无线温湿度监测系统的设计

论文总字数：16788字

目 录

1 引言 5

2 研究意义和国内外发展现状 5

2.1研究意义 5

2.2研究概况和发展趋势 5

2.2.1温湿度测量 5

2.2.2无线传输 6

3 系统硬件电路设计 6

3.1 微控制芯片的发展 6

3.2主控模块 7

3.2.1 STC89C52的特点 8

3.2.2 STC89C52的主要特性 8

3.2.3器件参数 9

3.2.4 STC89C52单片机的引脚功能 9

3.2.5 STC89C52单片机的工作模式 9

3.3单片机最小系统设计 9

3.3.1 单片机最小系统 10

3.3.2 51单片机外部电路 10

3.4温湿度数据采集模块DHT11 12

3.4.1 DHT11产品概述 12

3.4.2工作原理图 12

3.4.3 DHT11引脚说明 12

3.4.4电气特性 12

3.5无线传输模块nRF24L01 13

3.6显示模块LCD 13

3.6.1显示器简介 14

3.6.2 LCD1602的基本参数 14

3.6.3 LCD1602的引脚功能 15

3.6.4 STC89C52与LCD1602的接口 15

3.7系统整体原理图 15

4 系统软件设计 16

4.1主程序设计 16

4.2显示程序设计 17

4.3程序编写 18

4.3.1编程软件Keil 18

4.3.2 Keil软件使用方法 18

5 系统调试 21

5.1电路板焊接与调试 21

5.2软件调试 22

5.3系统总体调试 22

6 结束语 23

参考文献 23

致谢 24

附录 25

无线温湿度监测系统的设计

曹凯华

,China

Abstract: This design uses the STC89C52 microcomputer as its core, using DHT11 temperature and humidity sensor module of temperature and humidity data acquisition, data collected by wireless transmission module to collect terminal SCM processing, temperature and humidity data from the LCD display, realized the function of temperature and humidity monitoring, temperature overrun alarm. Process is the design of hardware circuit and microcontroller programming, finished product system can achieve the function design.

Key words: Temperature and humidity monitoring; Wireless transmission

nRF24L01 ; Microcontroller;DHT11

1 引言

社会经济飞速发展，人们物质生活不断丰富，在日常生活生产的过程中，势必离不开对与人们生产生活密切相关的温湿度的监测。本设计是在此背景下，以单片机控制为核心，结合温湿度传感技术和无线传输技术，设计了无线温湿度监测系统。本系统主要由单片机、无线收发部分、温湿度传感器、显示器4个部分组成。设计顺序为：原理图绘制，电路元件焊接，整机调试。最终达到的目标是实现温湿度信号的无线传输、显示和超限报警。要求是低成本、高可靠性以及能够实际使用。

2 研究意义和国内外发展现状

2.1研究意义

在很多场合下，人们都需要对空气的温度和湿度进行有效监测，举例来看，如农业、仓库、大小企业的库房厂房、运输、关乎人身安全的医疗场所等等。就现在的情况而言，在我国，大多数应用中，温湿度监测依旧是采用有线的方式进行传输。可是，采用有线传输的方式的话，由于光纤和光缆的铺设量很大，占据了大量的空间，造成空间资源的浪费，设备系统的灵活性也会降低，同时影响了系统的扩展和维护。当监测点比较多时，成本提高，不利于人工操作。特别是在工业生产的过程中，工业生产的环境一般来说比较恶劣，近距离直接观察设备是否能够正常运行，采用人工的方法往往难以达到，需要通过一定方式传输指令，接收到指令的各个模块可以根据这些指令进行各自的工作。随之而来我们要解决的问题就是数据传输，通常情况下，厂房很大，而需要传输的数据非常多，要铺设大量且缠绕复杂的通讯线来进行传统的有线传输。更严重的是出现无法传输数据的情况，例如运动中的数据无法采集、所处的环境没有铺设电缆的条件等等。

综上所述，传统方式很有其局限性，这时构建一种新型的无线温湿度监测系统就显得很有必要了。

2.2研究概况和发展趋势

2.2.1温湿度测量

进入二十一世纪以来，计算机技术、传感器技术以及互联网技术都有了很大的发展，监控系统被广泛应用于农业生产等各个领域；由于空气温湿度无线监测系统也是监控系统的一部分，因而，温湿度监测技术的发展在软件和硬件等方面都取得了一定的进步[1]。国际上有着模拟化朝数字化发展的趋势，传感器也由集成化发展得越来越智能化和网络化；国内也生产出很多相关产品，常见的有远程控制模块、中继器等，产品的质量和技术水平逐渐和国际接轨[2]。

世界上最早的温度计的制造利用的原理是空气的热胀冷缩，是伽利略在1597年构思出来的，可是这种温度计使用起来很不方便，后来又利用酒精和水银热膨胀来制作热体温度计，也就是所说的最初的机械温度计[3]。随着测量技术的发展，出现了温度传感器，热电偶就是其中一例，是塞贝克发现热电势效应后人们基于此制造出来的。还有热敏电阻，它是根据金属和半导体的电阻随温度的变化而变化的原理而制成的传感器[4]。这些都属于基于物理原理的传感器。这之后，PN结传感器，晶体温度传感器等等相继出现，它们都是基于模拟电子技术原理制造的[5]。现在出现了越来越多的用于感温的敏感材料，相应的也有越来越多各种各样的温度传感器。特别是计算机技术和电子技术的飞速发展，相继出现了各种集成式、电子式的温度传感器，从而现在我们已经有了相当成熟的温度传感技术[6]。

DHT11数字温湿度传感器价格便宜，经济实用。它的数字信号输出是已经在实验室中得到精确校准的[7]。产品具有很高的可靠性，属于温湿度复合传感器中的一种，因为在它之中应用了专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，同时产品还具有很好的长期稳定性。传感器内部集成了感温元件和感湿元件[8]。产品具备了很多优点，卓越的品质、超快的响应、极高的性价比和极强的抗干扰能力。每个DHT11传感器内都有一8位单片机，都在高标准环境下被事先进行过严格校准，具有很高的传感精度。信号有20米以上的传输距离，功耗极低，体积非常小，是各类应用的最好选择乃至是最为苛刻的应用场合的最佳选则。

2.2.2无线传输

进入二十一世纪，无线通信技术飞速发展，无线通讯设备也有了越来越高的集成化。nRF24L01是一种单片无线收发器芯片，它采用FSK 调制，无线通信速度：2M（bps），工作在2.4-2.5GHz，是世界通用ISM频段，由NORDIC 公司最近所生产，内部集成协议：NORDIC Enhanced Short Burst[9]。可以实现点对点的无线通信，也可一对六通信。我们在实际操作中，只要预留一个中断输入和五个GPIO引脚，就可以通过编写程序调试实现无线传输的功能[10]。

3 系统硬件电路设计

3.1 微控制芯片的发展

正常的一台计算机的组成可能有主机、显示器、键盘、鼠标、音响等，专业一点说，除了主机，其他的可以称为外设。微控制芯片，顾名思义单片计算机，就是集成在一个很小的芯片上的计算机。计算机大家应该都不会陌生，计算机的普及率逐年的升高，现在的生活工作基本已经离不开这个机器了。就是外接的设备，这部分才是计算机的核心。一台主机主要由CPU、内存条、硬盘、显卡、声卡等组成。显卡和声卡其实也是可以归为外设。最核心的部分应该就是CPU、内存、硬盘了。单片机的机构其实跟计算机是很相似的。没有这些设备主机一样可以工作，只不过我们并不知道它是否在工作，没有这些外设，我们也不能跟它进行人机交互。但是主机里面的东西，非专业人员可能就不是很感兴趣了。

微控制芯片怎么工作，单片机的工作不像基本的数字电路那样，接上电源就可以直接工作了。大都兼容C语言的。C语言是高级语言，并不是机器语言，单片机也是不能识别的，所以必须要有一个专门的软件来实现高级语言到机器语言的转变过程。这个过程就是编译，这个过程的实现实在编译软件里面实现的。所以单片机的工作离不开上位机软件。有了电路，有了程序。单片机才可以正常的工作。

单片机的最大的特点就是单片机是智能的硬件设备。他的智能性也可以反映出需要程序的写入，这样，单片机才能遵循人为的意图工作。不同的单片机代码格式不同，识别的语言不同。微控制芯片的具体工作方式，一个单片机是不可以完成复杂的工作的，就跟只有一台主机一样，也不可以日常使用。单片机的工作也需要外接各种设备。他虽然没有自己的思维，但是却有着人类的思维在里面。单片机跟计算机一样，除了结构的一样之外，工作的机制也是一样的。他需要软件，需要程序才可以。我打开电脑如果没有装软件的电脑，可能用处很小，如果一个电脑都没有装系统，那么基本可以说是，无法使用的，所以硬件电路只是系统的载体，真真在里面运行的，是程序本身。常见的外接设备有显示、输入、按键、驱动、声音等，LED灯是最简单的显示设备，只不过显示的信息量很少，只能显示一位二进制信息，例如LED灯亮表示1，灭表示0。但是如果用多个LED等共同组成一个阵列，那就可以显示很多信息了，就如本设计的内容，是使用LED来显示一个汉字的。当然单片机的应用远远不止这些。加上其他的传感器，就可以实现更复杂的系统。例如加上温度传感器，单片机就可以作为一个温度检测系统来工作，再加上加热装置，就可以作为一个温度控制系统来使用了。复杂一点的显示外设还有液晶显示器，手机的屏幕、电脑的屏幕，计算器的屏幕都是这样的设备。输入的设备大都是按键，这个是最常用的人机交互的设备了，键盘也是一种按键输入的设备，只是按键多了也是可以组成阵列的。结合液晶显示、按键输入、单片机，就可以实现一个基本的计算器了。虽然简单了点，但是这个就是单片机最基本的应用了。由此可见单片机的应用具有很强的灵活性和高效性。并且日后的升级改装也是相当的简单。

3.2主控模块

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