鲁刚强 雷文全

摘  要：为了解决栽培设施中的便捷性、准确性、稳定性及布线困难等问题，本文利用nRF2401无线模块设计了一种基于STC89C54RD+微处理器的自动检测温湿度控制系统。该控制系统能自动检测土壤的温湿度，并根据检测值与设定值比较自动完成对土壤浇水和人机界面交互等功能。通过设计合理可靠的通信协议使本系统能完成稳定的收发通信，经过现场调校，实现了无线监测系统的准确性、稳定性和实用性。

关键词：单片机nRF2401;SHT11;电机

中图分类号：TP273;S625      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）24-0033-03

Abstract：In order to solve the problems of convenience，accuracy，stability and wiring difficulty in cultivation facilities，an automatic temperature and humidity detection control system based on STC89C54RD + microprocessor was designed by using nRF2401 wireless module. The control system can automatically detect the temperature and humidity of the soil，and automatically complete the functions of soil watering and man-machine interface according to the comparison between the detection value and the set value. Through the design of reasonable and reliable communication protocol，the system can complete stable transceiver and receiver communication. Through field adjustment，the accuracy，stability and practicability of the wireless monitoring system are realized.

Keywords：single-chip nRF2401;SHT11;motor

0  引  言

为了解决传统种植在检测土壤温湿度时，存在温度传感器多点温湿度测量时的繁杂的布线问题，本文提出了一种基于nRF2401无线信息通信进行温度、湿度数据采集的方式来控制土壤的温湿度，从而使植物达到最佳的生长环境要求。

1  总体方案

系统分为主机与从机两大部分，二者之间的通信通过nRF2401实现，如图1所示。主机主要负责接收从机发送过来的温湿度值并显示和对从机发送设定的温湿度值;从机主要负责温度数据的采集、处理和传输，并控制电机实现自动浇水功能。

2  电路设计

由于温湿度我们采用的是无线传输方式，考虑内部RAM能否够用问题，所以选择STC89C54RD+单片机作为控制元件。STC89C54RD+单片机内部有16K的FlashROM，有1280B的RAM。

2.1  土壤温湿度传感器SHT11

SHT11是瑞士Sensirion公司生产的具有接口的单片全校準数字式相对湿度和温度传感器，采用独特的CMOSensTM技术，具有数字输出、免调试、免校准、外围电路全互换等特点。SHT11型温湿度传感器的主要特点是：（1）集成温湿度传感器、信号放大与调理、AD转换与接口为一体（CMOSensTM技术）;（2）输出标定的相对湿度和温度值;（3）I2C总线数字输出接口，具有露点计算输出功能;（4）具有露点计算输出功能;（5）具有优良的长期稳定性。

2.2  无线收发模块

nRF2401是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片收发芯片，无线收发器包括：频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体放大器、调制器、解调器和输出功率。频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为6dBm时电流消耗为9.0mA，接受模式为12.3mA掉电模式和待机模式下电流消耗模式更低。其实物图如图3所示。

2.3  显示模块

在显示模块上，我们选择的是12864液晶显示器，可能实现对植物土壤湿度、温度信息的显示。该显示器具有功耗低、体积小、质量轻、超薄和可编程驱动等其他显示方式无法比拟的优点，不仅可以显示数字、字符，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可实现屏幕上下左右滚动、动画、闪烁、文本特征显示等功能;人机界面更加友好，使用操作也更加灵活、方便。其与单片机的接口电路如图4所示。

2.4  按键模块

因该系统只涉及4个按键，所以我们采用独立式按键结构。独立按键式直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。独立按键如图5所示。

3  软件设计

3.1  土壤温湿度采集

单片机和温湿度传感器通信采用串行二线接口SCK和DATA，其中SCK为时钟线，DATA为数据线。SHT11的程序设计包括：启动传输、测量温度、测量湿度、等待测量结束、读第数据、CRC校验和温湿度值标度变换及温度补偿。SHT11的读写参考程序的设计如下所示：

3.2  无线收发

nRF2401初始化配置包括设置待机模式、CRC校验、收发完成后中断响应、选择射频通道、设置数据传输率和发射功率。nRF2401的CE管脚为0时处于待机模式，为1时处于收发模式，收发模式有ShockBurst模式和直接模式两种，本文选择速度较快、功耗较低的ShockBurst模式。

发送过程为：设置Config寄存器使器件处于发送模式，当测温节点有数据需要发送时，温度和地址数据送到nRF2401中，单片机将CE管脚置高，激活ShockBurst发送模式，完成数据打包并高速发送，然后等待中断。其发送参考程序如下：

接收过程为：设置Config寄存器使器件处于接收模式，单片机将CE管脚置高，激活ShockBurst接收模式，延时130μs后检测空中信息，若接收到有效的数据包，则发送确认信号，产生中断，同时读出有效数据并发送给单片机。其接收参考程序如下：

4  结  论

基于单片机自动控制技术的栽培设施，为人们提供了一种高效方便的盆栽管理方法，具有低功耗、低成本、高效益、智能化的特点。随着我国经济的快速发展，以及城市化建设步伐的加快，智能种植等新技术在农业、畜牧业、养殖业等行业和领域得到日益广泛的应用，并取得了显著的经济效益和广泛的社会效益。

参考文献：

[1] 徐治根.基于NRF2401的无线温度传感器的设计 [J].科技资讯，2012（9）：12.

[2] 唐小虎，李庆达，李齐静.基于nRF2401的环境监测系统 [J].科技经济导刊，2016（5）：32.

[3] 刘宁，陈炜.基于DS18B20和nRF2401的库区测温网络无线传输系统 [J].电子产品世界，2015，22（10）：61-63+70.

作者简介：鲁刚强（1981.02-），男，汉族，四川成都人，讲师，毕业于重庆三峡学院，本科，研究方向：电子技术应用。