基于单片机的蔬菜大棚控制系统的硬件设计

基于单片机的蔬菜大棚控制系统的硬件设计内容摘要：

TC89C52主要参数 6 时钟 /机器周期与 12 时钟 /机器周期 两种 可 供 任意选择，指令代码 能够 完全兼容传统 的 8051 范围： 0～ 40MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz，实际工作 频率可达 48MHz ： ～ （ 3V 单片机） 或者 ～ （ 5V 单片机 ） 8K 字 节 的 用户应用程序空间 5. 片上集成 有 512 字节 的 RAM 6. 有 32 个 通用 I/O 口，复位 之 后为 P0/P1/P2/P3 ； P0 口是漏极开路输出， 当它作为总线扩展 使 用时，不用加上拉电阻 ；当它 作为 I/O 口 使 用时， 则 需 要 加上拉电阻 7. ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用 仿真器 ，无需专用 编程器 ， 能够 通过串口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程序 8. 具 备 EEPROM 功能 9. 有 3 个 16 位 定时器 /计数器 ， 即 定时器 T0、 T T2 10. 通用异步 串行口 （ UART）， 还可 以 用定时器 软件 实现多个 UART 4 路，下降沿中断 或者 低电平触发电路 ， Power Down 模式可由外部中断低电平触发 中断方式 唤醒 ： 40～ +85℃ （工业级） / 0～ 75℃ （商业级） 13. PDIP 封装 NRF24L01 无线模块设计 （ 1）、 NRF24L01 基本介绍 NRF24L01 是一款新型的单片射频收发器件，它工作于 GHz～ GHz ISM 频段 ；其内置功率放大器、晶体振荡器、调制器、频率合成器等功能模块，并且融合了增强 ShockBurst 技术，其中输出功率与通信频道能够通过程序进行配置。 NRF24L01功耗低，在以 6 dBm的功率发射时，工作电流也只有 9 mA。 接收时，工作电流只有 mA ， 多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。 （ 2）、 NRF24L01 主要特点 调制 OSI 链路层 CRC 校验码 l Mb/s 或 2Mb/s 速率为 0 Mb/s～ 10 Mb/s 125个频道 他 nRF24系列射频器件相兼容 4 mm4 mm封装 V～ V （ 3）、 NRF24L01引脚说明 引脚 名称 引脚功能 描述 引脚 名称 引脚功能 描述 1 CE 数字输入 RX 或 TX模式选择 11 VDDPA 电源输出 给 RF 提供+ 电源 2 CSN 数字输入 SPI 片选信号 12 ANT1 天线 天线接口 1 3 SCK 数字输入 SPI 时钟 13 ANT2 天线 天线接口 2 4 MOSI 数字输入 从 SPI 数据输入脚 14 VSS 电源 接地（ 0V） 5 MISO 数字输出 从 SPI 数据输出脚 15 VDD 电源 电源（ +3V） 6 IRQ 数字输出 可屏蔽中断脚 16 IREF 模拟输入 参考电流 7 VDD 电源 电源（ +3V） 17 VSS 电源 接地（ 0V） 8 VSS 电源 接地（ 0V） 18 VDD 电源 电源（ +3V） 9 XC2 模拟输出 晶体振荡器 2脚 19 DVDD 电源输出 去耦电路电源正极端 10 XC1 模拟输入 晶体振荡器 1脚 /外部时钟输入脚 20 VSS 电源 接地（ 0V） （ 4）、 NRF24L01工作原理 当 NRF24L01 进行 发射数据时，首先 应该 将 它的 配置 设定成 发射模式 ；然后 把有效数据 TX_PLD与 接收 节点 的 地址 TX_ADDR由 SPI口按照时序写入 NRF24L01 的 缓存区 域内。 TX_PLD 必须在 CSN 为低 电平 时 才能 连续写入，而 TX_ADDR 在发射时只要 写入一次 就可以了。 然后 CE 要 保持至少 10 μs的 高电平， 并 延迟 130 μs后 才能将数据 发射出去；如果 自动应答开启，那么 NRF24L01 在数 据 发射之 后 会 立即进入 到 接收模式，接收应答信号（接收 的 节点地址 TX_ADDR 应该与自动应答接收地址 保持 一致）。 如果 能够接 收到应答， 那么就 认为此次通信 是 成功 的 ， TX_DS 置 为 高 电平。 与此 同时 ， TX_PLD 将会 从 TX FIFO 中清除 ； 若 没有接 收到应答， 那么就 自动重新发射数据 (开启自动重发 )。 若重发 的 次数 (ARC)已经 达到 了 上限， 则 MAX_RT 置 为 高 电平 ，保留 TX FIFO 中 的 数据以便再次重发 ； MAX_RT 或 TX_DS 置 为 高 电平 ，使 得IRQ 变 为 低 电平 ， 从而 产生中断， 传达给 MCU。 最后发射成功时 ,若 CE 为低 电平，那么 NRF24L01 就会 进入 到 空闲模式 1。 如果 有数据 在 发送堆栈中 并 且 CE 为高 电平 ，那么就 进入 到 下一次发射。 如果没有 数据 在 发送堆栈中 并 且 CE 为高 电平 ， 那么就 进入到 空闲模式 2。 NRF24L01 无线模块电路图 如图 所示： 图 NRF24L01无线模块 当 NRF23L01进行 接收数据时 ,首先 应该 将 NRF24L01配置 设定成 接收模式， 然后延迟 130 μs进入 到 接收状态等待数据的到来。 当有效的地址和 CRC 被 接收方检测到时， 则 将 数据包 存储在 RX FIFO 中，同时 将 中断标志位 RX_DR 设 置 成 高 电平 ， IRQ变 为 低 电平 ， 从而 产生中断， 传达给 MCU 去取数据。 如果 此时自动应答开启， 那么接收方 就 同时进入发射状态回传应答信号。 最 终 接收成功时， 如果 CE 变 为 低 电平 ，那么 NRF24L01就 进入 到 空闲模式 1。 NRF24L01具有无线发射和接收的功能，下面将统一介绍它的工作模式以及配置字。 (1)、工作模式 降低电流损耗是 待机模式 1的主要目的，在待机模式 1下晶体振荡器仍然可以正常工作 当 FIFO 寄存器为空并且 CE 为高电平时，那么就会进入到 待机模式 2 电流 在掉电模式下损耗最小，同时 NRF24L01在此模式下也不能工作，但是它所有的配置寄存器的值仍然可以保留 在 待机模式下，所有的配置字仍然可以保留 (2)、配置字 SPI 口最大的传送速率为 10 Mb/s，它是一种同步串行通信接口，在传输时，首先将低位字节进行传送，接着再将高位字节进行传送。 但是对于单个字节而言，首先要传送高位接着再传送低位。 总共有 8个指令是 与 SPI 相关的，在使用时这些控制指令由 NRF24L01的 MOSI 输入。 相应的数据以及状态信息是从 MISO 输出传送给 MCU的。 NRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定义 ，这些配置寄存器可通过 SPI 口访问，一共有 25个 NRF24L01配置寄存器， DHT11温湿度传感器模块设计 （ 1）、 DHT11 基本概述 DHT11温湿度传感器为了确保其产品具有非常高的可靠性与卓越的长期稳定性 ，它采用的是专用温湿度传感技术以及数字模块采集技术，并且它 是一 个 含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。 传感器是与一个高性能八位单片机相连接的，它包含一个 电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件。 所以这种产品的优点是具有超快的响应、卓越的品质、强大的抗干扰能力、极高的性价比等。 每个 DHT11 传感器都是在非常精确的湿度校验室里进行校准的。 校准系数将会以程序的形式储存在 OTP 内存中，在检测信号的处理过程中传感器的内部将会调用这些校准系数。 单线制串行接口，使得系统的集成变得简易且快捷。 超小的体积、极低的功耗、信号传输距离可以达到 20 米以上，这让它成为了各类应用甚至是最为苛刻应用场合的最佳选则。 产品采用的是 4 针单排引脚封装形式，这种封装形式连接方便，对于特殊的封装形式可 以根据用户的需求来提供。 传统的温湿度传感器是将温湿度转换成可测量的电压或者电容来进行计算的，虽然价格便宜，但是可靠性不高，而且电路比较复杂，而数字式传感器采集所得到的都是数字量，可以直接和单片机相连接， 因此该系统温湿度传感器选择的是数字式温湿度传感器 DHT11，它的 电路原理图 如图 ： 图 DHT11电路 原理图 （ 2）、 DHT11 引脚说明 引脚号 引脚名称 类型 引脚说明 1 VCC 电源 正电源输入， DC 2 DATA 输出 单总线，数据输入 /输出引脚 3 NC 空 空脚，扩展未用 4 GND 地 电源地 (3)、 DHT11 电气特性 VDD=5V,T=25℃，除非特殊标注 参数 条件 min typ max 单位 供电 DC 3 5 V 供电电流 测量 mA 平均 1 mA 待机 100 150 uA 采样周期 秒 1 次 注：采样周期的时间间隔不可以低于 1 秒钟 BH1750FVI 光照传感器设计 （ 1）、 BH1750FVI 基本概述 利用 BH1750FVI 的高分辨率能够探测出较大范围光照强度的变化，它是一种数字型光照强度传感器集成电路，且应用于两线式串行总线接口。 液晶或者键盘背景灯的亮度可以根据该集。