5.2 硬件调试......................................................................................................................... 14 5.3 硬件调试结果................................................................................................................. 14 5.3.1 温湿度采集测试.......................................................................................................... 15 5.3.2 nRF24L01无线模块测试 ........................................................................................... 17 6 结论与展望......................................................................................................................... 17 参考文献................................................................................................................................... 19 附录........................................................................................................................................... 20 致谢.......................................................................................................... 错误！未定义书签。 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，蜂鸣器鸣叫，起报警作用，直到温湿度值恢复正常。
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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 2.2.1 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。
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方案二：采用TI（德州仪器）生产的C2430无线通信模块，此模块采用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，实用性不高。
方案三：采用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，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，抗干扰能力强，能耗非常低，满足多点通信和跳频通信需要。当加定向天线后，在无障碍通信情况下能传输上千米的距离，而且价格较便宜，采用SPI总线通信模式电路简单，操作方便。
综合考虑各方面因素，采用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ANALO G DEV ICES 公司的单片集成两端感温电流源芯片，采用此芯片测量温度。此器件测温精度高、电源电压范围宽，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。采用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。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：采用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。工作电压范围为3.5V～5.5V，可以直接和单片机的I/O口相连。
方案三：采用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、抗干扰能力强等优点。其中采集温度的精度为?0.5?C，采集相对湿度的精度为?3%。外围电路简单，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DHT11采用单总线的控制方式。线路简单，编程容易，但是比AD590精度低。AD590还需要其它辅助电路，线路复杂，编程难度大。而AM2301外围电路简单，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，功耗，还有本系统需多点通信，在成本考虑上，选择方案三，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：采用字符液晶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，且价格便宜，容易控制。
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