的封装及引脚排列如图所示。
各引脚功能如下：
CE：
使能发射或接收;
CSN，SCK，MOSI，MISO：
SPI引脚端微处理器可通过此引脚配置nRF24L01
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1.8V；
ANT1,ANT2：
天线接口；
IREF：
参考电流输入。
3.3.2工作模式
通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表所示。
表3-1配置器设置
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
-
-
-
待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的；
待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此模式；
待机模式下，所有配置字仍然保留。
在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。
3.4温湿度传感模块
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
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