基于单片机的无线温湿度采集系统的的设计.docx
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基于单片机的无线温湿度采集系统的的设计
目录
设计总说明I
DesignGeneralInformationIII
1绪论1
1.1引言1
1.2选题背景及意义1
1.3国内外现状及发展趋势2
2设计要求3
3系统总体方案4
3.1温湿度传感器的选择4
3.2无线发射模块的元器件选择5
3.2.1nRF905主要包括三种接口5
3.2.2nRF905的工作模式6
3.3单片机的选择7
3.4显示模块的选择10
4硬件电路设计12
4.1温湿度采集模块的设计12
4.2无线发射接收模块设计13
4.2.1温湿度数据的控制发送13
4.2.2温湿度数据的接收14
4.2.3模拟SPI口的实现14
4.3LCD1602液晶显示模块设计15
4.3.1LCD1602的指令说明及时序16
4.4电源模块的设计18
4.5复位电路19
5单片机对温度与湿度的控制20
6软件设计21
6.1采集模块软件设计21
6.2发送接收模块软件设计22
6.3显示模块软件设计26
7调试27
结论28
参考文献30
附录A系统总体原理图32
附录B采集检测控制程序32
附录C元器件清单47
致谢49
基于单片机无线温湿度采集系统设计
设计总说明
温度湿度在工农业生产中占有很重要的地位，是工农业生产的重要组成数据。
温湿度过高会造成粮食发霉长芽，还会引起大棚蔬菜一系列的病害。
因此对其适时准确的测量就显得尤为重要。
而一般的测量过程较为复杂繁琐，误差还大。
比如现在所使用的水银，酒精温度计进行温度检测和用传统的物理模拟量的方法进行的湿度检测，这些温湿度检测计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。
随着科技的飞速发展和普及，高性能设备也越来越多，各行各业对温湿度的要求也越来越高。
传统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息。
在这种模式下，不仅效率低下，还浪费大量人才资源及财力资源，而且缺乏科学性，许多重大事故都是因为人为因素造成的，人工维护缺乏完整的管理系统。
而无线监控系统就可以解决这样人才资源浪费，管理不及时的问题，这是由于它的智能化设计所决定的。
它的工作步骤如下：
感应环境温湿度；单片机判断感应到的温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，实行措施进行调节；判断异常是否超过预设时间，若超过预设时间，则输出异常信号报警；判断异常是否处理完毕，若处理完毕，解除报警。
这样就可以利用控制器对机房温湿度进行监控，从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。
故本次设计对于类似项目还具有普遍意义。
智能温度传感器（亦称数字温度传感器）在20世纪90年代中期问世。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。
目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。
有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，温度计也越来越智能化。
跟电子温度计一样湿度计随着湿度传感器的发展趋于成熟。
现在常用的温度传感器AD590，DS18B20湿度传感器HMxx系列，HS1xx系列，SHT系列随着温湿度计的发展温室监控系统也越来越成熟，更好的为人们服务。
对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。
在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。
本设计以AT89S52为主要芯片，利用数字式温湿度传感器SHT10采集温湿度，把收集到的数据传给单片机AT89S52，再用无线发射模块nRF905将经过处理的数据发射出去。
单片机通过模拟SPI口跟nRF905之间传送数据。
同时，nRF905具有接收功能，接收模块的nRF905将接收到的数据传给AT89S52，最后用数字显示屏LCD1602将经过单片机处理后的数据显示出来。
整个系统的软件编程就是通过C语言程序对单片机AT89S52实现控制功能。
单片机体积小，价格低，且稳定性较强，操作灵活简单，误差较小，具有很高的应用价值。
本系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活，功能强大，性能价格比高，较好的满足了现代生产和科研的需要。
关键词：
AT89S52；SHT10；nRF905；采集与控制
MCUWirelessTemperatureandHumidityAcquisitionSystemBased
DesignGeneralInformation
Temperatureandhumidityplaysanimportantroleintheindustrialandagriculturalproduction,agriculturalproductionisanimportantcomponentofthedata.Toohightemperatureandhumiditycancausemildewsproutinggrain,canalsocausearangeofdiseasesofgreenhousevegetables.Therefore,itstimelyandaccuratemeasurementisparticularlyimportant.Themeasurementprocessisgenerallymorecomplexandcumbersome,errorislarger.Suchasmercurynowusedtodetectalcoholthermometerfortemperatureandhumiditydetectionusingtraditionalmethodsofphysicalanalog,whichdetectsthetemperatureandhumiditymeterscaleintervalsareusuallysecret,isnoteasytoaccuratelydistinguish,readingdifficulties,andtheirHeatcapacityisstillrelativelylarge,reachingthermalequilibriumtimerequiredforlonger,makingitdifficulttoreadstandardandisveryinconvenienttouse.
Withtherapiddevelopmentandpopularizationofscienceandtechnology,moreandmorehigh-performanceequipment,temperatureandhumidityallwalksoflifeareincreasinglyhighrequirements.Thetraditionalmodelisbasedontemperatureandhumiditymonitoringhumanbasis,relyingonartificialshifts,artificialtourtoseeotherwaystomeasureandrecordtheenvironmentalstatusinformation.Inthismode,onlyinefficient,butalsowastealotofhumanresourcesandfinancialresources,andthelackofscience,becausemanymajoraccidentsarecausedbyhumanfactors,thelackofacompletemanualmaintenancemanagementsystem.Thewirelessmonitoringsystemcansolvesuchawasteofhumanresources,managementisnottimelyissue,whichisduetoitsintelligentdesigndecisions.Itworksasfollows:
temperatureandhumiditysensor;microcontrollertodeterminethetemperatureandhumiditysensorisabnormal;Ifabnormaltemperatureandhumiditysensorstoimplementmeasurestoregulate;determinewhetheranexceptionthanapresettime,ifitexceedsthepresettime,theoutputabnormalsignalalarm;determinewhetheranexceptionisprocessed,ifthedealiscompleted,disarmthealarm.Soyoucanusethecontrollertomonitortemperatureandhumidityoftheroom,inordertoachievereal-timeperformanceandeffectivenessoftheenvironmentaltemperatureandhumiditymanagement.Therefore,thisdesignalsohaswidespreadimplicationsforsimilarprojects.
Smarttemperaturesensors（alsoknownasdigitaltemperaturesensor）inthemid-1990scomeout.Itisamicro-electronicstechnology,computertechnologyandautomatedtestingtechniquescrystallization.Atpresent,theinternationalcommunityhasdevelopedavarietyofintelligenttemperaturesensorproducts.Internalsmarttemperaturesensorsincludeatemperaturesensor,A/Dtransducer,asignalprocessor,amemory（orregister）andaninterfacecircuit.Someproductsalsowithmultiplexer,thecentralcontroller（CPU）,randomaccessmemory（RAM）andread-onlymemory（ROM）.Intelligenttemperaturesensorcanoutputtemperaturedataandassociatedtemperaturecontrolvolume,fitavarietyofmicrocontroller（MCU）,andcanbeimplementedbysoftwaretestingcapabilities,thethermometerhasbecomeincreasinglyintelligent.WiththesamethermometerhygrometerWiththedevelopmentofelectronichumiditysensormature.NowcommonlyusedtemperaturesensorAD590,DS18B20andhumiditysensorHMxxseriesHS1xxseries,SHTseriesalongwiththedevelopmentofgreenhousehygrometermonitoringsystemisalsomoremature,betterforthepeople.Forthestudiesontemperatureandhumiditytesting,testingfromthecomplexityoftheanalogtodigitalintelligentdetectionisnowmoremature,andnowforthetemperatureandhumiditystudiestowardintelligentdetectionsystems,miniaturization,low-powerdirection.Inthedevelopmentprocess,amicrocontrollerasthecoretemperatureandhumiditycontrolsystemdevelopment,smallsize,simpleoperation,widerange,stableperformance,highaccuracy,andmanyotheradvantagesinallaspectsofproductionandlifetoachieveacriticalrole.
ThedesignAT89S52asthemainchip,theuseofdigitaltemperatureandhumiditysensorSHT10collectingtemperatureandhumidity,thedatacollectedpassedmicrocontrollerAT89S52,thennRF905wirelesstransmittermodulewilltransmittheprocesseddataout.MicrocontrollerviaSPIportwithanalogtransmissionofdatabetweenthenRF905.DataMeanwhile,nRF905withreception,nRF905receivermodulewillreceivethepassAT89S52,andfinallywithdigitaldisplayLCD1602willgothroughthedataprocessingafterthemicrocontrollerisdisplayed.SoftwareprogrammingofthesystemisthroughtheClanguageprogrammicrocontrollerAT89S52controlfunctions.SCMsmallsize,lowpriceandstrongstability,flexibleandsimpleoperation,theerrorissmall,withahighvalue.
Thesystemiscompactstructure,simple,reliable,flexible,powerful,highcostperformance,bettermeettheneedsofmodernproductionandresearch.
Keywords:
AT89S52;SHT10;nRF905;acquisitionandcontrol.
1绪论
1.1引言
温度湿度在工农业生产中占有很重要的地位，是工农业生产的重要组成数据。
温湿度过高会造成粮食发霉长芽，还会引起大棚蔬菜一系列的病害。
因此对其适时准确的测量就显得尤为重要。
而一般的测量过程较为复杂繁琐，误差还大。
比如现在所使用的水银，酒精温度计进行温度检测和用传统的物理模拟量的方法进行的湿度检测，这些温湿度检测计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。
本设计以AT89S52为主要芯片，利用数字式温湿度传感器SHT10采集温湿度，把收集到的数据传给单片机AT89S52，再用无线发射模块nRF905将经过处理的数据发射出去。
单片机通过模拟SPI口跟nRF905之间传送数据。
同时，nRF905具有接收功能，接收模块的nRF905将接收到的数据传给AT89S52，最后用数字显示屏LCD1602将经过单片机处理后的数据显示出来。
单片机体积小，价格低，且稳定性较强，操作灵活简单，误差较小，具有很高的应用价值。
1.2选题背景及意义
温湿度的测量控制在农业生产，工业制造，仓库管理，科学研究等方面都有广泛的应用。
然而，温度和湿度却是最不易保障的指标。
由于温湿度控制不当，可能会导致无法估计的损失。
传统的测量方法是有线测控法，实施起来不仅难度大，成本比较高，系统灵活性较差，而且维护起来也比较困难。
针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测与控制系统就显得非常重要。
如今，随着科技的进步，无线通信技术日趋成熟，如果将无线通信技术应用到温湿度的测量系统中，通过无线传输将传感器收集到的温湿度信息传送到控制显示终端，这样设计系统具有结构简单，采样点可灵活设置，系统适应性强等特点。
符合向智能化，小型化方向的发展。
另外此系统不需要A/D转换器将电信号转换成数字信号，而使用SHT10直接得到数字量，减去了不必要的麻烦。
由此为出发点，根据自己所学的专业知识，用新型智能温度传感器SHT10，无线发射模块nRF905，单片机AT89S52，数字液晶显示器件LCD1602等主要元件设计这套无线温度湿度采集系统。
1.3国内外现状及发展趋势
随着科技的飞速发展和普及，高性能设备也越来越多，各行各业对温湿度的要求也越来越高。
传统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息。
在这种模式下，不仅效率低下，还浪费大量人才资源及财力资源，而且缺乏科学性，许多重大事故都是因为人为因素造成的，人工维护缺乏完整的管理系统。
而无线监控系统就可以解决这样人才资源浪费，管理不及时的问题，这是由于它的智能化设计所决定的。
它的工作步骤如下：
感应环境温湿度；单片机判断感应到的温湿度是否异常；若感应到的温湿度异常，实行措施进行调节；判断异常是否超过预设时间，若超过预设时间，则输出异常信号报警；判断异常是否处理完毕，若处理完毕，解除报警。
这样就可以利用控制器对机房温湿度进行监控，从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性。
故本次设计对于类似项目还具有普遍意义。
智能温度传感器（亦称数字温度传感器）在20世纪90年代中期问世。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。
目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。
有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，温度计也越来越智能化。
跟电子温度计一样湿度计随着湿度传感器的发展趋于成熟。
现在常用的温度传感器AD590，DS18B20湿度传感器HMxx系列，HS1xx系列，SHT系列随着温湿度计的发展温室监控系统也越来越成熟，更好的为人们服务。
对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。
在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。
2设计要求
温湿度的测量在仓库管理，生产制造，科学研究以及日常生活中被广泛应用。
传统的温湿度测量采用有线测控系统，实施网络布线工程，大大增加了系统成本，降低了系统灵活性，可维护性与可扩展性。
把无线通信技术应用到温湿度测量系统中，由传感器实时采集各节点处温湿度的信息，经处理后通过无线数据采集系统将温湿度信息传输到监控终端，从而实现集成化，低成本和易操作的目的。
本设计以AT89S52基本系统为核心的一套检测系统。
由温湿度采集、数据分析、数据处理三个部分。
包括单片机系统，复位电路，温度检测，湿度检测，显示部分等模块。
该系统包括了硬件组成和软件的设计，该系统在硬件设计上主要是通过温湿度传感器对温湿度进行采集，其硬件设计中最为核心的器件是单片机AT89S52，将采集到的数字温湿度电压值经计算机处理得到相应的温度值和相对湿度值，送到LCD显示器，以数字形式显示测量的温度和湿度。
可以直观的看到测量点的温湿度。
整个系统的软件编程就是通过C语言程序对单片机AT89S52实现控制功能。
再通过nRF905整个发射出去。
系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活，功能强大，性能价格比高，较好的满足了现代生产和科研的需要。
3系统总体方案
本系统采用AT89S52单片机作为主控制器，无线温湿度采集系统是一种基于射频技术的无线湿温度检测装置。
本系统由传感器和接收机，以及显示芯片组成。
传感器部分由数字温湿度度传感器芯片SHT10，单片机AT89S52，低功耗射频传输单元nRF905和天线等组成。
传感器采用电源供电，接收机接收来自传感器的温度数据，经过处理、保存后在LCD1602上显示，所存储的温度数据可以通过串行口连接射频装置与接收端进行交换。
单片机对nRF905的对外接口进行SPI读写操作，以此来控制nRF905的工作模式以及相关收发数据的操作，从而完成无线数据传输。
3.1温湿度传感器的选择
温度检测采用最基本的热电偶，热电偶应用广泛，虽然其价格便宜而且耐用。
种类多，能够覆盖非常宽的温度范围，但是其非线性、响应速度慢、精度中等、灵敏度低、稳定性低、高温下容易老化和有线性漂移，并且测量需要参考量。
湿度检测采用湿敏元件，其主要分为电阻
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