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1、本科毕业设计基于单片机的粮仓温湿度多点无线监测系统设计基于单片机的粮仓温湿度多点无线监测系统设计温湿度是一个非常重要的参数。在工业、医疗、军事和生活等许多地方，都需要用到测温湿装置来监测温湿度。传统直接布线测量不能满足要求，特别是在某些环境恶劣的工业环境和户外环境，通过直接布线测量不现实。因此采用无线传输温湿度信息尤为必要。目前有些设计能够实现无线温湿度监测，但价格过高是其最大的缺点。在实际温湿度控制过程中既要求系统具有稳定性、实时性又需要降低功耗。因此设计一种低功耗的无线温湿度监测系统很有意义。本文提出一种针对无线数据传输问题的解决方案，该方案基于nRF24L01来设计无线温湿度采集系统。该
2、系统采用传统单片机ATmega16L和数字温湿度传感器AM2301来构成多点、实时的无线温湿度监测系统。通过简单的无线通信协议，实现可靠性与功耗平衡，该系统能实现对温湿度的监测，是可以实现远程控制的无线温湿度监测系统。该系统利用无线通信技术构建了分布式无线传感器网络，通过传感器节点实现温湿度信息的采集和传输，系统具有组网简单，维护方便，运行费用低等优点，能够实现可靠的无线数据传输。可以应用于大型粮仓温湿度的监测。关键字：ATmega16 AM2301 无线传输 nRF24L01Wireless Temperature and Humidity Monitoring System in Barn
3、Shi Jianzhu(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract:Temperature and humidity is a very important parameter. In many places, such as the industrial, medical, and military, you need the temperature and humidity measurement device to monitor tempera
4、ture and humidity. Direct wiring measurement does not meet the requirements, especially in some environments, such as, harsh industrial environments and outdoor environments. Therefore, the wireless transmission of temperature and humidity information is particularly necessary.At present, some devic
5、es can be used to monitor wireless temperature and humidity, but the price is the biggest drawback, the price is too high. The system must be stable, real-time and low power consumption in actual control. Therefore, the design of a low-power consumption wireless temperature and humidity monitoring s
6、ystem makes sense. This paper presents a solution for wireless data transmission, the program is based on the nRF24L01 to design the monitorint system of wireless temperature and humidity. The system uses the traditional microcontroller ATmega16 and digital temperature and humidity sensor AM2301 to
7、form multi-point, real-time wireless temperature and humidity monitoring system. Through a simple wireless communication protocols, bring about reliability and power balance. The system is a remote wireless temperature and humidity monitoring system.The system uses wireless communication technology
8、to build a distributed wireless sensor networks. The temperature and humidity data acquisition and transmission based on sensor nodes, with a simple network, easy maintenance, low operation cost. The system can be applied to a large granary temperature and humidity monitoring.Key word: ATmega16 AM23
9、01 Wireless Transmission nRF24l01目 录1 前言12 系统方案分析与选择论证12.1 系统最终方案12.2 系统方案设计22.2.1 主控芯片方案22.2.2 无线通信模块方案22.2.3 温湿度传感器方案32.2.4 显示模块方案33 主要芯片介绍和系统模块硬件设计43.1 ATmega16L-8AI单片机43.2 nRF24L01无线模块53.2.1 nRF24L01模块电路图53.2.2 nRF24L01模块接口电路53.2.3 nRF24L01模块供电电源63.2.4 nRF24L01模块工作模式63.2.5 nRF24L01模块工作原理73.2.6 n
10、RF24L01配置字83.3 数字温湿度传感器 AM230183.3.1 AM2301概述83.3.2 AM2301接口及温湿采集电路93.3.3 AM2301工作原理93.4 显示模块TFT-LCD104 系统软件设计114.1 单片机软件设计114.1.1 发送端流程114.1.2 接收端流程125 硬件电路135.1 硬件制作135.2 硬件调试145.3 硬件调试结果145.3.1 温湿度采集测试155.3.2 nRF24L01无线模块测试186 结论与展望18参考文献19附录20致谢22华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表1 前言粮食是人类赖于生存不可或缺的物质基础，是人类从事各种活
11、动的前提。粮仓粮食的存储是否得当对国家的经济能否正常合理的运行有很大的影响。受限制于以前的经济和科技水平，粮食的存储环境差，管理落后。为此，合理地布置温湿度测量点，以便及时发现粮食的发热点、潮湿点，成为粮库管理的重中之重。随着嵌入式技术，短距离无线通信技术、传感器网络技术等的不断发展，电子设备检测技术可以大大的降低粮仓的管理成本。同时，现代化的粮食仓储系统对粮食的安全性也提出了更高的要求。在粮仓管理过程中，湿度和温度是两个重要的控制指标，直接影响粮食的储存质量。然而，传统的人工测试方法费时费力，效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大(王明明等，2012)；而有线方式的测温湿度系统存在着不稳
12、定性，且布线复杂，线路容易老化，线路故障难以排查，设备重新布局需要重新布置等问题。而无线方式的测温湿度系统不存在以上的这些问题，为此，采用无线实时的温湿度检测系统，对数据进行采集、装载、发送、并由终端对无线采集来的数据进行相应处理，以控制监测设备的运行情况，可大大的减少不必要的线路设备开支(张玉建，2012)。本设计采用无线传感器网络技术，通过自组无线传感器网络实现一对多的通信，对粮仓内部环境进行监测。由于每一个无线监测节点需长时间工作，对功率消耗十分敏感，为此，本系统采用低功耗无线传输芯片和超低功耗嵌入式处理器，组建实时的无线传感器监测网络，以实现对粮仓温湿度的网络化实时监测和报警。2 系统
13、方案分析与选择论证2.1 系统最终方案发送端：由数字温湿度传感器AM2301，实时地采集当前的温湿度信息，经ATmega16L单片机分析处理后，通过模拟SPI接口控制无线射频模块nRF24L01装载温湿度信息，由无线射频模块nRF24L01发射给主机接收端并显示温湿度信息。红外模块可用于监测各监测节点附近有无老鼠，试验中未做出。接收端：由nRF24L01无线射频模块接收终端采集过来的数据信息，经模拟SPI接口发给ATmega16L单片机，由ATmega16L单片机控制液晶LCD-TFT实时显示温湿度信息，并且显示报警温湿度上限值。当温湿度过高或者过低时，TFT是否报警一行显示是并开始闪烁，蜂鸣
14、器鸣叫，起报警作用，直到温湿度值恢复正常。ATmega16L(发送端)DHT11温湿度传感器红外模块ISP下载模块NRF24L01无线模块LCD-TFT显示模块GSM报警模块 蜂鸣器ATmega128 (接收端)从机结构框图主机结构框图NRF24L01无线模块图1 系统方框图此系统为一对多的无线通信系统，多个从机发送端由传感器本地采集并且通过nRF24L01无线射频模块发送温湿度信息，一个主机通过nRF24L01无线射频模块的多个通道（最多6个，nRF24L01至多可开启6个通道接收数据）接收多个终端节点的温湿度信息，实时显示各终端节点温湿度信息，系统方框图如图1所示。2.2 系统方案设计2.
15、2.1 主控芯片方案方案一：采用宏晶科技有限公司的STC90C52Rc单片机作为主控芯片。此芯片为51类单片机增强版，价格便宜、易于操作，比较经济实惠。方案二：采用ATmega16L作为主控芯片。此芯片是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾，且其跟51类单片机相比，具有超低功耗和内置晶振等特点。考虑到此系统的复杂度，进行模数转换实现对温湿度的监测所需外围器件较多，监测节点电路板面积小，主控采用贴片封装。从性能和实用性上考虑我们选择方案二。2.2.2 无线通信模块方案方案一：采用GSM(Global System for Mobile)模块进行通信，GSM模块需要借助移动卫星或者手机卡，虽然能够远距离传输，但是其成本较大、且需要内置SIM(Subscriber Identity Module)卡，通信过程中需要收费，后期成本较高。方案二：采用TI（德州仪器）生产的C2430无线通信模块，此模块采
