基于單片機(jī)的無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)湖南理工標(biāo)準(zhǔn)畢業(yè)論文格式

1、<p>　　學(xué)號(hào)14112101****</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　　題目: 基于單片機(jī)的無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　作 者 * * * 屆 別 2015屆 </p><

2、;p>　　院 別 信息與通信工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 自動(dòng)化 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職 稱(chēng) </p><p>　　完成時(shí)間 2015年5月18日 </p><p><b&g

3、t;　　摘 要</b></p><p>　　溫濕度測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的物理量，工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)械制造、制藥、煙草、檔案的保管、糧食的儲(chǔ)存等領(lǐng)域?qū)囟群蜏囟扔蟹浅?yán)格的要求。傳統(tǒng)的溫濕度傳感器需通過(guò)較復(fù)雜的電路才能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，且遠(yuǎn)距離傳輸會(huì)引起很大誤差。監(jiān)控室與現(xiàn)場(chǎng)之間必須敷設(shè)大量的電纜，非常麻煩。所以為了適應(yīng)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要、為了滿足大型場(chǎng)所的測(cè)量、為了能進(jìn)

4、行方便快捷的維護(hù)操作，文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用無(wú)線溫濕度檢測(cè)的方案，不必敷設(shè)電纜，可以節(jié)省費(fèi)用和時(shí)間。該采集系統(tǒng)分為采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，以AT89C52芯片為主控芯片，利用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11進(jìn)行溫度和濕度的數(shù)據(jù)采集，采用nRF24L01無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行無(wú)線通信，顯示屏LCD1602對(duì)溫濕度進(jìn)行顯示。使用Keil C51編程軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，最后完成實(shí)物制作并對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，系統(tǒng)能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線傳輸后在

5、LCD1602上實(shí)時(shí)顯示，可實(shí)現(xiàn)溫濕度采集、無(wú)線傳輸和顯示功能，并能在溫度或者濕度在超過(guò)報(bào)警上限時(shí)發(fā)出警報(bào)，因此具有一定的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫濕度測(cè)量；AT89C52；溫濕度傳感器；無(wú)線傳輸</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Temperature and temperat

6、ure requires strict very much in industrial production, machinery manufacturing, pharmaceutical, tobacco, file storage, grain storage and other fields. The traditional temperature and humidity sensors required by the com

7、plex circuit to make temperature signal into digital signal, it will cause big error for the remote transmission. It’s very troublesome to lay a number of cables between the control room and the scene. In order to adapt

8、to the industrial and agricultural p</p><p>　　Key Words: Temperature and humidity measurement; AT89C52; humidity sensor; wireless transmission</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&

9、gt;<b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1 溫濕度檢測(cè)技術(shù)的簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.2 溫濕度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程與意義1</p><p>　　1.2.1 溫濕度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷

10、程1</p><p>　　1.2.2 單片機(jī)的發(fā)展2</p><p>　　1.2.3 溫濕度檢測(cè)技術(shù)研究的意義3</p><p>　　1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)3</p><p>　　第二章 溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計(jì)方案的選擇4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的基本原理概述4</p>&l

11、t;p>　　2.1.1 系統(tǒng)功能4</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇5</p><p>　　2.2.1 主控芯片選擇5</p><p>　　2.2.2 溫濕度傳感器的選擇5</p><p>　　2.2.3 無(wú)線模塊選擇5</p>

12、;<p>　　2.2.4 顯示模塊選擇6</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)要求6</p><p>　　2.4 本章小結(jié)6</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)7</p><p&g

13、t;　　3.2.1 單片機(jī)控制模塊7</p><p>　　3.2.2 溫濕度采集模塊10</p><p>　　3.2.3 無(wú)線傳輸模塊12</p><p>　　3.3 數(shù)據(jù)處理模塊15</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)控制模塊15</p><p>　　3.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊中的無(wú)線傳輸模塊16<

14、;/p><p>　　3.3.3 LCD1602液晶顯示模塊16</p><p>　　3.6 本章小結(jié)18</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 編程環(huán)境19</p><p>　　4.1.1 編程環(huán)境介紹19</p><p>　　4.1.2 編程語(yǔ)言19

15、</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件總體設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.3 無(wú)線收發(fā)模塊軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.3.1 無(wú)線發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)22</p><

16、p>　　4.3.2 無(wú)線接收模塊軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.4 本章小結(jié)23</p><p>　　第五章 系統(tǒng)性能測(cè)試24</p><p>　　5.1 軟件調(diào)試24</p><p>　　5.1.1 件調(diào)試工具24</p><p>　　5.1.2 軟件調(diào)試原理及結(jié)果25</p>

17、<p>　　5.2 硬件調(diào)試26</p><p>　　5.2.1 所設(shè)計(jì)出來(lái)的硬件26</p><p>　　5.2.2 硬件調(diào)試方案27</p><p>　　5.2.3 測(cè)試結(jié)果27</p><p>　　5.3 本章小結(jié)29</p><p>　　第六章 總 結(jié)30</p><

18、p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p>　　附錄一 檢測(cè)發(fā)送模塊原理圖34</p><p>　　附錄二 接收顯示模塊原理圖35</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p>

19、;<p>　　1.1 溫濕度檢測(cè)技術(shù)的簡(jiǎn)介</p><p>　　無(wú)線溫濕度檢測(cè)器是一種用于倉(cāng)庫(kù)和蔬菜大棚等具有溫濕度檢測(cè)、無(wú)線傳輸、溫濕度顯示和超限報(bào)警功能的儀器。系統(tǒng)由發(fā)送端和接收端兩部分組成。發(fā)送端將溫度傳感器檢測(cè)到的溫度值經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線發(fā)送，接收端將接收到的數(shù)據(jù)信息顯示在液晶屏上，并附加溫度限設(shè)置和超限報(bào)警功能。無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)參數(shù)信息實(shí)時(shí)且快速有效的檢測(cè)，其服

20、務(wù)模式是向人們提供一個(gè)更高效，更快捷、更全面服務(wù)。由于當(dāng)前的檢測(cè)技術(shù)比較滯后，檢測(cè)過(guò)程中會(huì)遇到很多困難和難題，本論文便著手研究更好的檢測(cè)方案，利用現(xiàn)有的無(wú)線檢測(cè)技術(shù)，在傳統(tǒng)的檢測(cè)方法里尋找突破，努力讓檢測(cè)水平達(dá)到一個(gè)新的高度，提供科學(xué)可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)，使用無(wú)線檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可以大大降低布線和管理的難度，也可以大幅減少物力、人力、資金的投入，從而降低成本。無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)具有不借助外部網(wǎng)絡(luò)、快速安裝、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以使人們?cè)谌魏螘r(shí)間、地點(diǎn)和任何

21、環(huán)境條件下獲取大量的、可靠的數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　1.2 溫濕度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程與意義</p><p>　　1.2.1 溫濕度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程</p><p>　　溫度測(cè)量是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)非常重要的組成部分，在保證產(chǎn)品的質(zhì)量、節(jié)約能源和生產(chǎn)安全等方面起著尤其關(guān)鍵的作用。在溫度測(cè)量方面[1]，各個(gè)國(guó)家都有著自己的研究成果，前蘇聯(lián)研究出了分辨能力達(dá)到了0.0

22、001℃的壓電石英頻率溫度計(jì)，具有溫度與頻率線性特性溫度范圍而在-40℃~230℃之間，理論上可達(dá)0.00001℃。美國(guó)的25歐標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，分辨率甚至有0.00002℃，我國(guó)生產(chǎn)的石英溫度檢測(cè)器誤差在0.05℃以?xún)?nèi)，分辨率高達(dá)0.0001℃。我國(guó)航天工業(yè)總公司研制的5901(STP-1000)型粘貼式測(cè)溫片，靜態(tài)測(cè)溫精度為0.5%，快速響應(yīng)時(shí)間小于0.013s。</p><p>　　人類(lèi)在18世紀(jì)就發(fā)明了干

23、濕球濕度計(jì)，這種濕度計(jì)的準(zhǔn)確度取決于干球、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度，這種濕度計(jì)必須處于通風(fēng)狀態(tài)，在紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求的時(shí)候，才能達(dá)到規(guī)定準(zhǔn)確度。這種濕度計(jì)的準(zhǔn)確度一般只有5％—7％RH，只能算是勉強(qiáng)可以用來(lái)測(cè)量濕度，不適用于要求比較高的場(chǎng)所。隨著科技的發(fā)展，近幾十年來(lái)特別是近20年電子式濕度傳感器發(fā)展起迅速，濕度傳感器的準(zhǔn)確度越來(lái)越高，電子式濕度傳感器[2]準(zhǔn)確度可以達(dá)2％—3％RH。</p><p&

24、gt;　　濕度傳感器研究方面國(guó)外比國(guó)內(nèi)起步的要早，目前處于國(guó)際領(lǐng)先地位的是德國(guó)和美國(guó)，測(cè)量精度可達(dá)±2%RH。近幾年，電阻式濕度傳感器發(fā)展非?？?，電阻式陶瓷濕度傳感器在特性方面做了非常大的工作投入，并且在高分子電阻式濕度傳感器上做了進(jìn)一步的研究，這種傳感器有出色的穩(wěn)定性、精度和響應(yīng)特性，應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化的控制要求，為了滿足更高精度領(lǐng)域的需要，國(guó)內(nèi)外正在進(jìn)行新型濕度傳感器的研制與開(kāi)發(fā)。</p>&

25、lt;p>　　大規(guī)模集成電路技術(shù)以及光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，信息的傳輸和處理技術(shù)有著劃時(shí)代的進(jìn)展，發(fā)展相對(duì)比較滯后的傳感器技術(shù)業(yè)得到了世界的普遍重視。所以，今后一個(gè)時(shí)期傳感器技術(shù)會(huì)成為研究的新方向，有可能會(huì)形成較大產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　1.2.2 單片機(jī)的發(fā)展</p><p>　　單片機(jī)的發(fā)展[3]歷史如果以8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)的話大致可分為以下幾個(gè)階段：</p>

26、<p>　?。?）第一階段（1976-1978）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表。它的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola 、Zilog等，他們都取得了比較滿意的效果。這就是SCM誕生的年代，“單機(jī)片”一詞也從此為人們所熟知。</p><p>　?。?）第二階段（1978-1982）單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS-48的基礎(chǔ)上，推出了MCS

27、-51系列單片機(jī)，這一系列的單片機(jī)功能更加完善、性能更加穩(wěn)定。它為通用總線型單片機(jī)體系奠定了以下四個(gè)方面的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　①具有非常完善的外部總線結(jié)構(gòu)。MCS-51系列設(shè)置了8位的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)和16位地址總線結(jié)構(gòu)以及控制總線和可以拓展的具有更多通信功能的串行通信的接口。</p><p>　?、贑PU外圍的一些功能單元使用集中管理的模式。</p>

28、<p>　?、畚坏刂房臻g和位操作方式具有工控特性。</p><p>　　④指令系逐漸統(tǒng)趨于完善，并且還額外增加了許多控制功能的指令。</p><p>　?。?）第三階段（1982-1990）：?jiǎn)纹瑱C(jī)向微控制器發(fā)展階段，也就是8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出的階段。MCS-51系列的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，許多電氣廠商都選擇使用80C51為MCU，逐漸單片機(jī)當(dāng)中用到了許多測(cè)控系統(tǒng)中

29、使用的接口技術(shù)、電路技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、可靠性技術(shù)等，所以智能控制的特征得到了強(qiáng)化，也能拓展出更多外圍電路功能。</p><p>　　1.2.3 溫濕度檢測(cè)技術(shù)研究的意義</p><p>　　溫度和濕度是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的和最基本的參數(shù)。伴隨著工業(yè)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的科技飛速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中溫度的測(cè)量需求也越來(lái)越多，也顯得越來(lái)越重要。尤其是對(duì)溫度要求比較嚴(yán)格，但是布線又不方便的

30、情況下，這時(shí)就采用無(wú)線溫度測(cè)量。</p><p>　　我國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)后，特別是在加入世貿(mào)組織后[4]，國(guó)內(nèi)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)品面臨著巨大的挑戰(zhàn)。尤其是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，急需運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改造和提升。例如在商業(yè)中紡織行業(yè)中，紡織品的質(zhì)量很大程度上受溫濕度的影響，但目前一些紡織企業(yè)對(duì)車(chē)間溫濕度的測(cè)控手段仍然十分落后，甚至有些還在使用測(cè)溫貼片，采用人工調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、閥門(mén)的方法，其控制效果可想而知。在醫(yī)學(xué)制

31、藥行業(yè)中，由于微生物對(duì)溫度的要求很高，就需要高精度的溫度監(jiān)測(cè)，如果采用無(wú)線溫度測(cè)量的話可以完全保證測(cè)溫的無(wú)菌化。在農(nóng)業(yè)中，隨著農(nóng)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，必需擺脫那些落后的傳統(tǒng)的養(yǎng)殖、耕作方式，應(yīng)該采用現(xiàn)代更加科學(xué)的技術(shù)來(lái)迎接進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，同時(shí)打進(jìn)國(guó)外市場(chǎng)。近年來(lái)，全國(guó)各地出現(xiàn)了越來(lái)越多的新型溫室大棚，可以種植反季節(jié)花卉、蔬菜甚至水果。隨著調(diào)溫冷庫(kù)的大量興建，溫濕度測(cè)控技術(shù)的研究有了更加廣闊的市場(chǎng)。</p><p&g

32、t;　　1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)</p><p>　　論文分為六章，各章的內(nèi)容安排如下：</p><p>　　第1章為緒論，主要介紹了溫濕度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程和意義；</p><p>　　第2章主要介紹了溫濕度檢測(cè)技術(shù)的基本原理和設(shè)計(jì)方案并根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取系統(tǒng)的主要功能模塊器件。</p><p>　　第3章主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括無(wú)線檢測(cè)

33、系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端的電路設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求完成傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊、報(bào)警電路、鍵盤(pán)電路、時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　第4章主要介紹了系統(tǒng)軟件方面的介紹，包括軟件的編程語(yǔ)言和編程環(huán)境。</p><p>　　第5章主要介紹了系統(tǒng)性能方面的測(cè)試，從軟件測(cè)試和硬件實(shí)物測(cè)試兩方面具體的進(jìn)行了驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)物進(jìn)行調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可靠性、抗干擾

34、能力、通信距離等方面進(jìn)行測(cè)試。證明了系統(tǒng)的理論和實(shí)際應(yīng)用的可行性。</p><p>　　第6章對(duì)本論文進(jìn)行工作總結(jié)。</p><p>　　第二章 溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計(jì)方案的選擇</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的基本原理概述</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)功能</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的主

35、要內(nèi)容（功能）如下：</p><p>　　實(shí)現(xiàn)溫濕度自動(dòng)檢測(cè)，能滿足常用工農(nóng)業(yè)環(huán)境中的溫濕度檢測(cè)需求；</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸功能，</b></p><p>　　用LCD1602顯示溫濕度，溫度單位℃；</p><p>　?。?） 高溫、高濕度自動(dòng)報(bào)警，溫濕度報(bào)警上限可調(diào)；</p><

36、;p>　　2.1.2 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)</p><p>　　溫濕度的檢測(cè)的方法多種多樣，可以運(yùn)用的技術(shù)和可供選擇的器件也是種類(lèi)繁多。所以，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案可以在滿足系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的前提下，結(jié)合系統(tǒng)使用的環(huán)境，盡量選擇簡(jiǎn)單實(shí)用、容易實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，器件的選用盡量滿足參數(shù)合適、性能穩(wěn)定、功耗較低、成本低廉以及較好的互換性能等性能指標(biāo)。系統(tǒng)盡量采用近幾年來(lái)比較成熟的溫濕度傳感技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和功能

37、化模塊來(lái)構(gòu)造基本的系統(tǒng)功能。</p><p>　　本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為主控制器，無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)是一種基于射頻技術(shù)的無(wú)線濕溫度檢測(cè)裝置。此系統(tǒng)由傳感器、接收機(jī)以及顯示芯片組成。傳感器由數(shù)字溫濕度傳感器芯片DHT11，單片機(jī)AT89C52，低功耗射頻傳輸單元nRF24L01等組成。如圖2.1所示，溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后經(jīng)nRF24L01發(fā)送出去，接收模塊經(jīng)nRF24L01接收來(lái)自傳感器的

38、數(shù)據(jù)，經(jīng)處理、保存后在LCD1602上顯示，若檢測(cè)出溫度超過(guò)所設(shè)定的上限值，則發(fā)出警報(bào)，監(jiān)測(cè)人員也可根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定符合特定場(chǎng)所需要的溫濕度上限值。</p><p>　　單片機(jī)對(duì)nRF24L01的對(duì)外接口進(jìn)行SPI讀寫(xiě)操作，以此來(lái)控制nRF24l01的工作模式，將其設(shè)置成接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)的模式，從而完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　溫濕度 M nRF24L01

39、 設(shè)置 M 液晶顯示</p><p>　　傳感器 C 無(wú)線發(fā)射 無(wú)線接收 C </p><p>　　電源 U 電源 U 報(bào)警</p><p>　　采集模塊

40、 接收模塊</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇</p><p>　　根據(jù)硬件連接方式以及各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)方法，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為信號(hào)采集與放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊、無(wú)線發(fā)射模塊、液晶顯示模塊、電源模塊。</p><p>　　2.2.1 主控芯

41、片選擇</p><p>　　方案一：采用傳統(tǒng)的AT89C52[5]單片機(jī)作為主控芯片。此芯片價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)便，低功耗，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。</p><p>　　方案二：采用宏晶科技有限公司的STC12C5A60S2增強(qiáng)型51單片機(jī)作為主控芯片。此芯片內(nèi)置ADC和SPI總線接口，且內(nèi)部時(shí)鐘不分頻，可達(dá)到1MPS。價(jià)格適中。</p><p>　　從性能和價(jià)格上綜合考慮我們選

42、擇方案一，即用AT89C52作為本系統(tǒng)的主控芯片。</p><p>　　2.2.2 溫濕度傳感器的選擇</p><p>　　方案一：由于傳感器DS18B20價(jià)格便宜，硬件簡(jiǎn)單，傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，便于控制，并且DS18B20可以采用單總線傳輸，一根總線能掛載多個(gè)傳感器，易于擴(kuò)展。但是DS18B20的溫度精度為0.5°C，對(duì)于溫度要求很?chē)?yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域不大適合，而且需要自行拓展需

43、要的濕度測(cè)量模塊，過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，所以DS18B20無(wú)法滿足要求。</p><p>　　方案二：采用了高精度溫度傳感器DHT11，DHT11[6][7]不但實(shí)現(xiàn)了溫濕度的測(cè)量，而且靈敏度高、反應(yīng)時(shí)間短，因此可作為此系統(tǒng)電路的信號(hào)檢測(cè)器。與目前大多數(shù)傳感器相比，它具有控精度高、體積小、無(wú)污染、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　從上述兩個(gè)方案的對(duì)比看出DS18B20無(wú)法滿足系統(tǒng)指標(biāo)，我們

44、采用DHT11作為溫溫濕度度傳感器。</p><p>　　2.2.3 無(wú)線模塊選擇</p><p>　　方案一：采用GSM模塊進(jìn)行通信，GSM模塊功能的實(shí)現(xiàn)，需要借助手機(jī)卡或者移動(dòng)衛(wèi)星，雖然能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，但是這種方案的成本比較大，而且需要內(nèi)置SIM卡，通信過(guò)程需要收取費(fèi)，后期的成本也比較高。</p><p>　　方案二：采用TI公司CC2430無(wú)線通信模塊，此

45、模塊內(nèi)部集成了高性能的8051內(nèi)核，并且采用Zigbee總線模式，它的傳輸速率可以達(dá)到250kbps。但是此模塊價(jià)格高昂，不適用于此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，且Zigbee協(xié)議相對(duì)比較復(fù)雜。</p><p>　　方案三：采用NORDIC公司生產(chǎn)的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 頻段的無(wú)線射頻收發(fā)器芯片NRF24L01[8][9]模塊進(jìn)行通信，NRF24L01是一款高性能、低功耗的無(wú)線通信模塊。如果加PA能傳輸上千米的

46、距離，NRF24L01模塊采用SPI總線通信的模式，所以電路簡(jiǎn)單、操作方便，而且價(jià)格也比較便宜。</p><p>　　綜合各方面因素考慮，最終選擇方案三，即以NRF24L01模塊作為本系統(tǒng)的無(wú)線通信模塊。</p><p>　　2.2.4 顯示模塊選擇</p><p>　　方案一：選擇LCD12864[10]做顯示模塊。這款液晶顯示屏主控為ST7920且?guī)ё謳?kù)，是一款

47、比較通用的顯示屏，能夠顯示出大多數(shù)常用的漢字以及ASCII碼，且能夠顯示圖片以及描點(diǎn)畫(huà)線，可設(shè)計(jì)成比較理想的結(jié)果。</p><p>　　方案二：采用LCD1602字符液晶做顯示模塊，LCD1602是一款通用的字符液晶顯示模塊，它能夠顯示數(shù)字和字符等信息，且容易控制，價(jià)格還比較便宜，性?xún)r(jià)比很高。</p><p>　　綜合以上方案，我們選擇了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的字符液晶LCD1602作為接收端的顯示模塊

48、。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　采用AT89C52作為系統(tǒng)的MCU，采用字符液晶LCD1602作為顯示模塊，采用DHT11作為系統(tǒng)的溫濕度傳感器，采用nRF24L01作為系統(tǒng)的無(wú)線傳輸模塊，以無(wú)線傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)，要求系統(tǒng)有溫度顯示部分和濕度顯示部分，要求完成硬件電路的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試。</p><p&

49、gt;<b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各個(gè)模塊硬件的選擇。首先列出了系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，介紹了系統(tǒng)總體功能的設(shè)計(jì)。然后根據(jù)功能要求對(duì)溫濕度傳感器、主控芯片、無(wú)線模塊和顯示模塊的選擇進(jìn)行了闡述，分別列舉了多種方案并從中選擇最適合此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求的方案。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p>

50、<p>　　3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　整個(gè)無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)分成溫濕度采集及發(fā)送和溫濕度數(shù)據(jù)接收及顯示兩個(gè)大的模塊，兩者之間溫濕度數(shù)據(jù)的傳輸采用無(wú)線通信方式。數(shù)據(jù)采集及發(fā)送模塊負(fù)責(zé)溫濕度數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，數(shù)據(jù)接收及顯示負(fù)責(zé)溫濕度數(shù)據(jù)的接收處理并顯示。系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)流程圖如圖3.1和圖3.2所示。</p><p>　　圖3.1 溫濕度采集端</p>

51、<p>　　圖3.2 溫濕度接收端</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)控制模塊</p><p>　　本次選用傳統(tǒng)的AT89C52單片機(jī)作為主控芯片，AT89C52[11]是性能比較高的8位CMOS單片機(jī)。內(nèi)含8Kb可以反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器，還有256 B隨機(jī)存取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，采用ATMEL公司的高密度、

52、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲(chǔ)單元，擦寫(xiě)周期多達(dá)1000次，內(nèi)部RAM有256字節(jié)，可編程I/0口32個(gè)，16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器3個(gè)，中斷源8個(gè)，還有可編程串行UART通道。所以足夠滿足大多數(shù)控制系統(tǒng)對(duì)資源的需要。</p><p>　　AT89C52管腳說(shuō)明[12]</p><p><b>　　VCC：電源</b></p>&l

53、t;p><b>　　GND：接地</b></p><p>　　AT89C52單片機(jī)的外部引腳圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 AT89C52外部引腳圖</p><p>　　P0口：P0口是一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0口端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳作高阻抗輸入。當(dāng)AT89C52訪問(wèn)

54、外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候時(shí)，P0端口也會(huì)被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下的時(shí)候，P0具有內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的雙向8位I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。由于內(nèi)部上拉電阻的原因，對(duì)P1口寫(xiě)“1”時(shí)，將輸出電流。</p><p>　　此外，與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外

55、部計(jì)數(shù)輸入和輸出，具體如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 P1.0和P1.1的第二功能</p><p>　　P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的雙向8位I/O口，P2輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯電平。作為輸入端口使用時(shí)，只需對(duì)P2口寫(xiě)“1”，內(nèi)部上拉電阻會(huì)把端口拉高。由于內(nèi)部電阻的原因，作為輸入端口使用時(shí)，外部被拉低的引腳將會(huì)有輸出電流。</p>

56、<p>　　P3口：P3口是一個(gè)內(nèi)部具有上拉電阻的雙向8位I/O口，P3輸出緩沖級(jí)可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部的上拉電阻會(huì)把端口拉高，此時(shí)可作為輸入口使用。作為輸入端口使用時(shí)，由于內(nèi)部電阻的原因，被外部拉低的引腳將會(huì)有輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線以外，更重要的是它有第二功能，如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 P3口引腳第二功能</p>&

57、lt;p>　　RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以高電平將使用單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　?。旱刂锋i存器控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（）也使用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。</p><p>　?。和獠砍绦騼?chǔ)存器的選通信號(hào)。當(dāng)

58、AT89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部存儲(chǔ)器的代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器時(shí)，將不被激活。</p><p>　?。涸L問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)。為了可以從0000H—FFFFH的外部存儲(chǔ)器讀取指令，端必須保持低電平。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，端應(yīng)該接VCC。</p><p>　　XTA L1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><

59、;p>　　XTA L2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　AT89C52單片機(jī)在數(shù)據(jù)采集模塊中的引腳原理圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 數(shù)據(jù)采集模塊單片機(jī)控制芯片原理圖</p><p>　　3.2.2 溫濕度采集模塊</p><p>　　DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款內(nèi)部含有已經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕

60、度傳感器，包括一個(gè)電阻式濕度檢測(cè)元件和一個(gè)NTC溫度檢測(cè)元件[13]。DHT11運(yùn)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保此傳感器具有非常高的可靠性與長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。此產(chǎn)品具有響應(yīng)快速、品質(zhì)優(yōu)越、抗干擾能力超強(qiáng)和性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器在生產(chǎn)時(shí)都在嚴(yán)格要求的環(huán)境中進(jìn)行了校準(zhǔn)且保留了校準(zhǔn)系數(shù)，在對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，傳感器內(nèi)部會(huì)自動(dòng)調(diào)用內(nèi)部校準(zhǔn)系數(shù)。DHT11傳感器功耗極低、體積超小，采用的是單線制串行接口，這使系統(tǒng)的集成

61、變得非常的方便快捷。</p><p>　　圖3.5 DHT11引腳接線圖</p><p>　　DHT11傳感器產(chǎn)品為在出廠時(shí)進(jìn)行了4 針單排引腳的封裝。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)連接非常方便，可根據(jù)用戶(hù)需求提供特殊封裝形式。圖3.5位DHT11引腳接線圖，其中的空引腳未拓展使用。引腳說(shuō)明如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 DHT11引腳說(shuō)明</p>

62、<p>　　DHT11的供電電壓為3V－5.5V。傳感器接通電源后，需要在一秒內(nèi)不發(fā)送任何指令，以越過(guò)不穩(wěn)定的狀態(tài)。引腳（VDD，GND）之間可以增加一個(gè)100nF 的電容，此電容可以起到去耦濾波的作用。DATA用于MCU與DHT11之間的通訊，它們之間的通信格式采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間為4ms左右，DHT11在發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入高速模式，等開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，同時(shí)觸發(fā)一次信號(hào)

63、采集，此時(shí)用戶(hù)便可以選擇讀取所采集的數(shù)據(jù)。如果DHT11接收到了開(kāi)始信號(hào)并觸發(fā)了一次溫濕度采集，但在沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送的開(kāi)始信號(hào)的情況下，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。當(dāng)采集完數(shù)據(jù)后，DHT11會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到低功耗模式。</p><p>　　表3.4所示為DHT11數(shù)字溫濕度傳感器在VDD=5V，T = 25℃時(shí)的電氣特性如，采樣周期間隔不得低于1秒鐘。</p><p><b>

64、;　　表3.4 電氣特性</b></p><p>　　圖3.6所示為所制作傳感器模塊成品，其中藍(lán)色部分為DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。</p><p>　　圖3.6 傳感器模塊成品圖</p><p>　　3.2.3 無(wú)線傳輸模塊</p><p>　　無(wú)線發(fā)射模塊用的是nRF24L01[14]，這是一款由NORDIC生產(chǎn)的工作在2.4

65、GHz-2.5GHz頻段的單片無(wú)線接收方芯片。無(wú)線接收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制解調(diào)器、增強(qiáng)型“SchockBurst”模式控制器。芯片的工作頻率選擇和協(xié)議可以通過(guò)SPI口進(jìn)行設(shè)置，兼容大多數(shù)的單片機(jī)芯片，完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸工作。應(yīng)用的領(lǐng)域也非常廣泛，可以用于無(wú)線鼠標(biāo)、鍵盤(pán)控制，無(wú)線門(mén)禁、無(wú)線智能設(shè)備等等。</p><p>　　圖3.7 管腳分布圖</p><p>　

66、　圖3.7為nRF24L01管腳分布圖</p><p><b>　　性能參數(shù)：</b></p><p>　　◆ 小體積，QFN20 4x4mm封裝。</p><p>　　◆ 電壓工作范圍，1.9V~3.6V，輸入引腳可承受高達(dá)5V電壓輸入。</p><p>　　◆ 工作溫度范圍，-40℃～+80℃。</p>

67、<p>　　◆ 工作頻率范圍，2.400GHz～2.525GHz。</p><p>　　◆ 發(fā)射功率可選擇為0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm。</p><p>　　◆ 數(shù)據(jù)傳輸速率支持1Mbps、2Mbps[1]。 </p><p>　　◆ 低功耗接收時(shí)工作電流12.3mA，0dBm功率發(fā)射時(shí)11.3mA，掉電模式時(shí)僅為900nA。<

68、;/p><p>　　◆ 126個(gè)通訊通道，6個(gè)數(shù)據(jù)通道，滿足多點(diǎn)通訊和調(diào)頻需要。</p><p>　　◆ 增強(qiáng)型“ShockBurst”工作模式，硬件的CRC校驗(yàn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的地址控制</p><p>　　◆ 每次數(shù)據(jù)包可傳輸1～32Byte的數(shù)據(jù)。</p><p>　　◆ 4線SPI通訊端口，通訊速率最高可達(dá)8Mbps，適合與各種MCU連接，編程

69、簡(jiǎn)單。</p><p>　　◆ 可通過(guò)軟件設(shè)置傳輸速率、通訊地址、工作頻率和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度。</p><p>　　◆ MCU可通過(guò)IRQ引腳快判斷是否完成數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。</p><p>　　圖3.8 nRF24L01原理圖</p><p>　　根據(jù)此芯片的數(shù)據(jù)手[15]，設(shè)計(jì)如圖3.8所示外圍電路，即可通過(guò)配置nRF24L01的寄存器將其配

70、置為發(fā)射、接收、掉電及空閑四種工作模式，各個(gè)模式下寄存器配置數(shù)據(jù)如表3.5所示。</p><p>　　表3.5 nRF24L01工作模式</p><p>　　待機(jī)模式1主要用于降低系統(tǒng)平均電流，晶體振蕩器在這種模式下正常工作；在當(dāng)FIFO寄存器為空且CE=1時(shí)進(jìn)入待機(jī)模式2；所有配置字在待機(jī)模式下仍然保留。在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí)nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保

71、留。數(shù)據(jù)采集模塊中的無(wú)線模塊nRF24L01引腳接線圖如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 數(shù)據(jù)采集端nRF24L01</p><p>　　3.3 數(shù)據(jù)處理模塊</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)控制模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)處理模塊中的單片機(jī)控制模塊設(shè)置和數(shù)據(jù)采集模塊中的單片機(jī)控制模塊采用相同單片機(jī)，其不同之處就是單片機(jī)A

72、T89C2引腳所接的外圍器件不同，從而實(shí)現(xiàn)不同功能。數(shù)據(jù)處理模塊所需實(shí)現(xiàn)的功能為溫濕度數(shù)據(jù)的無(wú)線接收、處理及顯示。單片機(jī)AT89C52在數(shù)據(jù)處理模塊中的引腳原理圖如圖3.10所示</p><p>　　圖3.10 數(shù)據(jù)處理模塊單片機(jī)控制芯片原理圖</p><p>　　3.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊中的無(wú)線傳輸模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)處理模塊中的無(wú)線傳輸模塊所需實(shí)現(xiàn)的功

73、能是對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送出來(lái)的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，同樣采用nRF24L01，與數(shù)據(jù)采集模塊中的nRF24L01不同的是，數(shù)據(jù)處理模塊中的nRF24L01已設(shè)置成接收模式，數(shù)據(jù)處理模塊中的無(wú)線模塊nRF24L01引腳接線圖如圖3.11所示</p><p>　　圖3.11 數(shù)據(jù)處理端nRF24L01</p><p>　　3.3.3 LCD1602液晶顯示模塊</p><p&g

74、t;　　LCD1602字符型液晶顯示模塊[16]是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，它是16*2的顯示的。LCD1602管腳采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：</p><p>　　1腳：VSS為電源地。</p><p>　　2腳：VDD接5V電源正極。</p><p>　　3腳：V0端可以調(diào)整液晶顯示器對(duì)比度，此端口接正電源時(shí)，對(duì)比度最弱，此端口接地時(shí)，對(duì)比

75、度最高，如果對(duì)比度過(guò)高，有可能會(huì)導(dǎo)致“鬼影”現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以加一個(gè)10K的電位器，用來(lái)調(diào)整液晶顯示器的對(duì)比度。</p><p>　　4腳：RS為寄存器的選擇端口，出現(xiàn)高電平1時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器，若出現(xiàn)低電平0時(shí)，則選擇指令寄存器。</p><p>　　5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)端口。</p><p>　　6腳：EN端為使能(enable)端。</p&g

76、t;<p>　　7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)傳輸線。</p><p>　　15～16腳：空引腳或者背燈電源。15腳正極，16腳負(fù)極。 </p><p>　　1602液晶模塊共有11條控制指令在其控制器內(nèi)部，如表3.6所示。</p><p>　　表3.6 控制命令表</p><p>　　LCD1602工作狀態(tài)有讀寫(xiě)指令和讀

77、數(shù)據(jù)狀態(tài)，控制信號(hào)設(shè)置如表3.7。</p><p>　　表3.7 LCD1602工作狀態(tài)命令</p><p>　　LCD1602字符型液晶接線原理圖如圖3.12所示。</p><p>　　圖3.12 LCD1602液晶顯示器接線圖</p><p>　　LCD1602字符型液晶顯示器實(shí)物圖如圖3.13所示。</p><p&g

78、t;　　圖3.13 LCD1602液晶顯示器實(shí)物圖</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理，分成兩大模塊，包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。接著分別介紹了兩大模塊所包含的小模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包含有單片機(jī)模塊、無(wú)線傳輸模塊、溫濕度檢測(cè)模塊。數(shù)據(jù)處理模塊包含有單片機(jī)模塊、無(wú)線傳輸模塊、液晶顯示模塊。其中

79、具體介紹了各模塊的功能和特點(diǎn)，以及內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 編程環(huán)境</b></p><p>　　4.1.1 編程環(huán)境介紹</p><p>　　編程軟件使用Keil C51，是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)[

80、17]，提供了包括C編譯器、宏編譯、庫(kù)管理、連接器和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等內(nèi)在的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)軟件（uVis10n）將這些部分組合在一起。如果使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。歷經(jīng)多年，軟件版本已經(jīng)從KeiluVis10n2版本更新到KeiluVis10n5版本，而我此次用的為KeiluVis10n4版本

81、。</p><p>　　4.1.2 編程語(yǔ)言</p><p>　　本次使用的編程語(yǔ)言為C語(yǔ)言[18]，它是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它既有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，也具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)，與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此易于學(xué)習(xí)和應(yīng)用，深受廣大軟件愛(ài)好者的喜愛(ài)。C語(yǔ)言功能豐富，表達(dá)能力強(qiáng)、使用靈活方便、應(yīng)用面廣、目標(biāo)程序效率高、可移植性好。兼?zhèn)涓呒?jí)語(yǔ)言與低級(jí)語(yǔ)言

82、的優(yōu)點(diǎn)，屬于一種中間語(yǔ)言。它是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，非常適合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。有較豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型、運(yùn)算符以及函數(shù)供以選用。直接與內(nèi)存打交道，使修改、編輯其他程序與文檔變得輕松、簡(jiǎn)單。C語(yǔ)言是國(guó)際上廣泛流行的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，深受廣大軟件開(kāi)發(fā)愛(ài)好者的喜愛(ài)，它是非常適合用來(lái)描述系統(tǒng)的語(yǔ)言，即可以用來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)軟件，也可以編寫(xiě)應(yīng)用軟件。早期的操作系統(tǒng)軟件主要是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，但是匯編語(yǔ)言依賴(lài)于計(jì)算機(jī)硬件程序的可移植性和可讀性，而C語(yǔ)言兼具一般語(yǔ)

83、言?xún)?yōu)點(diǎn)還能克服其他語(yǔ)言的缺點(diǎn)。它的應(yīng)用范圍非常廣泛，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，可以用于各類(lèi)編程軟件使用，例如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　首先初始化DHT11模塊將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)，主機(jī)通過(guò)配置寄存器使數(shù)據(jù)采集模塊中的nRF24L01處于發(fā)

84、送狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送。圖4.1為采集模塊的主程序流程圖。</p><p><b>　　初始化</b></p><p><b>　　測(cè)溫濕度</b></p><p>　　判斷DHT11 Y</p><p><b>　　是否出錯(cuò)</b>&

85、lt;/p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　單片機(jī)處理</b></p><p><b>　　無(wú)線發(fā)射</b></p><p><b>　　延時(shí)100ms</b></p><p>　　圖4.1 采集模塊主程序&

86、lt;/p><p>　　在進(jìn)行采集模塊軟件設(shè)計(jì)時(shí)，要將nRF24L01設(shè)置為發(fā)送狀態(tài)，TRX_CE=0，TX_EN=1，如圖4.2所示為溫濕度采集流程圖。</p><p><b>　　開(kāi)始</b></p><p><b>　　DHT11初始化</b></p><p><b>　　延時(shí)0.2S&

87、lt;/b></p><p><b>　　讀取溫濕度</b></p><p>　　讀取成功否？ N DHT11重啟</p><p><b>　　AT89C52配置</b></p><p>　　nRF24L01發(fā)送</p><p><b&g

88、t;　　延時(shí)0.8S</b></p><p>　　圖4.2 溫濕度采集流程圖</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　接收部分的總體思路是先初始化LCD1602和單片機(jī)I/O口，再將nRF24L01配置成接收模式，然后就是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，單片機(jī)不斷地讀nRF24L01的工作狀態(tài)寄存器來(lái)監(jiān)測(cè)接收模塊的工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)nR

89、F24L01接收到了數(shù)據(jù)后單片機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)控制LCD1602顯示接收到的溫濕度數(shù)據(jù)。圖4.3接收端軟件設(shè)計(jì)流程圖。</p><p>　　圖4.3 接收端軟件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3 無(wú)線收發(fā)模塊軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 無(wú)線發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　在配置發(fā)送模式時(shí)必須先進(jìn)入待機(jī)或掉電

90、模式才能對(duì)nRF24L01的寄存器進(jìn)行配置。寄存器的配置主要包括：寫(xiě)數(shù)據(jù)到FIFO，使能接收通道0自動(dòng)應(yīng)答，使能接收通道0，設(shè)置自動(dòng)重發(fā)延時(shí)等待時(shí)間以及最大自動(dòng)重發(fā)次數(shù)，選擇射頻通道，設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率，設(shè)置發(fā)射功率，使能CRC校驗(yàn)等等。整個(gè)發(fā)射過(guò)程的流程圖如圖4.4：</p><p>　　圖4.4 無(wú)線發(fā)射模塊工作流程圖</p><p>　　4.3.2 無(wú)線接收模塊軟件設(shè)計(jì)</p&g

91、t;<p>　　在配置發(fā)送模式時(shí)必須先進(jìn)入待機(jī)或掉電模式才能對(duì)nRF24L01的寄存器進(jìn)行配置。寄存器的配置主要包括：寫(xiě)數(shù)據(jù)到FIFO，使能接收通道0自動(dòng)應(yīng)答，使能接收通道0，設(shè)置自動(dòng)重發(fā)延時(shí)等待時(shí)間以及最大自動(dòng)重發(fā)次數(shù)，選擇射頻通道，設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率，設(shè)置發(fā)射功率，使能CRC校驗(yàn)等等。整個(gè)發(fā)射過(guò)程的程圖如下圖4.5： </p><p>　　圖4.5 無(wú)線接收模塊工作流程圖</p>&

92、lt;p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件編程環(huán)境，然后分從數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計(jì)和無(wú)線收發(fā)模塊軟件設(shè)計(jì)這三個(gè)大的方面講解了系統(tǒng)總程序及子程序的設(shè)計(jì)思想，并分別介紹了各子模塊的程序流程及最后總程序的流程，系統(tǒng)軟件采用模塊化編程思路，增加整個(gè)程序的可讀性，也利于整體軟件調(diào)試。</p><p>

93、;　　第五章 系統(tǒng)性能測(cè)試</p><p><b>　　5.1 軟件調(diào)試</b></p><p>　　5.1.1 件調(diào)試工具</p><p>　　用KeiluVis10n4打開(kāi)已經(jīng)編輯好的程序，將參數(shù)CPU設(shè)為STC11L08XE,晶振設(shè)為22.1184MHZ，波特率為9600bit/s,設(shè)置編譯后輸出hex文件，接著編譯全部文件，得到hex文

94、件。如圖5.1所示，串口調(diào)試助手是一款交流工具[19]，能在PC機(jī)與單片機(jī)之間形成交流通道，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。能設(shè)置數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位，可以自動(dòng)識(shí)別串口，并且能以十六進(jìn)制或者ASCII碼發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。本次實(shí)驗(yàn)中需要用串口調(diào)試助手實(shí)時(shí)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　圖5.1 串口調(diào)試助手主面板</p><p>　　可以將無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊分別通過(guò)USB接口

95、連接到電腦上，用專(zhuān)業(yè)的STC公司芯片燒入工具STC-ISP將程序編譯得到后的hex文件燒入到STC11L08XE芯片中，然后打開(kāi)串口調(diào)試助手設(shè)置好參數(shù)，即可得到軟件調(diào)試結(jié)果。通過(guò)查看兩個(gè)模塊中的寄存器數(shù)據(jù)來(lái)判斷兩個(gè)模塊的工作狀態(tài)。軟件測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)就是可以極大的節(jié)省時(shí)間和硬件成本，能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以很快的排除問(wèn)題和修改程序，做到系統(tǒng)在軟件方面的完美調(diào)試。</p><p>　　5.1.2 軟件調(diào)試原理及結(jié)果<

96、/p><p>　　第一步軟件調(diào)試主要是調(diào)試無(wú)線發(fā)射接收模塊，使無(wú)線發(fā)射機(jī)收模塊能正常通信。由于官方提供的程序大都是成品的程序，并且牽涉到了發(fā)送和接收兩個(gè)模塊，在此次調(diào)試中采用分開(kāi)調(diào)試，并且先取消自動(dòng)應(yīng)答模式，簡(jiǎn)單的進(jìn)行發(fā)送->中斷，接收->中斷。是否發(fā)送和接收成功可以通過(guò)查看無(wú)線發(fā)射機(jī)收模塊的狀態(tài)寄存器，我們要用到的兩個(gè)重要的寄存器STATUS和FIFO_STATUS，寄存器的意義如下圖5.2和圖5.3：

97、</p><p>　　圖5.2 STAUS寄存器</p><p>　　圖5.3 FIFO_STATUS寄存器</p><p>　　首先進(jìn)行發(fā)射模塊的調(diào)試，發(fā)送部分的工作流程是配置寄存器使芯片工作于發(fā)送模式，后拉高CE端至少10us，再讀狀態(tài)寄存器STATUS，判斷是否是發(fā)送完成標(biāo)志位置位，再清標(biāo)志，清數(shù)據(jù)緩沖。如果數(shù)據(jù)發(fā)送成功，則STATUS的值為0x2e，F(xiàn)IFO

98、_STAUS寄存器的值應(yīng)該是0x11。</p><p>　　接著進(jìn)行接收模塊調(diào)試，接收部分的工作流程是先配置寄存器使芯片工作于接收模式，后拉高CE端至少130us，再讀狀態(tài)寄存器STATUS，接著判斷是否是接收完成標(biāo)志位置位，然后清標(biāo)志，讀取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，最后清數(shù)據(jù)緩沖。</p><p>　　對(duì)照寄存器描述，接收正確時(shí)STATUS的值應(yīng)該是0x40，對(duì)于FIFO_STATUS的情況就多

99、了些，因?yàn)閿?shù)據(jù)寬度的不同也會(huì)造成寄存器的值不一樣，NRF24L01最大支持32字節(jié)寬度，就是說(shuō)一次通訊最多可以傳輸32個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，在這種情況下，接收成功讀數(shù)據(jù)之前寄存器值應(yīng)該為0x12，讀數(shù)據(jù)之后就會(huì)變成0x11；如果數(shù)據(jù)寬度定義的小于32字節(jié)，那么接收成功讀數(shù)據(jù)之前寄存器值應(yīng)該為0x10，讀數(shù)據(jù)之后就會(huì)變成0x11。最后整合發(fā)送接收程序，使能自動(dòng)應(yīng)答進(jìn)行整機(jī)調(diào)試。</p><p><b>　　5.2

100、 硬件調(diào)試</b></p><p>　　5.2.1 所設(shè)計(jì)出來(lái)的硬件</p><p>　　按照系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)出PCB后，完成元器件的安裝與焊接，系統(tǒng)共有數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊兩大模塊。</p><p>　　如圖5.4所示就是無(wú)線溫濕度測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊成品，在接通電源后，按下開(kāi)關(guān)，數(shù)據(jù)采集模塊便會(huì)立即完成初始化，溫濕度傳感器開(kāi)始采集溫濕度數(shù)據(jù)，無(wú)線

101、模塊開(kāi)始實(shí)時(shí)地發(fā)送溫度數(shù)值。</p><p>　　圖5.4數(shù)據(jù)采集模塊成品</p><p>　　如圖5.5所示就是無(wú)線溫濕度測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊成品，當(dāng)接通電源后，按下開(kāi)關(guān)按鈕，數(shù)據(jù)處理模塊便會(huì)自動(dòng)完成初始化，無(wú)線模塊開(kāi)始接受數(shù)</p><p>　　據(jù)，若接收到從發(fā)送端發(fā)送出來(lái)的數(shù)據(jù)，LCD1602液晶顯示屏上便會(huì)實(shí)時(shí)顯示</p><p&g

102、t;<b>　　當(dāng)前溫濕度數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　圖5.5 數(shù)據(jù)處理模塊成品</p><p>　　5.2.2 硬件調(diào)試方案</p><p>　　第一步硬件調(diào)試準(zhǔn)備工作。首先按照PCB設(shè)計(jì)，完成元器件的安裝與焊接；然后進(jìn)行上電前測(cè)試。主要是檢查電源是否短路，焊接是否短路，有沒(méi)有虛焊等；接著進(jìn)行上電測(cè)試。主要看芯片是否存在發(fā)燙明顯的現(xiàn)象

103、，如果發(fā)燙嚴(yán)重立即斷開(kāi)電源。然后用萬(wàn)用表測(cè)量電源是否正常。</p><p>　　第二步硬件調(diào)試。對(duì)于該系統(tǒng)的硬件調(diào)試主要是針對(duì)信號(hào)采集、無(wú)線傳輸以及系統(tǒng)穩(wěn)定性，通過(guò)設(shè)備的對(duì)比、不同溫濕度環(huán)境的對(duì)比進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　5.2.3 測(cè)試結(jié)果</p><p>　　如圖5.6所示，在開(kāi)通電源的情況下對(duì)發(fā)射端的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的接受，經(jīng)單片機(jī)處理后在LCD1602上顯

104、示。若溫度或者濕度其中之一超過(guò)了報(bào)警溫濕度的上限，蜂鳴器便會(huì)發(fā)出警報(bào)聲。溫濕度上限的設(shè)定，可通過(guò)三個(gè)按鈕來(lái)進(jìn)行修改，按一下“菜單鍵”，開(kāi)始進(jìn)行濕度報(bào)警上限的修改，可按“+”或者“-”使?jié)穸葓?bào)警上限值升高或者降低。按第二下菜單鍵，開(kāi)始修改溫度報(bào)警上限值，按第三下菜單鍵，保存修改數(shù)據(jù)，修改完畢，顯示實(shí)時(shí)溫濕度。</p><p>　　圖5.6 系統(tǒng)成品運(yùn)行</p><p>　　系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)比測(cè)試

105、如如圖5.7所示，上方為基于單片機(jī)的無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，下方為基于DS18B20的智能溫度顯示儀。通過(guò)對(duì)比可以看出，在室溫不變的情況下，基于DS18B20的智能溫度顯示儀所顯示的溫度始終處于上下波動(dòng)狀態(tài)，而上方的無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)顯示的溫度比較穩(wěn)定。</p><p>　　圖5.7系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)比</p><p>　　在不同溫濕度環(huán)境下，此次測(cè)試共選擇三個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行溫濕度的測(cè)量，分別為室外草坪、

106、宿舍室內(nèi)和濕度比較大的廁所。在這三種環(huán)境中，無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)均能正常測(cè)量出環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)。其中在室外測(cè)試時(shí)，溫度超過(guò)了默認(rèn)警報(bào)上限值，蜂鳴器響起，通過(guò)手動(dòng)對(duì)溫度報(bào)警上限值的調(diào)整，可解除警報(bào)。在濕度較大的廁所中測(cè)試時(shí)，由于濕度超過(guò)了系統(tǒng)默認(rèn)警報(bào)上限值，蜂鳴器響起，亦通過(guò)手動(dòng)對(duì)濕度報(bào)警上限值的調(diào)整，可解除警報(bào)。</p><p><b>　　5.3 本章小結(jié)</b></p>&

107、lt;p>　　本章主要通過(guò)從軟件和硬件兩方面對(duì)無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測(cè)試。軟件方面介紹了軟件的調(diào)試，如何燒入程序，程序的跟蹤以及軟件調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)精度進(jìn)行了測(cè)量驗(yàn)證。硬件實(shí)物方面主要展示了實(shí)物在運(yùn)行狀態(tài)下溫度檢測(cè)結(jié)果、與其他系統(tǒng)對(duì)比測(cè)試結(jié)果以及不同環(huán)境中的溫濕度測(cè)量結(jié)果。</p><p><b>　　第六章 總 結(jié)</b></p><p>　　基于

108、單片機(jī)的無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C52、溫濕度傳感器DHT11和無(wú)線傳輸模塊nRF24L01構(gòu)成，溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后經(jīng)nRF24L01發(fā)送出去，接收模塊經(jīng)nRF24L01接收來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后在LCD1602上顯示。操作簡(jiǎn)單，使用方便，性能穩(wěn)定。相對(duì)于傳統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)需通過(guò)較復(fù)雜的電路才能將溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，而且如果遠(yuǎn)距離傳輸，必須敷設(shè)大量的電纜，非常麻

109、煩。采用的是無(wú)線傳輸方案，能夠很好地解決這些問(wèn)題。</p><p>　　論文首先確定整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理，將整個(gè)系統(tǒng)分成兩大模塊進(jìn)行研究，包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。根據(jù)功能要求選擇溫濕度傳感器、主控芯片、無(wú)線模塊和顯示模塊。接著介紹了系統(tǒng)分成兩大模塊所包含的小模塊，其中詳細(xì)介紹了各模塊的功能和特點(diǎn)以及模塊內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，并根據(jù)功能要求設(shè)計(jì)接線原理圖。然后對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件編程環(huán)境C語(yǔ)言編

110、程，并且采用模塊化編程思路，增加整個(gè)程序的可讀性，也利于整體軟件調(diào)試。最后得到成品后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件和硬件兩方面的測(cè)試，對(duì)無(wú)線溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力、通信距離等方面進(jìn)行測(cè)試。</p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，焊接，程序設(shè)計(jì)，調(diào)試等工作的同時(shí)，更加深入的了解了溫度傳感器，無(wú)線傳輸模塊，以及單片機(jī)的結(jié)構(gòu)功能和具體應(yīng)用，也對(duì)電路PCB板有了更深的認(rèn)識(shí)。</p><p>

111、;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳名鑫，張文威.基于AT89S52單片機(jī)的多路溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2013，28（3）.</p><p>　　[2] Roozeboom C L, Hong V A, Ahn C H, et al. Multifunctional integrated sensor in A 2&#

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