论文智能温室控制系统Word文档下载推荐.docx
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摘要
本文提出了一种以51单片机为主控器和射频nRF905为无线收发模块的智能温室控制系统的总体设计方案和实现方法。
系统设置了一个主机和两个从机,通过无线通信方式,实现了两个节点的温湿度数据采集。
主机通过从机预设的不同地址来实现区分两个节点发送来的温湿度数据。
本设计采用nRF905射频模块为无线传输模块,DS18B20为温度传感器模块,DHT11为湿度采集模块从而实现温室的温湿度监测与控制。
51单片机和nRF905之间通过模拟高速串口SPI实现双向通信,SPI支持高速数据传输,从而满足了温室温湿度数据的实时传输。
用VB6.0中的MScomm控件编写了温湿度接收界面,通过串口将采集到的温湿度数据显示在PC机上。
关键词STC89C51;
nRF905;
DS18B20;
DHT11
Abstract
Thispaperpresentsamethodbasedon51singlechipmicrocomputerasamaincontrollerandnRF905aswirelesstransceivermoduletodesigntheintelligentgreenhousecontrolsystem.Thesystemprovidedamasterandtwoslaves,mastercanacquistthedataoftemperatureandhumidityfromtwoslavesthroughthewirenesscommunicationmode.Themastercandistinguishthedatafromtwodifferentplacesthroughdifferentaddress.ThisdesignusenRF905moduleaswirelesstransmissionmodule,DS18B20astemperaturesensorandDHT11ashumidityacquisitionmoduletosensethegreenhousetemperatureandhumidity.51singlechipmicrocomputerandnRF905canrealizetwo-waycommunicationthroughthesimulationofhighspeedserialSPI,SPIsupporthighspeeddatatransmission,soitcanmeettheneedsofthegreenhousetemperatureandhumiditydatareal-timetransmission.ThetemperatureandhumidityreceivinginterfacecanbemadebyVB6.0MScommcontroller,thegreenhousetemperatureandhumiditydatacanbedisplayedonPCmachinethroughtheserialport.
KeywordsSTC89C51;
nRF905;
DS18B20;
DHT11
1绪论
1.1背景及意义
温室控制技术是现代农业研究的重要内容,针对长期以来温室大棚效率低、生产成本高、消耗人力资源多等缺点,温室智能控制系统能有效地克服这些困难。
本系统主要由上、下位机模块构成,下位机主要是对温室内环境因素中的温度、湿度等进行检测并按照一定的通信方式将数据传给上位机,上位机实时接收下位机上传的数据使用户能在远程监测温室的环境参数,下位机根据一定的算法控制喷淋、遮阳、通风、加热等执行系统,调节环境参数,实现温室智能控制,达到农作物优质、高产、高效的栽培目的。
1.2工作原理
智能温室控制系统是一种基于射频技术的无线温湿度检测与控制系统。
本系统由传感器、显示器、上位机、控制执行单元构成。
传感器部分包括数字温度传感器DS18B20、单片机STC89C51、低功耗无线模块nRF905和天线。
显示器由LCD1602构成。
上位机是由VB的Mscomm控件编写而成。
本系统由三个单片机模块构成,其中两个模块用作数据采集的从机,另外一个模块用作数据接收的主机。
从机采集温室温湿度并将数据送LCD1602显示,无线发射模块nRF905将采集到的温湿度发送给主机,主机将接收到的数据通过串口发送给上位机,上位机显示温室数据给用户,单片机从机将采集到的数据与预设值比较,决定是否打开控制执行单元,以达到智能控制的效果。
2系统总体设计
2.1系统的整体结构
本系统包含一台主机和两台从机。
系统的整体结构框图如图2-1所示。
从机1
主机
从机2
图2-1系统整体结构框图
2.2课题需要完成的任务
一、完成系统的硬件设计与调试。
二、完成温湿度采集的程序设计。
三、完成温湿度用LCD1602显示的程序设计。
四、完成nRF905无线收发模块收发数据的程序设计。
五、完成主机与PC机实现串口通信的程序设计。
六、完成控制执行单元软硬件的设计。
七、完成VB上位机程序的设计。
3系统硬件设计
3.1主控制器的选用
本系统涉及的主要器件包括:
主控芯片、DS18B20温度传感器、DHT11湿度传感器、nRF905无线模块,所涉及的器件较多,选择一款合适的主控芯片直接影响到系统的整体性能和设计的最终效果。
STC89C51单片机作为目前市场上最为常用的单片机具有结构简单、可控性好、I/0口多、下载程序方便、价格低廉的特点,符合本系统的设计要求,故选用STC89C51单片机作为主控制器。
3.2无线传感器nRF905模块
3.2.1芯片结构
nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率、放大器等模块,使用非常方便其详细结构如图3-1所示。
图3-1nRF905的详细结构图
3.2.2接口电路管脚说明
nRF905封装如图3-2所示。
图3-2nRF905封装
各引脚说明如表3-1所示。
表3-1nRF905管脚说明表
管脚
名称
管脚功能
说明
1
VCC
电源
电源+1.9-3.6VDC
2
TX_EN
数字输入
TX_EN=1发送模式TX_EN=0接收模式
3
TRX_CE
使能芯片发射或接收
4
PWR_UP
芯片上电
5
uCLK
时钟输出
本模块弃用
6
CD
数字输出
载波检测
7
AM
地址匹配
8
DR
接收或发射数据完成
9
MISO
SPI接口
SPI输出
10
MOSI
SPI输入
11
SCK
SPI时钟
12
CSN
SPI使能
13
GND
地
接地
14
注意:
(1)nRF905供电范围为3-3.6V之间,超出这个范围就会烧毁nRF905模块。
(2)nRF905的引脚可与5V单片机的I/O口直接相连,VCC和接地端除外。
(3)没有SPI接口的单片机可以模拟SPI。
(4)与51系列单片机P0口相连时,需加10K的上拉电阻。
3.2.3nRF905工作方式
nRF905有两种工作模式和两种节能模式。
两种工作模式分别ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式,两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。
nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定,其工作模式如表3-2所示。
表3-2nRF905工作模式
工作模式
X
关机模式
空闲模式
接收模式
发送模式
nRF905发送流程
典型的nRF905发送流程分以下几步:
A.微控制器通过SPI接口按时序把地址和数据发送给nRF905;
B.PWR_UP=1,TRX_CE=1,TX_EN=1启动发送模式;
C.nRF905开始发送数据;
D.AUTO_RETRAN被置高,nRF905不断重发,直到TRX_CE被置低;
E.当TRX_CE被置低,nRF905发送过程完成,自动进入空闲模式;
nRF905接收流程
A.TRX_CE=1、TX_EN=0,nRF905进入接收模式;
B.等待650us,nRF905不断监测,等待接受数据;
C.若从机上的nRF905检测到的载波频段与自身的相同时,CD=1;
D.若接收地址与自身地址匹配,AM=1;
E.当一个数据包接收完毕后DR=1;
F.TRX_CE=0,nRF905等待下一次接收数据;
G.数据通过SPI口以一定速率进入微控制器;
H.若数据接收完成,DR=0,AM=0;
3.2.4nRF905模块配置
1)SPI接口寄存器配置
SPI接口由5个寄存器组成,其中状态寄存器存储AM和DR引脚信息,射频和输出功能信息由射频配置寄存器保存,接收机地址和数据字节数信息由发送地址寄存器保存,待发送的数据信息由发送数据寄存器保存,要接收的数据字节数等信息由接收数据寄存器保存。
2)SPI指令设置
SPI接口的指令如表3-3所示。
表3-3SPI串行接口指令设置
指令名称
指令格式
操作
WC
0000AAAA
写配置寄存器
RC
0001AAAA
读配置寄存器
WTP
00100000
写TX有效数据1-32字节写操作全部从字节0开始
RTP
00100001
读TX有效数据1-32字节读操作全部从字节0开始
WTA
00100010
写TX地址1-4字节写操作全部从0
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