史東升 宗容

摘要：現(xiàn)在很多學科都對環(huán)境參數(shù)有特殊要求，比如在農(nóng)業(yè)，制造業(yè)，汽車電子，生物技術(shù)等方，甚至在居家生活環(huán)境中都需要檢測數(shù)據(jù)的環(huán)境參數(shù)。本設(shè)計為基于STC89C52單片機的環(huán)境參數(shù)檢測器開發(fā)，接收端包括顯示、按鍵、指示燈、無線通信、報警模塊、主控制器。發(fā)送端包括土壤濕度檢測、溫濕度檢測、光照檢測、無線通信、顯示模塊。接收端和發(fā)送端的顯示模塊、無線模塊、主控制器方案一致。發(fā)送端檢測土壤濕度、溫濕度、光照數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端，接收端收到數(shù)據(jù)后，判斷數(shù)據(jù)是否異常，控制指示燈和報警電路，接收端可以通過按鍵設(shè)置系統(tǒng)數(shù)據(jù)的報警值，后用USB串口采集，在PC端顯示。

關(guān)鍵詞：環(huán)境參數(shù)檢測器設(shè)計；51單片機；參數(shù)控制

1 引言

在二十一世紀的今天，環(huán)境數(shù)據(jù)被人們廣泛應(yīng)用，由其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)中作物生長環(huán)境的好壞決定著作物的生長，所以對于土壤以及周圍環(huán)境的檢測有著重要意義。

干濕球濕度計早在18世紀就被發(fā)明用來檢測空氣濕度，但是，但干濕球溫度計的準確度取決于干濕球的兩個溫度計的準確度，且干濕球濕度計的準確度只有5%一7%RH，而電子式濕度傳感器近年來，國內(nèi)外在溫濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了巨大進步。溫濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展[1]。

雖然電子式溫濕度計，電子式照度計已成市場主流，但由于其內(nèi)部的傳感器不同，其價格，性能參差不其，價格總地偏高且只檢測一或二個參數(shù)，極少有商家把這四個參數(shù)同時檢測，本設(shè)計以單片機為控制核心，不但降低了產(chǎn)品價格，體格，還減少了檢測時間，人工費用，可以說是一舉四得，所以本檢測器的設(shè)計與實現(xiàn)是十分有用的。

2.系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)方案

設(shè)計分為接收端、發(fā)送端。接收端包括顯示、按鍵、指示燈、無線接收、報警模塊、主控制器。發(fā)送端包括土壤濕度檢測、溫濕度檢測、光照檢測、無線發(fā)送、顯示模塊。接收端和發(fā)送端的顯示模塊、無線模塊、主控制器方案一致。發(fā)送端檢測土壤濕度、溫濕度、光照數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端，接收端收到數(shù)據(jù)后，判斷數(shù)據(jù)是否異常，控制指示燈和報警電路，接收端可以通過按鍵設(shè)置檢測數(shù)據(jù)的報警值。

2.2 接收端（發(fā)送端）主控制器方案

單片機是系統(tǒng)設(shè)計中最為重要的方案之一，所以系統(tǒng)使用STC89C52處理器。這款MCU設(shè)計了高集成化的存儲時間很長的單片機設(shè)計方式去制造，此處理器可以使用MCS-51指令操作，并且在硬件接口上都是通用的。此MCU在功耗方面表現(xiàn)非常優(yōu)秀，功耗很小，設(shè)計中使用的是CMOS的處理器，此處理器是8BIT的，MCU中具有8K比特的存儲空間，此存儲空間可以進行讀寫操作，讀寫次數(shù)高達上十萬次，完全滿足開發(fā)需要。STC家族的MCU在工廠制造出廠會對其進行加密設(shè)計，外接的任何技術(shù)手法都不會對STC家族的MCU完成解密工作，此處理器的運行速度非?？?，處理器的最高速度能夠上升到420兆赫茲，處理器在很多復雜環(huán)境下都可以正常運行，穩(wěn)定性非常優(yōu)秀，最為需要關(guān)注的一點是，該處理器的成本可觀，價格很低，在電子市場中隨處可見[2]。

2.3 接收端（發(fā)送端）顯示方案

選用液晶LCD1602顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)。液晶顯示原理是以點陣設(shè)計的，通過點亮每一個點陣組成要顯示的字符，為了方便使用，液晶都有自己的顯示數(shù)據(jù)庫，在軟件上可以通過顯示函數(shù)直接進行控制，有了顯示數(shù)據(jù)庫就方便很多了，液晶顯示數(shù)據(jù)的范圍很寬，可以顯示很多字符串數(shù)據(jù)，液晶顯示背光還調(diào)節(jié)，顯示上更加美觀。

2.4 接收端（發(fā)送端）無線方案

無線傳輸方案選擇nRF24L01。此無線傳輸模塊需要通過單片機的串口進行數(shù)據(jù)傳輸，開發(fā)簡單?？梢詫崿F(xiàn)無線數(shù)據(jù)交互傳輸方案，在電子產(chǎn)品、汽車行業(yè)、電子農(nóng)業(yè)等行業(yè)對于無線功能的使用有很多。此款產(chǎn)品就是一種具有無線傳輸功能的設(shè)計，此產(chǎn)品更改更新?lián)Q代，已經(jīng)越來越強大，運行非常穩(wěn)定，無線傳輸距離很遠，功耗小，消費成本低，在奧卡福設(shè)計上也很簡單，生活中很多設(shè)計中都有無線傳輸功能的身影。

2.5 接收端（發(fā)送端）無線方案

系統(tǒng)需要進行報警設(shè)計，蜂鳴器可以發(fā)出響亮的蜂鳴聲，所以選擇蜂鳴器。系統(tǒng)在需要進行報警的時候，可以控制蜂鳴器蜂鳴。蜂鳴器的聲調(diào)也可以進行控制，通過軟件代碼既可以完成。

2.6發(fā)送端溫濕度檢測方案

溫濕度采集選用DHT11進行采集，此產(chǎn)品內(nèi)部具有自動校準的功能。產(chǎn)品的采集方法就是數(shù)字式采集設(shè)計，此采集方案執(zhí)行可靠、采集的數(shù)據(jù)精度高，而且產(chǎn)品的壽命長。產(chǎn)品帶有電阻式實物采集技術(shù)，這種技術(shù)在和處理器進行結(jié)合設(shè)計時非常簡單、方便。產(chǎn)品在使用前一定要在規(guī)定的環(huán)境中進行校準，這樣才可以使用。此產(chǎn)品通過一條數(shù)據(jù)線就可以完成采集數(shù)據(jù)的傳輸，產(chǎn)品集成度很高，設(shè)計非常小巧[3]。

2.7發(fā)送端光照檢測方案

光照檢測方案選用TSL2561，此產(chǎn)品可以將光照數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號，產(chǎn)品設(shè)計的通信接口是IIC，內(nèi)部都設(shè)計有一個光敏二極管以及一個帶有CMOS電路的光敏二極管，此集成電路可以給出20位寬的光響應(yīng)的功能。數(shù)字信號就可以直接輸入到處理器，處理器對其進行計算處理，獲得光照數(shù)據(jù)，對光照完成采集，得到最終的光強數(shù)據(jù)。

2.8發(fā)送端土壤濕度檢測方案

選擇土壤濕度檢測器件，由于土壤濕度檢測的器件輸出的數(shù)據(jù)是模擬信號，單片機不能直接識別模擬信號，因此必須通過模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選用的是ADC0832，此產(chǎn)品的使用率非常高。土壤傳感器檢測到的數(shù)據(jù)是模擬數(shù)據(jù)，必須利用ADC0832轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，單片機才能進行處理。利用ADC0832處理后就能夠獲取到所有濕度情況下的數(shù)據(jù)。

2.9 系統(tǒng)實現(xiàn)

此項目所有軟件設(shè)計主要涵蓋：系統(tǒng)通過無線模塊發(fā)送土壤濕度、溫濕度、光照強度數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。STC處理器的開發(fā)工具是Keil，通過Keil進行軟件代碼編寫，并進行編譯，生成HEX文件，HEX文件是最終處理器需要的文件，將此文件燒錄到處理器中，處理器就會按照軟件運行起來。Keil還可以進行在線仿真，對代碼進行邏輯性的驗證，在燒錄到處理器前進行初步的驗證。在進行單片機系統(tǒng)開發(fā)的時候必然涉及到相關(guān)的硬件和軟件，我們可以通過KeiluVision工具來對其進行調(diào)試。通過其所提供的工具來進行編碼、翻譯、編寫以及調(diào)試等，最終完成對整個系統(tǒng)的調(diào)試。

3總結(jié)與展望

本文設(shè)計的環(huán)境參數(shù)檢測器系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了需求的功能。整個方案設(shè)計中，需要了解系統(tǒng)的功能需要，對于方案的選擇要從器件的利用率、器件成本、應(yīng)用場合等方面考慮，選擇合適的，不是選擇高端的。硬件電路設(shè)計中，電路一定要進行多次驗證，只有硬件電路設(shè)計正確，才不會影響到后續(xù)軟件程序的編寫，電路的設(shè)計布局要結(jié)合實際使用情況，方便安裝、方便調(diào)試等方面進行設(shè)計，器件布局要考慮離本功能越近越好，便于信號接收，信號處理。

綜上所述，本文設(shè)計的系統(tǒng)具有成本低，使用效果較好的優(yōu)勢，但存在著精度方面欠缺的問題，這在后續(xù)的工作中將進行進一步的研究與改進。

參考文獻：

[1]陳權(quán)昌，李興富.單片機原理及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學出版社，2007.84-102.

[2]楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2003.125-132.

[3]徐江海.單片機實用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.128-156.