摘 要：温湿度检测及灯光控制一直是人类生产生活中自动控制领域最重要的需求之一。让生活更加美好，是人类一直不懈努力追求的方向。现代控制系统的诞生给人们生活创造了无限的便利，将人类多年前的幻想一步一步的变为现实。传感器的出现使得单个机器甚至是整个体统都实现了自动控制，这就降低了劳动成本，给人类提供了一个快捷、高效、方便的生活。
本文首次次使用了基于NFR的远程控制系统，这个系统还包括了监测功能。使用STC公司生产的单片机为基本的芯片，以达到控制对系统的作用。这个系统使用DHT11数字传感器对附近环境下的湿度和温度进行监测，并将监测的结果传递给单片机。并将实时数据通过NRF模块传输远端的单片机，再在OLED屏实时显示出来。通过细致严谨的系统模拟测试，及时发现系统的漏洞，修改不完善功能，提高系统的可靠性及使用性。
这项方案的实施本质是将传感器应用到了人们的生产和生活当中，为我们提供了一个相对精度较为精密的监测系统同时可实现对家庭灯光地控制，系统可靠性较高，应用前景广泛，具有很强的推广价值。
关键词：温度与湿度检测；单片机；NFR模块监测系统
1 绪论
1.1 背景
伴随着时代的进步，科技在迅猛发展的同时，社会也慢慢的开始了自动化和智能化，而这点在工业和农业的生产中体现的尤为突出，某些先进的企业早已经实现了自动生产。而在自动化的进程中，传感器是自动化的核心所在，传感器为自动化系统的数据采集、数据处理提供了保障。计算机也是这个系统的核心内容之一，通过分析传感器传输的数据，对数据做出判断并做出反应。
本文通过传感器对于温度和湿度进行了监测，由于在这个系统中，数据量相当于较少，控制的步骤也较为简单，因此没必要采用计算机，而使用单片机的成本较低，比较稳定、使用方便，使用成本低廉，且在工业和农业的自动化系统中广泛使用，所以采用单片机代替了计算机。
1.2 国内外研究现状与发展趋势
科技在迅猛发展的同时，社会也慢慢的开始了自动化和智能化，而这点在工业和农业的生产中体现的尤为突出，某些先进的企业早已经实现了自动生产。而在自动化的进程中，传感器是自动化的核心所在，传感器为自动化系统的数据采集、数据处理提供了保障。计算机也是这个系统的核心内容之一，通过分析传感器传输的数据，对数据做出判断并做出反应。
温度与湿度的监测在最初主要是通过人的操作来进行，通过人工控制热敏电阻监测温度与湿度，工作人员通过电路之中的显示装置监测电阻，通过电阻来计算温度和湿度的具体数值。但是这种方式不仅耗费了大量的人力，而且存在着诸多的误差。
而现阶段，随着传感器的出现和推广，温湿度监控技术也随之有了长足的进步。传感器可以更为轻易的且更为准确的测量温度与湿度，而控制系统中的单片机则可以很好对数据进行处理和分析，并对其作出反应。
本文通过传感器对于温度和湿度进行了监测，由于在这个系统中，数据量相当于较少，控制的步骤也较为简单，因此没必要采用计算机，而使用单片机的成本较低，比较稳定、使用方便，使用成本低廉，且在工业和农业的自动化系统中广泛使用，所以采用单片机代替了计算机。
温度传感器在我们日常生活中也越来越起着重要作用，绝大部分温度传感器都是依靠金属本身的温度与电阻的对应关系来判断环境的温度值的，我们可以通过单片机，AD转换器，信号处理器将温度传感器电阻上的电压值变化处理为数字信号输送给显示屏或者监控器来使使用人员了解当前传感器所在的环境温度，进而进行下一步的决定。笔者根据本系统的实际应用环境，综合考虑了成本和可靠性，最后选择了DHT11传感器模块，内部集成AD转换器，而单片机的IO接口可以直接或许传感器的数据，且电路较为简单，方便快捷精度高。
1.3 研究内容、方法与步骤
这项设计的思路为设计方向的确定、设计主题以及设计方法的选择等。在选择最优方案后，开始了硬件设计和软件设计以及最终的仿真调试。硬件设计包括设备选型、各模块功能的设计与实现、最终功能模块与单片机的連接，形成一个完整的系统，满足设计要求。这个系统在软件部分主要使用的是C语言，按照其程序的工作原理，来实现各部分的协调运作。之后，把用KEIL UVIONIO4编好的程序进行仿真，在Proteus上进行仿真结果显示，检验此程序是否正确。本设计的主要内容为：
（1）查阅相关的文献及论文，了解温控仪的原理的设计方法。
（2）学习51系列的单片机的运作原理，学习c语言编程等。
（3）设计硬件电路。了解Proteus的仿真，并对仿真系统进行调试。
2 总体设计方案
2.1 设计的目的和要求
2.1.1 设计的目的
此项设计的目的是设计了一种精度较高且较为方便的监测温度和湿度变化的解决方案，它使用了当前市场上较多的数字传感器，这种传感器可以和许多设备完成数据传输，并且快速，高效。通过对这个系统的设计和研究分析，并对当今的各种电器元件进行对比，最终采用DHT111来测量温度是与湿度，使用单片机的型号为STC89C52，将其作为主控芯片，使用OLED的屏幕作为显示模块，希望通过这个设计，能更加了解单片机的工作原理和工作机制，能了解C语言的使用和系统的仿真等技术。
2.1.2 设计的要求
（1）温度检测范围：0～50℃。
（2）湿度检测范围：20～95%
（3）温度测量误差：±3℃。
（4）湿度测量误差：±5%
（5）通过NFR模块实现远程农情检测和控制。
2.2 设计思路
采用DHT111来测量温度是与湿度，使用单片机的型号为STC89C52，将其作为主控芯片。将测量得到的信息通过NRF模块实时反馈到远端的控制端，并将其通过OLED显示屏显示出来。整体系统框图如图2-1所示。
3远程农情检测和控制系统硬件电路的设计
本文提出的整个控制系统，包括单片机的原理、如何实现监测作用等。都要在Altium designer上绘制出来。
Altium Designer继承了许多以前的软件类型的优点，并在此基础上做了一些进一步的改进，并集成了一些用于成为非常优秀的电路图设计软件的功能。该平台成功地拓宽了板级设计的传统工作界面，使设计人员能够直观、直观地完成设计任务。SOPC的设计功能与FPGA的设计功能的内在整合，使工程设计人员将FPGA和PCB的设计和嵌入式设计集成到电路板中，一方面给设计人员在设计时带来了方便，另一方面给设计人员切实的好处。升级后的Altium Designer需要比前一版本更高的计算机，但总体差异不是很大，而且因为Altium Designer已经是相对较早的软件，这不用考虑操作系统是否兼容等问题，可以在计算机里直接运行。
3.1 控制电路设计
单片机STC89C52是由STC公司设计研发生产的一种高性能的处理器，通过它能够让用户的编程更加方便的进行信号的接收、发送以及处理等一系列功能，是相当便捷、功能强大的一款芯片。在一个芯片上，集成8位CPU和可编程Flash，STC89C52提供具有高度灵活性的实现方案，高效的提供给许多嵌入式控制应用。
STC89C52主要功能概述：
（1）STC89C52是8051型号的单片机的增强版本，可以在12 时钟/机器周期和6 时钟/机器周期之间进行选择，并且可以兼容传统的8051的指令代码，并做出反应。.
（2）工作电压：3.3V～5.5V（5V单片机）
（3）工作频率的范围为：0～40MHz
（4）用户编写程序的空间达到8K
（5）片上集成512 字节RAM
（6）具有32 个通用I/O 端口。
（7）不需要使用专用的编程器，也无需专用的器械，直接可以通过串口下载程序，仅需几秒就可以完成。
（8）具有EEPROM 功能
（9）共有3 个16 位的计数器/定时器。
（10）具有4 路外部中断。
（11）具有通用异步串行口（UART）。
（12）PDIP封装
这个芯片是由STC公司研发的一款8051内核的单片机，它较之最原始的单片机，增加了内部AD，PWM输出等实用性极强的功能，ROM空间也得到了很大的提升，可以为实现更强大的算法提供足够的程序存储空间，而不会出现内存不足的桎梏。而本款单片机可以利用内部晶振来为系统提供足够的时钟频率，看门狗电路可以实现芯片上电的内部复位功能，这样，本芯片甚至只需要外部电源即可工作，极大的提高了系统的集成度。
3.1.1单片机最小系统
单片机芯片，是有必要的外部部件，用以构成最小的单片机系统。单片机自身具有强大的外部扩展与通信能力，能够很轻松地扩展到应用系统所需要的规模。该芯片是STC公司设计开发的一款新型的8位MCU芯片。内置的振荡电路和内部AD采样电路可以节省大量外围设备。同时，可以提高系统的集成度，保证系统不降低系统的性能。该软件还可以兼容8051种语法，使系统具有很强的竞争性。
3.1.2单片机复位电路
单片机的初始化复位操作步骤为，使用低电平的芯片，在这个系统中保持一个较低电平的持续时间，来保证芯片复位的进行。我们使用普通的RC电路来实现这种低电平延迟，并且我们还具有手动复位按钮电路，以确保当单片机工作异常时，这个状态可以被强制恢复到初始状态，且不需要电源闭合来操作系统。，我们的复位电路如图3-2所示。
3.1.3单片机晶振电路
单片机的工作需要准确的时钟信号，单片机的指令是根据时钟频率来执行的，单片机的时钟频率一般分为外部输入和内部产生两种：
外部输入的时钟频率通过单片机的专用引脚输入，常用的有晶振和陶振，外部输入的晶振可以调节，精度高，但是对系统的辐射骚扰有一定的影响，PCB走线要特别注意；
内部发生的频率一般情况下为单片机内部的晶體振荡器震荡的结果，在通常情况下，内部晶振都有一个较大的温飘。而通过软件设置分频，来为整个系统的工作提供统一的时钟频率。
根据电路的特点和系统设计的要求，选择外部晶体振荡器为系统提供工作时钟周期。图3-3为本系统的晶振电路。
3.2 NRF24L01无线模块
NFR24L01是由NORDIC在2.4GHz～2.5GHz的ISM频段产生的单片收发芯片。无线收发器涵盖的范围有：频率发生器、解调器、增强型“SchockBurst”模式控制器、调制器、晶体振荡器等。
3.3温湿度传感器DHT11
如图所示，DHT11传感器的实质是具有校准数字输出信号的温湿度传感器，其中有电阻式湿度传感器、NTC测温元件，将其连接到高性能的8位单片机。数据用于微处理器和DHT11之间的通信和同步，采样单总线数据格式。在用户MCU发送启动信号后，DHT11从低狗狗消耗模式转换为高速模式。直到主机信号接收以后，传感器DHT11发送响应信号，并发出40位数据和触发信号的采集。使用者可以选择读取其中的一部分数据，从该模式中，传感器DHT11接收的启动信号和触发温度和湿度采集，但是若没有主机发送启动信号，或是信号未被接收，则传感器不会采取主动温湿度采集。
技术特性
（1）湿度测量范围一般是20%-95% 湿度测量误差一般为+-5%左右
（2）温度测量范围控制在0度-50度温度测量误差控制在+-2度幅度
（3）输出的形式主要是数字输出的形式
3.4 OLED显示模块设计
该模块采用OLED芯片完成LCD显示功能。它的接口是IIC接口，单片机可以通过集成的模拟IIC接口通信方式非常方便地控制它。它具有功耗小、体积小、显示清晰等优点，非常适合这种设计。OLED电路图如图3-6所示。
4 远程农情检测和控制系统软件程序的设计
4.1 程序开发软件的介绍
本设计编程采用的是Keil软件。
KEIL为美国Keil软件公司所生产的兼容型SCM C语言软件的开发系统。它与汇编程序相比，这在实现函数、结构清晰度和程序可读性方面以及程序可维护性的方面具有显著的特点，因此Keil系统更易于使用。
鉴于Keil的广泛使用，这里不需要再做过多的赘述。
4.2 模块化编程介绍
本设计采用的是模块化编程，这使程序的结构清晰，更加易于修改和维护。
模块化编程本质上是指模块化设计。简而言之，程序的使用不仅仅是计算机语句或是指令的开始与输入，还包括描述软件的主要结构以及整个操作过程的主程序和子程序，还包括子过程和其他框架，并定义和协调。各种框架之间的输入和输出链接。关系。逐步细化的结果是基于功能块得到一系列算法描述。在功能块中编程的方法称为模块化。模块化的目的是减少程序的复杂性，简化程序的设计、调试和维护。
最初接通电源后系统立刻工作，随后，温湿度传感器开始实时检测时，调用显示子程序并显示检测的结果；按键程序一旦检测外部按键的状态所发出的信号，进而做出反应来控制两盏LED灯的开关。
参考文献
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（作者单位：长春科技学院）