夏雪 劉博 王建華

摘 要：農(nóng)田濕度較大，而且環(huán)境較復(fù)雜，電子器件長(zhǎng)期工作在此種環(huán)境下容易受損。根據(jù)價(jià)格以及實(shí)用性，本系統(tǒng)采用能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作在復(fù)雜環(huán)境且信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上的數(shù)字溫濕度傳感器DHT11，主控芯片為AT89S52，液晶顯示用LDC1602，無(wú)線傳輸模塊用NRF24L01，各模塊緊密結(jié)合，組成一個(gè)一點(diǎn)能通過(guò)無(wú)線控制多處水泵通斷的系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；數(shù)字溫濕度傳感器；無(wú)線控制；水泵；通斷

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）19-0025-02

Abstract： The farmland has a large humidity and the environment is complicated. The long-term operation of electronic devices is easily damaged in such an environment. According to the price and practicality， the system adopts the digital temperature and humidity sensor DHT11 which can work stably in a complex environment for a long time and the signal transmission distance can reach more than 20 meters. The main control chip is AT89S52， the liquid crystal display LDC1602， and the wireless transmission module NRF24L01. The modules are tightly coupled to form a system that can remotely control multiple pumps through the air.

Keywords： wireless sensor network； digital temperature and humidity sensor； wireless control； water pump； on and off

1 概述

在農(nóng)田灌溉監(jiān)控系統(tǒng)中，電子器件長(zhǎng)期工作在此種環(huán)境下容易受損。本文針對(duì)當(dāng)前農(nóng)田灌溉監(jiān)控系統(tǒng)的不足，采用能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作在復(fù)雜環(huán)境且信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上的數(shù)字溫濕度傳感器DHT11，主控芯片為AT89S52，液晶顯示用LDC1602，無(wú)線傳輸模塊用NRF24L01，各模塊緊密結(jié)合，組成一個(gè)一點(diǎn)能通過(guò)無(wú)線控制多處水泵通斷的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)所需的要求有：溫濕度顯示；無(wú)線控制；一點(diǎn)控制多處；按鍵調(diào)節(jié)濕度下限。

以AT89S52為控制核心，通過(guò)對(duì)DHT11傳感器傳回的溫濕度信號(hào)進(jìn)行處理，在LCD1602上顯示，并通過(guò)無(wú)線模塊24L01發(fā)送到遠(yuǎn)處的接收模塊，接收模塊接收到的信號(hào)也通過(guò)AT89S52處理，同時(shí)顯示在另一塊LCD1602上，并與手動(dòng)調(diào)節(jié)的濕度進(jìn)行比較，若低于則接收部分上的蜂鳴器響起并觸發(fā)繼電器的常開(kāi)開(kāi)關(guān)接通，否則蜂鳴器不響，繼電器的常開(kāi)開(kāi)關(guān)也不被觸發(fā)吸合。

2.1 單片機(jī)AT89S52

AT89S52內(nèi)核屬51單片機(jī)，相對(duì)大多其他的單片機(jī)而言，它的功耗較低，性能也較為穩(wěn)定，并且價(jià)格低廉。本系統(tǒng)單片機(jī)的P0口第二功能可以實(shí)現(xiàn)八路AD信號(hào)的輸出，P3.0、P3.1作為第二功能的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)串行通訊，也可以通過(guò)這兩個(gè)引腳下載程序。

2.1.1 AT89S52引腳

89S52有4個(gè)輸入/輸出引腳口，分別是P0口、P1口、P2口和P3口，本次設(shè)計(jì)選用的型號(hào)是40個(gè)引腳封裝的AT89S52。

2.1.2 AT89S52晶振電路

XTAL1接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在89S52內(nèi)，它是晶振電路反向放大器輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，震蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率，系統(tǒng)采用的是12MHz晶振。XTAL2接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在89S52內(nèi)，它是振蕩電路的反向放大器輸出端。檢測(cè)89S52震蕩電路是否工作正常時(shí)，可用示波器查看XTAL2是否有脈沖信號(hào)輸出便可知道。

2.1.3 AT89S52復(fù)位電路

復(fù)位電路可使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重啟，因此非常重要。89S52采用的是高電平復(fù)位，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位電路，當(dāng)按鍵按下時(shí)，RST端直接得到5V高電平，按鍵時(shí)間決定復(fù)位的時(shí)間。

2.2 無(wú)線模塊NRF24L01

NRF24L01工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM頻段，芯片上有頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。NRF24L01不僅應(yīng)用范圍廣泛而且它的編程還比較簡(jiǎn)單，除了這些之外它還幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片上，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳送。同時(shí)，NRF24L01功率消耗也很低，它工作電壓是1.9V-3.6V，可以用電池供電。

2.3 1路繼電器5V低電平觸發(fā)模塊

要控制水泵的通斷，繼電器是必不可缺的模塊。繼電器人們一般稱為“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”，是一種工業(yè)中和實(shí)驗(yàn)中都經(jīng)常用得著的電子控制器件，一般用在自動(dòng)控制電路中，工業(yè)上主要是用低壓小電流去控制高壓大電流的原理，這樣就避免了了高壓電路在開(kāi)關(guān)閉合的瞬間產(chǎn)生的火花擊傷工作人員。繼電器一般會(huì)有兩種開(kāi)關(guān)，一種是常閉開(kāi)關(guān)，一種是常開(kāi)開(kāi)關(guān)，兩種開(kāi)關(guān)由一片銜鐵控制，整個(gè)部分就像單刀雙擲開(kāi)關(guān)，銜鐵又根據(jù)線圈是否得電跳動(dòng)。當(dāng)線圈兩端加有電壓時(shí)，線圈中就會(huì)有電流流過(guò)，只要電壓、電流足夠，磁電效應(yīng)產(chǎn)生的磁力也會(huì)足夠大，繼而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。從而使控制部分的電路導(dǎo)通，當(dāng)線圈掉電后，磁力也會(huì)消失，銜鐵就會(huì)自動(dòng)彈開(kāi)恢復(fù)原來(lái)的形狀斷開(kāi)電路，達(dá)到控制的效果。本此設(shè)計(jì)采用的1路繼電器模塊5V低電平觸發(fā)，控制部分和被控部分可不共用電源。

2.3.1 1路繼電器5V低電平觸發(fā)模塊原理圖（見(jiàn)圖1）

2.3.2 1路繼電器5V低電平觸發(fā)模塊與單片機(jī)連接（見(jiàn)表1）

3 軟件/硬件調(diào)試分析及測(cè)試結(jié)果

本次設(shè)計(jì)編程是在keil4編輯環(huán)境下完成的。程序分模塊編寫，分別為DHT11模塊，LCD1602模塊，24L01模塊，報(bào)警器模塊。編寫完成后，點(diǎn)擊保存，然后進(jìn)行編譯，待程序編譯無(wú)錯(cuò)誤后打開(kāi)progisp.exe軟件，通過(guò)isp下載線下載到89S51芯片內(nèi)。

系統(tǒng)硬件焊接完成后，首先給硬件進(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)使用的單片機(jī)所需的是5V直流穩(wěn)壓電源。上電前，檢查電路板上的銅線是否有因?yàn)楦g不好有斷開(kāi)或者粘連的地方，然后檢查單片機(jī)、溫濕度傳感器、無(wú)線模塊和顯示模塊是否反插。檢查無(wú)誤后給單片機(jī)上電。上電后首先看電源指示燈和LCD1602是否亮，同時(shí)檢查芯片是否有發(fā)熱等顯現(xiàn)，同時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量VCC與GND以及穩(wěn)壓芯片輸出的3.3V與GND的電壓是否正常。若正常則調(diào)節(jié)與1602相連的電位器，調(diào)節(jié)至有格子出來(lái)為止。硬件檢測(cè)無(wú)誤后，安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，完成所需的程序。把完整的程序下載到單片機(jī)后，就可以知道各部分是否工作正常，若哪部分不正常，可用替換法先確定是不是元器件的問(wèn)題，若不是，再檢查電路是否出問(wèn)題，若也不是，最后檢查是否是程序上的問(wèn)題。若所有的都完成后可發(fā)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)兩部分顯示的是一樣的，在從機(jī)模塊上設(shè)定濕度的下限值，用吹風(fēng)筒對(duì)著溫濕度傳感器吹，可發(fā)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的顯示模塊上數(shù)據(jù)在變化，當(dāng)濕度達(dá)到下限值時(shí)，從機(jī)模塊上的蜂鳴器響起，同時(shí)繼電器吸合小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。再把常溫下顯示的溫度和濕度與體溫計(jì)或者濕度計(jì)作比較，看看是否在有效誤差范圍內(nèi)。同時(shí)測(cè)量?jī)蓧K板之間的最遠(yuǎn)的通信距離，還可試試通信是否能穿墻，兩個(gè)電路板都檢查無(wú)誤后即可下載完整的程序調(diào)試。經(jīng)檢測(cè)兩個(gè)模塊可以隔墻通信，而且在空曠地通信距離可以達(dá)7米。

4 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)雖能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遠(yuǎn)程無(wú)線控制水泵通斷，但也有缺點(diǎn)。首先系統(tǒng)選用的單片機(jī)沒(méi)有存儲(chǔ)功能，而農(nóng)田灌水是一門復(fù)雜的科學(xué)，只有積累多年的灌溉經(jīng)驗(yàn)才能做到更合理更科學(xué)的灌溉，若系統(tǒng)能與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，工作人員可根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)上位機(jī)直接控制水泵。這樣不僅能提高系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)，工作人員還能通過(guò)上位機(jī)顯示的數(shù)據(jù)來(lái)了解外部的情況。其次，單片機(jī)的計(jì)算能力有限因而難以處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，單片機(jī)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信后，上位機(jī)可把單片機(jī)傳回的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，工作人員也可對(duì)數(shù)據(jù)做分析，久而久之便可以對(duì)灌溉的農(nóng)田做出更合理的灌溉方案，日積月累，可得到更完善的農(nóng)田灌溉方案。

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