基于單片機(jī)的蔬菜大棚控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計.doc

1 緒論1.1 引言在我國，利用塑料大棚種植蔬菜技術(shù)在各地區(qū)已廣泛流行，尤其是種植蔬菜大棚在北部地區(qū)已成為農(nóng)民致富的途徑之一。溫室對農(nóng)作物生長的的影響是好是壞，產(chǎn)品質(zhì)量的高低，關(guān)鍵在于溫室環(huán)境條件對作物生長和發(fā)展需要的適宜性。因此，準(zhǔn)確地監(jiān)測溫室中的環(huán)境因素才能確保高效率、高產(chǎn)量、高質(zhì)量和低消耗。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種包含了傳感器、智能控制、無線通訊、嵌入式等多門學(xué)科于一體的綜合技術(shù)，這一新興的學(xué)科從誕生之日起就因為其潛在的廣闊應(yīng)用前景而受到了許多學(xué)者與研究者的青睞，很有引發(fā)一場新技術(shù)革命的勢頭。眾多隨機(jī)分布的微小節(jié)點組成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不需要任何的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它自帶數(shù)據(jù)處理、傳感器、無線通信等多個模塊，借助它的傳感器模塊并通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，有效地與物理環(huán)境融合。無線傳感網(wǎng)可以實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域里的各種環(huán)境以及監(jiān)測對象的信息，然后把這些信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。1.2 研究背景及意義近十多年以來，我國發(fā)展農(nóng)業(yè)信息化的核心已經(jīng)趨向于發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，首先它要求采用先進(jìn)的信息采集技術(shù)進(jìn)行實時、快速、并較低成本地獲取農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，從眾多獲取的數(shù)據(jù)中提取有用的信息來制定農(nóng)業(yè)管理以及生產(chǎn)的科學(xué)決策，最后通過人工控制或者種種智能農(nóng)業(yè)機(jī)械等措施來達(dá)到預(yù)期的農(nóng)作物生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。迅速發(fā)展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)符合上述的要求并且能夠極大地擴(kuò)展現(xiàn)有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，因此，我們可以預(yù)見，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在蔬菜大棚環(huán)境控制中具有一片光明的應(yīng)用前景。 隨著快速發(fā)展以及日趨成熟的無線技術(shù)，無線通信技術(shù)也發(fā)展到了一定的階段，其發(fā)展技術(shù)越來越成熟，方向也越來越多樣化，眾多的采用方案也開始應(yīng)用無線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和采集。低功耗高集成數(shù)字設(shè)備以及微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，實現(xiàn)了小體積、低功耗、低成本的傳感器節(jié)點。這樣的節(jié)點配合各種類型的傳感器，能夠組合成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場監(jiān)控、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測以及大區(qū)域內(nèi)部的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種開創(chuàng)了新應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù)。傳感網(wǎng)絡(luò)和傳感技術(shù)已經(jīng)被學(xué)者們認(rèn)定為最重要的研究之一。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點大多由電池供電，通常其工作環(huán)境也比較惡劣，而且數(shù)量大且更換極其困難。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計準(zhǔn)則之一是它的低功耗，所以為了使其可靠且耐用，它迫切地需要對傳統(tǒng)嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)進(jìn)行更新和完善，并且需要精心地設(shè)計軟硬件系統(tǒng)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是融合了嵌入式軟件硬件、傳感器、無線通信、芯片制造、智能控制等多種學(xué)科的綜合性技術(shù)，這個新興學(xué)科從一開始誕生就由于其潛在并廣闊的應(yīng)用前景而受到了眾多學(xué)者和研究者的青睞，大有引起一場新技術(shù)革命的勢頭。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機(jī)分布的微小節(jié)點組成的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身帶有傳感器、數(shù)據(jù)處理、無線通信等模塊，不需要任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過自組織的方式組網(wǎng)，借助其傳感器模塊，有效的與物理環(huán)境交互，能夠協(xié)作的實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，并把信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。 隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益地發(fā)展和不斷地深入，未來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢與熱點將會是支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)超微型嵌入式操作系統(tǒng)的研究。雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作起初是出于軍事目的，但是隨著研究工作的不斷深入和廣泛，使得目前民用系統(tǒng)占據(jù)了大部分，并且已在自然環(huán)境觀測及預(yù)報、動植物監(jiān)視、保健醫(yī)療等方面進(jìn)行了試探性的研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在資源受限的條件下完成感知、通信和控制功能是其面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，這些限制主要包含有限的通信能力、計算能力、存儲空間以及有限的能量供給。系統(tǒng)軟件對管理以及操作這類設(shè)備的支持是目前最缺少的關(guān)鍵技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心是支持傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。1.3 蔬菜大棚控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀我國在引進(jìn)與自我開發(fā)并進(jìn)的過程中發(fā)展了現(xiàn)代化溫室，國外從20世紀(jì)70年代就開始研究溫室環(huán)境控制技術(shù)。起初是應(yīng)用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄與控制。目前世界各國的溫室控制技術(shù)都在迅速發(fā)展，某些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著無人化、完全自動化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)已經(jīng)研制并實現(xiàn)了計算機(jī)自動控制的現(xiàn)代化高科技溫室，而且形成了使人驚羨的農(nóng)作物土廠。然而我國的溫室系統(tǒng)屬于半開放式系統(tǒng)，溫室內(nèi)部的環(huán)境控制水平相對比較低，仍需靠人工根據(jù)經(jīng)驗來管理。此外，由于國內(nèi)的控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于單因子控制，從而使得設(shè)施現(xiàn)代化水平相對較低，對溫室環(huán)境的調(diào)控能力較差，產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量難以得到保證。所以正是這些發(fā)揮著主力軍作用的塑料大棚與日光溫室正在逐步解決城鄉(xiāng)人民的蔬菜供應(yīng)問題。 蔬菜大棚是一個能夠改變農(nóng)作物生長環(huán)境、為農(nóng)作物生長提供最佳條件、避免四季變化以及惡劣氣候等外界環(huán)境對其影響的場所。蔬菜大棚把采光覆蓋材料用來作為部分或者全部的結(jié)構(gòu)材料，使農(nóng)作物能夠在冬季或者其他不適宜露地農(nóng)作物生長的季節(jié)生長。溫室大棚生產(chǎn)以實現(xiàn)產(chǎn)期的調(diào)節(jié)，促進(jìn)生長發(fā)育，病蟲害的防治以及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室大棚設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制技術(shù)，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)的精度。隨著蔬菜大棚現(xiàn)代化的發(fā)展，由于設(shè)施園藝工程涉及的學(xué)科廣、科技含量高、與人民生活關(guān)系密切，從而使得世界各國開始越來越重視它，此外，這也為我國的大型現(xiàn)代化溫室發(fā)展提供了非常好的機(jī)遇，而且產(chǎn)生了巨大的推動作用。 就目前國內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來看，溫室環(huán)境的控制技術(shù)基本上經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:（1）手動控制；（2）自動控制；（3）智能化控制。1.4 蔬菜大棚信息傳輸存在的問題就根據(jù)當(dāng)前的研究情況來看，中國蔬菜大棚信息傳輸存在的主要問題是不同的系統(tǒng)之間兼容較為困難。由于各控制器、傳感器系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)各不相同，因而在進(jìn)行信息傳輸時會出現(xiàn)各部件之間的不兼容。目前國外的大型農(nóng)用設(shè)備之間的信息傳輸大都采用can總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但各公司內(nèi)部又都有自己獨立的can總線高層用戶協(xié)議，因而成為用戶研究以及二次開發(fā)的障礙。對于蔬菜大棚的信息傳輸而言，今后需主要解決的問題是使得系統(tǒng)中傳感器的各個部分標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，從而進(jìn)一步地實現(xiàn)實時采集與分時存儲功能。2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.1 引言 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一種是由多門學(xué)科交叉組成的研究領(lǐng)域，從而涵蓋了大量的研究方向，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有與生俱來的應(yīng)用相關(guān)性，即使是使用通用平臺構(gòu)建的系統(tǒng)也無法達(dá)到最優(yōu)的效果，它的應(yīng)用定義要求網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點設(shè)備可以在有限的能量供給下實現(xiàn)對目標(biāo)的長時間監(jiān)控，從而一切技術(shù)元素的優(yōu)化目標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的能量效率。人們通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在任何的時間、地點以及環(huán)境條件下獲取詳細(xì)可靠的信息。從某種意義上來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會把物理上和邏輯上的信息世界交互在一起，從而極大地擴(kuò)展了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)范圍且提高了人類認(rèn)識世界的能力。2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常由精簡功能設(shè)備節(jié)點、全功能設(shè)備節(jié)點、協(xié)調(diào)節(jié)點和路由節(jié)點組成。眾多的微型傳感器節(jié)點分布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部或者附近，并且可以通過自組織方式組成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點監(jiān)測到的數(shù)據(jù)跟著其他傳感器節(jié)點逐步跳躍地進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可能會被多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳之后路由到匯聚節(jié)點，最后通過互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)管理節(jié)點。具體來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可分成兩個組成部分：傳感器節(jié)點與傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用和監(jiān)測物理信號的不同決定了傳感器類型，從而節(jié)點的功能以及性能也會不盡相同。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基本上是由處理器模塊、傳感器模塊、無線通訊模塊與能量供應(yīng)模塊四個模塊單元組成。處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理自身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)；傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部信息的采集和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；無線通信模塊主要負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點進(jìn)行無線通信，交換控制信息以及收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點提供了運(yùn)行所需要的能量，一般采用微型電池。傳感器節(jié)點在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能夠作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、數(shù)據(jù)的采集者或簇頭節(jié)點。作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，節(jié)點除了完成數(shù)據(jù)采集這項任務(wù)之外，還需要接收鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給距離基站更近的鄰居節(jié)點；作為數(shù)據(jù)的采集者，數(shù)據(jù)采集節(jié)點可以收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，通過通信路由協(xié)議直接或間接的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的基站；作為簇頭節(jié)點，節(jié)點主要負(fù)責(zé)收集該簇內(nèi)所有節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合之后，再發(fā)送給基站。現(xiàn)在常用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要包括：移動通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙網(wǎng)以及ad-hoc網(wǎng)絡(luò)等，同這些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下幾個特點：1、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點體積小大多采用電池供電，每一個節(jié)點的能量都是有限的，而且要求它能夠長時間的完成監(jiān)測任務(wù)。因此，需要求傳感器節(jié)點的各個元器件整體功耗比現(xiàn)有各網(wǎng)絡(luò)都要低。在無線傳感網(wǎng)的設(shè)計中，設(shè)計者首先要考慮的是盡可能降低傳感器節(jié)點的能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命的周期，而不是提高帶寬的利用率和服務(wù)質(zhì)量。2、廣播通信頻繁由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會不斷的變化，在某一時刻節(jié)點周圍的鄰居節(jié)點數(shù)量和各個節(jié)點之間的通信質(zhì)量也可能會發(fā)生相應(yīng)的變化，因此節(jié)點需要頻繁使用廣播方式來獲取鄰居節(jié)點的信息，鄰居節(jié)點交換能量信息以及路由信息等。此外，信源和信宿節(jié)點之間需使用多跳的方式進(jìn)行無線轉(zhuǎn)發(fā)，并用廣播方式建立兩節(jié)點之間的通信路徑。3、較強(qiáng)的自組織能力無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是隨機(jī)分布的，因此要求它能夠完成自組網(wǎng)，并且通過內(nèi)部的協(xié)調(diào)完成對信息的采集與傳輸?？偟膩碚f，就是要求傳感器節(jié)點能自動地進(jìn)行管理和配置，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動形成發(fā)送數(shù)據(jù)的無線多跳網(wǎng)絡(luò)。若有新的節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)中或網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點能量耗盡，或者由于環(huán)境因素而導(dǎo)致節(jié)點功能失效時，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要能夠根據(jù)這些動態(tài)變化自動地進(jìn)行調(diào)整。4、應(yīng)用相關(guān)性強(qiáng) 設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須要適應(yīng)具體的應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)用環(huán)境不同對網(wǎng)絡(luò)的性能要求也不同，從而對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計要求也不相同。因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有限的能量資源，所以無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)點設(shè)計時必須要在各種性能之間進(jìn)行取舍。5、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化大 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它會不斷的發(fā)生變化?？梢愿淖兙W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原因有多個方面，其中包括網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點之間的相對地址發(fā)生變化、某些節(jié)點的能量耗盡而死亡、新節(jié)點的加入以及某些通信鏈路中斷，需要對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整來平衡各節(jié)點的能耗，因此網(wǎng)絡(luò)中的這些動態(tài)變化就要求其具有極其強(qiáng)大的可重構(gòu)性。2.3 無線傳感網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)(1)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù) 安全通信與認(rèn)證技術(shù)在軍事以及金融等敏感信息傳遞應(yīng)用中有著直接的需求。因為傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署環(huán)境與傳播介質(zhì)的開放性，所以它很容易受到各種攻擊。但是受無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源限制，直接應(yīng)用完整性認(rèn)證、安全通信、數(shù)據(jù)新鮮性、廣播認(rèn)證等現(xiàn)有算法存在實現(xiàn)的困難。目前，研究人員一方面需要探討在不同組網(wǎng)形式、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計中可能會遭遇到的各種攻擊形式；另一方面還需要設(shè)計安全強(qiáng)度可控的精巧協(xié)議與簡化算法，從而滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實需求。(2)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù) 時間同步技術(shù)的基本要求是完成實時信息采集，這種技術(shù)也是提高定位精度的關(guān)鍵手段。通過時間同步協(xié)議完成節(jié)點間的對時是其常用的方法，并通過濾波技術(shù)抑制時鐘噪聲與漂移。目前，利用耦合振蕩器的同步技術(shù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無狀態(tài)自然同步的方法也倍受矚目，這是一種高效率的、能夠無限擴(kuò)展的時間同步新技術(shù)。(3)、分布式數(shù)據(jù)管理和信息融合 分布式動態(tài)實時數(shù)據(jù)管理是以數(shù)據(jù)中心為主要特征的，它是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)之一。該技術(shù)通過部署或指定某些節(jié)點為代理節(jié)點，代理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測的任務(wù)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)測任務(wù)通過分布式數(shù)據(jù)庫的查詢語言下達(dá)給目標(biāo)區(qū)的節(jié)點。在整個體系中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是被當(dāng)作分布式數(shù)據(jù)庫獨立存在的，它的目的是實現(xiàn)對客觀物理世界的實時與動態(tài)監(jiān)測。(4)、基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自定位和目標(biāo)定位技術(shù) 定位跟蹤技術(shù)包括節(jié)點自定位以及網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)定位跟蹤，目標(biāo)定位跟蹤通過網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的配合完成對網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中特定目標(biāo)的定位與跟蹤，大多是建立在節(jié)點自定位的基礎(chǔ)上。節(jié)點自定位指的是確定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的自身位置，這是隨機(jī)部署組網(wǎng)的基本要求。定位跟蹤技術(shù)是一種室外通常采用的自定位手段，但因為一方面其成本較高，另一方面在有遮擋的地區(qū)會失效，所以傳感器網(wǎng)絡(luò)更多是采用混合定位方法，通過手動部署少量的錨節(jié)點，其他節(jié)點再根據(jù)拓?fù)浜途嚯x的關(guān)系進(jìn)行間接位置估計。3 系統(tǒng)分析和總體設(shè)計3.1 對無線傳感器系統(tǒng)的要求 該系統(tǒng)由溫濕度傳感器dht11、光照傳感器bh1750fvi、stc89c52單片機(jī)、無線收發(fā)芯片nrf24l01、液晶顯示lcd1602、報警電路和電源模塊組成。傳感器節(jié)點通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，將采集到的數(shù)據(jù)沿著其它的節(jié)點逐步進(jìn)行傳輸，最終傳輸?shù)斤@示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。主要的技術(shù)指標(biāo)（1）、通信頻段：2.4-2.4835hz（2）、通信和組網(wǎng)：負(fù)責(zé)監(jiān)測環(huán)境信息的傳感器節(jié)點通過自組織方式搭建無線網(wǎng)絡(luò)，并且向基礎(chǔ)服務(wù)和管理層提供服務(wù)支持（3）、節(jié)點可靠通信范圍：100m（4）、傳感器精度：溫度0.3（25時）、濕度2.0%rh（20%80%rh）、光照強(qiáng)度1lx3.2 系統(tǒng)組成及工作原理3.2.1 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、通信模塊、液晶顯示模塊、報警電路模塊和電源模塊這幾個部分組成。線發(fā)送模塊由無線模塊nrf24l01、溫濕度傳感器模塊dht11、光照傳感器模塊bh1750fvifvi以及單片機(jī)stc89c52組成 ；無線接收模塊由無線模塊nrf24l01、液晶顯示模塊lcd1602和單片機(jī)stc89c52組成。系統(tǒng)節(jié)點模塊結(jié)構(gòu)圖如下圖3.2所示：圖3.2 節(jié)點模塊結(jié)構(gòu)圖 3.2.2 工作原理本系統(tǒng)采用溫濕度傳感器dht11和光照傳感器bh1750fvi實現(xiàn)對蔬菜大棚環(huán)境內(nèi)溫濕度和光照強(qiáng)度參數(shù)的監(jiān)測 ，構(gòu)成系統(tǒng)的傳感器模塊 ；傳感器模塊定時檢測這些參數(shù)，檢測到這些參數(shù)后，通過無線模塊nrf24l01發(fā)射出去，當(dāng)無線接收模塊接收到這些參數(shù)后 ，則會將這些參數(shù)顯示在液晶顯示模塊lcd1602上面 ，與此同時，當(dāng)無線接收模塊接收到的這些參數(shù)大于某個閥值時，則蜂鳴器就會報警。用stc89c52單片機(jī)實現(xiàn)對蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)處理 ；采用無線收發(fā)芯片nrf24l01來實現(xiàn)無線收發(fā)功能 ，從而完成對蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)的控制。多個無線傳感器節(jié)點通過無線通信的方式形成了一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò) ，其中的各個節(jié)點將會把采集到的數(shù)據(jù)按照最近的路線逐個傳遞到離監(jiān)測中心最近的傳感器節(jié)點 ，再從節(jié)點發(fā)送到監(jiān)測中心。 3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計大體包含5個內(nèi)容 ，首先 是濕度傳感器dht11與光照強(qiáng)度傳感器tsl2561的節(jié)點控制 ，將檢測到的數(shù)據(jù)傳給單片機(jī) ，單片機(jī)對其進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理和pid控制算法 ，利用鍵盤的控制將要輸出的內(nèi)容通過液晶顯示屏顯示出來 ，最后由串行口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心，實現(xiàn)對農(nóng)田環(huán)境的監(jiān)控。軟件結(jié)構(gòu)如下圖3.3所示： 監(jiān)控節(jié)點軟件設(shè)計 pid 控 制 算 法 數(shù) 據(jù) 融 合 處 理 傳 感 器 控 制 鍵 盤 液 晶 顯 示 通 信 子 程 序 圖3.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)軟件部分主要包括系統(tǒng)初始化、主程序模塊、溫濕度傳感器dht11、光照強(qiáng)度傳感器tsl2561、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、系統(tǒng)的控制策略pid算法、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊，串口通信模塊幾個部分，是用來實現(xiàn)硬件的功能。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 stc89c52高性能8位單片機(jī)（1）、stc89c52基本介紹 stc89c52是采用atmel高密度非易失存儲器技術(shù)制造的，它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51輸出管腳和指令集相兼容。該器件是一個高性能、低功耗的cmos八位微控制器 ，它具有8k的系統(tǒng)可編程flash存儲器，stc89c52使用的是經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核 ，它的最高運(yùn)作頻率為35 mhz。但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)所不具備的功能。在單片機(jī)的芯片上，具有靈敏的8位cpu以及系統(tǒng)可編程flash存儲器，使得 stc89c52為大量的嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。stc89c52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳rxd和txd分別是此放大器的輸入端和輸出端 。此外 stc89c52 能夠降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式 。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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。圖4.1.1 stc89c52引腳排列圖（2）、stc89c52功能特性 1.有8k字節(jié)程序存儲空間 2.有512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間 3.有32位i/o口線 4.看門狗定時器 5.內(nèi)置 4 kb eeprom 6.max810復(fù)位電路 7.有3個 16 位定時器/計數(shù)器 8.有 4個外部中斷9.包含一個七向量四級中斷結(jié)構(gòu)，能夠兼容傳統(tǒng)51的五向量二級中斷結(jié)構(gòu)10.全雙工串行口（3）、stc89c52主要參數(shù) 1.有6時鐘/機(jī)器周期與12時鐘/機(jī)器周期兩種可供任意選擇，指令代碼能夠完全兼容傳統(tǒng)的8051 2.工作頻率范圍：040mhz，相當(dāng)于普通8051 的080mhz，實際工作 頻率可達(dá)48mhz 3.工作電壓：2.0v3.8v（3v 單片機(jī)）或者3.3v5.5v（5v單片機(jī)）4.具有8k字節(jié)的用戶應(yīng)用程序空間 5. 片上集成有512字節(jié)的ram6. 有32個通用i/o 口，復(fù)位之后為 p0/p1/p2/p3 ；p0口是漏極開路輸出，當(dāng)它作為總線擴(kuò)展使用時，不用加上拉電阻 ；當(dāng)它作為i/o口使用時，則需要加上拉電阻7. isp（在系統(tǒng)可編程）/iap（在應(yīng)用可編程），無需專用仿真器 ，無需專用編程器 ，能夠通過串口（rxd/p3.0,txd/p3.1）直接下載用戶程序8. 具備eeprom 功能9. 有3個16位定時器/計數(shù)器，即定時器t0、t1、t210. 通用異步串行口（uart），還可以用定時器軟件實現(xiàn)多個uart11.外部擁有中斷4路，下降沿中斷或者低電平觸發(fā)電路 ，power down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒12.工作溫度范圍 ：-40+85（工業(yè)級）/ 075（商業(yè)級）13. pdip封裝 4.2 nrf24l01無線模塊設(shè)計（1）、nrf24l01基本介紹nrf24l01是一款新型的單片射頻收發(fā)器件，它工作于2.4 ghz2.5 ghz ism頻段 ；其內(nèi)置功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、頻率合成器等功能模塊，并且融合了增強(qiáng)shockburst技術(shù)，其中輸出功率與通信頻道能夠通過程序進(jìn)行配置。nrf24l01功耗低，在以 -6 dbm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 ma ; 接收時，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)計更方便。（2）、nrf24l01主要特點 1.gfsk調(diào)制2.硬件集成osi鏈路層3.具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能4.片內(nèi)自動生成報頭和crc校驗碼5.數(shù)據(jù)傳輸率為l mb/s或2mb/s6.spi速率為0 mb/s10 mb/s7.具有125個頻道8.與其他nrf24系列射頻器件相兼容9.qfn20引腳4 mm4 mm封裝10.供電電壓為1.9 v3.6 v（3）、nrf24l01引腳說明引腳名稱引腳功能描述引腳名稱引腳功能描述1ce數(shù)字輸入rx或tx模式選擇11vdd-pa電源輸出給rf提供+1.8v電源2csn數(shù)字輸入spi片選信號12ant1天線天線接口13sck數(shù)字輸入spi時鐘13ant2天線天線接口24mosi數(shù)字輸入從spi數(shù)據(jù)輸入腳14vss電源接地（0v）5miso數(shù)字輸出從spi數(shù)據(jù)輸出腳15vdd電源電源（+3v）6irq數(shù)字輸出可屏蔽中斷腳16iref模擬輸入?yún)⒖茧娏?vdd電源電源（+3v）17vss電源接地（0v）8vss電源接地（0v）18vdd電源電源（+3v）9xc2模擬輸出晶體振蕩器2腳19dvdd電源輸出去耦電路電源正極端10xc1模擬輸入晶體振蕩器1腳/外部時鐘輸入腳20vss電源接地（0v）（4）、nrf24l01工作原理當(dāng)nrf24l01進(jìn)行發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先應(yīng)該將它的配置設(shè)定成發(fā)射模式；然后把有效數(shù)據(jù)tx_pld與接收節(jié)點的地址tx_addr由spi口按照時序?qū)懭雗rf24l01的 緩存區(qū)域內(nèi)。tx_pld 必須在csn為低電平時才能連續(xù)寫入，而tx_addr 在發(fā)射時只要寫入一次就可以了。然后ce要保持至少10 s的高電平，并延遲130 s后才能將數(shù)據(jù)發(fā)射出去；如果自動應(yīng)答開啟，那么nrf24l01在數(shù)據(jù)發(fā)射之后會立即進(jìn)入到接收模式，接收應(yīng)答信號（接收的節(jié)點地址tx_addr應(yīng)該與自動應(yīng)答接收地址保持一致）。如果能夠接收到應(yīng)答，那么就認(rèn)為此次通信是成功的，tx_ds置為高電平。與此同時，tx_pld將會從tx fifo中清除 ；若沒有接收到應(yīng)答，那么就自動重新發(fā)射數(shù)據(jù)(開啟自動重發(fā))。若重發(fā)的次數(shù)(arc)已經(jīng)達(dá)到了上限，則max_rt置為高電平，保留tx fifo中的數(shù)據(jù)以便再次重發(fā) ；max_rt或tx_ds置為高電平，使得irq變?yōu)榈碗娖剑瑥亩a(chǎn)生中斷，傳達(dá)給mcu。最后發(fā)射成功時,若ce為低電平，那么nrf24l01就會進(jìn)入到空閑模式1 ; 如果有數(shù)據(jù)在發(fā)送堆棧中并且ce為高電平，那么就進(jìn)入到下一次發(fā)射;如果沒有數(shù)據(jù)在發(fā)送堆棧中并且ce為高電平，那么就進(jìn)入到空閑模式2。nrf24l01無線模塊電路圖如圖4.2所示：圖4.2 nrf24l01無線模塊當(dāng)nrf23l01進(jìn)行接收數(shù)據(jù)時,首先應(yīng)該將nrf24l01配置設(shè)定成接收模式，然后延遲130 s進(jìn)入到接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)有效的地址和crc被接收方檢測到時，則將數(shù)據(jù)包存儲在rx fifo中，同時將中斷標(biāo)志位rx_dr設(shè)置成高電平，irq變?yōu)榈碗娖?，從而產(chǎn)生中斷，傳達(dá)給mcu去取數(shù)據(jù)。如果此時自動應(yīng)答開啟，那么接收方就同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最終接收成功時，如果ce變?yōu)榈碗娖?，那么nrf24l01就進(jìn)入到空閑模式 1。nrf24l01具有無線發(fā)射和接收的功能，下面將統(tǒng)一介紹它的工作模式以及配置字。(1)、工作模式降低電流損耗是待機(jī)模式1的主要目的，在待機(jī)模式1下晶體振蕩器仍然可以正常工作當(dāng)fifo寄存器為空并且ce為高電平時，那么就會進(jìn)入到待機(jī)模式2電流在掉電模式下?lián)p耗最小，同時nrf24l01在此模式下也不能工作，但是它所有的配置寄存器的值仍然可以保留在待機(jī)模式下，所有的配置字仍然可以保留(2)、配置字spi口最大的傳送速率為10 mb/s，它是一種同步串行通信接口，在傳輸時，首先將低位字節(jié)進(jìn)行傳送，接著再將高位字節(jié)進(jìn)行傳送。但是對于單個字節(jié)而言，首先要傳送高位接著再傳送低位。總共有8個指令是與spi相關(guān)的，在使用時這些控制指令由nrf24l01的mosi輸入。相應(yīng)的數(shù)據(jù)以及狀態(tài)信息是從miso輸出傳送給mcu的。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，一共有25個nrf24l01配置寄存器，4.3 dht11溫濕度傳感器模塊設(shè)計（1）、dht11基本概述dht11溫濕度傳感器為了確保其產(chǎn)品具有非常高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性 ，它采用的是專用溫濕度傳感技術(shù)以及數(shù)字模塊采集技術(shù)，并且它是一個含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器是與一個高性能八位單片機(jī)相連接的，它包含一個電阻式感濕元件和一個ntc測溫元件。所以這種產(chǎn)品的優(yōu)點是具有超快的響應(yīng)、卓越的品質(zhì)、強(qiáng)大的抗干擾能力、極高的性價比等。每個dht11傳感器都是在非常精確的濕度校驗室里進(jìn)行校準(zhǔn)的。校準(zhǔn)系數(shù)將會以程序的形式儲存在otp內(nèi)存中，在檢測信號的處理過程中傳感器的內(nèi)部將會調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使得系統(tǒng)的集成變得簡易且快捷。超小的體積、極低的功耗、信號傳輸距離可以達(dá)到20米以上，這讓它成為了各類應(yīng)用甚至是最為苛刻應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品采用的是4針單排引腳封裝形式，這種封裝形式連接方便，對于特殊的封裝形式可以根據(jù)用戶的需求來提供。 傳統(tǒng)的溫濕度傳感器是將溫濕度轉(zhuǎn)換成可測量的電壓或者電容來進(jìn)行計算的，雖然價格便宜，但是可靠性不高，而且電路比較復(fù)雜，而數(shù)字式傳感器采集所得到的都是數(shù)字量，可以直接和單片機(jī)相連接，因此該系統(tǒng)溫濕度傳感器選擇的是數(shù)字式溫濕度傳感器dht11，它的電路原理圖如圖4.3所示：圖4.3 dht11電路原理圖（2）、dht11引腳說明引腳號引腳名稱類型引腳說明1vcc電源正電源輸入，3v-5.5vdc2data輸出單總線，數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳3nc空空腳，擴(kuò)展未用4gnd地電源地(3) 、dht11電氣特性vdd=5v,t=25，除非特殊標(biāo)注參數(shù)條件mintypmax單位供電dc355.5v供電電流測量0.52.5ma平均0.21ma待機(jī)100150ua采樣周期秒1次注：采樣周期的時間間隔不可以低于1秒鐘4.4 bh1750fvi光照傳感器設(shè)計（1）、bh1750fvi基本概述利用bh1750fvi的高分辨率能夠探測出較大范圍光照強(qiáng)度的變化，它是一種數(shù)字型光照強(qiáng)度傳感器集成電路，且應(yīng)用于兩線式串行總線接口。液晶或者鍵盤背景燈的亮度可以根據(jù)該集成電路收集的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。bh1750fvi通過函數(shù)可以消除光學(xué)窗口的影響，它也能夠改變傳感器的靈敏度。例如：當(dāng)光學(xué)窗口的傳輸速率達(dá)到50% 時（若此時設(shè)置光學(xué)窗口，則測量出的結(jié)果能夠變成 0.5 倍），將傳感器的靈敏度從默認(rèn)狀態(tài)改變成 2 倍，此時便可以忽略光學(xué)窗口的影響了。圖4.4 bh1750fvi電路圖（2） 、bh1750fvi使用中需注意的問題 1.極限參數(shù)：如果超過了極限參數(shù)就有可能會導(dǎo)致產(chǎn)品的損壞，甚至有可能會導(dǎo)致沒有辦法鑒別故障模式中的開路或是斷路故障。比如電源提供的最大電壓或者在工作狀態(tài)下的溫度范圍，即工作溫度。假定的特殊模式如果超過了某種額定值，那么應(yīng)該采取如保險絲之類的物理安全措施。2.錯誤安裝與端口短路：如果想要實現(xiàn)在預(yù)制pcb電路板上和因特網(wǎng)連接共享的目的，則需要注意的是因特網(wǎng)連接的方向性以及可撤銷性。安裝錯誤就有可能會導(dǎo)致因特網(wǎng)的連接發(fā)生崩潰現(xiàn)象。另外，因為端口之間的外界干擾、端口與電源或者接地端口所導(dǎo)致的短路，因特網(wǎng)共享連接也有可能會導(dǎo)致崩潰現(xiàn)象。3.接地電壓：檢查并確保任何一端的潛在電壓不低于接地電壓，包括電氣瞬態(tài)值。4.檢驗印制電路板：在裝配的過程中應(yīng)加上接地系統(tǒng)是為了防止產(chǎn)生靜電，此外還需要注意pcb設(shè)備的運(yùn)輸與存放。在檢查pcb設(shè)備時，若一個電容器連接到一個低阻抗ic終端，那么該終端就會過電壓，所以必須保證將其從pcb設(shè)備中拆卸下來，同時，在檢驗的過程中，如果要從夾具上安裝或者拆卸pcb設(shè)備，那么必須保證電源是處于關(guān)閉狀態(tài)的，然后才能從夾具上將其拆卸下來。5.輸入端：對于ic的結(jié)構(gòu)來說，不可避免的會和寄生原件發(fā)生某些聯(lián)系，并且寄生元件的工作有可能會干擾到電路的運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致故障的發(fā)生，從而破壞輸入端。所以，需要注意的是不要去處理輸入端子。單獨加入輸入端的電壓比接地電壓低時，導(dǎo)致任一寄生元件工作，當(dāng)沒有電源電壓提供給ic時，不要給輸入端施加電壓。此外，在電源電壓加入之后，加入輸入端的電壓要比電源電壓低或者保持在電氣特性的額定范圍內(nèi)。6.包裝處理：因為在光電探測器上的灰塵或者刮痕都會對光學(xué)特性產(chǎn)生影響，所以需要小心拿取。7.散熱設(shè)計：在散熱設(shè)計的過程中，需要考慮功率損耗在實際運(yùn)行的狀態(tài)中所發(fā)出的熱量，從而保證散熱設(shè)計能夠擁有足夠的余度。8.沖擊電流 ：第一次向cmos集成電路供電時，它的內(nèi)部邏輯有可能會由于存在沖擊電流而導(dǎo)致不穩(wěn)定，所以需要特殊考慮電力布線、電力耦合電容、接地布線寬度以及路由的連接方式。（2）、bh1750fvi主要特點 1.支持i2 cbus接口 (f/smodesupport) 2.靠近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性 ( 峰值靈敏度波長典型值 : 560 nm) 3.輸出對應(yīng)亮度的數(shù)字值 4.對應(yīng)廣泛的輸入光范圍(相當(dāng)于1-65535lx) 5.通過降低功率功能,實現(xiàn)低電流化 6.通過50hz / 60hz除光噪音功能實現(xiàn)穩(wěn)定的測定 7.支持1.8v邏輯輸入接口 8.無需其他外部件 9.光源的依賴性弱 (白熾燈、日光燈、熒光燈、白光led ) 10.有兩種可選的i2cslave地址 11.可調(diào)的測量結(jié)果影響較大的因素為光入口大小 12.使用這種功能能計算1.1lx到100000lx馬克斯/分鐘的范圍 13.最小誤差變動在20% 14.受紅外線影響很小 （3）、bh1750fvi最大額定參數(shù)參數(shù)符號額定值單位電源電壓vmax4.5v運(yùn)行溫度topr-4085儲存溫度tstg40100反向電流imax7ma功率損耗pd260mw4.5 lcd1602液晶顯示模塊設(shè)計（1）、lcd1602基本概述lcd1602液晶是一種專門用來顯示數(shù)字 、字母 、符號等的點陣型液晶模塊，也可把它稱為lcd1602字符型液晶,這是一種工業(yè)字符型液晶，可以同時顯示 16x02 即32個字符。它由眾多 5x7 或者 5x11 等點陣字符位組成，每一個點陣字符位都能夠顯示出一個字符，由于每一位之間都存在一個點距的間隔，每一行之間也都存在間隔，從而起到了字符間距和行間距的作用，因此它不可以很好地顯示出圖形。lcd1602能夠顯示出兩行的內(nèi)容，每行16個字符的液晶模塊（ 顯示字符與數(shù)字 ），通過指令編程能夠?qū)崿F(xiàn)lcd1602模塊的讀寫操作以及屏幕與光標(biāo)的操作。它的特點有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、輕巧超薄等。要想使用lcd顯示出一個字符并不容易，因為68或者88的點陣組成了一個字符，所以不僅需要找到顯示屏幕上某幾個位置所對應(yīng)的顯示ram區(qū)的8字節(jié)，還需要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成了某個字符。但是對于內(nèi)部自帶字符發(fā)生器的控制器而言，顯示字符就相對簡單多了，它可以使控制器工作在文本模式，根據(jù)在lcd上開始顯示的行列號和每行的列數(shù)找出顯示ram對應(yīng)的地址，從而設(shè)立光標(biāo)，接著送上該字符對應(yīng)的代碼即可。圖4.5 lcd1602電路圖(2) 、lcd1602引腳功能及主要參數(shù) lcd1602可以分成帶背光和不帶背光兩種，它的控制器大多采用hd44780。帶背光的要比不帶背光的厚，實際上是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。lcd1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（ 無背光 ）或者16腳（ 帶背光 ）接口，它的各個引腳接口的說明如下表：表4.5 lcd1602引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負(fù)極主要參數(shù)：1、顯示容量 : 162個字符2、芯片工作電壓 : 4.55.5v3、工作電流 : 2.0ma ( 5.0v )4、模塊最佳工作電壓 : 5.0v5、字符尺寸 : 2.954.35 ( wh ) mm（3）、lcd1602顯示地址lcd1602字符液晶顯示可以分為上下兩部分，各16位進(jìn)行顯示。處于不同行時的字符顯示地址如下：顯示字符1234567第一行地址00h01h02h03h04h05h06h第二行地址40h41h42h43h44h45h46h顯示字符89101112第一地址07h08h09h0ah0bh第二行地址47h48h49h4ah4bh圖4.6 lcd1602與單片機(jī)的連接4.6 報警模塊設(shè)計(1)、蜂鳴器簡介蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，它采用的是直流電壓供電。它廣泛地應(yīng)用在計算機(jī) 、打印機(jī) 、復(fù)印機(jī) 、電子玩具 、汽車電子設(shè)備 、報警器 、電話機(jī) 、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器使用。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器與電磁式蜂鳴器兩種類型 ，蜂鳴器在電路中用字母“ h ”或者“ ha ”來表示（ 在舊標(biāo)準(zhǔn)中用“ fm ”、“ lb ”、“ jd ”等）。圖4.6 蜂鳴器電路圖（2）、蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理多諧振蕩器主要由晶體管或者集成電路組成，當(dāng)接通電源之后（ 1.5 15 v直流工作電壓），多諧振蕩器將會起振，輸出1.5 2.5 khz 的音頻信號，導(dǎo)致阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成了壓電式蜂鳴器，某些壓電式蜂鳴器的外殼上還裝有發(fā)光二極管。鋯鈦酸鉛或者鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等材料制成了壓電蜂鳴片。在陶瓷片的兩面均鍍上銀電極，通過極化以及老化處理后，然后與黃銅片或者不銹鋼片粘在一起。電磁式蜂鳴器主要由電磁線圈、磁鐵、振蕩器、振動膜片及外殼等部分組成。接通電源之后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流將會通過電磁線圈，從而使得電磁線圈產(chǎn)生磁場，導(dǎo)致振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下周期性地振動發(fā)聲。（3）、有源蜂鳴器和無源蜂鳴器目前市場上出售的某一小型蜂鳴器之所以能夠廣泛地應(yīng)用于各種需要發(fā)聲的電子制作、電器設(shè)備以及單片機(jī)等電路中，是因為其具有體積小（ 直徑只有 11 mm ）、重量輕、結(jié)構(gòu)牢靠、價格低等特點。該蜂鳴器可以分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，從外觀上來看，這兩種蜂鳴器似乎沒有區(qū)別，但仔細(xì)看則會發(fā)現(xiàn)兩者的高度略有不同。有源蜂鳴器的高度為9 mm , 而無源蜂鳴器的高度為 8mm ，如果將這兩種蜂鳴器的引腳都朝上放置，則能夠看出若有綠色電路板的是無源蜂鳴器，沒有電路板而是用黑膠封閉的是有源蜂鳴器。為了進(jìn)一步區(qū)分有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，還可以使用萬用表的電阻檔r x 1檔進(jìn)行測試。將萬用表的黑表筆連接蜂鳴器“+”引腳，并用紅表筆來回地碰觸另一個引腳，如果能夠觸發(fā)出咔咔聲并且電阻只有8歐或1者6歐，則是無源蜂鳴器；如果能夠發(fā)出持續(xù)的聲音并且電阻達(dá)到幾百歐以上，則是有源蜂鳴器。有源蜂鳴器只要直接接上額定電源就能夠連續(xù)發(fā)聲，但無源蜂鳴器卻與電磁揚(yáng)聲器相同，都需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。4.7 電源模塊設(shè)計（1）、ams1117基本概述ams1117系列穩(wěn)壓器用于提供 1 a輸出電流，其工作壓差可以低至1v。它有可調(diào)版與多種固定電壓版兩種，ams1117器件在最大輸出電流情況下的壓差要保證最大不得超過 1.3 v，且會隨著負(fù)載電流的減小而逐步降低。電池供電和便捷式計算機(jī)的最佳選擇是其內(nèi)部的集成過熱保護(hù)和限流電路。ams1117器件引腳上兼容了其他三端scsi穩(wěn)壓器，可以提供適用于貼片安裝的sot - 223，八引腳soic，與to - 252( dpak )塑料封裝。在ams1117的片上進(jìn)行微調(diào)可以把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到 1.5 % 的誤差以內(nèi)，此外電流的限制也會得到相應(yīng)的調(diào)整，這是為了盡量減少由于穩(wěn)壓器與電源電路的超載所產(chǎn)生的壓力。電源模塊電路圖如下圖4.7所示：圖4.7 電源模塊電路圖5 系統(tǒng)可靠性設(shè)計及調(diào)試為了保證整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)能夠簡單方便，但是又考慮到蔬菜大棚環(huán)境自動控制系統(tǒng)所處的環(huán)境有可能會比較復(fù)雜，工作現(xiàn)場有時候可能會受到比較嚴(yán)重的干擾，所以這就要求單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)不僅要有較強(qiáng)的抗干擾能力，還要能夠使用硬件資源。此外還需要保證所用到的資源盡可能的少。所以在本系統(tǒng)的設(shè)計中，為了能夠免除或者減小種種不良的因素對該系統(tǒng)所造成的影響與損害，就需要采取必要的軟硬件措施，從而提高該系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性以及可靠性。5.1 系統(tǒng)可靠性概述可靠性是長期穩(wěn)定性的一般概念，它是用來描述系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行的，也是在時間方面產(chǎn)品質(zhì)量的特征表示。除此之外，可靠性還可以用來作為一種統(tǒng)計的概念，這就表明，在一定的時間內(nèi)某個產(chǎn)品或系統(tǒng)的正常完成預(yù)定功能指標(biāo)的概率。就工業(yè)現(xiàn)場中應(yīng)用的測控微機(jī)系統(tǒng)來說，最為重要的質(zhì)量指標(biāo)是可靠性水平。在規(guī)定時間內(nèi)以及規(guī)定條件下的某個產(chǎn)品或系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力就稱為可靠性。某個產(chǎn)品或者設(shè)備的質(zhì)量指標(biāo)就是可靠性最集中所反映的。一般用失效率、可靠度、平均無故障時間這些特征量來描述可靠性的定量指標(biāo)。5.2 系統(tǒng)的調(diào)試(1) 程序載入電路：當(dāng)開始把程序載入到電路中時，若出現(xiàn)了無法載入的情況，則載入通常就會報錯，最終查明之后應(yīng)該在載入之后開啟電源，而不是在載入之前開啟電源。這個部分是整個系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，如果失敗了則表示不可以進(jìn)行程序的控制。 （2） 焊接錯誤：元器件實際管腳的焊接錯誤是在檢測硬件錯誤中常常會出現(xiàn)的錯誤。對于這些錯誤，應(yīng)該使用萬用表進(jìn)行檢測，然后把焊接好的元器件拔下來重新焊接或者采取把某些缺少的器件補(bǔ)焊接上去等措施。雖然這個過程的實施有些復(fù)雜，但是此方法對于排除故障、保證硬件部分的正常運(yùn)行起到了相當(dāng)大的作用。在調(diào)試的時候，應(yīng)該首先用連續(xù)全速方式運(yùn)行整個程序。如果系統(tǒng)的軟硬件存在錯誤，則運(yùn)行就會出錯。這個時候再根據(jù)提示來判斷出錯的可能性在哪里，并在可能出錯的程序位置之前設(shè)置斷點，進(jìn)行全速斷點運(yùn)行。如果全速斷點運(yùn)行仍然存在錯誤，那么就重新設(shè)置斷點，再進(jìn)行全速斷點運(yùn)行；如果全速斷點運(yùn)行沒有錯誤了，那么接下來就采用單片跟蹤運(yùn)行，并檢查相應(yīng)的軟硬件錯誤，直到排除該故障為止18。接著再繼續(xù)重復(fù)上述的過程，直到排除各個軟硬件的故障，且程序能夠連續(xù)全速運(yùn)行為止。結(jié) 論本設(shè)計綜合利用了單片機(jī)技術(shù)、無線傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和lcd顯示技術(shù)等學(xué)科的知識，完成了單片機(jī)控制溫度、濕度的采集和顯示以及報警裝置的設(shè)計。該論文比較系統(tǒng)地介紹了硬件的組成及其設(shè)計方法，并利用了單片機(jī)c語言完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計。針對目前蔬菜大棚環(huán)境自動控制領(lǐng)域存在的一系列問題，本課題設(shè)計了基于無線傳感網(wǎng)蔬菜大棚環(huán)境自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線收發(fā)模塊、顯示模塊、電源模塊以及報警電路等模塊組成。采用溫濕度傳感器dht11和光照傳感器bh1750fvi來實現(xiàn)對蔬菜大棚環(huán)境內(nèi)溫濕度和光照強(qiáng)度參數(shù)的監(jiān)測，它們構(gòu)成了系統(tǒng)的傳感器模塊。傳感器模塊定時檢測這些參數(shù)，檢測到這些參數(shù)后，通過無線模塊nrf24l01發(fā)射出去，當(dāng)無線接收模塊接收到這些參數(shù)后， 則會將這些參數(shù)顯示在液晶顯示模塊lcd1602上面，與此同時，當(dāng)無線接收模塊接收到的這些參數(shù)大于某個閥值時，則蜂鳴器就會報警。 采用stc89c52單片機(jī)實現(xiàn)對蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)處理； 采用無線收發(fā)芯片nr