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1、摘 要在传统的温室控制系统中,温室环境检测器与相应执行机构之间通过有线电缆进行通信。有线传输系统的可靠性和抗干扰性能差，限制了农业机器人等移动作业设施的使用以及温室设施的更新。作物在生命周期中的一切生物化学作用，都必须在一定的温度条件下进行，也就是说，温度是影响作物生长发育最重要的因素。nRF905是单片射频收发芯片，将射频技术应用于温室环境参数测控系统中，以无线方式取代温室环境参数检测器和相应执行机构之间的有线电缆连接，避免了温室内大量电缆的铺设，以达到便捷地对温室温度自动监测，灵活地对温室执行机构的自动控制，为作物生长提供适宜的温度。本论文研究了基于nRF905的温室温度测控系统的硬件和软
2、件设计。系统通用性强,可用于果蔬储藏保鲜、畜舍、冷库、粮库、生产车间等环境控制领域。关键词：数据采集；射频模块nRF905ABSTRACTIn the tradition of the greenhouse control system, The greenhouse environment detector and the corresponding actuator communicate through cable. The reliability of cable transmission system and poor anti-interference performance. A
3、griculturalrobotics and Mobile operation facilities and Mobile operation facilities has been limited. Crops in the life cycle of all biochemical effect,must be in a certain temperature conditions. that is to say,influence of temperature on crop growth and development of the most important factors. n
4、RF905 is a single chip RF transceiver, the application of RF technology in environmental parameters monitoring and control system of greenhouse. Connected wirelessly to replace the cable between the greenhouse environment parameters detector and the corresponding execution mechanism. To avoid the la
5、rge number of cable laying in the greenhouse. Convenient to the greenhouse temperature automatic monitoring. Flexible automatic control of greenhouse actuator. Provide the suitable temperature.This paper studies the design of hardware and software of the greenhouse temperature control system based o
6、n nRF905The system versatility, can be used for fruit and vegetable storage, cold storage, livestock, grain depot, workshop and other environmental control field. Keyword : data acquisition ; radio frequency module nRF905目录第一章绪论51.1 选题的目的与意义51.2 国内外温室温度研究现状51.3 短距离无线通信技术比较61.3.1 IEEE802.11 WLAN61.3.
7、2 蓝牙(Bluetooth)技术61.3.3 红外(IrDA)技术71.3.4 HomeRF家用无线局域网技术71.3.5 低功率短距离无线通信技术71.4 主要研究内容8第二章 基于nRF905的温室温度测控系统的硬件实现92.1 系统简介92.2 系统主要构成器件介绍92.2.1 温度传感器DS18B2092.2.2 微控制器STC89C52 112.2.3 无线射频模块122.3 硬件电路设计132.3.1 电源电路设计132.3.2 温度采集电路132.3.3 射频模块nRF905外围电路142.4 本章小结14第三章 基于nRF905 的温室温度测控系统的软件实现153.1 温度采
8、集模块程序设计153.2无线传输模块的程序设计173.2.1 nRF905发送流程程序设计173.2.2 nRF905接收流程程序设计193.3 本章小结20第四章 系统测试、结论及展望214.1 系统测试214.2 测试中注意问题以及测试方法214.3 结论及展望21参考文献23附录1：温度信号采集程序清单25附录2：nRF905接收和发送程序清单29附录3：主程序37致 谢25第一章 绪论1.1 选题的目的与意义我国的人均耕地只有世界平均水平的1/3，要实现耕地资源在使用过程中的效益最大化，利用高新技术改造传统农业无疑是一条必由之路。温室生产是综合运用各种先进设施和技术，人为创造各种作物生
9、长发育的最佳环境条件，并通过科学的经营管理，最大限度地提高土地产出率、资源利用率、劳动生产率和产品商品率，获得最佳经济效益和社会效益的一种完全有别于传统农业的生产模式。推广和使用低成本、高可靠的温室测控系统是温室生产走向工业化、自动化和高效化的必由之路，而温室内环境的综合控制是实现温室生产高效、优质的关键。目前，我国的温室环境检测与控制技术得到了迅速发展，现代化程度不断提高，但是无论是基于集散控制结构还是基于现场总线技术的温室控制系统，其信号传输方式都为有线传输。而温室内的环境是非常恶劣的，如夏季光照强、湿度高、具有一定的酸性等，这些因素都会导致线缆的老化，从而降低系统的可靠性和抗干扰能力。同
10、时，为了科学合理地实现温室环境参数的自动检测，检测装置和执行机构的设置不仅数量大而且分布广，有线传输导致温室建造、安装、维护复杂、工作量大；设施扩建更新困难；农业机器人等移动作业设施的应用受到限制；为此，在温室中应用基于无线技术的传感器数据采集系统，将有助于解决有线系统的局限性1-3。nRF905是单片射频收发芯片，将射频技术应用于温室环境参数测控系统中，以无线方式取代温室环境参数检测器和相应执行机构之间的有线电缆连接，避免了温室内大量电缆的铺设，以达到便捷地对温室环境参数自动监测，灵活地对温室执行机构的自动控制，为作物提供适宜的生长环境，确保温室经济效益。在温室内作物的各个生长时期，温度、湿
11、度、光照、CO2等环境参数都会影响作物的生长发育，其中温度是影响作物生长发育最重要的因素。作物在生命周期中的一切生物化学作用，都必须在一定的温度条件下进行。因此，本论文以温度测控为例，研究基于nRF905的温室温度测控系统的硬件和软件设计。1.2 国内外温室温度研究现状 温室环境控制技术是随自动化检测技术、过程控制技术、通讯技术及计算机技术的发展而发展起来的。现代化的温室智能控制系统对提高温室生产水平、改进传统的温室生产无疑起着重要的作用，因此国内外科研机构研制出了许多温室智能控制系统。Joshua Mendoza-Jasso等为了降低价格和实时性采用FPGA设计了远程监控系统4；Ameur
12、S等采用80C32设计了一个数据采集系统5； T.Hesketch针对新西兰温室设计的数字控制系统，检测室内温度随光照度、加热设备及降温设备的工作状态而变化的情况6； H.J.Tantau综合温室内外的温度、光照、风速以及热水管的进出口温度，建立温室数学模型，此模型输出加热、通风系统执行机构的设定点温度，并将此温度送至负反馈控制环,从而将温室温度控制在设定温度上7；B.J.Bailey综合考虑了保温幕对温度的影响，以及对整个加热系统的经济性进行了分析,提出了优化以后的温度控制模型8；随着设施农业的推广，我国加大了温室结构和温室控制方面的研究力度。杜尚丰等总结了国内温室控制硬件的发展情况9；徐津
13、等研究了CAN总线温室智能控制器的开发10；王定成等研究了基于USB的温室环境便携式数据采集器的设计11；孙忠富、陈建恩等对无线传输的控制系统进行了研究12,13。1.3 短距离无线通信技术比较目前广泛应用的短距离无线通信技术主要有：IEEE802.11 WLAN、蓝牙、IrDA、Home-RF、低功率短距离无线通信技术。1.3.1 IEEE802.11 WLANIEEE 802.11是电子电气工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE) 802工作组制定的无线局域网(Wireless Local Area Netw
14、ork,WLAN)标准,主要用于实现小范围内的移动组网和无线接入14-17。IEEE在802.11的基础上相继推出了802.11a和802.11b两个标准。802.11a工作在5GHz的U-NII频带，802.11b工作在与蓝牙一样的2.4GHz ISM频带。802.11b只支持数据传输，传输速率最高可达11Mbps，并且可根据环境中的射频状况，在11Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps和1Mbps之间切换，传输距离高达300m。802.11b的传输速率和安全性高于蓝牙，因而在局域网的无线接入应用方面具有一定的优势。基于802.11b技术的无线网络接入点，可以很好地支持多个无线用户终端(主
15、要为笔记本电脑)接入本地局域网以及访问互联网。但是，802.11b技术在体积、功耗和成本上无法与蓝牙相比，因而目前除了作为网络接入之外，在其它对低功耗、低成本等要求高的领域和设备上的应用还很少，比如移动电话和PDA。蓝牙可以应用于那些802.11b无法胜任的广阔领域，与之相互补充。1.3.2 蓝牙(Bluetooth)技术蓝牙是由爱立信、东芝、诺基亚、英特尔和国际商用机器公司等公布的一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，开发于上世纪90年代中后期。它是一种用于短距离的、点对多点的数据和语音传输的射频规范。开发该技术的目的是以近距离、无线为基础为固定与移动终端建立临时对等链接。蓝牙的传输距离在1m到10m之间，增加发射功率或配置专用的放大器后可使传输距离达到100m。 目前,蓝牙设备在无线耳机、无线键盘等领域应用较多，但其国内市场的推广仍然十分不够，其最大障碍是成本依然很高，蓝牙模块购买价格昂贵。1.3.3 红外(IrDA)技术IrDA(Infrared Data Association)是由红外数据协会推出并推行的一种无线通信协议，这种通信方式通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实
