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1、-范文最新推荐- ATmega8单片机温室环境多参数测控系统无线节点软硬件设计 摘要温室环境多参数测控系统综合应用了现代传感器、电路与系统、智能控制及无线传感器网络技术等相关知识，完成了系统前端的温室环境的温度、湿度的数据采集单元和发送单元的研究。本文主要讲述无线节点发送端的设计，该系统利用单片机ATmega8发送测量指令控制温湿度传感器SHT11，使其测量温室的温度和湿度两参数，并将数据进行处理，之后经过无线传输模块将数据发送至接收端，接收端实现与上位机之间的数据通信，实现对温湿度数据的采集。6424经过试验研究表明，该系统能够满足目前对温室大棚内温度、湿度的实际监测与控制要求。关键词温湿度
2、无线传感器节点单片机ATmega8SHT11毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleGreenhouse environment measurement system of wireless node (Hardware and software design )AbstractComprehensive application of modern sensors, circuits and systems, intelligent control and wireless sensor network technology for greenhouse environment multi-p
3、arameter intelligent monitor and control system, completes the data acquisition and transmission unit design of the greenhouse environment temperature and humidity. This article focuses on the design of the sender of the wireless nodes,the system utilizes the microcontroller ATmega8 to control the t
4、emperature and humidity sensors SHT11, send measuring instructions, make it measure two parameters of the greenhouse temperature and humidity, to realize temperature and humidity data acquisition and data processing, after through the wireless transmission module will send data to the receiver, The
5、receiver for data communication between the host computer.The experimental studies show that the system can meet the current actual monitoring and control requirements of the greenhouse temperature, humidity concentration. 3.1.3晶振电路113.1.4ISP程序下载接口电路设计123.2信号电平转换电路设计123.3温湿度传感器电路设计133.4无线传输模块143.5电源
6、模块硬件电路设计163.6硬件电路板设计173.7本章小结184节点软件设计194.1主程序194.2无线传输通信协议214.3串口子程序224.3.1串口初始化子程序224.3.2串口数据发送子程序234.4SHT11子程序244.4.1SHT11测量总程序244.4.2SHT11初始化子程序254.4.3温湿度数据补偿子程序264.5接收端控制器软件程序流程284.6本章小结295实验研究305.1实验环境305.2实验过程305.3实验结果分析305.3.1温度试验结果分析305.3.2湿度试验结果分析325.3.3实验结果总结345.4误差分析345.4.1误差来源34 随着无线传感器
7、网络技术的快速发展，人们也开展了温室无线监测系统的应用研究。例如：北京市科委计划项目“蔬菜生产智能网络传感器体系研究与应用”正式把无线传感器网络示范应用于温室农作物生产中；2008年10月，上海市计算机研究所研发三部已将自主知识产权的自组织树型无线传感器网络系统应用到了上海奉贤花卉大棚监测系统中，大大提高了工作效率。到目前为止，能够真正的满足实际应用的案例还非常少，还需要长期的研究和探索10 。1.3.1无线传感器网络技术概述微电子技术、计算机技术和无线通信等技术的进步。推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据数据处理和无线通信等多种功
8、能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。无线传感器网络技术的特点如下： （1）大规模网络为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。无线传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。（2）自组织网络在无线传感器网络应用中
9、，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。 1.3.2无线传感器网络技术的应用无线传感器网络技术正逐步应用于温室环境监测。通过使用由大量互连的微型传感器节点组成的传感器网络，可以对温室环境参数进行不间断的高精度数据搜集。与传统的温室环境监控手段相比，使用无线传感器网络进行温室环境监控有三个显著的优势：一是
10、传感器节点的体积很小且整个网络只需要部署一次，因此部署无线传感器网络对温室监控环境的人为影响很小。二是传感器网络节点数量大，分布密度高，每个节点可以检测到局部环境的详细信息并汇总到基站，因此无线传感器网络具有数据采集量大，精度高的特点。三是无线传感节点本身具有一定的计算能力和存储能力，可以根据物理环境的变化进行较为复杂的监控，无线传感节点具有无线通信能力，可以在节点间进行协同监控。通过增大电池容量和提高电池使用效率，以及采用低功耗的无线通信模块和无线通信协议可以使传感器网络的生命期延续很长时间，这保证了传感器网络的实用性。节点的计算能力和无线通信能力使得传感器网络能够重新编程和重新部署，对环境
11、变化、传感器网络自身变化以及网络控制指令做出及时反应，因而传感器网络适用于温室多参数环境监控的应用中。 用于温室环境监控的传感器节点需要满足体积小、精度高、生命周期长的要求。由于监测环境的复杂性以及监测环境对于外来设备的敏感性，需要尽量减小传感器节点的体积，并采用异构的传感器节点；为了获得周围环境的确切参数，传感器节点需要装备多种高精度的传感器；为了延长传感器网络部署的有效时间，增强传感器网络的实用性，需要传感器节点具有尽可能长的生命周期。 第6章主要是总结和展望。2系统总体设计2.1系统方案概述本系统设计的温室环境多参数智能监控系统综合应用了现代传感器、电路与系统、智能控制及无线传感器网络技
12、术等相关知识，完成系统前端的温室环境的温度、湿度等温室环境参数的数据采集单元的研制，利用单片机实现对所采集的数据进行数据处理，并实现与上位机之间的数据通信，应用上位机软件界面实现数据的实时显示，过限报警、历史曲线及报表打印，当测得的环境参数高于或低于系统设定的参数正常范围值时，上位机会传输指令到接收端控制器打开相关的开关量控制的执行机构（如喷淋器、加热器、补光、遮光、卷帘、风机等）进行环境参数的自动调节，从而实现自动控制室内的温度、湿度的现代化温室。温室环境多参数智能监控系统总体结构如图2.1所示。它包括无线传感节点、接收端监控模块两大部分组成。每个无线传感节点负责采集温度、湿度两参数，经无线
13、传输模块上传这些参数到接收端监控模块；接收端监控模块一方面负责汇总各无线传感节点采集的数据，把它上传至上位机；另一方面接收来自上位机的控制指令，对控制机构进行相应策略处理，从而实现对各终端环境参数的调整。图2.1 系统总体结构框图2.2无线传感器节点的设计2.2.1无线传感器节点网络无线传感器节点是监控网络的基本单元，它负责采集温室环境参数数据及数据的预处理，定时或响应控制中心主机的命令而向控制中心发送数据。传感器节点由单片机系统、传感器模块和无线通信模块等组成。整个网络由温湿度传感器网络节点群、网关和监控终端构成。区域内传感器节点采集的数据通过无线传输方式将数据传回网关节点，然后与外部网络(
14、 如互联网) 相联， 将整个区域内的检测数据传送到监控终端进行实时监控。 接收端的硬件构成由处理器，无线接收模块，上位机通信模块和控制继电器组成。处理器是接收端控制器的心脏，接收端控制器的所有执行的操作命令皆由处理器发出，包括数据的接收，处理，向上位机传送以及接收上位机的指令并通过控制器执行等等。无线接收模块是用来接收节点端发送过来的数据信息并将数据传送给处理器。上位机通信模块是接收端用来和上位机通信用的，该模块是双向的不仅是将接收端所汇总的信息发送到上位机中同时还要负责上位机发送到接收端的指令。控制继电器的作用是当上位机得到的温度或湿度超过上限或下线的时候会发出相应的警报，此时由上位机发出一
15、个信号至接收端，有接收端的控制继电器开启相应的机器，例如空调、排风扇、加湿器等等。2.4上位机概述上位机是人可以直接观测并能操控的平台，它可以直观的让人了解温室内的温湿度情况并且人可以通过上位机发送命令到下位机，执行所要进行的操作。例如，当人看到温湿度其情况后，感觉到温度略高，但是该温度并没有达到上位机所设置的报警上限，此时人可以发布降温指令来开启温室的制冷设备。目前上位机软件的编写有多种开发工具，如C+、VB、LabVIEW等。本系统软件采用LabVIEW作为开发软件。LabVIEW是一款采用图形化编程技术的系统开发软件，由美国NI公司开发，当前已广泛应用于各大领域，包括航空航天、通信工程、汽车行业等。采用LabVIEW开发的软件系统具有人性化的人机界面，操作方便直观。根据本测试系统的要求，因测试对象的不同，软件的设计依据以下思路：1）操作界
