2022年单片机的粮仓温湿度多点无线监测系统设计方案.docx
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1、精品学习资源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温湿度是一个特别重要的参数;在工业、医疗、军事和生活等很多地方,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意要求,特殊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;因此采纳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;在实际温湿度掌握过程中既要求系统具有稳固性、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;该系统采纳传统单片机ATme
2、ga16L 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;通过简洁的无线通信协议,实现牢靠性与功耗平稳,该系统能实现对温湿度的监测,是可以实现远程掌握的无线温湿度监测系统;欢迎下载精品学习资源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,系统具有组网简洁,保护便利,运行费用低等优点,能够实现牢靠的无线数据传输;可以应用于大型粮仓温湿度的监测;关键字: ATmega16AM2301无线传输nRF24L01欢迎下载精品学习资源Wireless Temperature and Humidity Monitoring System
3、 in BarnShi JianzhuCollege of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China Abstract:Temperature and humidity is a very important parameter. In many places, such asthe industrial, medical, and military, you need the temperature and humidity measurement device to monitor t
4、emperature 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
5、 devices 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 lowpower consumption inactual control.Therefore, the design of a low-power consumption wireless temperature and humidity monitorin
6、g system 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 AM2301t
7、o 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 technolog
8、y 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 AM
9、2301 Wireless Transmission nRF24l01欢迎下载精品学习资源目录1 前言 12 系统方案分析与挑选论证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 53.2.1nRF24L01 模块电路图 53.2.2nRF24L01 模块接口电路53.2.3nRF24L01 模块供电电源63.2.4nRF24L01 模块工作模式63.2.5
10、nRF24L01 模块工作原理73.2.6nRF24L01 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 13欢迎下载精品学习资源5.2 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
11、20致谢 22华南农业高校本科生毕业设计成果评定表欢迎下载精品学习资源1 前言粮食是人类赖于生存不行或缺的物质基础,是人类从事各种活动的前提;粮仓粮食的储备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,粮食的储备环境差,治理落后;为此,合理地布置温湿度测量点, 以便准时发觉粮食的发热点、潮湿点,成为粮库治理的重中之重;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进展,电子设备检测技术可以大大的降低粮仓的治理成本;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;在粮仓治理过程中,湿度和温度是两个重要的掌握指 标,直接影响粮食的储存质量
12、;然而,传统的人工测试方法费时费劲,效率低,且测试的温度及湿度误差大,随机性大王明明等, 2021;而有线方式的测温湿度系统存在着不稳固性,且布线复杂,线路简洁老化,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,采纳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,以掌握监测设备的运行情形,可大大的削减不必要的线路设备开支张玉建, 2021;本设计采纳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,对功率消耗特别敏锐,为此
13、,本系统采纳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 系统方案分析与挑选论证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 接口掌握无线射频模块 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邻近有无老鼠,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
14、 ATmega16L 单片机掌握液晶 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头闪耀,蜂鸣器鸣叫,起报警作用,直到温湿度值复原正常;欢迎下载精品学习资源NRF24L01无线模块NRF24L01无线模块ATmega16L 发送端 ATmega128 接收端 DHT11温湿度传感器红外模块ISP下载模块LCD-TFT显示模块蜂鸣器GSM报警模块从机结构框图主机结构框图图 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nRF24L0
15、1 无线射频模块的多个通道 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SIMSubscriber Identity Module 卡,通信过程中需要收费,后期成本较高;方案二:采纳 TI 德州仪器)生产的 C2430 无线通信模块,此模块采纳 Zigbee 总线模式,传输速率可达 250kbps,且内部集成高性能 8051 内核;但是此模块价格较贵,且 Zigbee协议相对较为复杂,有用性不高;方案三:采纳 nRF24L01 无线射频模块进行通信, nRF24L01 是挪威 Nordic 公司推出的单片射频收发芯片
16、,工作于2.4 2.5GHz ISM 频段,抗干扰才能强,能耗特别低,满意多点通信和跳频通信需要;当加定向天线后,在无障碍通信情形下能传输上千 M 的距离,而且价格较廉价,采纳SPI 总线通信模式电路简洁,操作便利;综合考虑各方面因素,采纳方案三作为本系统的无线通信方案;2.2.3 温湿度传感器方案方案一: AD590 是美国 ANALOG DEV ICES 公司的单片集成两端感温电流源芯片,采纳此芯片测量温度;此器件测温精度高、电源电压范畴宽,但须差分放大器放大和 A/D 转换,需要元器件多,且价格较贵;采纳湿敏电阻测量湿度信息,通过将湿敏电阻的电阻变化量放大并且通过模数转换为相对湿度数值;
17、此方法测相对湿度信息精度较差,也需要较多元器件;方案二:采纳广州奥松有限公司生产的DHT11 温湿度一体的数字传感器;通过单片机等微处理器单总线的电路连接就能实时地采集本地温度和湿度信息;功耗很低;工作电压范畴为 3.5V 5.5V,可以直接和单片机的 I/O 口相连;方案三:采纳广州奥松电子有限公司生产的AM2301 温湿度一体的数字传感器;它是电阻式感湿元件DHT11 湿度传感器的升级版,具有高精度,低功耗、抗干扰才能0.5,采集相对湿度的精度为强等优点;其中采集温度的精度为3%;外围电路简洁,只需在数据口上拉一个5K 欧电阻,便可直接和 ATmega16L 单片机的 I/O 口相连;使用
18、 DHT11 采纳单总线的掌握方式;线路简洁,编程简洁,但是比AD590 精度低; AD590 仍需要其它帮助电路,线路复杂,编程难度大;而AM2301 外围电路简洁,并且精度相比于DHT11 高;所以,考虑到电路的设计复杂度、系统的精度,功欢迎下载精品学习资源耗,仍有本系统需多点通信,在成本考虑上,挑选方案三,即用AM2301 作为本系统的温湿度传感器;2.2.4 显示模块方案方案一:采纳字符液晶LCD1602 显示信息, LCD1602 是一款比较通用的字符液晶模块,能显示字符和数字等信息,且价格廉价,简洁掌握;方案二: 挑选 主控为 ST7920 驱动器的 带字库的 LCD12864 来
19、显 示信息;LCD12864 是一款通用的液晶显示屏,能够显示常用的汉字及ASCII 码,而且能够绘制图片,描点画线,设计成比较抱负的结果,但考虑到监测节点较多,需显示的信息较多,而其最多只能显示四行信息;方案三:采纳配置 2.8 寸的 TFT-LCD 即薄膜晶体管液晶显示器;该模块的掌握器为 ILI9325, 具有 26 万像素, 320240 的辨论率, 16 位真彩显示;可以清楚的显示各监测节点的信息,且其可以显示人性化界面,各节点信息以及报警上限温湿度值一目了然;综合以上方案,挑选了可显示人性化界面的TFT-LCD 作为接收端的显示;3 主要芯片介绍和系统模块硬件设计3.1 ATmeg
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