无线环境监测系统设计.doc

1、无线环境监测系统设计（探测软件部分）摘要在科技飞速发展的今天，环境监测已经逐渐向现代化、自动化、科技化、科学化等发展，在农业、工作环境方面就显得尤为重要，特别是环境监测方面，怎样才能提高作物的产量、怎样的环境才是作物适应的，作物生长需要的什么样的温度、湿度，需要的光照度是多少；怎样才能在危险的区域施工而不用担心事故发生和减少因为外界环境变化而引起的事故。这些信息我们怎样来获得，这就需要我们用科学的力量来解决这个问题，也正因如此，本课题就应运而生了。本系统采用单片机为主控制器。设计的主要思路是通过传感器监测环境温度、湿度的变化和光照的有无，并将采集的数据传输给单片机AT89S52进行初步处理，再

2、通过带有自定义无线传输协议的电路传送给控制终端，并在控制终端上显示采集到的环境信息。本论文主要由AT89S52单片机和NRF24L01无线传输模块制作一个监测探测，基于DS18B20、HS1101传感器及光敏电阻的温湿度和光强的自动检测系统，监测探测可以分别于各探测节点直接监测，并能传输当前探测到的环境温度、湿度和光照信息给终端节点，配合终端硬件设计完成整个终端部分的软件设计，目的是利用毕业设计的这段时间学习一种利用AT89S52型单片机对环境进行控制的方法。关键词：单片机，NRF24L01，DS18B20，HS1101，光敏电阻Design and Implement of Wireless

3、 environment monitoring system (detection software part)AbstractIn technology rapid development today, environment monitoring has gradually to modernization and automation, technology and scientific development, such as in agriculture, working environment is particularly important, especially enviro

4、nment monitoring, how to increase crop yield, how to adapt to the environment is the crop, crop growth need what kind of temperature, humidity, need what is the light; How to in dangerous area construction and dont worry accidents and less because of external environment change and cause accidents.

5、The information we can get, this needs we use the power of science to solve this problem, also because of this, this topic is made.This system mainly adopts single-chip microcomputer controller. Design of the main ideas is through the sensor to monitor the environment temperature, humidity changes a

6、nd illumination, and will have collected data transmission give monolithic integrated circuit AT89S52 preliminary treatment and then through wireless transmission agreement with custom send control circuits, and in control terminals terminal display on environmental information collected.This thesis

7、 mainly by NRF24L01 AT89S52 SCM and wireless transmission module making a monitoring based on DS18B20, HS1101 detection, the temperature and humidity sensor and photoconductive resistance of light intensity, automatic test system for the difference in the monitoring detection can detect nodes direct

8、ly, monitor, and detects to transmit the current environmental temperature, humidity and light information to the terminal node, with terminal hardware design to complete the whole terminal part of the software design, the purpose is to use of graduation design this time learning a use of AT89S52 SC

9、M control type of environment method.Key Words: Microcontroller, NRF24L01, DS18B20, HS1101, photoconductive resistance II目 录AbstractIII第一章 绪论111课题的背景112国内外的发展现状1121温湿度传惑器的发展概况3122光照传感器的发展概况4123无线传输模块NRF24L01的发展概况513课题的意义6第二章 方案的对比和论证82. 1温度传感器的选择82. 2 湿度传感器的选择92. 3 光照传感器的选择9第三章 系统软件的设计（探测部分）1031系统通信

10、软件设计主机CPU程序框图1032系统通信软件设计从机CPU程序框图113.3从机软件的设计13331温度模块的设计13332湿度模块的设计15333光照模块的设计1734本章小结19第四章 系统的运行与测试2041数据采集功能的实现2042报警上下限值的设计2043测试的结果20结 束 语23致 谢24参考文献25第一章 绪论11课题的背景目前，国内外对于可控环境农业都十分的重视，所谓可控环境农业是指人工设施保护条件下，通过工程技术手段为生物提供适宜环境，达到高产优质生产的目的。根据所强调的对象和发展的不同阶段而有不同的称谓，如温室农业（Greenhouse Agriculture）、工厂化

11、农业（Industrialized Agriculture）、植物工厂（Plant Factory）、保护地栽培（Protected Cultivation）、保护地园艺（Protected Horticulture），等等。可控环境农业的最高目标是能使农业生产象工业一样不受自然环境因素制约，并进行自动化的高效生产10。在全球信息化和数字化背景下, 全球农业也由传统农业向现代农业方向转变，而实现农业信息与数字化则是现代化农业的重要标志与核心技术。农业具有地域分散、对象多样、环境因子不确定等特点，也是受环境影响最明显的领域，因此对环境与生物信息的监测十分重要。然而环境监测是一项复杂而又十分细致的

12、工作，温度、湿度、光强、风速、风向监测的工作量很大，一般不允许出错，如果实行手工操作，须人手进行大量复杂的工作，这就会耗费工作人员大量的时间和精力，计算机进行监测控制时，不仅能够保证温湿度等准确无误、而且快速及时，便于工作人员进行随时的监督与控制。同时计算机具有手工管理所无法比拟的优点。温度、湿度、光强的测量和控制是许多行业的重要工作目标之一，无论是工业、农业还是其他行业对以上几项指标都是具有严格要求的，经过开题期间的文献查阅和实际情况调研，了解到农业设施中最基本的条件就是温度、湿度、光照、风速、风向、土壤等环境条件等的监测。12国内外的发展现状早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对

13、点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。它是1978年，由美国国防部DARPAR资助的一个关于分布式无线环境监测系统网络的研究小组发起的。当时处于冷战时期，为了监测敌方潜艇的活动情况，需要在海洋中布置大量的传感器，使用这些传感器所监测的信息来实时监测海水中潜艇的行动。接下来在上世纪90年代中期，DARPAR又资助了LWIM(Low-powcT Wireless Integrated Microsensors)项目。至U1998年，这个项目又演变为SensIT计划，这个计划的研究成果要将大规模分布式传感器系统用在军用上，它总共包含29个研究项目，SenslT计

14、划资助了25个研究机构。随着相关学科的不断发展和进步，无线环境监测系统网络同时还具有了获取多种信息的综合处理能力，并通过与传感控制器相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。进入21世纪后，无线环境监测系统网络迎来了新一轮的大规模研究和开发，出现了众多的用于军事的研究项目。例如美国陆军的“灵巧传感器网络通信”项目、“无人值守地面传感器群”项目、“战场环境侦察与监视系统”项目，还有美国海军的“传感器组网系统”项目、“网状传

15、感器系统”项目等。这些项目的研究使得美国陆军和海军提高了作战能力，极其显著的是，军队的情报侦察和获取水平产生了质的飞跃6。无线环境监测系统网络的研究引起了世界各国研究机构的高度重视，其应用逐渐延伸到民用领域。例如2002年5月，美国Sandia国家实验室与美国能源部合作研究反恐系统，该系统能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击，并及时采取防范对策；2003年，美国又由国家自然基金委员投资，进行无线传感器网络研究的CENS计划。随着信息时代的到来，无线传感器网络的研究又开辟了新的天地，各信息业巨头们纷纷启动了这方面的研究计划。早在2002年10月，英特尔公司就发布了誓基于微型传感器网

16、络的新型计算发展规划”，此规划开发了集成度很高的超微型传感器，并将超微型传感器应用到环境监测、预防医学、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域。我们可以看到无线环境监测系统网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学(Boron University)还于最近创办了传感器网络协会(Sensor Network Consortium)，期望能促进传感器联网技术开发。除了波士顿大学，该协会还包括BP、霍尼韦尔(Honeywell)、Inetco Systems、Invensy

17、s、L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、Sensicast SyStems及TextronSystems。我国的一些科研单位和大学，如清华大学、中国科学院、哈尔滨工业大学等也从2002年起开始了对无线环境监测系统网络的研究。美国的技术评论杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，商业周刊预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革6。121温湿度传惑器的发展概况最早的温度计是近代科学之父伽利略于1597年提出的，它是利用空气热

18、膨胀原理的温度计。然而这种温度计使用不便，因此开发了利用酒精和水银热膨胀的热体温度计，这就是最初机械温度计。随着测量技术的发展，出现了温度传感器，例如热电偶，它是基于塞贝克发现热电势效应而制成的。还有热敏电阻，它是根据金属和半导体的电阻随温度的变化而变化的原理而制成的传感器。这些都属于基于物理原理的传感器。而后，又出现了基于模拟电子技术的PN结传感器，晶体温度传感器等等嘲。当今，由于用于感温的敏感材料越来越多，温度传感器的种类也越来越多。特别是随着计算机技术和电子技术的发展，各种集成式、电子式的温度传感器相继出现，使温度传感技术已经相当成熟。我们用的DS18B20就是数字温度的一个传感器，DS

19、18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便5。湿度传感技术的研究分为两个方面。最主要的是传感机制、材料和产品工艺的研究。其次，从工程应用的角度，研究器件特性的校准、补偿以及可靠性和失效性问题，而智能化技术的引入，是解决这类问题最佳方法。包括湿度传感技术在内的湿度测量技术研究，国内外都投入了相当的人力和财力。国际上有以VAISALA(芬兰)、PHILIPS(比利时)为代表的几家著名专业公司，美国霍尼韦尔也设有专业分公司。研究水平较高的有芬兰、日本、英

20、国、爱尔兰和美国等。国际湿度与水分学术会议每四年召开一次，国际化学传感器会议(IMCS)也包括湿敏传感技术内容。国内湿度测量研究的规模相当大，不仅研究人员多，有自己的标准、鉴定系统和专业学会，而且研究工作也有相当水平，某些技术在国际上还处于领先地位。我国八五、九五规划发展期间分别列有湿敏传感技术专项攻关计划，并且有武汉仪器仪表研究所、江苏无线电研究所等专业研究所，国家标准物质研究中心、国家计量研究院、建筑科学研究院等机构也都有高水平的研究室，全国各大专院校的仪器、陶瓷和固体电子材料等专业都有相当一部分研究人员从事湿度测量研究工作，其中以北京、武汉、哈尔滨、上海、西安和南京等地的研究水平较高。中

21、国仪器仪表学会设有湿度与水分、气体专业委员会，湿度与水分、气体全国会议每两年一次。虽然我国的湿度测量研究和国际先进水平相差不大，但在实际应用和工业化生产方面的差距却很大。国家投入了大量的人力物力，但所产生的效益并不高。究其原因，除了科研和市场之间的衔接机制薄弱外，材料和工艺技术的滞后也是制约我国高科技经济发展的因素，而湿敏传感技术稳定性较差，对工艺技术的依赖更大。国内温湿度测控系统的高端市场基本上选用昂贵的进口系统，而国内研制系统所处的中低端市场规模小得多，而且发展缓慢。随着多孔陶瓷、厚膜等湿敏传感技术的发展，近几年来，国内外湿敏传感技术的研究重点和工程应用都集中在聚酞亚胺API)薄膜高分子电

22、容湿敏元件，而低精度测量系统则仍然以陶瓷、厚膜类湿敏器件为主10。目前国内还没有完全符合上述指标要求的产品，哈尔滨半导体器件厂生产的陶瓷器件带有加热清洗装置，具有较好的综合性能，但不适合本项目应用。国外的 (美国霍尼韦尔)集成式传感器尽管问世不久，受到一致好评。性能完全符合上述要求，并且可靠性较高。发达国家有先进的制造工艺支持，因此，其稳定性、互换性等系统应用的关键性指标将越来越好。国内湿敏传感技术的发展将密切跟踪传感器小型化、集成化、多功能化和系统化的发展趋势，重点将开展纳米级功能材料的研究，并与微电子机械工艺、成膜工艺技术相结合，固态电子技术的应用，如改性的声表面波器件的高频振荡检测相对湿

23、度和各种气体功能聚合物材料做为基体材料或选择性包覆材料的应用。由于大量的市场需求、国家对高新技术经济的强力支持以及国内工艺水平的不断提高，准确的温湿度测控系统具有很大的发展潜力。而我们用的HS1101湿度传感器是法国Humirel公司推出的一款电容式相对湿度传感器。该传感器可广泛应用于办公室、家庭、汽车驾驶室、和工业过程控制系统等,对空气湿度进行检测。与其他产品相比,它有着显著的优点: (1)无需校准的完全互换性; ( 2)长期饱和状态,瞬间脱湿; ( 3)适应自动装配过程,包括波峰焊接、回流焊接等; ( 4)具有高可靠性和长期稳定性; (5)特有的固态聚合物结构; (6)适用于线性电压输出和

24、线性频率输出两种电路; (7)响应时间快。122光照传感器的发展概况我国是世界上光敏电阻的生产大国，光敏电阻的生产地集中在南阳和沿海地带，随着电子信息技术的飞速发展和对电子元器件性能要求的不断增强，我国光敏电阻的生产技术也必须迎头赶上世界潮流，光敏电阻的生产过程有很多工序，要求非常苛刻，比如对原材料的要求，除对原材料本身质量要求很高外，使用前的处理也极其讲究，现在光敏电阻生产的许多工序都已实现了自动化了。生产过程的自动化大大提高了生产效率和产品的质量。因此，对光敏电阻特性的研究具有重要的意义。光敏电阻是利用物体的导电率会随着外加光照的影响而改变的性质而制作的一种特殊电阻。光敏电阻没有极性，纯粹

25、是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。它的电流随电压呈线性变化。光敏电阻在无光照的时候，其暗电阻的阻值一般很大，在有光照的时候，其亮阻的阻值变得很小，两者的差距较大。半导体光敏电阻的主要特点是灵敏度高、体积小、重量轻、电性能稳定、可以交直流两用，而且工艺简单，价格便宜等，正是由于这些优点，使光敏电阻被广泛应用于照相机日光控制、光电自动控制、光电藕合、光电自动检测、电子光控玩具、自动灯开关及各类可见光波段光电控制测量场合。123无线传输模块NRF24L01的发展概况近年来， 随着无线通信技术的发展， 无线通讯设备的集成化越来越高。本文介绍了一种选用高性能、低功耗的传输模块。在2

26、.4GHz非授权频段上,目前已经云集了蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等多个标准无线协议,本来各协议可以相安无事开发自己的专有应用,但现在,非标准无线射频协议的涌入打破了这一平衡,该协议意图蚕食蓝牙、Zigbee已有的市场。在本次IIC上,Nordic、TI等多家公司展出了非标准无线射频协议的应用,受到工程师的关注。 “非标准无线射频协议的优势是低功耗、低成本、易开发。”挪威Nordic半导体公司亚太区销售经理陈志谦指出,“比如我们基于nRF24L01的无线鼠标的电流消耗相比竞争对手协议要低数百倍。因此电池寿命可以提高15到600倍！”他强调：该芯片支持的数据率可以高达2Mbps,接收模式电流消

27、耗仅有12.5mA！ 不单是支持高速数据传输,nRF24L01还支持无线组网, 陈志谦表示：“片上配有MultiCeiver逻辑,可支持同时接收六路无线设备数据,这样的一个典型应用是便携式PC配有无线键盘、无线鼠标、 *机（VoIP）、无线游戏控制杆、遥控器和无线写字板等。”另个典型应用是利用该器件组建个人智能运动设备网络,例如可以装在手表上,来监测心率、速度、压力和距离7。由于在2.4GHz非授权频段上已经有多种无线应用,如何确保信息发送接收的在干扰状态下保持连续性就很重要。对此,陈志谦表示nRF24L01片上的检测功能可以检测任何固定频率的网络,例如,如果检测到附近有工作的无线局网,nRF

28、24L01可以利用很短的时间快速从拥挤的通道中转换出来。另外,nRF24L01集成了自动发送和接收数据包、发送和应答信号、检测和重发都是丢失数据包、存储没有收到应答信号的数据包等功能,所以可以自动重发丢失的数据包,可以确保用户终端的可靠性。 在低成本、易开发方面,陈志谦表示：“由于全部的射频部分、协议和滤波都集成在了芯片里,所以降低了用户的成本,建立一个完整的系统所需的外部元件是晶振、电阻、电容和低成本的MCU,MCU和nRF24L01通过异步串行口或同步串行口连接。” nRF24L01 内嵌了ANT协议,可以方便地组建无线网络。ANT是一个无线个人局域网（PAN）通讯技术,可以确保连接数据完

29、整性,并是一个低成本、低功耗无线网络协议。该协议调制方式是采用GFSK调制,支持星型和端对端等多种组网形式,支持的节点是2到数千个以上,所以,它不但威胁到蓝牙应用还威胁到Zigbee 应用15。NRF24L01 是NORDIC 公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用FSK 调制，内部集成NORDIC 自己Enhanced Short Burst 协议。可以实现点对点或是1 对6 的无线通信。无线通信速度可以达到2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模块的GERBER 文件，可以直接加工生产。嵌入式工程师或是单片机爱好者只需要为单片机系统预留5 个GPIO，1 个中断输入引脚，就可以很容易

30、实现无线通信的功能，非常适合用来为MCU 系统构建无线通信功能。13课题的意义无线环境监测系统网络有着巨大的应用前景，被认为是将对21 世纪产生巨大影响力的技术之一。已有和潜在的传感器应用领域包括：军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监测等等。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种传感器网络将遍布我们生活环境，从而真正实现“无处不在的计算”。以下简要介绍传感器网络的一些应用。在农业生产方面也有重要的应用，最新的农作物环境监测系统，可以对农作物长势、农业灾害和土壤墒情、气候变化等进行监测，从而确保农作物正常生长。在农作物环境监测系统中，每个无线农作物环境监测节点有单片机构成，在

31、每个节点上配置了不同的传感器，包括温度、湿度、光照、盐碱度等。节点间的距离可以达到百米以上，几百个这样的无线节点组成的无线网络，可覆盖百亩以上的土地。每个节点既实时监视该点附近的温度、湿度等情况，同时也无线双向中转信息，将信息传输到天线范围内的其他节点上，这样即使某节点故障，附近的节点也可以建立新的通信链路，确保通信畅通。这样的一套智能无线网络系统，不仅可以自动监视农作物环境，而且能在环境气候发生灾害性变化时及时发出警报。另外，如果加装相应功能的传感器，还可以为高价值农业产品提供防盗功能。在工业方面，由于现场生产环境恶劣，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数

32、据到一个环境相对好的操控室内，工作人员可以在这里将控制指令传输给现场执行模块进行各种操作。这样就会产生数据传输问题，由于厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现错误换线困难。而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传输，此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集5。第二章 方案的对比和论证当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不

33、可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。2. 1温度传感器的选择方案一：采用热敏电阻，价格比较便宜，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。在温度测量系统中，经常采用单片温度传感器，比如AD590、LM35等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给单片机，这样就使得测温装置的电路较

34、复杂。另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量，即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。 方案二：在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样，然后进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输、多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化，便于控制，省去传统的测温方法的很多外围电路，且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，测温系统的电路就比较简单，体积也不大，TMS320LF2407 DSP评

35、估板只需要一个I/O就可以带驱动多个DS18B20，容易实现多点测量，轻松的组建传感器网络。从上述两个方案的对比中看出，方案一的电路复杂，可扩展性不高，不方便进行多点测量，因此我们选择方案二。 2. 2 湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。 方案一：采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1K

36、HZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性6。方案二：采用HS1101湿度传感器。定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。综

37、合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度-3050的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。2. 3 光照传感器的选择系统中测量光照的功能，通过光敏电阻和ADC0832组成的电压测量电路来反映光照的变化。它是利用光敏电阻的光电效应进行工作的。ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。在黑暗的环境下光敏电阻的电阻值很大，导电性降低，受光线照射后，电阻值降低，导电性增强。常用的光敏器件有光敏二极管和三极管，作光照传感器使用时，一

38、般和一个电阻相串联，接入到电桥电路中去。这种传感器结构简单可靠，反应快，精度比较高，光敏二极管的灵敏度比三极管的更高一些。光照测量采用光电池实现，测量范围0-100光照单位，测量精度为士3光照单位。第三章 系统软件的设计（探测部分）系统软件包括主机软件和从机软件，主机和从机软件都是采用C语言编写，固化在程序存储器中。随着科技自动化水平的迅速提高，智能控制开始在环境变化的领域得到应用，人们对环境自动化的要求越来越高，环境变化规模的增大和种类繁多的控制设备在环境领域的应用，使得传统的控制软件己无法满足用户的各种需求。在开发传统的环境控制软件时，当被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导

39、致其开发周期长：已开发成功的控制软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵：正是由于环境控制采用了无线监测的结构，所以对主机控制软件要求能够针对不同的温度下，不同的湿度下，不同的光照下，能够收到从机传来的环境的变化并作出判定报警。31系统通信软件设计主机CPU程序框图 (1)主程序框图单片机通过中断方式接收和发送数据。用定时计数器1作为波特率发生器，同从机一样，波特率取9600b/s。一帧数据包括一个起始位、8个数据位、一个地址数据判断位和一个停止位。定时器Tl采用工作方式2，串口采用方式3通信。图4-1系统通信软件设计主CPU主程序框图（2）主中断程序框图如下：图

40、4-2 系统通信软件设计主机CPU中断程序框图32系统通信软件设计从机CPU程序框图(1)主程序框图系统通信软件设计从机CPU与主机CPU采用RS-232进行串行通信，串行口均设为工作方式3，晶振频率为12MHz，波特率为2400b/s，采用中断方式进行串行通信。图4-3 系统通信软件设计从机CPU主程序框图(2)中断服务程序框图系统通信从机CPU中断程序框图如图4-4所示。图4-4 系统通信软件设计从机CPU中断程序框图3.3从机软件的设计各单元模块的联接：AT89S52最小系统Ds18b20温度电路光敏电阻数模转换电路NRF24L01无线模块发送数据终端显示HS1101湿度电路331温度模

41、块的设计软件功能：启动温度采集，并对采集到的数据进行显示前处理。硬件连接：DS18B20是单总线数字温度器件，所以外围电路设计十分简单，3脚接电源，1脚接地，2脚为单总线数据端接一个上拉电阻与单片机的P27口相连接。器件介绍： DS-18B20采用独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。程序设计：/*初始化ds1820*/bit Init_DS18B20(void) DQ = 1 ; /DQ复位 Dey(8) ; /稍做延时 DQ = 0 ; /单片机将DQ拉低 Dey(90) ; /精确延时 大于 480us DQ = 1

42、 ; /拉高总线 Dey(8) ; presence=DQ ; /如果=0则初始化成功 =1则初始化失败 Dey(100) ; DQ = 1 ; return(presence) ; /返回信号，0=presence,1= no presence /*读一个字节*/unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i = 0 ;unsigned char dat = 0 ;for (i = 8 ; i 0 ; i-) DQ = 0 ; / 给脉冲信号 dat = 1 ; DQ = 1 ; / 给脉冲信号 if(DQ) dat |= 0x80 ; Dey(

43、4) ; return(dat) ;/*写一个字节 */void WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i = 0 ;for (i = 8 ; i 0 ; i-) DQ = 0 ; DQ = dat&0x01 ; Dey(5) ; DQ = 1 ; dat=1 ; /*读取温度*/void Read_Temperature(void) Init_DS18B20() ; WriteOneChar(0xCC) ; / 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44) ; / 启动温度转换 Init_DS18B20() ; WriteOn

44、eChar(0xCC) ; /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE) ; /读取温度寄存器 temp_data0 = ReadOneChar() ; /温度低8位 temp_data1 = ReadOneChar() ; /温度高8位 /*温度数据转换*/void Disp_Temperature()display4=temp_data0&0x0f ;display0=ditabdisplay4+0x30 ; /查表得小数位的值display4=(temp_data0&0xf0)4)|(temp_data1&0x0f)4) ;display3=display4/100+0x

45、30 ; display1=display4%100 ; display2=display1/10+0x30 ; display1=display1%10+0x30 ; if(display3=0x30) /高位为0，不显示 display3=0x20 ; if(display2=0x30) /次高位为0，不显示 display2=0x20 ; 332湿度模块的设计软件功能：启动湿度采集，并对采集到的数据进行显示前处理。硬件连接：HS1101是双引脚器件，所以外围电路设计十分简单，有线性电压输出和线性频率输出两种电路。在本系统中，选用频率输出电路，需将2脚接地。器件介绍：HS1101基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合他 也可以得到很大的应用。 程序设计：/*HS1101频率检测前的定时器T0、计数器T1设置*/void timinit()count=0;N=0;freq=0;TMOD=0x51;EA=1;ET0=1;ET1=1;TH0=0x3C;TL0=0xb0;TH1=0;TL1=0;TR0=1;TR1=1;/*HS1101频率计算，关闭定时器T0，计数器T1*/void hs1101()EA=0;ET0=0;ET1=0;TR0=0;TR1=0;T1