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1、沈阳理工大学学士学位论文摘 要温湿度控制已经成为了21世纪热门研究。无论是从生产还是生活，温湿度都与我们人类都是息息相关的。而智能化的温湿度控制系统的发展方向已成为一种必然趋势。我们思维方式不可能一直原地不动，不能再坚守旧时代利用大量人力资源来控制温度和湿度的变化。这样不但浪费大量的人力财力资源，而且控制系统功能也比较单一化，适用场合也有很大的局限性。而使用自动的智能控制的方式，既节省了人力财力，更加体现出了与时俱进的辩证思想，世界在进步，而这种进步就该体现在生活中的各个细节方面。传统的温湿度测量方法周期长，效率低，管理很不方便，发生故障时，更要花费大量人力物力来查找。尤其是用于温室采样数据频
2、繁情况条件下，采用无线传输系统更显现出他的优越性。该系统可对温度实现现场和远程智能化在线检测和预警。该系统在测温精度上达到了一定的水平。而在温度采集速度上，由于使用了独立的温度补偿电路，有效地提高了温度测量的灵敏度和系统稳定性。另外，由于使用了存储芯片，可以保存实时数据，提高了系统的可靠性，是一种价格低廉方便实用的系统，可在生产上推广应用。为了实现这种对环境状况监测，于是设计了一种基于Arduino的环境状况监测系统。该系统以Arduino UNO为研究重点、编写出Arduino UNO程序、实现将传感器数据上传到监测平台。以及用计算机作为客服端查看连接到Arduino UNO上的传感器数值。
3、实验表明、这种设计能够以经济、高效的方式实现无线数据采集、可用于境状况的快速监测。关键词：Arduino；程序设计；环境状况监测AbstractTemperature and humidity control has become a hot research in the 21st century. Both in terms of production and life, our human beings are closely linked to temperature and humidity. And the development direction of intelligent
4、temperature and humidity control system has become an inevitable trend. The way of our thinking can be changed. We are unable to stick to control the change of temperature and humidity with so many people in old stage. It is not only waste a lot of manpower resource, but also the function of control
5、 system is simplified and it is applied in occasion significant limitations. While using auto intelligent control not only save manpower but also reflects the dialectical thought of keeping pace with the time. The world has changed . This progress should be reflected in every detail of life. The tra
6、ditional method of temperature and humidity measurement cycle is long, the efficiency is low and the management is not very convenient. When a failure occurs, people should spend a lot of manpower material resources to find it. Especially for greenhouse under the working conditions of frequent sampl
7、ing data, using wireless transmission system showed his superiority. The system can be achieved on the temperature field and remote intelligent on-line detection and warning. The system on temperature measurement accuracy achieves a certain level. Due to the speed, the temperature measurement sensit
8、ivity is improved effectively and stability with the use of independent temperature compensation circuit. In addition, with the use of memory chips that can save the real-time data and improve the reliability of the system. It is a kind of low cost, convenient and practical system that can be applie
9、d in the production.In order to realize environmental condition monitoring system based on Arduino was designed. Focused on Arduino UNO , we programed the Arduino UNO for sending the sensor data to public server. Tests show that this kind of design provide environmental condition monitoring system m
10、ore economy and convenient.Keywords: Arduino UNO;Programming;Environmental condition monitoring目 录1 绪 论11.1 课题研究背景11.2 国内外发展现状及发展趋势11.3 软件技术的发展21.4 无线通信技术的发展及研究现状31.4.1 IEEE8021131.4.2 蓝牙(Bluetooth)技术31.4.3 NRF240141.5 论文的主要内容42 系统方案的总体设计62.1 系统方案的确定72.1.1 传感器方案72.1.2 系统控制及数据处理模块方案82.1.3 无线传输方案92.1.
11、4 数字式温湿度传感器选择103 系统硬件电路的设计133.1 温湿度采集部分电路设计133.1.1 关于单总线的说明143.1.2 传输数据的格式143.1.3 数据时序图及传送接收的步骤153.2 环境因素对器件性能的影响183.3 无线收发模块NRF2401的配置183.3.1 NRF2401 状态机203.3.2 NRF24L01固件编程的基本思路203.4 主从机系统电路接口设计233.4.1 硬件抗干扰措施243.4.2 小结254 系统的软件设计264.1 温湿度测量子程序284.2 小结305 结论与展望31致 谢32参考文献33附录A 英文原文34附录B 汉语翻译42IV1
12、绪 论1.1 课题研究背景 进入21世纪，随着互联网，移动互联网，乃至物联网的发展，推动了整个工业界对环境的监测发展，为了保证工厂生产的顺利进行，首要问题是必须加强工厂车间内部的温湿度监测，传统的方式是通过干湿度表，毛发湿度计，温湿度试纸和温度计等测试器材，通过人工去进行监测，对于不符合温湿度要求的车间进行通风，去湿度等措施，这种人工方法不仅费时费力而且效率低下，并且得到的数据往往误差大。随着电气技术，微电子技术的飞速发展，工厂的监测，车间控制与管理的自动化已经迫在眉睫，尤其是近年来车间生产的空间不断扩大，传统的方式已经远远不能满足生产的实际需要，建立一种管理科学，操作简便，运行可靠的高效率的
13、控制系统是必需的。在产品竞争日趋激烈化的当下，产品生产的环境决定了产品的质量以及后续产品的市场，对生产环境的监测凸显了更加重要的地位。目前国内一些基于物联网技术的温湿度采集虽然可以测量多个参数，但是大多数设计复杂，价格昂贵，难以获得广泛的应用。本系统主要监测工厂车间的温湿度参数，实时显示各个车间的环境情况，通过控制器分析处理，实现现场控制，达到恒温，恒湿的状态。从而提高工厂车间的科学管理化，控制自动化水平。如果使用一般有线的控制布线，则施工劳动强度大，投资大。本次拟改用科技创新的观点，拟采用基于无线传输的设计思路，通过Arduino 硬件处理，软件算法完成上述所需要的功能。1.2 国内外发展现
14、状及发展趋势温湿度监测属于监控系统的范畴，近年来，由于计算机技术以及超大规模集成电路和通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工业生产等领域，因此，温湿度监测技术的研究在软硬件等方面都有了一定的进展。早期工厂车间温湿度监测主要采用温度计测量法，他是将温湿度放入特定的地点，根据不同地点的采集，管理人员往来于不同的地点，读出的示数决定结果。这种人工的方法去监测工厂车间的温湿度具有一定的作用，但是由于温湿度的精度，人工读数的人为因素等原因，温湿度监测不仅速度慢，而且精度低，抽样不彻底，局部温湿度差别过大不容易被及时发现导致监测不准确影响了生产的效率时有发生。随着科技的发展，从1978年开始，采用了电阻式
15、温度传感器，采样器，模数转换器，报警器等组成的工厂车间环境监测系统出现，他可对各生产车间的各个测温点进行巡回监测，监测速度，精度大大提高，降低了劳动强度，但由于电阻传感器的灵敏度低，致使监测精度，系统可靠性还不够理想。至1990年，工厂车间的温湿度监测有了很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路，从而减少了传输线根数；现如今采用单片机进行数据处理，并采用各种手段提高数据传输及监测速度，通过软硬件技术的结合，监测精度和可靠性较前有很大提高。但温度传感器的线性度差，系统的监测精度仍不理想，无法大面积推广。近年来，随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，温湿度监测的准确性，稳定性，要求越来越高。寻找最佳配置和最好的性价比成为工厂车间监测研究的热点。国外在温湿度监测技术上已经达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于温湿度监测系统。这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技，在一个管芯上集成了半导体温湿度监测芯片，数据信号转换芯片，计算机接口芯片，存储芯片等，除了完成温湿度监测功能外，还可以完成预置范围温度，报警，多路A/D转换，温度补偿等功能。由于数字温湿度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题以及传输过程中干扰和衰减而导致的精度降低等问题。目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块，中继器，按插
