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1、目 录摘要1第1章 绪论11.1 系统开发背景11.2 课题设计目的和意义21.3 课题研究内容2第2章 无线温湿度采集管理系统总体设计32.1 系统的总体设计32.2 系统设计的功能4第3章 无线温湿度传输系统硬件设计43.1 nRF905高频头通信模块53.1.1 nRF905概述53.1.2 nRF905无线模块硬件结构53.1.3 nRF905天线63.1.4 nRF905频率调制63.1.5 nRF905输出频率63.1.6 高频头输出接口电路73.2 AT89S52单片机83.2.1 单片机与nRF905通信93.2.2 单片机与主机通信113.2.3 单片机程序下载模块123.3
2、 DS18B20温度传感器123.3.1 温度传感器概述123.3.2 温度传感器构成及原理123.3.3 温度传感器寄生电源133.3.4 传感器温度测量143.4 DHT11传感器143.4.1 DHT11温湿度传感器概述143.4.2 DHT11构成及其工作原理153.4.3 测量分辨率163.5 系统电源模块16第4章 无线温湿度传输系统软件(下位机)设计164.1 无线温湿度传输系统软件总体设计174.2 单片机串口通信184.2.1 SBUF数据缓冲寄存器194.2.2 SCON串行口控制寄存器194.2.3 PCON特殊功能寄存器204.2.4 串口通信波特率选择204.2.5
3、IE中断允许控制寄存器214.3 nRF905与单片机通信214.3.1 nRF905的数据发送214.3.2 nRF905的数据接收224.3.3 掉电模式244.3.4 Standby模式244.4 DS18B20数据采集244.4.1 DS18B20初始化244.4.2 DS18B20读时序254.4.3 DS18B20写时序254.5 异常情况处理25第5章 温湿度采集管理系统的设计255.1 数据管理中心(上位机)软件系统的总体设计255.1.1 系统功能模块设计255.1.2 数据库逻辑结构设计275.1.3 系统开发及运行环境275.1.4 系统管理方法275.2 温湿度管理系统
4、各功能模块介绍275.2.1 MSComm控件注册模块285.2.2 数据采集模块295.2.3 数据统计分析模块315.2.4 历史记录模块345.2.5 异常处理模块355.2.6 帮助模块355.3 “温湿度采集管理系统”管理软件的特点36第6章 结论366.1系统特点376.2 需要进一步完善的工作376.3 无线RF传输技术应用前景37参考文献37致谢39附录一41（1）数据采集传输代码41（2）nRF905程序43（3） DS18B20程序44（4） DHT11 程序45（5） 主程序46附录二 实物图48基于单片机的温湿度采集管理系统*南京信息工程大学滨江学院 电子工程系，南京
5、210044摘要：本课题提出并设计基于AT89S52单片机的nRF905无线传输温湿度采集管理系统。系统主要包括无线温湿度数据传输系统和温湿度采集管理系统两个部分：在无线温湿度数据传输系统中，MCU处理器读取DHT11、DS18B20传感器采集的数据，nRF905无线射频收发模块实现数据的发射接收，二者通过模拟SPI接口进行通信；而在温湿度采集管理系统中，系统将通过RS232串口采集的数据存放到数据库中并对数据进行管理、备份、存储、查询以及分析处理。系统通过了模拟调试，方案设计合理，应用效果较好，是一种很有推广性的无线数据采集管理系统。关键词:RF射频技术； SPI时序；串口通信；温湿度管理；
6、数据库技术第1章 绪论1.1 系统开发背景我国是世界上自然灾害发生十分频繁、灾害种类甚多，造成损失十分严重的少数国家之一。每年由于干旱、洪涝、台风、暴雨、冰雹等灾害危及到人民生命和财产的安全，国民经济也受到了极大的损失。对于局部区域（校园、企业、公共场所、科研场所等），尤其是对于气候要求比较严格的地区，实时的检测周围的环境变化（温度、湿度、能见度），能够及时的发现各种异常情况发生。现如今也采用了各种手段来应对这种情况，比如，气象自动站通信系统通过RE232有线、无线微波、GPRS、气象短信等方式采集气象要素，用于统计分析和处理。在本校实验楼的走廊里，全部安装了烟雾传感器，当烟雾达到一定浓度时（
7、即发生火灾等情况），各节点会同时喷出水来解决异常情况。这些所有的烟雾传感器都是采用有线连接，对于难于布线、相对较偏区域，布局成本明显提高。RF无线传输技术，由于具有传输距离远、信息量大、传输速度快、信息传输精确、频带免费使用等优点，非常适合无线数据传输系统。RFID是射频识别技术的英文(RadioFrequencyIdentification)的缩写。RFID技术作为一项能够快速、实时、准确采集并处理信息的高新技术，是20世纪90年代开始兴起的一种非接触的自动识别技术。该技术在世界范围内正被广泛的应用。RFID技术在国外迅速发展。RFID技术的发展是基于多项技术的发展，它所涉及的关键技术有芯片
8、技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁波传播技术。RF905系列射频无线传输涉及天线技术、数据变换与编码技术、电子波传播技术等，广泛应用于无线数据传输、警报与安全系统、家庭自动化系统、远程控制系统、监控系统、汽车、遥感探测等领域。1.2 课题设计目的和意义数据采集系统是现代测控的基础，用于获取各种现场测量数据。在计算机控制系统或计算机信息管理系统中，需要采集各种信息并将其送入计算机内进行处理。因此作为获取信息的重要工具，数据采集系统目前正广泛地用于生产、科研的各个领域。数据采集系统由信息转换、数据通信和信息处理三部分组成，其中数据通信系统是其中最重要的组成部分，本文对这一部分将
9、进行重点讨论。现阶段数据通信方式总线采集方式、无线微波电台、无线GPRS、GSM、气象短信等。还包括人工采集方式。由于现有这种方式的通信方式已经大规模投入使用，故本文采用RF射频无线通信方式进行通信，下表1是对各种数据通信方式进行比较。表1 各种通信方式比较数据采集方式通讯距离通信载体消费优缺点人工采集人工消费无实时性、有误差RS232有线0-20M总线布线费用传输距离小RS485有线0-1000M总线布线费用布线麻烦无线微波电台0-1000M微波占用频带费用气候地形影响通信无线GPRS不限网络网络流量计费时延无线GSM不限网络网络流量计费时延、距离不限气象短信不限网络短信计费（较高）时延、费
10、用高无线射频0-3000M不同芯片决定电磁波免费受外在因素影响，可改善RFID技术本身的完善及其独特的优势，使得RF射频传输技术在我国拥有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。可以传输几百米到上千米，且无需网络传输，传输速度快，可以应用于，偏僻，粉尘、油污等高污染环境和放射性环境。另外，nRF905功耗低的特点，使得其作为终端设备具备长期作业的能力。所以，本课题提出并设计基于AT89S52单片机的nRF905无线传输系统的温湿度管理系统及其软件开发。使得系统应用更灵活广泛。1.3 课题研究内容研究课题是基于nRF905无线射频模块和AT89S52可编程控制器的温湿度管理系统。研究的内容如下：1. 设
11、计温湿度管理系统的总体结构。2. AT89S52与nRF905无线射频模块、计算机与AT89S52之间的串行通信。3. 根据温湿度采集管理的控制要求设计温湿度采集管理系统。4. 在Access2007数据库环境下，用Delphi开发温湿度采集管理信息。在温湿度管理系统中，基于AT89S52的nRF905无线收发系统是快速、实时、准确的发射接收数据的设备。DS18B20、DHT11传感器能够准确的采集数据，通过AT89S52单片机处理器对数据进行处理，然后通过模拟SPI接口将数据发送给nRF905无线模块，由nRF905无线模块实现数据的发射接收，从而实现了数据的无线传输。计算机与nRF905控
12、制器之间采用RS232连接，构成温湿度采集管理上位机系统。采集管理系统是基于可视化编程语言Delphi和Access数据库技术系统由数据采集模块、数据维护模块、统计分析模块、异常处理模块和使用帮助模块等五大模块组成。可以实现数据备份、数据删除、保存数据和报表打印等；对终端进行时时记录、监测，然后通过统计曲线图将数据趋势时时显示出来；实时分析特定期段的最高温度、最低温度等；数据异常处理等功能。第2章 无线温湿度采集管理系统总体设计2.1 系统的总体设计基于AT89S52的温湿度采集管理系统是集RF技术、计算机管理技术、数据采集技术于一体的实时采集温湿度的管理系统。系统主要由无线温湿度传输系统和温
13、湿度采集管理系统两部分组成。系统采用半双工的通信模式，可实现两节点之间的双向收发。无线温湿度数据采集系统主要通过MCU与PC机串口通信，MCU处理器与RF控制器进行通信，传感器通过单片机控制机将采集的数据通过nRF905模块向外发送数据，接收端通过nRF905模块将来实现接收发送端发来的数据，再由接收端单片机通过RS232串口传递给接收端PC机，从而实现将采集的温湿度数据通过无线通信传到管理系统，温湿度管理系统由Delphi开发的软件管理模块和后台数据库组成，时时采集数据信息，更有效的对温湿度的管理，系统整体设计图如图1。收发数据温度传感器湿度传感器MCU控制nRF905收发芯片收发天线收发天
14、线nRF905收发芯片MCU控制管理系统电 源RS232图1 系统整体设计结构图上述系统结构中只有一个数据采集终端，即点对点通信，推广之，对于实际的具体应用，会需要多个数据监测点，即点对多点通信。而nRF905无线收发模块有170个频道，可满足多点通讯和跳频通讯需求，从而实现组网通讯（TDMA-CDMA-FDMA），具体的温湿度管理系统如图2。 图2 点对多点系统通信管理图2.2 系统设计的功能 基于AT89S52的温湿度管理系统主要是对某一特定区域的温湿度实现智能化、自动化的管理，其基本功能包括计算机管理功能、数据自动采集功能、数据精确传输功能、应急预警功能、数据反馈功能。1. 计算机管理功能。计算机管理是整个管理系统的核心，由计算机、温湿度管理系统、通信线路等组成。主要完成通过串口实现计算机与RF控制器之间的通信；数据统计、处理、分析；数据存储、记录；数据备份打印；控制子系统等功能。2. 数据自动采集功能。根据用户的需求及控制，控制器能够定时实时的自动采集到由温湿度传感器提供的数据。3. 数据精确传输功能。采用nRF905无线传输模块，在空旷通讯距离可达300米左右，室内通信3-6层可实现可靠通信，抗干扰性能强，很强的扰障碍穿透性能。对于600米左右的距离，可采用PA（功率
