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要负责信号采集、nRF24L01通信等任务;。蔬菜大棚温湿度控制系统设计从节点控制系统主节点控制系统执nRFSIMnRF行24L808人信24L机01软机号01构软硬采软接动硬件口集硬作件设件设计设计计图2-1系统整体架构4:..-2蔬菜大棚温湿度控制系统硬件结构图由图2-2所示的嵌入式系统硬件设计主要包括从节点控制系统和主节点控制系统;从节点系统主要包含信号采集模块、stc89c52模块和nRF24L01模块;主节点则主要包含STM32控制器、执行机构、SIM808模块、nRF24L01模块、按键模块和LCD显示模块。主节点系统可以通过一个nRF24L01模块和最多6个从节点系统进行通信,如果一个蔬菜大棚中有超过6个从节点,可以通过在主节点系统中增加nRF24L01模块方式实现;此外,当系统出现严重故障的时候还可以通过GSM网络将信息发送给用户手机警告信息。5:..nRF24L01组网及通信技术、GSM通信技术是本系统的核心技术,本小节对系统设计的以上三种技术做如下简要分析:,在通信的过程中,一个模块作为主机可以和之多6个nRF24L01子机通信,因此,可以在主控制其中连接几个nRF24L01模块作为主机,每个子节点中有一个stc89c52单片机和一个nRF24L01构成,如此一来,主控制器便可以很轻松的获取到各个节点的数据信息。,munication,是目前最广泛的移动电话通信标准;GSM属于2G技术,是一个蜂窝网络,可运行在多个不同的无线电频率上,同时支持室内外覆盖,这些性质奠定了GSM技术在在1998到2000年之间快速增长的基础,到2004年,全球已有超过10亿人使用GSM电话,占据了全球电话市场份额的70%。。首先,介绍了系统的总体结构框架、软硬件组成及其功能。其次简要概述了系统的运作流程,可通过本地按键操作与LCD显示屏共同控制系统,当系统出现故障时候还可以通过GSM网络向用户手机发送报警短信,最后,将系统核心技术作简要介绍,并分析其技术特点以及在蔬菜大棚温湿度控制系统中运用的优势。6:..主节点控制系统的主要任务是接收、分析从节点系统检测到的数据,并将处理后的信息实时的显示在LCD液晶显示屏上,同时控制执行机构运动调节系统的温湿度;主要工作内容包括:主控制器选择、主从节点通信方式、LCD选型及电路设计、按键系统设计、自动发短信系统设计。:..本系统的设计相对复杂,传统位的51等单片机很难满足系统的需求,因此有必要合理选择一款适合本系统的控制器;近些年,STM32单片机以其极高的性价比迅速抢占了市场,拥有32位单片机的性能,价格却和16位甚至8位单片机相当;本系统主控制器选用ST公司STM32FZET6单片机,其主要性能如下所示:(1)基于ARMCortex-M3内核,采用LQFP-144封装。(2)512K片内FLASH,64K片内RAM。(3)72M主频,3级流水线结构。(4)支持片外4-。(5)42个16位的后备寄存器。(6)支持JTAG,SWD调试,提高开发效率。(7)丰富的外设资源,有80多个IO口引脚,3个SPI接口,5路USRT接口,一个SDIO接口和一个USB接口。,可以采用有线的CAN总线方式,也可采用ZIGBEE组网方式和nRF24L01,考虑到蔬菜大棚的实际情况,采用无线通信的方式以减少布线成本,相比于ZIGBEE组网,nRF24L01组网方式更加简单,成本更低,因此本系统选择nRF24L01组网方式开发主从节点间的通信部分。(1)nRF24L01概述随着网络通信、无线通信等技术的快速发展,射频技术在我国的得到迅速的发展,越来越成熟。~,超低功耗,方便开发的无限通信模块,其主要特性如下:nRF24L01采用高斯频移键控(GFSK)单收发设计、内置链路层,具有自动应答及自动重发功能及地址及CRC校验功能,有125个可选工作频道,数据传输速率1Mbps或者2Mbps,可接受5V电平的输入,具有极低的电流消耗。(2)引脚功能nRF24L01模块的封装及引脚排列如图2-3所示。各引脚功能如下:8:..模块的封装及引脚排列图;CSN,SCK,MOSI,MISO等引脚为SPI引脚端;IRQ:中断标志位;VDD:电源输入端;VSS:电源地:XC2,XC1:晶体振荡器引脚;VDD_PA:为功率放大器供电,;ANT1,ANT2:天线接口;IREF:参考电流输入。(3)工作模式nRF24L01模块主要有4种工作模式:发送模式、接收模式、省电模式和待机模式。设置方式如表3-1所示表3-1无线收发器nRF24L01工作模式设置接收模式:当CE置高,PWR_UP置高,PRIM_RX置高进入此模式,该模式下,接收器将所有射频通道信号调解,将调解的数据送到基带协议引擎,该引擎则不断的搜索有效数据包。9:..置高,PRIM_RX置底时进入此模式,当CE置高时候,无线收发器nRF24L01的下一个动作依赖于TXFIFO,如果TXFIFO非空,保持发射模式,如果TXFIFO为空,:当配置寄存放弃(CONFIG)的PWR_UP位置‘1’时,无线收发器nRF24L01进入该模式,该模式下晶振的一部分是活动的,当CE=0时候,该模式也是无线收发器nRF24L01从接收模式或发送模式返回后的状态模式。待机模式2:当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此模式,当有数据上传到TXFIFO,片上锁相环(PLL)启动,数据包将被发送。(3)(1)LCD模块选型LCD液晶显示屏有多种选择方案,常见的有LCD1602、和LCD12864以及TFTLCD触摸屏,LCD1602价格便宜,但是显示内容较少,仅有两行,不适和本系统使用;TFTLCD触摸屏的价格相对于LCD12864较高,因此本系统选择LCD12864液晶显示屏。10:..)LCD12864模块简介LCD12864分辨率为128×64,内部含有8192个16*16点汉字,128个168点ASCII字符集,有2线或3线串行、4位/8位并行的接口访问方式;利用该模块可以构成复杂多样的人机交互界面,能够显示8×4行16×16点阵的汉字,且其硬件电路和显示程序相比于同类型的图形点阵液晶要简洁很多,此外,该模块价格也略低于同类型其他图形点阵液晶。(3)LCD12864电路设计本系统采用并口模式进行设计,其驱动电路设计如下图3-(1)GSM通信模块的选择:GSM模块根据数据传输速率可以分为纯短信模块、GPRS模块、3G模块和EDGE模块。其中纯短信模块仅支持短信服务,GPRS模块是在GSM的基础上发展起来的,;EDGE技术将数据传输速率提升到了270K,。GSM模块的厂家最早由国外西门子、、Sagem等公司率先研发出来;近些年,随着国内的技术进步,华为、移远等诸多国内公司研发出的GSM模块具有更高的性价比,逐渐取代了国外品牌在国内的市场占有地位。本系统选用当下性价比较高的SIM808模块。11:..(2)驱动电路设计驱动电路图如下所示:、RXD和GND引脚分别和该驱动电路中的SIM_RXD、SIM_TXD、GND引脚相连接,然后通过AT指令即可达到控制模块自动发短信的目的。(3);+ATE0;//取消回显AT+CMGF=0;//设置PDU模式AT+CPMS="SM";//所有操//+CMGS=27;//发送数据长度为,若成功发送该命令,模块会返回‘>’,单片机通过串口收到>符号之后才能继续发送短信内容;收到>符号之后,通过串口继续发送短信内容,UART2_SendString(content);短信发送完成后需要发送一个结束符号0x1A,可通过SART_SendData(USART2,0X1A)函数实现。12:..、nFR24L01通信等任务;主要工作内容为单片机最小系统的选型及设计、信号采集系统电路设计、nF24L01模块电路设计;。(1)STC89C52RC单片机STC89C52RC是由STC司推出的一种8位单片机,尽管本款单片机采用的仍然是51内核,宏基公司对其做了特别的设计,大大提高了单片机的性能,目前,STC单片机最高版本是STC15系列单片机,该系列单片机已经加入了库的支持,而且可以灵活选择外部和内部晶振作为系统晶振,显而易见,如今的STC单片机性能已经远远超过了最初因特尔MCS51单片机性能,STC89C52单片机是很经典的一款单片机,它完美代替了AT89C51单片机,极大的降低了开发成本和学****成本,STC89C52单片机内核资源也相当丰富,有8K字节Flash,内置4KBEEPROM,有3个定时器,最多可有4个中断,最高运作频率35MHz,6T/12T可选。其应用范围非常广泛,目前已经是电子工程师们常用的单片机之一。STC89C52单片机与普通51单片机一样,运行时候少不了最小系统的支持,单片机最小系统是系统运行时候的最低硬件要求,包含晶振电路、复位电路,。13:..(2)STM8单片机STM8单片机功能比51单片机功能更加强大,就拿STM8S103K3这款单片机来说8KFALSH1K的RAM32I/O口,内核最高频率可达24MHz,基于哈佛结构并带有3级流水线,有丰富的扩展指令集;此外,模块丰富且细腻。丰富体现在:给蜂鸣器特别设计了模块,还有CAN模块,支持ISO7816-3标准的智能卡模块功能,支持7路的PWM输出。说细腻体现在:比较传统的51PICAVR这些单片机有关一个16位定时器的寄存器最多几个。而STM8有18个为什么这么多呢?因为功能丰富。单单计数方式就分向上计数、向下计数、同时支持好几路的PWM输出等等。STM8内部有始终振荡器,当外部不接晶振的情况下,只需要在VCAP和NRST引脚接适当的元件即构成最小系统,。14:..,可知STC89C52RC主要特点是性能稳定,资料相对较多;STM8拥有更高的性价比,STM8S单片机的性能比STC15系列单片机还要强,价格却比STC15单片机低;本系统需要将采集的数据通过nRF24L通信网络发送给主控制器,对稳定性有着较高的要求,因此本系统选择STC89C52单片机作为主控制器。(1)传感器选型DHT11传感器内部包含一个已校准的输出温湿度复合数字信号的传感器,校准方式为以程序形式存储在OTP内存中,当传感器内部检测到信号的时候会调用OTP中的校准程序,从而达到校准的目的,此外,DHT11温湿度传感器具有体积小、功耗极低、价格便宜等优点,传输距离可达到20米以上。AM2305是一款湿敏电容数字温湿度传感器,内部同样含有一个已经校准信号的温湿度复合传感器,采用电容式湿敏元件、具有极低的功耗、卓越的稳定性,主要应用在汽车、家电、医疗、消费品领域。以上两种传感器在数据采集和传输过程中均采用了单总线方式,使用方式类似,目前,以上两种传感器均能满足在蔬菜大棚控制系统中的检测要求,但是和AM2305传感器相比,DHT11温湿度传感器具有更高的性价比,而且具有更小的体积,目前各平台均提供基于DHT11温湿度传感器的控制例程,学****资料相当丰富,因此本课题选用DHT11温湿度传感器作为从节点的检测传感器。15:..因此在使用中的难易程度几乎相同。而且在家用的传感器中,温度范围和湿度范围以上三款传感器都可以很好的满足。经过比较目前比较流行的数字式温湿度传感器以及考虑到价格因素。本课题选择了比较实用