李勇,，張以帥，唐廣耀,，賴(lài)惠鴿

　?。▽幭拇髮W(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

　　摘要：在分析了傳統(tǒng)溫濕度采集設(shè)備的基礎(chǔ)上,，提出了一種以MSP430單片機(jī)為控制器,，利用溫濕度傳感器DHT11實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的系統(tǒng)。通過(guò)鍵盤(pán)和LCD1602液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,，利用nRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī),，上位機(jī)通過(guò)VB和ACCESS實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史數(shù)據(jù)的保存。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、成本較低，克服了傳統(tǒng)采集設(shè)備布線(xiàn)復(fù)雜,、維護(hù)困難等缺陷,，而且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　關(guān)鍵詞：溫濕度,；MSP430,；LCD1602；nRF905,；DHT11

0引言

　　在溫室大棚中,，溫濕度對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程有著至關(guān)重要的影響［12］。根據(jù)已知的科學(xué)常識(shí)將溫濕度控制在合適的范圍內(nèi)是人們一直追求的目標(biāo),。本文用MSP430單片機(jī)作為控制器,，通過(guò)DHT11實(shí)現(xiàn)溫濕度的采集，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)控制器處理之后顯示到LCD1602顯示屏,，同時(shí)也可以用鍵盤(pán)將溫濕度設(shè)置到理想的區(qū)間,，一旦實(shí)際采集到的溫濕度低于或高于設(shè)置的區(qū)間，就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警裝置來(lái)通知相關(guān)人員,。同時(shí)該系統(tǒng)利用無(wú)線(xiàn)射頻模塊nRF905實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控［3］,。由于MSP430單片機(jī)的低功耗性能［4］，使得該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的省電性能,。

1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

　　如圖1所示,，系統(tǒng)以16位控制器MSP430為主控制器,，加上顯示模塊、鍵盤(pán)模塊,、數(shù)據(jù)采集模塊,、報(bào)警裝置、nRF905無(wú)線(xiàn)通信模塊和上位機(jī)PC組成,。其中,，上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的保存和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　1.1單片機(jī)主控制器

　　對(duì)于采集數(shù)據(jù)的處理及顯示,、按鍵的不斷掃描以及同上位機(jī)的通信等功能,， MSP430單片機(jī)起著極其重要的作用。MSP430是TI公司設(shè)計(jì)的一款16位超低功耗處理器,，CPU采用的是16位精簡(jiǎn)指令集［5］,，由于它的低功耗特性使其特別適合于通過(guò)外部電池供電的長(zhǎng)時(shí)間工作場(chǎng)合。本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)快速處理溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù),、將處理結(jié)果顯示到顯示屏上,、不斷地掃描鍵盤(pán)引起的中斷事件以及與上位機(jī)進(jìn)行通信等功能，所以選用MSP430單片機(jī),，這樣能更快地處理多事件,，同時(shí)可以及時(shí)對(duì)事件做出響應(yīng)。

　　1.2上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信

　　考慮到布線(xiàn)復(fù)雜,、維護(hù)困難及成本等原因［6］,，本文選用nRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。nRF905主要負(fù)責(zé)將MSP430單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī),，同時(shí)將上位機(jī)的控制指令傳到MSP430單片機(jī)來(lái)控制單片機(jī)外圍配置接口,。nRF905是挪威NORDIC公司設(shè)計(jì)的一款無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊［78］，主要工作在433 MHz,、868 MHz等頻段,，與MSP430單片機(jī)一樣，由于其在功耗方面的優(yōu)良性能和抗干擾能力強(qiáng)等原因使其在眾多無(wú)線(xiàn)模塊中脫穎而出,。

　　1.3主控制器與DHT11之間的單總線(xiàn)通信

　　DHT11傳感器采用單總線(xiàn)的通信協(xié)議來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù),。單總線(xiàn)通信就是通過(guò)一根線(xiàn)實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的傳輸，在平時(shí)休眠狀態(tài)時(shí)該條線(xiàn)被上拉電阻置成高電平,，一旦芯片收到初始化的指令就開(kāi)始工作,。芯片在傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，控制器首先讀取掛載的設(shè)備的序列號(hào),，然后通過(guò)發(fā)送讀寫(xiě)指令來(lái)控制此設(shè)備,。使用DHT11時(shí)，首先給DHT11發(fā)送初始化指令,，使DHT11做好讀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備,，接著直接根據(jù)DHT11的時(shí)序發(fā)送讀寫(xiě)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的采集［9］。由于只掛載了一個(gè)DHT11設(shè)備,，所以忽略了讀設(shè)備的序列號(hào),。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　該控制系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)電路主要包括溫濕度采集電路,、液晶顯示電路,、鍵盤(pán)電路、報(bào)警電路和nRF905收發(fā)模塊等,。上位機(jī)主要是nRF905與PC的接口電路,。

　　2.1下位機(jī)電路設(shè)計(jì)

　　如圖2所示，上電后,，MSP430單片機(jī)作為主控器,，首先發(fā)送讀數(shù)據(jù)指令給DHT11溫濕度傳感器，DHT11收到MSP430單片機(jī)發(fā)送的讀數(shù)據(jù)指令后將采集的數(shù)據(jù)傳給單片機(jī),，單片機(jī)對(duì)讀到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后顯示到液晶顯示屏上,，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)nRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊發(fā)送出去；在程序執(zhí)行的每個(gè)周期中,，不斷掃描鍵盤(pán)電路是否被按下,，如果檢測(cè)到有按鍵按下，則響應(yīng)對(duì)應(yīng)的按鍵事件,。在本文中,，按鍵主要是用來(lái)設(shè)置最大溫濕度和最小溫濕度。當(dāng)采集的實(shí)際溫濕度大于或者小于設(shè)置的最大溫濕度或最小溫濕度時(shí),，啟動(dòng)報(bào)警電路來(lái)通知相關(guān)工作人員,。

　　2.2上位機(jī)電路設(shè)計(jì)

　　如圖3所示,下位機(jī)控制器MSP430將采集的數(shù)據(jù)處理之后通過(guò)nRF905收發(fā)模塊發(fā)送出去,上位機(jī)的nRF905模塊接收到數(shù)據(jù)之后經(jīng)過(guò)89C51對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的處理，然后通過(guò)RS232發(fā)送到PC上,。由于PC不能直接與nRF905模塊連接,，所以采用89C51作為中間轉(zhuǎn)換器件，將數(shù)據(jù)先保存到89C51中,，然后再通過(guò)RS232串口總線(xiàn)發(fā)送給PC端,，同時(shí)PC端也可以將用戶(hù)的命令通過(guò)此電路傳給下位機(jī)。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1下位機(jī)主程序流程圖

　　下位機(jī)程序設(shè)計(jì)主要包括DHT11溫濕度傳感器的驅(qū)圖2下位機(jī)硬件電路圖

　　動(dòng)程序,、鍵盤(pán)掃描程序,、向nRF905發(fā)送數(shù)據(jù)的程序、液晶顯示程序等部分,，主程序流程圖如圖4所示,。系統(tǒng)上電后，主程序開(kāi)始向DHT11發(fā)送讀數(shù)據(jù)指令,，DHT11收到指令后將

　　采集的數(shù)據(jù)上傳給主控制器,；主控制器將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后顯示到液晶顯示屏并發(fā)送給nRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊,，接著掃描鍵盤(pán)是否有按下，如果有,，則處理相應(yīng)的中斷事件,，否則繼續(xù)給DHT11發(fā)送讀指令，重復(fù)以上過(guò)程,。

　　3.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)包括將nRF905接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示,，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控，所以根據(jù)需求,，采用VB和ACCESS實(shí)現(xiàn)上述對(duì)數(shù)據(jù)的顯示和保存等功能,。VB是微軟公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)面向結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的容易讓開(kāi)發(fā)者上手的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言［10］，由于它良好的圖形用戶(hù)界面和對(duì)各種數(shù)據(jù)庫(kù)等接口的兼容特性,，贏得了開(kāi)發(fā)者青睞,。如圖5所示，通過(guò)此界面可以顯示當(dāng)前的溫濕度,，也可以查看歷史報(bào)表和歷史曲線(xiàn)等,。

　　為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的可靠性和精度，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試,。結(jié)果表明,，上位機(jī)能實(shí)時(shí)地接收到來(lái)自下位機(jī)的溫濕度數(shù)據(jù)；上位機(jī)接收到的溫濕度數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)際溫濕度相差不大,；系統(tǒng)具有一定的可靠性,，能適應(yīng)一定環(huán)境的變化要求。圖6是上位機(jī)接收到的數(shù)據(jù)形成的曲線(xiàn)圖,。

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