二 硬件设计
系统原理框图如图2所示，本系统由温度传感器模块电路、湿度传感器模块电路、按键模块电路、AT89C51单片机、显示模块、继电器控制模块、Zigbee无线模块和上位机监控终端组成。
图2系统原理框图
2.1 温度传感器模块
本系统的温度传感器电路采用DS18B20温度传感器进行多点的温度测量，DS18B20的性能特点如下：
⑴ 适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电 ； ⑵ 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯 ；
⑶ DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 ；
⑷ DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内
⑸ 温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃
⑹ 可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃
和0.0625℃，可实现高精度测温
⑺ 在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快
⑻ 测量结果直接输出数字温度信号，以\一 线总线\串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力
⑼ 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。
2.2湿度传感器模块
本系统的湿度传感器芯片用的是Si7005数字相对湿度传感器。Si7005传感器通过晶圆表面上的高分子聚合物薄膜测量湿度，。唯一所需的片外器件是一对旁路电容。每一个Si7005相对湿度传感器都经过工厂校准，因此无需客户校准。该传感器采用工业标准的4mm x 4mm QFN封装，并具有小型开口用于裸露水气感应高分子聚合物薄膜。另外还可以选购具有薄型保护盖的版本。保护传感器在安装周期以及整个终端产品寿命周期中，避免由助焊剂、粉尘、化学物质及其他污染物所带来的侵害，同时也增加了回流焊接过程中的保护。
2.3继电器模块
继电器模块作用：K1继电器用于控制机械风扇的电源开关的火线（L）和零线（N）闭合与打开；K2继电器用于控制热风机电源开关的火线（L）和零线（N）闭合与打开。K1和K2用于控制大棚的温度在合适的范围内。K3用于控制洒水泵及电源开关的火线（L）和零线（N）闭合与打开，从而来控制大棚的湿度。
2.4按键模块
本系统的按键用于设定大棚温度和湿度值，连接到单片机的IO端口，按键一端接地另外一段接上拉电阻接单片机的IO口，当按键按下时单片机的IO将检测到低电平，当按键没有按下时单片机的IO口将一直是高电平。
2.5数码管显示模块
用两个数码管分别显示电路用显示大棚的实时温度值和湿度值。数码管选用四位一体的共阴极数码管。温度与湿度的显示采用动态扫描的方法显示。
2.6 ZIGBEE无线模块
近年来，随着网络和通信技术的飞速发展，人们对无线通信的要求越来越高，廉价、低速、短程的ZIGBEE无线网络技术逐渐成为人们关注的焦点。ZIGBEE是一种近距离、低数据
速率、低功耗、低复杂度、低成本的无线网络技术，是一种介于无线标记与蓝牙之间的技术，可嵌入各种系统中，实现数据无线远程传输。
本系统使用的是780M频段的ZIGBEE产品，符合IEEE-82.15.4c标准以及ZIGBEE协议，ZGB-LINK无线设备拥有的120dB链路预算能够减少系统成本，拥有-110dBm的高接收灵敏度和+10dBm的传输功率。
ZIGBEE特点： 1、低功耗。
2、更远距离的通信：无外部PA，769~926MHZ频段的产品可以达到2Km的视距通信距离。 3、高接收灵敏度：2.4G频段可达-101dBm，769M~926MHZ频段可达—110dBm。 4、高保密性：安全认证、AES128数据加密。 5、提供2线制的UART接口，接口电平LV_TTL。
6、内置协议栈支持点对点，一点对多点数据透传，星型混杂网。 7、所有参数可通过配置命令完成修改。 8、支持节点被动休眠。
9、超宽工作电压：DC1.8~3.6V，超宽工作温度范围：-40—+85°C。
三 软件设计
整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件定型后，软件相应的子程序就大体定下来了。系统的软件设计包括上位机设计和下位机设计两部分。整个系统的软件编写上位机采用C语言程序编写，下位机采用图形化编程语言LabVIEW来编写程序。 LabVIEW是一种图形化编程语言，它用流程图和框图的方式来替代传统语言代码，程序编写时简洁方便，同时该语言还能适用于测绘和自动化的特定开发。
3.1下位机设计
3.1.1主程序设计
控制程序采用模块化编程方法，使用C语言编程。本系统的智能核心是AT89C51，其控制程序和应用软件全部固化在EPROM内。工作过程是：当系统接通电源后，AT89C51单片机首先完成各端口的初始化工作，设置温湿度的上下限值。当没有外部控制信息的输入时，系统将自动的采集温湿度值，最终数据在数码管上显示。当温度或湿度高于上限值时，单片机会自动启动风扇运行；温度低于下限值，单片机会自动启动热风扇运行；当湿度低于下限值时，单片机会自动启动洒水泵运行，最后还会将数据发送给上位机。其流程图如3.1所示。
Y N 显示设置的 温湿度数据 显示设置的 温湿度数据 高于湿度度极 发送 数据 N 显示温湿度数据 读取温湿度数据 Y 高温度极限值 N Y 低于温度极限值 N Y 低于湿度度极限N Y 打开风扇 打开水泵 打开热风机 打开风扇 设置温湿度极限开始 初始化 显示温湿度数据
图3.1 主程序流程图
3.1.2 DS18B20子程序模块
DS18B20子程序调用要经过三个步骤：初始化、ROM 操作指令、DS18B20 功能指令。 DS18B20的每一次操作都必须满足以上步骤，若是缺少步骤或是顺序混乱，器件将不会返回值。
3.2上位机设计
终端节点要对空气中的温湿度进行实时采集，然后经过ZigBee无线传输模块将这些温湿度数据传输到上位机。系统将在上位机中建立自己的数据库，然后通过上位机决策软件判断该温湿度是否在温湿度范围内，并进行综合分析以产生相应的决策，其流程图如图3.2所示。
节点采集温湿度
决策软件
在给定值范围内？ 启动调控装置 图3.2 上位机软件处理流程图