1、本科毕业设计（20 届）无线环境参数采集系统所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 1无线环境参数采集系统【摘要】本设计运用 STC89C52 单片机、DHT11 温湿度传感器、光敏电阻、nRF24L01 无线通信模块设计了温度、湿度、光照信息采集显示系统。我们先输入一个数值，当实际测量的温湿度不符合预设的数值时，超出限定的范围时蜂鸣器会发出报警信号实现报警功能。同时运用无线通信模块实现数据远距离传输。实现了温室大棚中温度、湿度、光照强度的监测。解决了温室大棚人工经验评判的误差大、反应周期长等问题。关键词：单片机 STC89C52，nRF24L01
2、，ADC0832 ，DHT112目录【摘要】 .11、绪论 .31.1 课题研究背景 .31.2 课题研究的意义 .31.3 国内外研究状况 .31.4 课题设计的目的与内容 .41.5 论文内容整体结构设计 .42、系统总体方案设计 .42.1 总体的设计方案 .42.2 总体流程图 .53、系统硬件设计 .53.1 单片机 STC89C52 处理系统 .53.2 温湿度模块设计 .83.3 显示器 .93.4 无线数据传输模块 .93.5 光照度传感器电路设计 .103.6 报警系统设计 .113.7 键盘设计 .113.8 复位电路设计 .113.9 晶振电路设计 .114、系统软件设计
3、 .124.1 参数采集系统 .124.2 无线收发模块 .134.3 按键扫描子程序 .135、总结 .14参考文献 .15附录一 整个系统原理图 .1731、绪论1.1 课题研究背景在当今社会中，各个行业都在迅速的发展。特别是在进入 21 世纪之后，整个中国的经济都发生了巨大的变化，人们的生活发生巨大改变。物质领域和精神领域在生活、医疗、教育、服务等广泛领域都发生了极大的变化。其中对于环境温度和湿度的检测已经成为了必不可少的一件事。不同的温湿度差异对人们所造成的影响也都各不相同，炎热的夏天容易中暑，寒冷的冬天容易感冒等等也都不一样。为了使人们能够更清楚地了解温湿度变化，国家采取了天气预报的
4、方法。但这只是一种大范围性的估计，我们需要研究一种简单的、方便家庭人们根据所显示的数据调整自己的环境温度，为了实现数据显示最好的生活环境，这是一个社会发展中不可或缺的一步。1.2 课题研究的意义由于时代的进步，人民生活水平大大提高，人们对生活环境的需求日益提高，而由于温湿度差异所造成的影响对人们生活造成了很大的不便。为了检测温度和湿度对于生活环境的的变化，这已经成为一个重要的研究方向。当人们可以对温湿度进行控制的情况下，人们可以根据需要调整室内环境。有必要研究温湿度的检测，它可以使人们正确认识自己的环境，同时也可以根据预测环境的变化等等。具有重要的意义。现在单片机和无线技术发展的越来越快，他们
5、也在温室大棚环境监测中发挥着越来越大的作用。但是，传统的应用于温室大棚的环境监测系统整体太过庞大，安装和拆卸很不方便，同时易受干扰和损耗，测量误差也比较大。另外目前的监测设施的人机界面都设在温室大棚附近，从而造成查看数据不方便不便于集中管理。为了克服这些缺点，本设计采用数字传感模块采集数据、通过单片机处理后经无线收发模块实现数据远距离传输达到“遥感”的目的解决了上述问题 1。本系统能够对温室大棚内的温度、湿度、光照强度进行采集。利用温湿度传感器、光敏电阻采集温室大棚内温度、湿度、光照强度信息，再使用无线收发模块将信息发送出去并且进行显示。这种温室环境监测系统可应用于农业生产的温室大棚，实现对室
6、内环境参数的实时监测，是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广。1.3 国内外研究状况在现代温室测控技术应用于实际方面，仍有许多国内外存在差距的，总体上的来说是国外起步早，所以相对于其他国家发展较快，技术成熟、领先。国内由于较晚起步，所以在技术方面还有很多值得改善的地方。目前，国内温室自动控制在我国有两个研究方向，一是智能环境监控系统，它采用计算机作为温室控制系统为核心，该系统为多变量输入/输出控制系统，温室中各环境参数检测通过传感器模拟输出，并得到模拟输出量，经相应传感器转变成数字信号；二是温室自动控制系统，基于单片机为主对温室环境进行自动监控与控制，单片机和计算机通过友好的人机界面观测与远
7、程控制温室内环境参数情况，系统可以实现采集温室内、外温度、湿度、光照、土壤温度等环境参数值，并进行显示与存储 2。总的来说，在温室监测技术这方面，国内的水平跟国外的水平还是存在很大的距离的，国内的技术还只是停留在对单个环境因素的监测和控制阶段，但是实际上呢，温室中各种环境因素都是互相影响的。各种因素的变化也相当的复杂。所以当当监测单个因素是远远不够的，所以在这方面，我们国家还是任重道远的。41.4 课题设计的目的与内容设计的目的是为了满足人们对于家居环境温湿度的不同需求，让人们可以清楚的了解自身所处环境的不同状况并作出适当调整。设计的内容主要是温湿度、光照度的检测。设计中采取了数字化的温度检测
8、，当环境温度发生改变时，湿度传感器和温度传感器也将同时发生变化、主要是其中的感应电阻会发生阻值的变化，并通过电路将之转化为电压型号，再由 A/D 转换器变为数字信号送入单片机中，通过无线模块的接收和发射端，在将信号送入单片机进行数据的过滤处理，再由单片机将信号传出通过外部显示设备显示该温湿度。1.5 论文内容整体结构设计第一，简要介绍本课题研究的背景及意义、国内的现状和要实现的目标。第二，介绍了系统各部分的软硬件的设计方案。第三，介绍了组成系统的硬件各部分电路的设计第四，介绍了组成系统的各部分软件的工作流程。第五，着重介绍了整个设计所得出的结论与总结。我本次的课题设计是采用 STC89C52
9、单片机作为核心控制器，温湿度 DHT11 模块构成的温湿度检测控制系统。硬件电路主要包括 STC89C52 单片机、温湿度光强传感器、LCD1602显示模块、nRF24L01 无线通信模块、报警器电路以及控制设备等 6 个部分构成。DHT11 和光敏电阻作为数据采集部分的元器件，因为光敏电阻采集到的是模拟信号，所以还需要进行信号转化，本设计采用 ADC0832 作为信号转化器，数据采集之后在利用无线传输模块NRF24L01 将采集到的数据发送至上位机进行液晶显示，同时采用无线通信模块来实现远距离的数据传输，达到无线传收的功能 3。从而实现了对温室大棚里的温度、湿度、光照强度的实时监测。2、系统
10、总体方案设计2.1 总体的设计方案MCU 单片 89C52报警模块A/D 转化光照强度采集显示模块无线收发模块显示模块无线收发模块键盘模块温湿度采集5图 2-1 无线环境参数采集系统总体设计方案框图2.2 总体流程图开始温湿度采集系统初始化光照强度采集液晶显示无线发送 无线接收液晶显示结束图 2-2 总体流程方框图单片机开始工作后，初始化定时器，初始化液晶显示器，然后进入定时中断，每隔 1S定时扫描中断程序；温湿度传感器和光敏电阻采集当前环境的信息，读取报警数值，中断返回，并且通过无线传输模块传输到上位机上进行液晶显示，液晶屏马上显示当前的温湿度及光照强度，若按下复位按键，则调用复位子程序，否
11、则液晶屏就一直显示当前的温湿度及光照强度的数值，直到电源断开。3、系统硬件设计3.1 单片机 STC89C52 处理系统将温湿度传感器 DHT11 连接到单片机的 P22 口以及将信号转化器 ADC8032 连接到单片机的 P34，P35，P36 口，将刚刚采集到的温湿度信息输入到单片机内，单片机采用中断方式对信息进行处理，并且进行显示以及来驱动无线发送模块。一个基本的 MCS-52 单片机通常包括中央处理器、ROM、RAM、定时器、计数器和 I/O 口等各功能部件。单片机最小系统主要有电源、复位、振荡电路以及扩展部分组成 4。6图 3-1 STC89C52 单片机最小系统STC 微处理器的性
12、能特点1) STC89C52 是深圳宏晶公司生产的基于 51 单片机内核的第六代加密单片机。它兼容 AT89C51 单片机的管脚，在此基础上具有性能稳定、驱动能力更强、功耗更低、价格更低、烧录程序更方便的特点；2) 使用 keilC 编程软件编写代码，使用方便，并且支持汇编；3) 使用 stc-isp-v4.80 软件烧录程序可实现下载，不需要额外的编程器。4) STC89C52 是一种低功耗、高性能微控制器，具有 8K 可编程 Flash 存储器 4。STC89C52 主要特性 8K 字节程序存储空间； 512 字节数据存储空间； 内带 4K 字节 EEPROM 存储空间; 32 位 I/O
13、 口线； 看门狗定时器； MAX810 复位电路； 3 个 16 位定时器/计数器；即定时器 T0、T1、T2 4 个外部中断； 全双工串行口； 具有 EEPROM 功能； 可直接使用串口下载。引脚功能说明VCC（40 引脚）：电源电压 VSS（20 引脚）：接地 STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有8 位（8 根引脚） ，共 32 根。PO 口：是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口线，名称为P0.0P0.7 作为输出端口；P1 口：是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7， 此外
14、P1.0 和 P1.1 还可以作为定时器/计数器 2 的外部计数输入和定时器/计数器 2 的触发输入； P2、P3 口：都是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口线，名称分别为 P2.0P2.7，P3.0P3.7。7下面是各个口的引脚功能：表 3-1 P1 口引脚的功能 5表 3-2 P3 口引脚功能 5端 口 引 脚 第 二 功 能P3.0 RXD(串 行 输 入 口 )P3.1 TXD(串 行 输 出 口 )P3.2 INTO(外 中 断 0)P3.3 INT1(外 中 断 1)P3.4 TO(定 时 /计 数 器 0)P3.5 T1(定 时 /计 数 器 1)P3.6 WR(外
15、部 数 据 存 储 器 写 选 通 )P3.7 RD(外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 )RST（9 引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成的复位初始化操作。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/（30 引脚）：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。/VPP（31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号。XTAL1（19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。 TXDRXDERRORTXD3 RXD2CTS8 RTS7 DSR6DTR4DCD
16、1RI9P1COMPIM_PCBT1IN1 R1OUT12 T2IN10R2OUT9T1OUT 14R1IN 13T2OUT 7R2IN 8C2+4 C2-5C1+1 C1-3VS+ 2VS- 6U4MAX232C51uFC61uFC71uF C81uFVC图 3-2 单片机与 PC 机串口电路设计 3.2 温湿度模块设计引脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的重载/捕捉触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）8在温湿度采集部分，
17、本设计采用的是 DHT11 温湿度传感器，该传感器有性价比高，测量准确，稳定性高等特点。传感器包括一个 NTC 测温元件和一个电阻式感湿元件，并与一个性能高的 8 位单片机相连接。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中进行校准。校准系数以程序的形式存在 OTP 内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数 6。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20 米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为 4 针单排引脚封装，连接方便。图 3-3 DHT
18、11 温湿度传感器 表 3-3 DHT11 引脚说明pin 名称 注释1 VDD 供电 35.5V2 DATA 串行数据，单总线3 NC 空脚，悬空4 GND 接地，电源负极DHT11 性能： 供电电压：3.35.5V DC； 输出：单总线数字信号； 湿度测量范围：2095%RH； 温度度测量范围：0 50； 湿度测量精度： 5%RH 温度测量精度：2 分辨率：湿度1%RH 温度1 7图 3-4 温湿度传感器模块3.3 显示器9图3-5 LCD显示电路对 于 本 次 设 计 ， 只 要 能 直 观 地 把 温 度 湿 度 显 示 出 来 ， 而 LCD1602 显 示 器 不 占 用 资源 ，
19、 在 设 定 阈 值 时 更 能 简 洁 明 了 ， 1602 能 显 示 两 行 字 符 ， 恰 好 对 应 分 配 给 温 度 和 湿 度 ，故 本 次 设 计 选 择 LCD1602 为 显 示 元 件 。图 3-6 1602 显 示 器 实 物 图使用时，可将P0与LCD的数据线相连，P2口与LCD的控制线相连，其中，TC1602第4脚RS为寄存器选择，第5脚RW为读写信号线，第6脚E为使能端。第714脚：D0D7为8位双向数据线。相反，因此在编写软件时需要做处理，使读取正确。 表 3-4 1602 各引脚说明编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 D7 Data I/O 9 E
20、 使能信号2 D6 Data I/O 10 R/W 读写控制信号（H/L）3 D5 Data I/O 11 RS 数据/命令选择（H/L）4 D4 Data I/O 12 V0 LCD偏压输入5 D3 Data I/O 13 VDD 电源正极6 D2 Data I/O 14 VSS 电源地7 D1 Data I/O 15 BLA 背光源正极8 D0 Data I/O 16 BLK 背光源负极 3.4 无线数据传输模块3.4.1 NRF24L01 的性能参数 工作温度范围，-40 80 工作频率范围，2.400GHz2.525GHz 发射功率可选择为 0dBm、-6dBm、-12dBm 和-18dBm
