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1、多参数无线温湿环境记录仪的设计 摘要设计一个多参数无线温湿环境记录仪,该装置通过数字式温湿度传感器SHT11对环境温度和湿度进行采集,然后将采集到的数据按照一定的协议通过无线模块发送出去,接收方接收到数据后解包,计算出温度,并显示在液晶屏上。系统发射部分以STC89C52单片机为核,包括温度采集,无线发射,液晶显示。接收部分以STC89C52为核心,将无线接收,液晶显示结合起来,通过适当的软、硬件抗干扰处理,设计出实用、小型的温湿环境记录仪。 关键词 温湿度；无线；PTR2000；89c52；sht11；lcd12864。wireless temperature and humidity re
2、corderAbstract：has designed a wireless temperature and humidity recorder device, the device through the digital temperature and humidity sensor SHT10 collecting temperature, and then collected the data according to certain protocol sent by the wireless module, the receiver unpack received data to ca
3、lculate the temperature and humidity,displaying on the LCD screen. The systems transmitter to STC89C52 microcontroller core, including temperature collection, wireless transmitters, liquid crystal display. Receiving part to STC89C52 as the core, the wireless receiver, liquid crystal display combined
4、 with appropriate software and hardware anti-jamming processing,Design a practical, small-scale wireless multi-point temperature acquisition system.Key words ：temperature and humidity, wireless, PTR2000,89c52,sht10,lcd12864. / 目录1 前言12 系统设计方案22.1系统功能描述22.2 方案论证22.2.1 主控制器选择22.2.2主控芯片部分选择22.2.3 传感器选择
5、22.3系统方案33 无线温湿环境记录仪系统硬件设计33.2无线模块43.3.1无线收发模块PR2000的结构及特点43.3.2PTR2000的工作时序53.3.3无线模块的电路设计63.3数字式温度传感器电路设计73.31数字式传感器SHT11的结构73.4显示模块73.4.1液晶显示模块结构特点73.4.2 读、写操作时序83.4.3 单片机与液晶模块电路设计94 系统软件设计104.1 软件设计流程图104.1.1温湿度传感器软件设计104.1.2 无线通信软件设计115 系统测试及检测设计135.1 系统的性能测试135.2 传输距离测试146结术语15附录A：17附录B：18附录C：
6、19附录D：41附录E：421 前言随着现代信息技术的飞速发展,温湿度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色。在我们的日常生活中许多场合都需要对环境的温湿度进行限定,如药房,粮仓,温室大棚等。大棚温室种植已经是现今的潮流,受到市场的欢迎。市面上大量的反季蔬菜就是通过大棚种植而来的,大棚中的温湿度、光照强度以及二氧化碳浓度等都直接影响到作物的生长速度以及最终而对产量,对于温室环境中的这几项参数的检测可以通过使用农业环境检测仪对各参数的检测,再通过相应的方法进行对各参数的调节,为植物生长创造最佳的环境。温室环境记录仪有多个检测项目,最多可以检测：温度、湿度、光照强度、
7、光合有效辐射、风向风速、雨量、CO2浓度、土壤温度、土壤水分、土壤PH、土壤EC电导十一个检测项目,而最少也能够检测：温度、湿度、光照强度、CO2浓度这四个最常规的检测项目。因此,在这些特定环境下,安装环境温室环境记录系统是非常有必要的。基于这点,设计环境温室环境记录仪非常必要,该仪器测试精确,调试方便,可实时记录报警信息,方便工作人员排故,并可广泛应用条件恶劣,人员不便进入的场合。同时,在粮库测温系统、冷库测温系统、智能化建筑控制系统、中央空调系统等多种系统中都需要多点温度测量系统,并且需要对温度值进行集中处理,所以温度采集控制系统的设计与研究非常有实用性。随着半导体工艺技术的发展及系统设计
8、水平的提高,单片机还会不断产生新的变化和进步,目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输以及运作控制和数据处理,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度
9、、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备功率计,示波器,各种分析仪。随着单片机的性能越来越高,功能越来越强大。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。因此,掌握单片机的相关知识是非常流行且实用的。而开发这样一款环境温室环境记录系统不仅贴近生活,具有非常强的实用性,而且锻炼了自己的单片机开发能力,又熟练了自己对于单片机的知识。是一劳多得的。同时开发单片机系统所使用的C语言是当下流行
10、的编程语言,它具有模块化的设计思想和现成的流程套路可以套用。通过开发设计,可以锻炼和提高自己驾驭C语言的能力。这为今后C+ 的学习打下了实用基础,也给我将来的发展起到非常重要的作用。因此,这次毕业设计无论对于现在还将来都具有非常大的意义。当前,环境参数测量在工业,农业都得到了长足的发展和广泛的应用。国外和国都研制了大量的各种环境参数测量传感器,例如瑞士的SHTXX系列的温湿度传感器,DS18B20温度传感器,国有DHT11 温湿度传感器等。相比较：SHTXX系列单片机的尺寸更小,测量误差也最小,但价格比较贵。DHT11温湿度传感器价格便宜,性能适中,是一款物美价廉,很有实用型的模块化数字温湿度
11、传感器。随着各种小型化,功能强大的测试芯片模块相继诞生,在众多的温度测量仪中以温度无线采集与传输应用最为广泛,它具有传输距离远、价格低廉、体积小、安装方便、可靠性强等优点。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元,使用了抗干扰能力较强的新型数字温湿度传感器SHT10组成核心测量网络实现多点温度的测量,进一步提高了测量仪器的性价比,并且使得的可视界面更为友好,人性化。由于SHT10的转换精度高,可直接将温度数据进行编码使系统结构简单,准确性高,通信方便,传输距离较远且抗干扰力较强,与传统的模拟信号温度计组成的多点测温系统相比电路简单,集成度高,扩展性能好,抗干扰能力强,同时还有很高重复利用价值。因
12、此具有很好的经济效益和实用性。2 系统设计方案2.1系统功能描述无论是工农业生产中,还是日常生活中,对温度的检测都是必不可少的,对于温度的检测通常是采用热敏电阻再通过A/D模/数转换得到数字信号,但由于信号的采集对整个系统的影响很大,如果采样精度不高,会使这个系统准确性下降,而本系统将采用新一代的技术实现此项任务。本系统可分为发射部分和接收部分,发射部分采集温度信息,通过无线设备将数据信息传到接收部分手持终端。操作者可以在手持终端选择测试点,也可按测试点的序号连续采集。接收到的多路温度数据经过处理在手持终端的显示屏上显示,也可传入PC机进行更进一步的分析处理。2.2 方案论证2.2.1 主控制
13、器选择方案一：此方案采用PC机实现。它可在线编程,可在线仿真的功能,这让调试变得方便。且人机交互友好。但是PC机输出信号不能直接与SHT10通信。需要通过RS232电平转换兼容,硬件的合成在线调试,较为繁琐,很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合,PC机的体积大,携带安装不方便,性能不稳定,给工程带来很多麻烦！方案二：此方案采用STC89C52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小,硬件实现简单,安装方便。既可以单独对多SHT10控制工作,还可以与PC机通信.运用主从分布式思想,由一台上位机PC微型计算机,下位机单片机多点温度数据采集,
14、组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外STC89C52在工业控制上也有着广泛的应用,编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。2.2.2主控芯片部分选择方案一：采用专用的嵌处理器的无线射频收发芯片nRF9E5是一款工作频率为433868915MHz的射频芯片,该芯片采用1.9V3.6V单电源供电,32脚QFN封装,发射功率为10dBm,接收灵敏度100dBm,在低功耗时电流仅2.5A,特别适合采用电池供电,适用于无线键盘、无线、无线耳机、产业无线感测器、遥控器和无线警报器。使用此芯片可以独立实现无线射频的收发,与其他器件构成的系统外围电路简单、结构简单美观,但部操作比较复
15、杂,开发环境也比较昂贵,贴片式芯片更不容易进行调试。方案二：采用单片机和无线收发模块构成本系统本方案采用常用的STC系列单片机,及由nRF401无线收发芯片构成的无线模块,nRF401是挪威Nordic公司最新推出的数传频段433MHz单片无线收发一体芯片。该芯片集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等功能,具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。nRF401构成的模块的外围元件很少,没有调试部件,给研制和生产带来了极大的方便。而且此无线模块与单片机是串口通信,实现简单,易于调试。综合比较方案一与方案二,方案一虽然满足具有简单的硬件结构,但其开发周期较长,费用较大,而且相关学习资料较少；而方案二为较为常用,技术更成熟,因此我们选择方案二来作为本设计的控制核心。2.2.3 传感器选择方案一：采用热敏电阻,可满足40摄氏度至90摄氏度测量围,但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差,对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现,也要用到复杂的算法,一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：在测温系统中,传统的测温方法是将
