基于无线传感器网络的智能灌溉系统设计与实现

基于无线传感器网络的智能灌溉系统设计与实现内容摘要：

在这种方案中，调试十分方便，而且人机交互友好。 但是 PC 机与 DS18B20 之间不能直接通讯，需要通过 RS232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐。 而且在一些条件较为恶劣的场合， PC机体型过大，携带安装不方便，性能不稳定，会给工程带来诸多麻烦。 综上所述，本无线温度控制系统以及主控部分都采用方案二。 由于经 费有限，本系统暂温度传感器 1 温度传感器 2 温度传感器 3 模拟缓冲器放大 1 A/D 转换 1 A/D 转换 2 模拟缓冲器放大 1 模拟缓冲器放大 1 A/D 转换 3 单 片 机 Nrf21L01 7 时实现单点温度无线测量。 DS18B20 采集温度数据送到从单片机，再从单片机送到nrf24L01 无线模块发送出去，接收端 nrf24L01 无线模块接收发送过来的信号，并把它送到主单片机进行数据处理。 这种方案实现简单，扩展性好，成本低。 实际采用电路方案如图 所示。 图 DS18B20 从单片机 键盘 显示模块 nrf24L01 收 /发模块 主单片机 nrf24L01 收 /发模块 电脑 8 第三章 系统的硬件电路设计 主要的元件介绍 元件是电子制作的根本。 本文基于无线传感器网络的温度监控系统说用到 的元件有：8051 单片机， DS18B20 数字温度传感器， LCD1602， nRF21L01 等。 8051 单片机 为了实现温度的采集，与上微机的通讯及对外设的控制，本系统的采用 8051 为内核。 1. 8051 基本参数 8位 CPU 4KB字节的掩膜 ROM 程序存贮器 128字节的 RAM 4个 8位的 IO 口（ P0~P3） 2个 16位定时器 /计数器 1个全双工异步串行口 5个中断源， 2 个中断优先级的中断控制器 时钟电路，时钟频率在 ~12MHz 2. 芯片内部逻辑结构： 中央处理器 (CPU)：运算 器、控制器、寄存器 内部数据存储器 (RAM)：有 128 字节数据存储器 (RAM)和 21 个专用寄存器单元 SFR 统一编址 内部程序存储器 (ROM) ： 4K 字节程序存储器 (ROM)。 定时 /计数器：两个 16位的可编程定时 /计数器。 并行输入输出口： 4 个 8 位并行 I/O 口 (P0P3)。 串行口： 一个全双工异步串行通信口。 中断控制系统：五个中断源（ 2外、 3 内） 时钟电路 9 位处理器：又称为布尔处理器。 总线 3. 8051 信号引脚介绍 单片机的 40个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、控制和 I/O 引脚。 (1)电源 : ① VCC 芯片电源，接 +5V； ② VSS 接地端； (2)时钟 :XTAL XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 (3) 控制线 :控制线共有 4根， ① ALE/PROG:地址锁存允许 /片内 EPROM 编程脉冲 ② PSEN:外 ROM 读选通信号。 ③ RST/VPD:复位 /备用电源。 ④ EA/Vpp:内外 ROM 选择 /片内 EPROM 编程电源。 ⒋ I/O 线 80C51 共有 4个 8位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32个引脚。 P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和 控制信号（属控制总线）。 [2] 数字式温度传感器 DS18B20 （ 1） DS18B20 数字温度传感器概述 [3] DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1－ Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。 因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 其引脚功能描述见表 31。 表 DS18B20 详细 引脚功能描述 序 号 名 称 引脚功能描述 1 GND 地信 号 2 DQ 数 字输入输出引脚 ,开漏单总线接口引脚 ,当使用寄生电源时 ,可向电源提供电源 3 VDD 可 选择 的 VDD引脚 ,当工作于寄生电源时 ,该引脚必须接地 10 （ 2） DS18B20 的命令序列 ① 初始化 ② ROM 命令跟随着需要交换的数据； ③ 功能命令跟随着需要交换的数据。 访问 DS18B20 必须严格遵守这一命令序列，如果丢失任何一步或序列混乱， DS18B20都不会响应主机（除了 Search ROM 和 Alarm Search 这两个命令，在这两个命令后，主机都必须返回到第一步）。 a．初始化： DS18B20 所有的数据交换都由一个初始化序列开始。 由主机发出的复位脉冲和跟在其后的由 DS18B20 发出的应答脉冲构成。 当 DS18B20 发出响应主机的应答脉冲时，即向主机表明它已处在总线上并且准备工作。 b. ROM 命令： ROM 命令通过每个器件 64bit 的 ROM 码，使主机指定某一特定器件（如果有多个器件挂在总线上）与之进行通信。 DS18B20 的 ROM 如表 33 所示，每个 ROM 命令都是 8 bit 长。 指令 协 议 功能 读 ROM 33H 读 DS18B20中的编码 (即 64位地址 ) 符合 ROM 55H 发出此命令后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS18B20,使之作出响应，为下一步对该 DS18B20的读写作准备 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS18B20的个数和识别 64位 ROM地址，为操作各器件作好准备 跳过 ROM 0CCH 忽略 64位 ROM地址，直接向 DS18B20V 温度转换命令，适用于单个DS18B20工作 告警搜索命令 0ECH 执行后，只有温度超过庙 宇值上限或下限的片子才做出响应 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换，转换时间最长为 500ms(典型为200ms),结果丰入内部 9字节 RAM中 11 读暂存器 BEH 读内部 RAM中 9字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部 RAM 的第 4 字节写上、下温度数据命令，紧该温度命令之后，传达两字节的数据 复制暂存器 48H 将 RAM 中第 4字内容复制到 E2PROM中 重调 E2PROM 0B8H 将。