頁引言隨著時間的推移，各項先進的科學技術也持續(xù)實現(xiàn)革新和升級，在這種情況下，電子行業(yè)實際進行發(fā)展的過程當中獲得了巨大的推動作用，呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展勢頭。如今，電子產(chǎn)品已經(jīng)在民眾的生產(chǎn)以及生活當中變得十分常見，得到了極為普遍的實際應用，使民眾的生產(chǎn)以及生活變得更加便捷，在推動經(jīng)濟以及社會發(fā)展方面做出了巨大的貢獻。在農(nóng)業(yè)以及工業(yè)領域當中，通過對這些電子產(chǎn)品進行合理設置與利用，使管理工作的智能化水平也得到了顯著的提升。在生活中有很多地方都用到了無線檢測溫度數(shù)據(jù)的方式。在工業(yè)生產(chǎn)中，工廠的生產(chǎn)環(huán)境也會有十分惡劣的情況，操作人員在高溫環(huán)境下根本不可能長時間的進行設備監(jiān)察工作，就需要一個能夠把現(xiàn)場設備的運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€適合工作的總操控室內(nèi)，然而這樣就會產(chǎn)生另外一個問題。因為工廠面積大、設備運行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多，如果通過信號線來傳輸測得的數(shù)據(jù)就要用到大量的通訊線，這樣做不僅浪費資源，還要耗費大量的人力物力去整理排線，而且當某個傳感器出現(xiàn)問題時更換比較困難。在工業(yè)生產(chǎn)中高溫高壓的環(huán)境下甚至不允許現(xiàn)場鋪設信號線，此時通過無線傳輸來進行現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)的采集就顯得尤為重要，這樣既能實時得到想要的數(shù)據(jù)也能夠節(jié)省大量資源。在日常生活中，隨著物質水平不斷的提高，對居住條件的舒適感也越來越強?，F(xiàn)如今許多家庭都越來越智能化，通過安裝室內(nèi)智能溫度檢測系統(tǒng)實時控制著溫度的變化，通過無線傳輸?shù)姆绞綄z測到的室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到處理端后，根據(jù)反映的數(shù)據(jù)情況與設定值進行比較得出結果再作出提示人們通風或者加熱等操作，智能化的調節(jié)了室內(nèi)環(huán)境當中的溫度條件，使居住環(huán)境變得更加怡人，提高了幸福感。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫室大棚、糧食站的溫度監(jiān)測，在以前都是放一個溫度計在環(huán)境當中，當需要統(tǒng)計查看數(shù)據(jù)時就得通過人員查看溫度計的形式獲取，工作量不僅大，檢測出來的數(shù)據(jù)還不準確?，F(xiàn)如今大棚生產(chǎn)果蔬是主要的方式，溫室大棚不僅占地面積大，而且數(shù)量多，通過人工檢測收集數(shù)據(jù)的方式，已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。所以在無線通信技術的發(fā)展支持下讓溫度監(jiān)測變得簡單方便。特別是農(nóng)業(yè)大棚蔬菜瓜果的種植，在現(xiàn)如今在生產(chǎn)中，溫度是蔬菜生長的重要因素，農(nóng)民對于溫度的把控往往還是憑著感覺來調整大棚內(nèi)的溫度，這對最后的產(chǎn)量和質量造成了很大影響。而無線溫度檢測報警系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應用于許多重要領域，無線傳輸實現(xiàn)了安裝方便不受路徑的限制減少了工作量而且實時把檢測到的數(shù)據(jù)傳回到控制端更易于操作減輕了人員的工作量。所以蔬菜大棚無線兩路溫度檢測報警裝置設計這樣的研究就變得有意義、有價值了，在實際的應用中也比傳統(tǒng)的溫度檢測方式更加簡便，更加精確。1技術發(fā)展背景及意義1.1溫度檢測的發(fā)展在現(xiàn)代工業(yè)化的快速發(fā)展下，在對一系列不同工業(yè)對象進行管控的過程當中，溫度檢測逐漸得到了極為普遍的實際應用，在冶金提煉等等不同的領域當中，所具有的溫控模式同樣存在一定的差異性，具體標準也有所區(qū)別，溫度檢測的方式也是種類繁多:依據(jù)相應的標準能夠對其進行類別界定與劃分，通常來講，主要包括非接觸式測溫以及接觸式測溫法。檢測溫度的原理有熱輻射定律，金屬的膨脹形變，半導體熱敏元件的阻值變化等等REF_Ref20237\r\h[1]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀溫室大棚改變了蔬菜瓜果的生長環(huán)境，為其生長創(chuàng)造了最佳的條件，在不受外界的影響下一年四季都可以種植。溫室的環(huán)境控制造就了這一切。進一步對其他國家與地區(qū)的溫控發(fā)展歷程進行總結分析能夠得出，其經(jīng)過了不同的發(fā)展階段，比如，手動控制發(fā)展階段等。具體來看，手動控制發(fā)展階段當中，通過種植者的經(jīng)驗和自覺來調整溫室內(nèi)的環(huán)境溫度，雖然直接有效，但其效率很低而且控制的準確性不高，在面對大面積種植時就顯得控制遲鈍不能實時的控制每一個溫室的溫度，不適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。自動控制在運行這套系統(tǒng)前需要農(nóng)民提前設定好環(huán)境參數(shù)，再通過計算機來控制相應的通風、升溫等操作。生產(chǎn)效率大大提高，對于現(xiàn)階段國內(nèi)的溫室發(fā)展來說是非常適合的，大型農(nóng)場現(xiàn)代化溫室大棚都是引用的這種方式。在不斷地改進和總結下逐步實現(xiàn)智能化控制REF_Ref21909\r\h[2]。1.3研究的意義溫度是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見和最基本的參數(shù)之一，溫度測量則是溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個非常重要的因素。溫度的分析判定與有效管控對能源的消耗以及生產(chǎn)安全等都起到非常重要的作用。溫度測量已經(jīng)滲透于各種場所，隨著時間的推移，市場對這種產(chǎn)品的需求迅速增加，在這種情況下，溫度傳感器行業(yè)實現(xiàn)了極為迅速的發(fā)展。而且伴隨著科學技術的進步和生產(chǎn)生活的不斷提高，為了滿足各種場所環(huán)境的需要，溫度傳感器的種類繁多不斷的更新迭代,由于部分場合生產(chǎn)環(huán)境惡劣，操作人員無法進行溫度的檢測工作，所以就要利用到無線溫度檢測的方式來進行現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的采集，而且在蔬菜大棚內(nèi)如果架設的電線過多也不方便管理，通過對蔬菜大棚內(nèi)的溫度把控來改變產(chǎn)品的質量。無線傳輸?shù)姆绞揭呀?jīng)被廣泛應用于生活中，因為其特別的傳輸方式能夠大大減少人力物力，降低成本，方便管理更加智能化科技化REF_Ref21961\r\h[3]。1.4研究的主要內(nèi)容此次設計研究的主要內(nèi)容是，將STC89C51單片機作為主機從機的主控芯片，選用2.4GHz頻段NRF24L01射頻芯片實現(xiàn)蔬菜大棚內(nèi)檢測到的溫度數(shù)據(jù)傳輸。通過對從機進行總結分析能夠得出，對傳感器DS18B20進行了合理設置與運用，基于此，能夠對蔬菜大棚內(nèi)的環(huán)境溫度進行實時測定與分析，在完成信號轉換的情況下，進一步將所獲得的結果傳輸至主機，接下來，具體情況信息通過LCD1602液晶屏真實全面的呈現(xiàn)出來。如果溫度超出合理范圍，那么系統(tǒng)將作出相應的提示發(fā)出聲光報警。2系統(tǒng)方案本章節(jié)主要描述了系統(tǒng)的功能設定與設計方案選擇，可通過方案分析、對比，了解該套系統(tǒng)的功能需求與性能參數(shù)，考慮到成本、實用性和精度選擇出此次設計的最優(yōu)方案。2.1系統(tǒng)總體設計在對主控制器進行研發(fā)設計的過程當中，根據(jù)實際需要對STC89C51單片機進行選擇與運用，從機中溫度檢測元件選用DS18B20數(shù)字型溫度傳感器，對于這種傳感器而言，所具有的最高檢測溫度125℃，最低檢測溫度-55℃，這個溫度范圍足以滿足生活生產(chǎn)需要,在蔬菜大棚內(nèi)的環(huán)境下也足夠使用。主機和從機用來發(fā)射和接收溫度信號的元件選用的是美國Nordic公司推出的NRF24L01，其信號傳輸距離最高可以達到100m。通過對DS18B20溫度傳感器進行合理運用，可以對大棚當中所具有的溫度進行實時測定與分析，同時，還和單片機實現(xiàn)有效對接，在這種情況下，不用額外配置外部硬件電路使用簡單，降低了成本，能夠實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運行，NRF24L01具有的自動重發(fā)功能使檢測到的數(shù)據(jù)能夠實時傳輸?shù)街鳈C里面。系統(tǒng)總體設計由六大模塊構成：主控制器模塊、測溫模塊、發(fā)送模塊、接收模塊、顯示模塊和報警模塊。無線兩路溫度檢測及報警裝置設計結構框圖如圖2.1所示；圖2.1溫度無線采集報警系統(tǒng)結構框圖2.2方案比較與選擇2.2.1主控芯片的選擇方案一：選用STC89C51單片機，STC89C51RC每次可以處理8位數(shù)據(jù)，編程簡單，非常適合初學者入門使用REF_Ref22281\r\h[4]。方案二：選用增強型51單片機STC12C5A60S2作為系統(tǒng)的主控芯片，參考具體情況設置與運用，實際進行運行的過程當中，所具有的運行速度最高可以達1MPS，但購置成本比較高。方案一與方案二相比，方案一的功能簡單，開發(fā)方便，但運行處理速度不如方案二，且方案二的穩(wěn)定性要比方案一高，但此次設計不會使用到ADC，通過對其所具有的成本以及綜合性能進行全面對比分析得出，方案一無疑是更加理想的選擇，方案一更貼合該套系統(tǒng)的實際需求，因此，對STC89C51芯片進行了設置與利用。2.2.2無線通信模塊的選擇方案一：選用美國TI公司生產(chǎn)的CC2430無線通信模塊，就該信息交互模塊而言，進行了Zigbee總線模式的設計，所具有的傳輸效率并不低，無線傳輸靈敏度高，抗干擾性強其內(nèi)部集成的8051微控制器核具有超高性能和功耗低的優(yōu)點REF_Ref22503\r\h[5]。但是CC2430無線通信模塊的價格較高，而且Zigbee協(xié)議復雜難懂，加大了設計成本和設計難度。方案二：選用Nordic公司生產(chǎn)的NRF24L01無線射頻收發(fā)芯片來進行通信，在進行信息交互的過程當中，對NRF24L01無線射頻收發(fā)芯片進行選擇與利用，這種裝置所具有的功耗不高，實際運行過程當中，電壓寬處于1.9V至3.6V范圍內(nèi)，能夠實現(xiàn)長距離的無線信息傳輸，同時，還能夠對成本費用進行科學嚴格的管控，所具有的電路結構也并不復雜，使用起來十分便捷?？紤]到成本和實用性，制作過程中系統(tǒng)和程序的難易程度，決定選用方案二作為本次設計的通信模塊。2.2.3顯示器的選擇方案一：選用LCD12864液晶屏來顯示溫度值。根據(jù)需要對LCD12864液晶屏加以運用，LCD12864是一款通用的液晶顯示屏，其中具有點陣圖形顯示模塊，在這種情況下，能夠順利的將字母以及數(shù)字符號清晰有效的顯示出來，在進行操控的時候，各項工作并不復雜，界面的人性化水平比較高。雖然顯示功能強大，但價格較高。方案二：選用LCD1602液晶屏來顯示溫度值，通過對這種液晶屏進行合理設置與利用，能夠順利的將各種符號以及字母等有效的呈現(xiàn)出來，總體來講，LCD1602液晶屏也叫1602字符型液晶屏是專門用來顯示英文字母、阿拉伯數(shù)字、標點符號的點陣型字符，能夠顯示兩行字符，適合本設計的顯示要求而且價格便宜，控制原理簡單，工作電壓3V或5V。方案三：通過對LED7段顯示管進行設置與利用，能夠對成本進行嚴格的管理與控制，亮度高顯示清晰，管控十分便捷，不過，難以將字符顯示出來。綜合以上方案，我們選擇了經(jīng)濟實惠的LCD1602液晶屏來作為主機的顯示。2.2.4溫度傳感器的選擇選用DS18B20，數(shù)字式溫度傳感器DS18B20與單片機連接簡單，具有尺寸小、耐磨性和耐觸性強、使用廣泛、封裝形式多供不同環(huán)境條件來進行選擇，對處于空間小情況復雜的設備進行溫度檢測十分方便。也不需要對A/D模塊進行研發(fā)設計，降低了設計成本，保證電路結構足夠清晰明確，減輕了工作量REF_Ref22901\r\h[6]。同時，所具有的測定范圍也比較大，能夠對測定誤差進行嚴格管控，正是因為如此，這種類型的溫度采集芯片對于該系統(tǒng)而言具有較強的適用性。3硬件系統(tǒng)的模塊溫度檢測報警在平時工作生產(chǎn)生活中有著廣泛的應用，隨著生活水平和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展下，對溫度檢測及報警的準確度要求越來越高，面對溫度測量的范圍廣和高精度情形下傳統(tǒng)的測量方法顯得很吃力，本設計選用數(shù)字型DS18B20作為現(xiàn)場溫度測量元件，能夠將測得的溫度字轉換成數(shù)據(jù)，經(jīng)NRF24L01無線通信模塊把溫度數(shù)據(jù)無線傳到到主機模塊當中，在顯示模塊下測得的溫度值在LCD1602液晶屏上顯示出來，要是不在設定的正常溫度范圍內(nèi)，系統(tǒng)就會發(fā)出報警。不像傳統(tǒng)測量需要將溫度感應器和主機之間通過信號線相連接，無線傳輸?shù)姆绞礁臃奖恪?.1溫度檢測模塊本次設計實際對從機當中的溫度測定器件進行研發(fā)設計的過程當中，根據(jù)實際需要對測溫芯片DS18B20進行選擇與利用。通過進一步對這種芯片進行總結分析能夠得出，其具備諸多優(yōu)點，比如，耐磨性能理想，抗干擾性能突出，能夠對體積進行嚴格管控，便于進行接線，功耗小等等REF_Ref23496\r\h[7]。溫度測量范圍在+125℃到-55℃之間足夠滿足溫室大棚的條件需要，溫度數(shù)據(jù)分辨率可以在9到12位中來選擇。能夠根據(jù)實際需要對分辨率作出合理設定。在該項設計當中，DS18B20基本情況信息可以參考圖3.1。圖3.1DS18B20引腳圖3.1.1DS18B20的管腳配置和內(nèi)部結構引腳定義：(1)DQ指的即是數(shù)據(jù)輸入端亦或是輸出端；(2)GND為電源地線；(3)VDD為外接電源電壓輸入端。內(nèi)部結構如圖3.1.1所示。圖3.1.1內(nèi)部結構圖因為其溫度傳感器與存儲器全都集成在一個芯片上?？傮w來講，DS18B20具備十分突出的抗干擾性能。3.2無線收發(fā)模塊該模塊選用的是挪威企業(yè)研發(fā)設計出來的NRF24L01數(shù)據(jù)信息收發(fā)器芯片，通過對這種芯片進行合理運用，能夠將其和外部電路加以整合，進而順利的將這個模塊構建起來，實際運行的過程當中，所具有的頻率處于2.4GHz～2.5GHz范圍內(nèi)，同時，所具有的運行電壓處于1.9V~3.6V范圍內(nèi)。主機與兩個從機之間通過NRF24L01的收發(fā)信號相聯(lián)系，保證正常工作。3.2.1NRF24L01概述對于NRF24L01而言，從根本上來講從屬單片射頻信息收發(fā)元件的基本范疇，實際進行運行的過程當中，所具有的頻率處于2.4GHz～2.5GHz范圍內(nèi)。進一步對無線收發(fā)器進行總結分析能夠得出，其涉及不同的組成部分，比如，調節(jié)器以及頻率發(fā)生器等等。實際進行運行的過程當中，如果所具有的發(fā)射功率是0dBm，所具有的運行電流則是11.3mA，在處于接收模式的情況下，所具有的運行電流則是12.3mA。同時，該元件還具備諸多不同的基本特性，比如，能夠自動的作出應答，可以自動的產(chǎn)生CRC驗證碼，在對數(shù)據(jù)信息進行傳輸?shù)倪^程當中，所具有的傳輸率是lMb/s亦或是2Mb/s；此外，其SPI速率處于0Mb/s～10Mb/s范圍內(nèi)；在進行供電的過程當中，所具有的電壓則處于1.9V～3.6V范圍內(nèi)等REF_Ref23773\r\h[8]。3.2.2NRF24L01工作原理通常來講，在進行信息交互的過程當中，所有的模塊均能夠設定成發(fā)送模式以及接收模式，同時，能夠通過主控單片機參考具體情況對相應的模式加以設定。對于NRF24l01信息交互而言，必須符合相應的規(guī)定與要求。首先，所具有的頻道是一致的；其次所具有的地址是一致的；再者，所獲得亦或是傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是一致的。作為發(fā)送端傳輸信息量的過程當中，實現(xiàn)對發(fā)射模式的設定，然后把TX_ADDR（接收節(jié)點地址）和TX_PLD經(jīng)由SPI口依據(jù)相應的順序輸入NRF24L01緩存區(qū)當中，接下來，將CE設定成高電平，經(jīng)過延遲130μs后傳輸數(shù)據(jù)量;假如能夠獲得反饋，那么，意味著順利的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息交互;假如沒有能夠獲得反饋，那么，意味著沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互，在這種情況下，將自動的再次對各項數(shù)據(jù)信息進行發(fā)送;在MAX_RT等處于高電平狀態(tài)的情況下，出現(xiàn)中斷。在順利實現(xiàn)發(fā)射的情況下，如果CE處于低電平狀態(tài)，那么，nRF24L01則來到空閑模式1;如果存在數(shù)據(jù)信息，同時，CE是高電平，那么，繼續(xù)進行數(shù)據(jù)信息的發(fā)射;如果不存在數(shù)據(jù)信息，同時，CE是高電平，切換至空閑模式2。在接收數(shù)據(jù)信息之前，需要把NRF24L01設定成接收模式，在這個基礎上，處于待接收信息的基本運行狀態(tài)。在分析判定存在有效地址以及CRC的情況下，把信息保存于RX

FIFO當中，IRQ降低，出現(xiàn)中斷，獲取各項數(shù)據(jù)信息。在這種情況下，如果自動進行應答，接收方作出相應的反饋。在順利接收到各項數(shù)據(jù)信息的情況下，如果CE降低，那么，切換至空閑模式1。在數(shù)據(jù)寫入寄存器時要先將NRF24L01調整為待機或著掉電模式，下圖是SPI操作及時序圖：圖3.2.2（a）SPI讀操作圖3.2.2(b)SPI寫操作3.2.3配置字對于SPI口來講，從屬于同步串行數(shù)據(jù)信息交互接口的基本范疇，最大傳輸速率為10Mb/s，實際進行運行的過程當中，先傳送低位字節(jié)REF_Ref24482\r\h[9]。不過就單個字節(jié)來講，必須遵循相反的順序。與SPI相關的指令共有8個，使用時這些控制指令由NRF24L01的MOSI輸入。相應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給MCU。通過SPI口來訪問配置寄存器，由配置寄存器來定義NRF24L0l所有的配置字。進一步對NRF24L01進行總結分析能夠得出，所具有的配置寄存器數(shù)量為二十五個，常用的配置寄存器可以參考表1。地址（H）寄存器名稱功能00CONFIG設置24L01工作模式01EN_AA設置接收通道及自動應答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW設置地址寬度04SETUP_RETR設置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù)07STATUS狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài)0A~0FRX_ADDR_P0~P5設置接收通道地址10TX_ADDR設置接收接點地址11~16RX_PW_P0~P5設置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度表1常用配置寄存器3.3STC89C51單片機簡介單片機通常指在芯片上將CPU、存儲器、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)組合在一起，使它具備了計算機的功能的元器件。雖然單片機的性能并不能與計算機相媲美，但是其造價低廉、體積小、可靠性高和開發(fā)簡單等優(yōu)點成為嵌入式開發(fā)和小型智能產(chǎn)品研發(fā)的首要之選。由于單片機的顯著優(yōu)點，它已經(jīng)成為了科研中解決問題重要的一種技術手段。從民用的電飯鍋、冰箱、洗衣機的控制，公共的公交卡，到工業(yè)自動化系統(tǒng)的應用，飛機上的儀表，醫(yī)療器械等等都需要對單片機進行設置與利用。因此，單片機逐漸形成了一種學科，在此領域造就了一眾半導體研發(fā)科學家、智能應用工程師和單片機企業(yè)等等REF_Ref24805\r\h[10]。STC89C51單片機擁有512個字節(jié)的存儲器，具備32個能夠進行編程的I/O口線，還具備40個引腳，2個16位定時器、計數(shù)器，內(nèi)部還具有4KB字節(jié)的可擦除儲存器，有中斷源T0/T1，2個外部的INT0與INT1及串行口?？删幊绦虻目臻g有8K字節(jié)，內(nèi)部同時含有Flash儲存器，同時因為這種是做過了改善，所具有的功能是比以往舊的單片機功能要多，并且它所有的功能都能夠和51單片機兼容，也正是因為如此，STC86C51在不同的管控系統(tǒng)當中都具備較強的適用性，隨著時間的推移，逐漸實現(xiàn)了極為普遍的實際應用。不管是在系統(tǒng)可編程中還是在應用可編程當中，它們都是可以不使用專業(yè)的軟件編程來編寫，同時也是可以不用專業(yè)的軟件仿真，可以直接通過單片機的RXD引腳和TXD引腳接口來下載編好的程序進行調試。另外，STC89C51中EEPRO具有在掉電后數(shù)據(jù)不丟失的功能，同時，實際進行應用的過程當中，還能夠根據(jù)實際需要與鍵盤控制等等各種不同的外圍子模塊進行對接。

4硬件系統(tǒng)的設計在對硬件系統(tǒng)的設計和研究中，考慮到總裝置的功能需要，來對各部分硬件進行設置。達到使用方便，結構清晰簡單等等。4.1硬件系統(tǒng)設計總體方案本系統(tǒng)以DS18B20檢測蔬菜大棚內(nèi)的溫度，選用STC89C51單片機作為主機和從機的主控芯片，實際對大棚環(huán)境溫度進行測定與分析的過程當中，根據(jù)需要對DS18B20進行設置與利用。DS18B20將溫度信號處理完成后，傳送至從機中的主控制器處理，單片機將溫度信號處理后發(fā)送給NRF24L01信號收發(fā)模塊，通過NRF24L01無線信號收發(fā)模塊將溫度信號傳送到主機當中的接收部分。溫度信息獲取部分（從機）所具有的電路結構為圖4.1.1所示，在對溫度信號進行全面轉換的情況下，進一步將信號傳送至單片機當中，通過進行有效處理，最終順利的被主機所接收。圖4.1溫度采集端總體電路圖對于接收端而言，所具有的基本電路結構如圖4.1.2所示，在獲得溫度相關的數(shù)據(jù)信息的情況下，進一步通過單片機對其進行全面處理，在這個基礎上，借助于LCD1602液晶屏將具體信息加以呈現(xiàn)。而且，主機能夠根據(jù)實際需要對溫度范圍進行合理設置，測得的溫度值不在設定范圍內(nèi)系統(tǒng)就會引發(fā)聲光報警。圖4.1.2接收端總體電路圖4.2單片機最小系統(tǒng)要想單片機實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運行，就需要單片機最小系統(tǒng)來支撐整個系統(tǒng)的運行。其電路構成如圖4.2所示。圖4.2單片機最小系統(tǒng)進一步對單片機最小系統(tǒng)進行總結分析能夠得出，其涉及不同的組成部分，比如，晶振電路以及復位電路等等。從STC89C51單片機的實際情況來看，在運行的過程當中，所具有的電壓處于4V-5.5V之間,因此，為其提供5V電壓便能滿足實際需要。通過對復位電路進行設置與利用，確保單片機實現(xiàn)穩(wěn)定可靠運行，依據(jù)相應的標準能夠對復位電路進行類別界定與劃分，通常來講包括上電自動復位電路以及手動開關復位電路。對于51單片機而言，在開機的情況下，所具有的電容為10uf，同時，其電阻為10k，單片機通過復位啟動的方式進入運行狀態(tài)。在本次設計當中，根據(jù)實際需要對外部手動開關復位進行設計與運用，在進行復位的過程當中，按鍵按下單片機系統(tǒng)復位，電容就會出現(xiàn)短路狀態(tài)處在一個短路電路中，電容放電釋放所有的電能，電阻兩端的電壓增加，單片機RST引腳出現(xiàn)高電平，最終單片機順利的實現(xiàn)復位。在晶振電路當中，對XTAL1和XTAL2反相放大器進行了合理設置與利用，在這種情況下，可以使用外部時鐘也可以使用內(nèi)部時鐘，對內(nèi)部時鐘模式進行了選擇與運用，把石英晶體等與兩個不同的引腳進行對接，自激振蕩得以順利實現(xiàn)。如何選取合適的晶振，在該項設計當中，根據(jù)實際需要對12MHZ石英晶振進行設置和應用。由于能耗與頻率有著相同的變動趨勢，達不到節(jié)能高效的目的。而且，振蕩頻率還受到微調電容情況的影響。實際對石英晶振進行設置與利用的過程當中，將電容控制在20pF-40pF范圍內(nèi)，對于此次設計來講，對大小為30pF的陶瓷電容進行了設置和利用。4.3單片機的時鐘電路與復位電路設計本系統(tǒng)選用STC系統(tǒng)列單片機，STC89C51單片機的功能使用基本滿足本次設計的需要。同時。STC89C51單片機還具備很多的學習資料，便于進行學習與利用。進一步對該種單片機進行總結分析能夠得出，不僅具備十分突出的抗干擾性能，而且，便于進行調試和維護。在此次設計當中，根據(jù)實際需要對自動復位電路以及時鐘電路進行設計與運用，具體情況信息可以參考圖4.3.1和4.3.2所示：圖4.3.1時鐘電路 圖4.3.2復位電路因為單片機P0端口內(nèi)部不存在上拉電阻，所具有的輸出形式是高阻態(tài)，因此，難以穩(wěn)定可靠的將電平信號有效輸出，在這種情況下，使用該組I/O口時必須對上拉電阻進行設置與利用，通常外接一個10k的上拉電阻就能發(fā)揮相應的限流保護作用。在使用該組I/O口時就需要外接一個10k的上拉電阻，起著限流保護作用。假如輸出電流并不小，輸出電平就會隨之減小，基于此，能夠借助于上拉電阻供給相應的電流分量，進一步提高電平。4.4LCD1602液晶屏模塊顯示模塊選用LCD1602液晶屏來顯示溫度字符，顯示模塊主要是以液晶顯示和液晶控制這兩大部分組成；主要是通過控制液晶顯示區(qū)的電壓來實現(xiàn)字符的密碼顯示。它主要是由字符類型的液晶顯示屏、控制的驅動電路、電阻和電容等的元器件組成。在單片機系統(tǒng)中為了觀察整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)常就需要外加顯示模塊來顯示整個系統(tǒng)運行情況，在本次設計中只需要顯示測得的溫度值就可以觀察到系統(tǒng)是否正常運行。通常在單片機系統(tǒng)中用于顯示模塊核心有：二極管、LCD屏幕顯示、LED燈顯示器、CRT顯示器等等，考慮到本次設計所要實現(xiàn)的功能和成本等實際情況，選用LCD1602液晶顯示屏作為本設計的顯示器模塊的核心就足夠了，通過進一步對LCD1602進行總結分析能夠得出，這種顯示器具備諸多優(yōu)點，比如，能夠對成本進行嚴格有效的管控，具備十分理想的顯示效果，可以對體積進行嚴格控制，所具有的功耗也不高。LCD1602引腳分配：從左往右：引腳1.GND為接地引腳。引腳2.VCC接5V直流電源。引腳3.VO是調節(jié)字符亮度和背光亮度之間的對比度，一般要接一個滑動變組器。但是我用的是充電寶作為電源電壓比較穩(wěn)定所以我這里直接一個普通的電阻就可以了。引腳4.RS通過對該引腳進行設置與利用，能夠發(fā)揮出寄存器的基本效用。在處于高電平狀態(tài)的情況下，發(fā)揮著數(shù)據(jù)寄存器的基本作用，在處于低電平狀態(tài)的情況下，發(fā)揮著指令寄存器的基本作用。引腳5.RW當信號為低電平時是向輸入指令或者數(shù)據(jù)，高電平時則反之。引腳6.E使能引腳，當引腳處于高電平狀態(tài)的情況下，隨著電平的降低，開始執(zhí)行相應的指令。引腳7-14.DB0-7為數(shù)據(jù)端引腳，依次連接單片機P.0-P.7。引腳15-16.為LCD背光的正負極。顯示電路如圖4.4。圖4.4LCD液晶屏模塊電路4.5溫度傳感器接口電路通過對DS18B20三個不同的引腳進行合理設置與利用，并設置相應的阻值為10K的上拉電阻，從而切實保證測溫輸出的準確性。電路基本情況信息可以參考圖4.5。圖4.5溫度傳感器接口電路4.6聲光報警電路實際對蜂鳴器進行研發(fā)設計的時候，對5V電磁式有源蜂鳴器加以設置與利用，因為蜂鳴器運行過程當中的電流往往很高，單片機的P16I/O口的輸出電壓低于蜂鳴器驅動電壓，蜂鳴器不能夠直接由單片機驅動工作，根據(jù)實際需要對8550三極管進行選擇與利用，通過8550三極管將單片機輸出電壓進行放大以至于能夠成功驅動蜂鳴器工作。在8550三極管基極上串聯(lián)一個阻值是1K的電阻，在這個基礎上，進一步與I/O口進行對接。當單片機I/O口輸出為低電平時，三極管就會導通，電路通路蜂鳴器、發(fā)光二極管正常工作，相反則不工作。電路如圖4.6所示。圖4.6聲光報警電路圖4.7按鍵控制電路實際對按鍵電路進行設置的過程當中，對四個不同的按鍵進行了設定與利用，這些按鍵都具備一定的獨立性，通過按鍵操作可以對蔬菜大棚內(nèi)溫度上下限的設置、主從機復位的操作從而達到人機交互目的。在將按鍵按下的情況下，I/O口將處于低電平狀態(tài)，因此，只需要對I/O口的低電平狀態(tài)不斷進行測定與分析，同時因為這類按鍵是屬于金屬解除的方式所以在其工作的時候就會出現(xiàn)抖動紋波的情況，所以通過對短暫的延時進行添加，達到消除干擾的基本目的。電路得基本情況信息可以參考圖4.7。圖4.7按鍵連接電路圖三個按鍵的功能分別為：第一個按鍵：按動一次進入溫度設置界面，數(shù)碼管顯示“T1LXXX”“T1HXXX”“T2LXXX”“T2HXXX”；再次按動進行切換要設置的溫度；長按則退出設置界面恢復正常顯示。第二個按鍵：在設置模式下，通過第一個按鍵切換到想要設置的參數(shù)后按動此按鍵一次溫度參數(shù)加一。第三個按鍵：在設置模式下，通過第一個按鍵切換到想要設置的參數(shù)后按動此按鍵一次溫度參數(shù)減一。4.8電源電路主機和從機都安裝有3節(jié)1.5V5號電池組做為供電電源，因為單片機工作電壓在3-5V之間、傳感器的工作電壓也是一樣，4.5V直流電源能夠滿足系統(tǒng)的需要，同時，通過這種方式為系統(tǒng)供給電能也十分便捷，在沒有電源供應時只需要更換電池即可。在蔬菜大棚的管理中不需要額外增加電源線就可以實現(xiàn)溫度檢測。電源電路如圖4.8，其中P1為電池接口由三節(jié)電池盒，SW1為系統(tǒng)電源總開關。D3為電源指示燈通電后常亮。圖4.8電源接口電路4.9無線傳輸模塊在蔬菜大棚溫度檢測后在溫度信號無線傳輸過程當中，根據(jù)實際需要對NRF24L01模塊進行設置與利用，具體來看其與單片機連接方式如圖4.9所示，一個發(fā)射一個接收。圖4.9NRF24L01無線發(fā)射與接收模塊接線圖

5軟件程序的設計與系統(tǒng)功能實現(xiàn)5.1軟件設計原則及編程思路系統(tǒng)中的程序是根據(jù)系統(tǒng)功能要求編寫的，應穩(wěn)定正確的實現(xiàn)一系列不同的功能。對于本次設計而言，必須保證基本結構足夠明確具體，用最少的步驟實現(xiàn)功能。這樣方便器件調試，調用，也便于程序的修改。對于程序存儲區(qū)來講，保證實現(xiàn)科學合理的布置與安排，便于進行各項基本操作，節(jié)約內(nèi)存容量。編程時要根據(jù)設計要求，分布分段實現(xiàn)編程。滿足蔬菜大棚溫度的檢測。5.2主程序流程圖設計5.2.1從機發(fā)送部分從機發(fā)送部分的一個循環(huán)工作是這樣的：系統(tǒng)程序先將DS18B20溫度傳感器初始化，然后從DS18B20讀出蔬菜大棚內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，將測得的環(huán)境溫度值轉化成十進制后，對溫度數(shù)組選取整數(shù)部分寫入要通過無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)數(shù)組，在系統(tǒng)對NRF24L01進行初始化過后，才把處理過后的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去，其流程圖如圖5.2.1所示。開始開始轉換溫度為十進制將溫度寫入發(fā)射數(shù)據(jù)發(fā)射數(shù)據(jù)從DS18B20讀溫度初始化圖5.2.1發(fā)射部分總體流程圖5.2.2主機接收部分主機接收部分的總體思路是這樣的，在完成對NRF24L01初始化設置的情況下，進入循環(huán)對狀態(tài)寄存器的運行情況進行分析與評定。假如存在接收中斷的情況，那么就從FIFO_buffer讀入二進制信息，接下來完成數(shù)據(jù)信息處理工作把數(shù)據(jù)轉換成十進制形式，通過LCD液晶屏加以呈現(xiàn)，其流程圖如圖5.2.2所示。開始開始從RX-FIFObuffer度數(shù)據(jù)將溫度轉換成十進制顯示數(shù)據(jù)判斷接收中斷初始化圖5.2.2接收部分總體流程圖5.3子程序設計5.3.1發(fā)送部分軟件設計單片機在完成NRF24L01信息交互模塊以及DS18B20溫度傳感器的初始化設置的情況下，讀取蔬菜大棚溫度相關的各項數(shù)據(jù)新信息。接下來，通過進行進一步處理，在無線模塊作用下將溫度將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至接收端。5.3.2溫度傳感DS18B20DS18B20溫度測定與分析過程當中，將單總線協(xié)議作為基本參考依據(jù)，保證溫度通信數(shù)據(jù)的精準性，單片機按照時序獲取與寫入DS18B20中各項數(shù)據(jù)信息，包括初始化、讀l、讀0，寫1、寫0等操作。在完成復位的情況下，獲取反饋信息，跳過讀ROM中序列號后，進行溫度轉換，對各項數(shù)據(jù)信息加以保存。其流程圖如圖5.3.2所示。初始化初始化返回值為1Scratchpad命令開始發(fā)送溫度轉換跳過讀取ID跳過讀取ID復位延時800MS讀取溫度轉換結果轉換為十進制數(shù)碼管顯示圖5.3.2溫度檢測軟件流程圖5.3.3NRF24L01無線傳輸在完成初始化設置的情況下，順利的進入相應的運行模式，初始化設置單片機的I／O端口和要使用到的SPI寄存器兩部分。配置完成過后射頻芯片NRF24L01進入想要的工作模式。5.5調試步驟步驟一在硬件電路的焊接完成過后，檢測焊接電路板是否出現(xiàn)漏焊、短路等情況，還有一些元件的正負極接線是否對正確、整體電路的走線是否跟原理圖一致。對于焊接、電路元件正負方向的檢查調試，就是將焊接完成后的的電路板對比電路原理接線圖的線路，依次檢查線路上的每一個電氣元件和連接導線是否存在。通過使用數(shù)字萬用表來檢測線路短路、斷路、焊接存在的問題這些情況。將數(shù)字萬用表打到蜂鳴檔位，這時當紅表筆和黑表筆短接在一起時，數(shù)字萬用表就會發(fā)出鳴叫警示。根據(jù)這個原理就可以用來檢測電路板是否存在短路、斷路焊接問題。實際檢測時的操作，如圖5.5.1和5.5.2所示。焊接線路沒有問題電路導通蜂鳴器就會鳴叫，相反斷開則不會發(fā)出聲音。這樣通過依次連續(xù)檢查，在結合萬用表的工作現(xiàn)象就可以檢測出焊接線路是否有問題。圖5.5.1圖5.5.2步驟二將接收端(主機)STC89C51單片機寫入LCD1602顯示程序，通電檢查LCD1602液晶屏顯示是否正常工作。如圖5.5.3所示。圖5.5.3液晶顯示步驟三將測量端（從機）STC89C51與溫