畢業(yè)論文---溫室大棚的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　題 目 溫室大棚的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　所在學(xué)院 物 理 與 電 信 工 程 學(xué) 院

2、 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 通 信 工 程 專 業(yè) 1104 班 </p><p>　　指導(dǎo)教師 __ </p><p>　

3、　完成地點(diǎn) 物理與電信工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 </p><p><b>　　2015年6月5日</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 溫室大棚的環(huán)境監(jiān)測(cè)

4、系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　二、畢業(yè)設(shè)計(jì)工作自 2015_年_1_月_10__日 起至___2015 ___年 6 月__ 20 ___日止</p><p>　　三、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn): 物理與電信工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 </p><p>　　四、畢業(yè)

5、設(shè)計(jì)內(nèi)容要求：</p><p>　　設(shè)計(jì)目的與意義：隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)食物的要求也越來越高，溫室大棚作為培育瓜果蔬菜的生長基地，對(duì)溫室大棚中植物的生長環(huán)境監(jiān)測(cè)是非常有必要的。本次設(shè)計(jì)要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)完成溫室大棚的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的分析問題，解決問題的能力。

6、 </p><p>　　其具體要求如下： </p><p>　　1．要求自選方案完成溫室大棚的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)； </p><p>　　2．要求采用軟、硬結(jié)合的方式完成系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)；

7、 </p><p>　　3．要求系統(tǒng)根據(jù)植物生長的環(huán)境要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如出現(xiàn)異常情況報(bào)警； </p><p>　　4．要求完成系統(tǒng)硬件電路的搭建和系統(tǒng)整體測(cè)試，實(shí)現(xiàn)環(huán)境無線監(jiān)測(cè)功能。 </p><p>　　畢業(yè)論文要求：

8、 </p><p>　　1．論文撰寫要求格式規(guī)范，設(shè)計(jì)思路清晰，條理清楚； </p><p>　　2．外文翻譯要求翻譯語句通順流暢，用詞恰當(dāng)； </p><p>　　3. 論

9、文內(nèi)容準(zhǔn)確無誤，用A4紙張打印。 </p><p>　　進(jìn)程安排如下： </p><p>　　2015年1月10日--3月15日： 查資料，調(diào)研，確定方案，并按時(shí)在系統(tǒng)中提交開題報(bào)告。 </p><

10、p>　　2015年3月16日--4月25日：對(duì)系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，采用編程語言進(jìn)行軟件編程，完成硬件電路的軟件仿真；在系統(tǒng)中提交外文翻譯；完成中期檢查報(bào)告。 </p><p>　　2015年4月26日—5月20日：進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的搭建、調(diào)試和測(cè)試，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)驗(yàn)收。</p><p>　　2015年5月21日--5月31日：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，并在系統(tǒng)中提交

11、最終論文。 </p><p>　　2015年6月1日--6月15日： 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 系(教 研 室) 通信工程系 </p><p>　　系(教研室)主任簽名

12、 批準(zhǔn)日期 </p><p>　　接受設(shè)計(jì)任務(wù)開始執(zhí)行日期 學(xué)生簽名 </p><p>　　溫室大棚的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘要]在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫室大棚的應(yīng)用越

13、來越廣泛，為人們創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)效益。在溫室大棚中，最關(guān)鍵的是溫濕度控制調(diào)節(jié)。本課題設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的溫室大棚的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由單片機(jī)AT89S51、溫濕度傳感器DHT11、無線通信模塊NRF24L01、液晶顯示LCD1602等組成。由DHT11進(jìn)行溫濕度的采集并且通過NRF24L01無線傳輸模塊傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端采用液晶顯示屏來顯示當(dāng)前狀態(tài)下的溫度和濕度信息，超過設(shè)定范圍報(bào)警。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集溫濕度信息，無線傳輸

14、，報(bào)警等功能。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]單片機(jī); 無線傳輸模塊；溫濕度傳感器；LCD液晶顯示屏</p><p>　　Design of environmental monitoring system for greenhouse</p><p>　　Han Yunpeng</p><p>　　(Grade 2011,Class4,Maj

15、or of Communication Engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723001,Shanxi)</p><p>　　Tutor:Xue Zhuanhua</p><p>　　[Abstract] In the agricultural production, the application of the gr

16、eenhouse is more and more wide, and it has created higher economic benefit. In the greenhouse, the key is the temperature and humidity control adjustment. This paper designs a kind of environmental monitoring system base

17、d on single chip microcomputer. The system is mainly composed of single-chip microcomputer AT89S51, temperature and humidity sensor DHT11, wireless communication module NRF24L01, LCD1602 and so on. The temperatur</p&g

18、t;<p>　　[Keywords] SCM, Temperature and humidity sensor , LCD display, Wireless module </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　2.方案論證及器件選擇

19、3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2 方案論證3</p><p>　　2.3 方案選擇4</p><p>　　2.4 主要元器件選型4</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)選型4</p><p>　　2.4.2 無線傳輸模塊選型4</p

20、><p>　　3.硬件電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)5</p><p>　　3.2 溫濕度傳感模塊設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.3 無線模塊設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.4 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.5 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)16</p&g

21、t;<p>　　3.6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖17</p><p>　　4.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1軟件設(shè)計(jì)思路18</p><p>　　4.2各模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖18</p><p>　　4.3軟件調(diào)試22</p><p>　　4.3.1 KEIL軟件的組成22</p&g

22、t;<p>　　4.3.2 KEIL軟件的運(yùn)行流程22</p><p>　　5.系統(tǒng)硬件電路調(diào)試及結(jié)果分析26</p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件電路搭建26</p><p>　　5.2 系統(tǒng)硬件電路調(diào)試26</p><p>　　5.3 系統(tǒng)硬件電路結(jié)果分析26</p><p>　　6.總結(jié)與

23、展望29</p><p><b>　　6.1 總結(jié)29</b></p><p><b>　　6.2 展望29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p

24、>　　附錄A 英文文獻(xiàn)原文32</p><p>　　附錄B 英文文獻(xiàn)譯文39</p><p>　　附錄C 系統(tǒng)源程序45</p><p>　　附錄D 元器件清單70</p><p>　　附錄E 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖71</p><p><b>　　1.引言</b></p>

25、<p>　　改革開放以后，我國的經(jīng)濟(jì)水平在快速的發(fā)展，我國的社會(huì)地位在不斷的進(jìn)步，生活質(zhì)量水平的好壞相對(duì)很多人來說也變得至關(guān)重要。如何在一年四季都能種植和培養(yǎng)出優(yōu)質(zhì)新鮮的蔬菜，一直是人們研究的課題方向。而基于單片機(jī)的溫室大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)解決這些問題有著非常重大的意義。</p><p>　　溫室大棚一直都用于植物種植和培育中，但這需要有一套科學(xué)的和先進(jìn)的管理方法才能更好的運(yùn)用好溫室栽培這一高效技術(shù)，

26、這樣就可用它來監(jiān)控植物在各個(gè)時(shí)間段所需要的溫度和濕度等一系列環(huán)境參數(shù)。把溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)用在溫室大棚中，是將單片機(jī)的相關(guān)應(yīng)用具體化和實(shí)際化了，體現(xiàn)了單片機(jī)的一種實(shí)際意義，這種應(yīng)用隨著溫室大棚的發(fā)展將會(huì)十分廣泛，它代表了一種智能監(jiān)控的方法。在工業(yè)設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防安全等行業(yè)，環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)都有著非常廣泛的實(shí)際應(yīng)用。因?yàn)槭褂玫沫h(huán)境不同、采集的參數(shù)不同，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有著很大不同。在現(xiàn)代實(shí)際生活和發(fā)展中這一系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，溫度和濕度是室溫大

27、棚環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)中兩個(gè)舉足輕重的顯示和判斷指標(biāo)，需要對(duì)溫度和濕度進(jìn)行定期的抽樣檢測(cè)和分析，從而采用合理的方法進(jìn)行應(yīng)對(duì)。</p><p>　　現(xiàn)如今，國內(nèi)外的溫濕度檢測(cè)器件種類五花八門，而且擁有比較廣泛的應(yīng)用，再加上現(xiàn)代科技不斷發(fā)展的單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)，隨之產(chǎn)生了可行性比較高、穩(wěn)定性比較高的單片環(huán)境參數(shù)采集體系。隨著國內(nèi)外社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，很多人對(duì)現(xiàn)有所處的生活環(huán)境要求變得越來越嚴(yán)格。為了讓人們?cè)谝荒晁募?/p>

28、都能吃到優(yōu)質(zhì)的蔬菜，在培育蔬菜的溫室大棚中，對(duì)這一點(diǎn)要求尤其嚴(yán)格。運(yùn)用單片機(jī)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將對(duì)大棚中環(huán)境的溫濕度監(jiān)控進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　在智能測(cè)試器件、工業(yè)生產(chǎn)操控、機(jī)械統(tǒng)一控制等方面，STC89C51單片機(jī)是很好的控制芯片，在很多溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用也比較常見。用STC89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫濕度實(shí)時(shí)的自動(dòng)監(jiān)控和顯示不僅性能良好，而且價(jià)格也非常便宜。同時(shí)，在學(xué)習(xí)和應(yīng)用中，S

29、TC89C51單片機(jī)也易于掌握。使用這一監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)溫室大棚內(nèi)的溫濕度變化及時(shí)、精確的監(jiān)控和顯示以及更重要的報(bào)警功能。在溫室大棚當(dāng)中采用此系統(tǒng)對(duì)植物的生活環(huán)境進(jìn)行了時(shí)刻的監(jiān)控，以便能對(duì)植物提供更加適宜的環(huán)境。在當(dāng)今現(xiàn)代的生活中，通過無線通信來采集溫濕度已經(jīng)越來越普遍了。并且隨著工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)對(duì)溫濕度的要求越來越高，精準(zhǔn)的測(cè)量溫濕度變得十分重要。溫度它不能像質(zhì)量和長度那樣簡單地獲取量值，只有通過其他相關(guān)性質(zhì)間接地測(cè)量。現(xiàn)在溫度測(cè)量是可以

30、通過溫度傳感器來測(cè)量的，溫度測(cè)量的過程簡單來說就是通過傳感器把溫度值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或者其他信號(hào)，經(jīng)過相關(guān)處理，從而轉(zhuǎn)換成溫度顯示出來。溫度測(cè)量設(shè)備一般有溫度傳感器和信號(hào)處理電路組成。某些情況下，需要監(jiān)測(cè)的范圍很大，布線不方便且不利于后期維護(hù)，這時(shí)我們就采用無線模塊對(duì)溫度進(jìn)行采集。</p><p>　　本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用nRF24L01無線通信模塊，并以STC89C51為核心來控制實(shí)現(xiàn)短距離無線溫濕度傳輸。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)

31、具有成本地，傳輸快，軟件設(shè)計(jì)簡單，功耗低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)設(shè)計(jì)的主機(jī)和從機(jī)通NRF24L01無線模塊連接通信。從機(jī)以單片機(jī)STC89C51為核心，通過無線模塊NRF24L01把溫度傳感器采集的溫度傳送給主機(jī)，主機(jī)通過無線模塊NRF24L01接收溫度數(shù)據(jù)，然后再在液晶LCD1602上面顯示，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。</p><p>　　2.方案論證及器件選擇</p><p>　　2.1

32、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）溫濕度監(jiān)控：實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，測(cè)量空間的溫度和濕度，由單片機(jī)對(duì)采集的溫濕度值進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、顯示，實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能檢測(cè)。</p><p>　?。?）控制處理：當(dāng)溫濕度越限時(shí)報(bào)警，并根據(jù)報(bào)警信號(hào)提示采取一定手段控制。</p><p>　?。?） 無線傳輸：用溫濕度傳感器將測(cè)量的溫濕度數(shù)據(jù)通過無線模塊進(jìn)行

33、傳輸。</p><p>　　溫濕度傳感器達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　測(cè)量范圍： 濕度20-90%RH， 溫度0-50℃</p><p>　　測(cè)量精度： 濕度±5%RH， 溫度±2℃</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)溫濕度

34、的采集和傳輸有多種方案，下面介紹以下兩種方案。</p><p>　　方案一：采用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)</p><p>　　用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)，而所設(shè)計(jì)的電路比較繁雜，可能用到十幾片數(shù)字集成塊，利用數(shù)字電路的各功能模塊的組合來完成其功能，焊接的過程比較復(fù)雜，成本也比較高。這里可以利用ALTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。結(jié)構(gòu)清晰的設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊，從硬件上設(shè)計(jì)起來相對(duì)簡單，比較方便控

35、制與顯示的模塊間的連接。但是如果結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，EDA在功能擴(kuò)展上會(huì)受到約束，而且EDA占用的資源也會(huì)比較多。用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)，成本上來講處在弱勢(shì)[1]。方案一的設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　方案二: 基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量技術(shù)，通信技術(shù)，控制技術(shù)等技術(shù)

36、，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能溫濕度測(cè)量控制系統(tǒng)?？煞譃闇貪穸葴y(cè)量電路，顯示電路，報(bào)警電路，無線模塊，圖2.1選用的主要器件有：單片機(jī)STC89C51，溫濕度傳感器DHT11，1602LCD顯示模塊，LED燈，報(bào)警裝置蜂鳴器,NRF2401無線模塊等。方案二的設(shè)計(jì)框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　2.3 方案選擇

37、</b></p><p>　　方案二可以利用單片機(jī)內(nèi)部的控制只讀存儲(chǔ)器和隨機(jī)存儲(chǔ)器及其豐富的引腳資源，外接鍵盤輸入，液晶顯示器等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸處理和顯示功能，通過與無線芯片傳輸數(shù)據(jù)及指令來完成數(shù)據(jù)的無線傳輸，因此可以采用基于SPI總線的射頻收發(fā)芯片。單片機(jī)可擴(kuò)展性強(qiáng)，體積小，實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，而且設(shè)計(jì)起來比較簡單，就具備可用實(shí)驗(yàn)室的條件，硬件更加容易實(shí)現(xiàn)。方案一的好處是設(shè)計(jì)較為簡單，但是無線發(fā)送只能

38、通過不包含傳輸協(xié)議和差錯(cuò)校驗(yàn)的無線傳輸模塊傳輸數(shù)據(jù)，沒有掉電存儲(chǔ)的功能，且控制的準(zhǔn)確性和靈活性較差，故不采用。經(jīng)過綜合考慮此次設(shè)計(jì)采用方案二。</p><p>　　2.4 主要元器件選型</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)選型</p><p>　　方案一：采用STC89C51實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　單片機(jī)軟件編程可簡單地實(shí)現(xiàn)多數(shù)功能，

39、自由度大，結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試和維護(hù)，可讀性和移植性強(qiáng)。并且具有體積小，硬件搭建簡單等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)由一臺(tái)主機(jī)，2臺(tái)從機(jī)組成2級(jí)分布式溫度測(cè)量進(jìn)行多路溫度數(shù)據(jù)采集。另外STC89C51的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，相關(guān)技術(shù)的使用都很熟練，開發(fā)難度很小。</p><p>　　方案二：采用MSP430F149單片機(jī)。</p><p>　　此單片機(jī)功耗低，內(nèi)部集成高速12位ADC，性能強(qiáng)大。但本設(shè)計(jì)簡單，不需

40、要MSP430F149如此功能強(qiáng)大的單片機(jī)，并且MSP430F149成本高，是TPFQ貼片封裝，必須采用PCB制板，增加了開發(fā)周期。</p><p>　　綜合考慮我們選擇STC89C51作為本系統(tǒng)的MCU。</p><p>　　2.4.2 無線傳輸模塊選型</p><p>　　方案一：采用NRF24L01</p><p>　　NRF24L01

41、是由NORDIC生產(chǎn)的工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、功率放大器、調(diào)制器和解調(diào)器、增強(qiáng)型“SchockBurst”模式控制器、晶體振蕩器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無線數(shù)據(jù)傳送工作。極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm 時(shí)電流消耗為11.3mA ，接收模式時(shí)為12.3mA，掉電模式和待機(jī)模式

42、下電流消耗更低。</p><p>　　方案二：采用超再生式無線模塊</p><p>　　超再生式無線模塊超再生接收機(jī)價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且接收靈敏度高，但是缺點(diǎn)也很明顯，那就是頻率受溫度漂移大，抗干擾能力差。</p><p>　　方案選擇：考慮到本設(shè)計(jì)需要穩(wěn)定可靠地傳輸多字節(jié)的指令數(shù)據(jù)，故采用抗干擾能力強(qiáng)且具有差錯(cuò)校驗(yàn)功能的NRF24L01無線收發(fā)模塊作為數(shù)據(jù)和指

43、令的傳輸。</p><p><b>　　3.硬件電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，總體功能和性價(jià)比及其運(yùn)行速度等因素的考慮，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件各模塊電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程

44、Flash存儲(chǔ)器。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，STC89C51擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　STC89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量

45、2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止[2]。</p><p>　?。╝）電源及時(shí)鐘引腳（4個(gè)）</p><p>　　VCC:電源接

46、入引腳；</p><p><b>　　GND:接地引腳；</b></p><p>　　XTAL1:晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳（采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地）；</p><p>　　XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個(gè)引腳（采用外部振蕩器時(shí)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端）。</p><p>　?。╞）控制線引腳（4個(gè)）<

47、;/p><p>　　RST/VPD:復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳；</p><p>　　ALE/PROG:地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳(低電平有效）；</p><p>　　EA/Vpp:內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳（低電平有效）/片內(nèi)EPROM（或FlashROM）編程電壓輸入引腳；</p><p>　　PSEN:外部存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出

48、引腳（低電平有效）。</p><p>　　(c) 并行I/O引腳（32個(gè)，分成4個(gè)8位口）</p><p>　　P0.0～P0.7:一般I/O引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳；</p><p>　　P1.0～P1.7:一般I/O引腳；</p><p>　　P2.0～P2.7:一般I/O引腳或高位地址總線引腳；</p><p

49、>　　P3.0～P3.7:一般I/O引腳或第二功能引腳。</p><p>　　其內(nèi)部主要由CPU、RAM、ROM、通用I/O及總線構(gòu)成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 STC89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；</p><p>　　R

50、AM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；</p><p>　　ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；</p><p>　?。?）單片機(jī)的寄存器：</p><p>　　MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。</p><p>　　程序存儲(chǔ)器：如果EA引腳接

51、地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始。</p><p>　　對(duì)于 89S52，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H～1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：STC89C51 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。&

52、lt;/p><p>　　當(dāng)一條指令訪問高于7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問高128 字節(jié)RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）[3]。</p><p>　?。?）機(jī)器周期和指令周期：</p><p>　　（a）振蕩周期: 也稱時(shí)鐘周期, 是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期。 </p><p>

53、;　?。╞）狀態(tài)周期: 每個(gè)狀態(tài)周期為時(shí)鐘周期的 2 倍, 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。</p><p>　　（c）機(jī)器周期: 一個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)狀態(tài)周期S1~S6, 也就是 12 個(gè)時(shí)鐘周期。在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi), CPU可以完成一個(gè)獨(dú)立的操作。 </p><p>　　（d）指令周期: 它是指CPU完成一條操作所需的全部時(shí)間。 每條指令執(zhí)行時(shí)間都是有一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期組成。</

54、p><p><b>　?。?）中斷：</b></p><p>　　STC89C51 有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（INT0 和INT1），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器0、1、2）和一個(gè)串行中斷。每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷[4]。</p><

55、p>　　IE.6位是不可用的，對(duì)于STC89C51，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫1。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預(yù)留。</p><p>　　定時(shí)器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清0。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是TF2 或EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清0。</p><p>　　定時(shí)器0和定

56、時(shí)器1標(biāo)志位TF0 和TF1在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個(gè)周期被電路捕捉下來。然而，定時(shí)器2 的標(biāo)志位TF2 在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的S2P2被置位，在同一個(gè)周期被電路捕捉下來。</p><p><b>　?。?）復(fù)位電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用上電+按鍵復(fù)位，是上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位的組合，無論是上電還是按動(dòng)按鍵都能使單片機(jī)

57、復(fù)位。如圖3.3所示。</p><p><b>　　圖3.3 復(fù)位電路</b></p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動(dòng)的時(shí)候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會(huì)復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。</p><p>　　復(fù)位電路的原理是單片機(jī)RST引腳接收到2US以上的電平信號(hào)，只要

58、保證電容的充放電時(shí)間大于2US，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個(gè)短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的[4]。</p><p><b>　?。?）時(shí)鐘電路</b></p><p>　　時(shí)鐘引腳為XTAL1、XTAL2，時(shí)鐘引腳外接晶體與片內(nèi)的反向放大器構(gòu)成了一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)，時(shí)鐘引腳也

59、可外接晶體振蕩器。</p><p>　　XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端。這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。</p><p>　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至內(nèi)部反向放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端[8]。&l

60、t;/p><p>　　本系統(tǒng)采用晶振時(shí)鐘電路。外部晶振以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和穩(wěn)定性。外接晶振時(shí)，C1和C2通常選擇30pf,晶振采用12MHz[4]。本設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路如下圖3.4所示。</p><p><b>　　圖3.4 時(shí)鐘電路</b&g

61、t;</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2 溫濕度傳感模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感

62、器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)型號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便[9

63、]。</p><p><b>　　DHT11的簡介</b></p><p>　　·相對(duì)濕度和溫度測(cè)量</p><p>　　·全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出</p><p><b>　　·卓越的長期穩(wěn)定性</b></p><p><b>　　

64、3;無需外加器件</b></p><p>　　·超長的信號(hào)傳輸距離</p><p><b>　　·超低能耗</b></p><p><b>　　·4引腳安裝</b></p><p>　　·完全互換

65、 </p><p><b>　　（1）引腳說明：</b></p><p>　　建議接線長度短于20米時(shí)，用5K上拉電阻，大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。</p><p>　　引腳1：VDD供電3-5.5V</p><p>　　引腳2：DATA串行數(shù)據(jù)，單總線</p><p>

66、;　　引腳3：NC空腳，懸空</p><p>　　引腳4：GND接地，電源負(fù)極</p><p><b>　　（2）電源引腳：</b></p><p>　　DHT11的供電電壓為3－5.5V。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF 的電容，用以去耦濾波。</p

67、><p>　　串行接口（單線雙向）</p><p><b>　?。?）單總線說明</b></p><p>　　DHT11器件采用簡化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由單總線完成。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線；單總線通常要求外接一個(gè)約

68、5.1kΩ的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問器件都必須嚴(yán)格遵循單總線序列，如果出現(xiàn)序列混亂，器件將不響應(yīng)主機(jī)[10]。</p><p>　　（4）單總線傳送數(shù)據(jù)位定義</p><p>　　DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。 </p

69、><p><b>　　數(shù)據(jù)格式:</b></p><p>　　8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)位。</p><p>　?。?）校驗(yàn)位數(shù)據(jù)定義</p><p>　　“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”8bi

70、t校驗(yàn)位等于所得結(jié)果的末8位。</p><p><b>　　（6）數(shù)據(jù)時(shí)序圖</b></p><p>　　用戶MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號(hào)采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信

71、號(hào),DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。</p><p>　　圖3.6 數(shù)據(jù)時(shí)序圖</p><p><b>　?。?）外設(shè)讀取</b></p><p>　　（a）DHT11上電后，測(cè)試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時(shí)DHT11的DATA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時(shí)DHT11的DATA引腳處于輸入狀態(tài)，時(shí)刻檢測(cè)

72、外部信號(hào)。</p><p>　　（b）微處理器的I/O設(shè)置為輸出同時(shí)輸出低電平，且低電平保持時(shí)間不能小于18ms，然后微處理器的I/O設(shè)置位輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，微處理器的I/O即DHT11的DATA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待DHT11作出回答信號(hào)。</p><p>　　圖3.7 主機(jī)發(fā)送起始信號(hào)</p><p>　?。╟）DHT11的DATA引腳檢測(cè)到外部信號(hào)有低電

73、平時(shí)，等待外部信號(hào)低電平結(jié)束，延遲后DHT11的DATA 引腳處于輸出狀態(tài)，輸出80us的低電平作為應(yīng)答信號(hào)，緊接著輸出80us的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)，微處理器的I/O此時(shí)處于輸入狀態(tài)，檢測(cè)到I/O有低電平（DHT11回應(yīng)信號(hào)）后 ，等待80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收。</p><p><b>　　圖3.8 發(fā)送信號(hào)</b></p><p>　?。╠）由DHT1

74、1的DATA引腳輸出40位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O電平的變化接收40位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)“0”的格式為：50us的低電平和26-28us的高電平；位數(shù)據(jù)“1”的格式為：50us的低電平加70us的高電平。</p><p>　　圖3.9 位數(shù)據(jù)“0”的格式 </p><p>　　圖3.10 位數(shù)據(jù)“1”的格式</p><p>　　(8) 測(cè)量分辨率 

75、</p><p>　　測(cè)量分辨率分別為8bit（溫度）、8bit（濕度）。</p><p><b>　　(9) 電氣特性</b></p><p>　　VDD=5V，T = 25℃，除非特殊標(biāo)注</p><p>　　表3.1 電氣特性表</p><p>　　溫濕度采集模塊電路設(shè)計(jì)

76、如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11溫濕度采集模塊電路</p><p>　　3.3 無線模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。

77、nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9 mA；接收時(shí)，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便[15]。</p><p><b>　　(1) 主要特點(diǎn)：</b></p><p>　?。╝）GFSK調(diào)制，硬件集成OSI鏈路層</p><p>　?。╞）具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)

78、射功能</p><p>　?。╟）片內(nèi)自動(dòng)生成報(bào)頭和CRC校驗(yàn)碼</p><p>　?。╠）數(shù)據(jù)傳輸率為l Mb/s或2Mb/s</p><p>　?。╡）SPI速率為0 Mb/s～10 Mb/s</p><p>　?。╢）125個(gè)頻道與其他nRF24系列射頻器件相兼容</p><p>　?。╣）雙通道數(shù)據(jù)接收，內(nèi)置環(huán)

79、行天線，開闊地?zé)o干擾條件通信距離20-50米</p><p>　　（h）QFN20引腳4 mm×4 mm封裝</p><p>　?。╥）供電電壓為1.9 V～3.6 V</p><p><b>　　(2) 引腳說明：</b></p><p>　　圖3.12 nRF24L01</p><p&g

80、t;　　nRF24L01引腳排列如圖3.12所示。各引腳功能如下：</p><p>　　CE：使能發(fā)射或接收；</p><p>　　CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01；</p><p>　　IRQ：中斷標(biāo)志位；</p><p>　　VDD：電源輸入端；</p><p&

81、gt;<b>　　VSS：電源地；</b></p><p>　　XC2，XC1：晶體振蕩器引腳；</p><p>　　VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8 V；</p><p>　　ANT1,ANT2：天線接口。</p><p><b>　　(3) 工作模式：</b></p>

82、<p>　　通過配置寄存器可將nRF24L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表3.2所示。</p><p><b>　　表3.2 工作模式</b></p><p>　　待機(jī)模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的；待機(jī)模式2則是在當(dāng)FIFO寄存器為空且CE=1時(shí)進(jìn)入此模式；待機(jī)模式下，所有配置字仍然保留。在掉電模式下電流損耗

83、最小，同時(shí)nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。</p><p><b>　?。?）工作原理</b></p><p>　　圖3.13 電路原理圖</p><p>　　發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PL

84、D必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù);若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限

85、，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。</p><p>　　接收數(shù)據(jù)時(shí),首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測(cè)到有

86、效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。</p><p><b>　　(5) 配置字：</b></p><p>　　SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10

87、Mb/s，傳輸時(shí)先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對(duì)單個(gè)字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與SPI相關(guān)的指令共有8個(gè)，使用時(shí)這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給MCU。 </p><p>　　nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。nRF24L01 的配置寄存器共有25個(gè)，常用的配置寄存器如表3.3所示。</p>

88、<p>　　表3.3 配置寄存器</p><p>　　無線模塊設(shè)計(jì)電路圖如圖3.14所示。</p><p>　　圖3.14 單片機(jī)與nRF24L01連接圖</p><p>　　3.4 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個(gè)5x7或

89、者5x11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱?，他不能顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16x2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分

90、的字符型液晶。</p><p>　　1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　顯示容量：16×2個(gè)字符</p><p>　　芯片工作電壓：4.5-5.5V</p><p>　　工作電流：2.0mA(5.0V)</p><p>　　模塊最佳工作電壓：5.0V</p><p>　　

91、字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm</p><p>　?。?）引腳功能說明：</p><p>　　1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下：</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p&g

92、t;　　第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示

93、地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15腳：背光源正極。</p><p>　　第16腳：背光源負(fù)極。<

94、;/p><p>　　（2）液晶顯示原理：</p><p>　　讀寫操作時(shí)序如圖3.15和圖3.16所示。</p><p>　　圖3.15 讀操作時(shí)序</p><p>　　圖3.16 寫操作時(shí)序</p><p>　　液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)如圖3.17所示。</p><p>　　圖3.17 1602LCD

95、引腳圖</p><p>　　3.5 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)采用紅LED燈作為光報(bào)警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)為紅燈報(bào)警提示；本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為聲報(bào)警提示，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)沒有蜂鳴器報(bào)警提示；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)蜂鳴器報(bào)警提示。</p><p>　　在接收端設(shè)計(jì)電路圖中，最下方為包

96、含變壓器和整流橋（作用是將220V交流電轉(zhuǎn)化為9V交流電），濾波電路（電解電容1000uF將9V交流電中低頻部分濾除，瓷片電容0.1uF將9V交流電中高頻部分濾除），LM2940低穩(wěn)壓差穩(wěn)壓芯片（作用是將9V變?yōu)橹绷?V）和AMS1117-3.3將5V電源變?yōu)?.3V（因?yàn)镹FR24L01無線傳輸模塊工作電壓為3.3V），圖中還有NFR24L01無線傳輸模塊用于指令和數(shù)據(jù)的無線傳輸、液晶顯示模塊LCD1602顯示密碼鎖的開關(guān)狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)

97、提示信息、單片機(jī)STC89C51RC為核心控制芯片的總體接收端整體電路圖，該接收端電路將發(fā)送端無線傳輸模塊發(fā)送的密碼經(jīng)過NFR24L01無線傳輸模塊準(zhǔn)確無誤的接收并進(jìn)行相應(yīng)的操作和顯示，完成各種的密碼操作。</p><p>　　報(bào)警模塊電路圖設(shè)計(jì)如圖3.18所示。</p><p>　　圖3.18 報(bào)警模塊電路圖</p><p>　　3.6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖</p

98、><p>　　根據(jù)上述各部分設(shè)計(jì)，系統(tǒng)電路的數(shù)據(jù)發(fā)射端、接收端原理圖見附錄E。</p><p><b>　　4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)思路</p><p>　　本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)初始化模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，無線模塊，1602LCD顯示模塊，報(bào)警模塊。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖4.1所示

99、。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)總體流程圖</p><p><b>　　程序見附錄C。</b></p><p>　　4.2各模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)初始化模塊</p><p>　　系統(tǒng)初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化以及設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，初始化部分包括

100、以下方面的內(nèi)容：</p><p>　?。?）單片機(jī)初始化以及各種引腳定義</p><p>　　（2）1602液晶初始化及工作方式</p><p>　　（3）系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊</p><p>　　溫濕度檢測(cè)模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負(fù)責(zé)完成溫度和濕度的測(cè)量及模擬量轉(zhuǎn)

101、換為數(shù)字量的全過程，這也是它為什么重要的原因。數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11直接把檢測(cè)到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給單片機(jī)，在經(jīng)過單片機(jī)的處理，把溫濕度值顯示在1602液晶上。溫濕度傳感器的精確度值直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)與控制，所以本系統(tǒng)采用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11采集溫室內(nèi)的溫濕度。</p><p>　　溫濕度判斷控制模塊也是系統(tǒng)的核心模塊之一，所謂判斷控制模塊，就是對(duì)當(dāng)前溫室內(nèi)的實(shí)際溫濕度與給定的溫濕度范圍進(jìn)

102、行比較，先進(jìn)行判斷，然后再進(jìn)行控制，控制模塊是決定系統(tǒng)將要進(jìn)行什么工作的。如溫度和濕度高于上限時(shí)或低于下限時(shí)需要進(jìn)行啟動(dòng)警報(bào)，并且將溫濕度結(jié)果以無線進(jìn)行通信等[13]。溫濕度傳感器程序流程圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 溫濕度傳感器程序流程圖</p><p>　　4.2.3 無線模塊</p><p>　?。?）無線發(fā)射模塊部分</p>

103、<p>　　首先進(jìn)行初始化操作，初始化包括設(shè)置單片機(jī)I/O和SPI相關(guān)寄存器兩部分其可以和nRF24L01通信。通過SPI總線配置射頻芯片使其進(jìn)入正確的工作模式。發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式。接著把發(fā)送端待發(fā)射數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址TX-ADDR和數(shù)據(jù)TX-PLD寫入nRF24L01緩沖區(qū)，延時(shí)后發(fā)射數(shù)據(jù)，其流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 無線發(fā)射軟件流程圖</

104、p><p>　　(2)無線接收模塊部分</p><p>　　接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為接收模式。接著延遲進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包儲(chǔ)存在接收堆棧中，同時(shí)狀態(tài)寄存器中的中斷標(biāo)志位RX-DR置高，產(chǎn)生中斷使IRQ引腳變?yōu)榈碗娖?，以便通知MCU去取數(shù)據(jù)，其流程圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 無線接收

105、軟件流程圖</p><p>　　4.2.4 顯示模塊</p><p>　　本系統(tǒng)采用1602液晶顯示溫濕度值，當(dāng)系統(tǒng)剛開始上電時(shí)1602液晶不顯示任何數(shù)據(jù)，等待從機(jī)端的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，雙行顯示在1602液晶上。第一行顯示：Temperature:-- ℃，第二行顯示：Humidity:--%RH。</p><p>　　4.2.5 報(bào)警模塊</p><p

106、>　　報(bào)警模塊具備兩項(xiàng)功能，即為報(bào)警燈和聲音報(bào)警。報(bào)警燈模塊是完成LED有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，以便從視覺上提醒用戶。LED是由單片機(jī)控制LED燈組成的，其轉(zhuǎn)換規(guī)律為：</p><p>　?。?）系統(tǒng)溫濕度值在給定的范圍時(shí)，LED不亮。</p><p>　　（2）系統(tǒng)溫濕度值超出給定的范圍時(shí)，紅色LED亮。</p><p>　　在LED燈轉(zhuǎn)換的同時(shí)，聲音報(bào)警也會(huì)同時(shí)啟動(dòng)

107、，可采用延時(shí)的方式來延長聲音報(bào)警的聲音。</p><p>　　警報(bào)燈由1個(gè)LED燈組成，一共需要1根數(shù)據(jù)線，使用單片機(jī)STC89C51控制。要實(shí)現(xiàn)的功能是使LED燈有規(guī)律亮與熄滅，當(dāng)系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采樣，并判斷出當(dāng)前溫濕度與給定溫濕度之間的差異，如果當(dāng)前溫濕度低于用戶給定的下限溫濕度值，則說明當(dāng)前溫濕度過低，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)紅色警報(bào)燈，直至溫濕度值升到適合范圍時(shí)警報(bào)燈熄滅。反之，如果當(dāng)前溫濕度高于用戶設(shè)定的

108、上限溫濕度值，則說明當(dāng)前溫濕度過高，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)警報(bào)燈，直至溫濕度值降到適當(dāng)范圍時(shí)警報(bào)燈熄滅。</p><p><b>　　4.3 軟件調(diào)試</b></p><p>　　4.3.1 KEIL軟件的組成</p><p>　　KEIL IDE Vision3集成開發(fā)環(huán)境主要由以下部分組成：</p><p>　　(1)Vi

109、sion3 IDE。Vision3 IDE主要包括：一個(gè)功能豐富并含有交互式錯(cuò)誤提示的編輯器選項(xiàng)設(shè)置生成工具，一個(gè)工程管理器，以及在線幫助功能。Vision3可以自動(dòng)完成編譯匯編鏈接程序的操作，使用vision3創(chuàng)建源文件并組成應(yīng)用工程加以管理；</p><p>　　(2) BL51鏈接器定位器。L51鏈接器使用由編譯器匯編器和從庫中提取出來的目標(biāo)模塊生成的目標(biāo)模塊創(chuàng)建一個(gè)絕對(duì)地址目標(biāo)模塊，絕對(duì)地址目標(biāo)文件或模塊

110、包括不可重定位的代碼和數(shù)據(jù)所有的代碼和數(shù)據(jù)都被固定在具體的存儲(chǔ)器單元中。</p><p>　　(3) LIB51庫管理器。B51庫管理器可以從由編譯器和匯編器創(chuàng)建的目標(biāo)文件中建立目標(biāo)庫，這些庫是按規(guī)定的格式排列的目標(biāo)模塊，可以在被鏈接器所使用且當(dāng)鏈接器處理一個(gè)庫時(shí)僅僅使用了庫中程序，使用的目標(biāo)模塊而不是全部加以引用；</p><p>　　(4) C51編譯器和A51匯編器。Vision3

111、IDE創(chuàng)建的源文件可以被A51匯編器或C51編譯器處理生成可重定位的object文件。KEIL C51編譯器遵照ANSIC語言標(biāo)準(zhǔn)支持C語言的所有標(biāo)準(zhǔn)特性，另外還添加了幾個(gè)可以直接支持80C51結(jié)構(gòu)的特性。KEILA51宏匯編器支持80C51及其派生系列的所有相關(guān)指令集[14]。</p><p>　　4.3.2 KEIL軟件的運(yùn)行流程</p><p>　　利用KEIL開發(fā)和調(diào)試系統(tǒng)軟件流程

112、大致如下所示：</p><p>　　(1)啟動(dòng)µ Vision3</p><p>　　首先進(jìn)入KEIL軟件的集成開發(fā)環(huán)境,選擇“Project→New Project...”菜單，在彈出的“Creat New Project”對(duì)話框中為新的工程選擇或者創(chuàng)建一個(gè)目錄，并輸入工程文件的名稱，自動(dòng)生成一個(gè)工程文件（.uv2）。然后單擊“保存”按鈕，出現(xiàn)如下圖4.3所示的選擇目標(biāo)芯片窗口

113、。</p><p>　　圖4.3 選擇目標(biāo)芯片窗口</p><p>　　在如圖4.3所示的窗口中，選擇目標(biāo)CPU,因?yàn)镵eil C51支持的CPU很多，選擇 STC89C51芯片，單擊“確定”按鈕，出現(xiàn)如圖4.4所示的對(duì)話框，要求選擇是否將標(biāo)準(zhǔn)STC89C51啟動(dòng)文件加入工程中，單擊“是”按鈕，表示將文件加入工程中。</p><p>　　回到主窗口，這時(shí)，在工程窗口

114、的文件頁中，出現(xiàn)了“Target1”，其前面有“+”號(hào)。單擊“+”號(hào)展開，可以看到下一層的“Source Group1”,再單擊“Source Group1”前面的“+”，可以看到一個(gè)名為STARTUP.C52的文件。STARTUP.C52文件就是剛才加入的、適合大多數(shù)STC89C51派生系列的啟動(dòng)文件代碼。啟動(dòng)代碼是目標(biāo)芯片啟動(dòng)在main()函數(shù)之前首先執(zhí)行的代碼，用于清除片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、初始化硬件、再入堆棧指針。</p>