毕业设计(论文)-基于单片机的四点温湿度监测系统(27页).docx
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1、-毕业设计(论文)-基于单片机的四点温湿度监测系统四点无线温湿度检测系统摘要本文所设计温湿度监测系统只需使用一个单片机,而所能达到的最大观测点数却能达到四个,并且单片机与监控室的通信方式为无线通信方式。观测四个点的温室度就需要四个温湿度传感器,本文选用的是新型温湿度传感器DHT11, DHT11采集四个观测点的温湿度值,然后将温湿度的模拟信号转换为数字信号,用单片机STC89C52来完成对采集到的四个观测点的温湿度数据的分析与处理。同时,采集到的各观测点温湿度数据可通过蓝牙模块HC-05依次上传到PC机,在PC机软件界面上一次显示四个观测点的温湿度数据。通过上位机软件界面设定温度的最大和最小值
2、,以达到温度报警功能。关键词:温湿度监测系统,四点采集,无线传输,传感器,蓝牙 Four-point Wireless Temperature and Humidity Monitoring SystemAbstractIn this text, the design of temperature and humidity monitoring system only use a SCM, the maximum observation point of the system can reach to four points. The way of communication between
3、the control room and microcontroller is wireless communication. Four observation points requires four temperature and humidity sensors, and this text choose a kind of new optional temperature and humidity sensors DHT11. DHT11 collected the temperature and humidity values of four observation points,
4、and then the temperature and humidity of the analog signal is converted to a digital signal. MCU STC89C52 complete the analysis and processing of temperature and humidity data collected from the four observation points. Meanwhile, the temperature and humidity data collected for each observation poin
5、t can turn uploaded by HC-05 Bluetooth module to a PC, and the display the temperature and humidity data from four observation point on the PC software interface. Set maximum and minimum temperature values on the PC software interface can achieve the temperature alarm function.Key words: temperature
6、 and humidity monitoring system,four-point acquisition,wireless transmission,sensor,bluetooth第1章 绪论1.1 温湿度监测的应用介绍当前许多行业都需要贮藏非常重要的物品,如:烟草、纺织原料、药物、食材等,所以产品生产、产品管理和产品贮藏越来越被重视。为了保证仓库产品的质地完整不受环境影响,应当设法满足适宜于产品贮藏的外部条件,当外部温湿度满足产品存储的要求时,就要控制避免室外气候对仓库内温湿度环境造成变化;当监测到仓库里的温湿度不适合商品贮藏时,就要采取合理的办法使仓库内的温湿度恢复到满足贮藏条件的状
7、态。因此,为了时刻了解仓库内的温湿度值,就要建立合理的温湿度监控系统,已完成监测控制仓库内温湿度的任务,同时还可以储存所有监测过程的温湿度值,这些都已经进入了行业规范。在限定的温湿度条件下贮藏药物,人体组织,血袋,疫苗等,为保证病患在医院的安全和提高医院对病患治疗效果起到了决定性的作用。然而,有时医疗部门因条件限制,并不能做到合理贮藏医用物品,相关部门已经就需要特别保存对待的医用物品对医疗部门提出了监测要求。现在,温湿度监测广泛运用于洁净厂房、生物制药、电信银行、无菌室、文物馆、资料室、图书馆、计算机机房监测、智能楼台等各界需要温湿度监测的环境。现在温湿度监测在各个领域的应用都有一些共同特性:
8、温湿度采集都使用高性能的温湿度传感器,具有工作性能稳定和采集数据准确度高的特点;数字信号传输为大多数系统采用的信号传输方式,有利于远距离传输信号,易布线;系统基本都采用开放式通信规约,易扩展;为提高系统的稳定性,系统都具有功能丰富、应用方便的组态软件界面。1.2 论文的组织结构本篇论文的各章组织结构如下:第1章 绪论。主要介绍了温湿度监测的必要性、温湿度监测的应用以及温湿度监测的特点;第2章 DHT11产品介绍。主要介绍了DHT11温湿度传感器的引脚说明、电路连接、数据格式以及传输时序;第3章 单片机STC89C52。主要介绍了系统的核心芯片STC89C52的常用引脚的说明和单片机的工作模式;
9、第4章 蓝牙模块HC-05。主要介绍了完成系统无线接收发送功能的蓝牙模块HC-05的引脚说明和指示灯说明;第5章 系统整体结构设计。详细介绍了系统的工作流程、硬件电路连接、无线传输的实现以及PC机界面的显示和报警;第6章 总结。总结概括了本篇论文设计的系统的优点以及需要继续改进的地方;第2章 DHT11产品介绍2.1 概述DHT11温湿度传感器是一种数字温湿度传感器,这种温湿度传感器属于复合型传感器,它的内部电路里包含已经校对过的数字信号输出电路。它使用一个专门的数字模块,具有特有的采集技术和温湿度传感技术,保证了采录到的数据具有很高的可靠性,产品也具有良好的长期稳定性。DHT11数字温湿度传
10、感器,其内部包含电阻式感湿部件和NTC温度测量部件。因此,此款产品具品质优良、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优势1。在传感器内部有一个OTP存储器,OTP存储器内储存了用来描述校对系数的程序,传感器内部在检测湿度信号的过程中会使用这些储存在OTP存储器中用来描述校对系数的程序。为了使系统集成变得更简单和快捷,DHT11数字温湿度传感器在串口方面采用了单线串行接口。超小尺寸、低功耗、信号传输距离20米以上,使DHT11数字温湿度传感器成为了各种苛刻的应用场合的最佳选择2。该产品使用4针排引脚的方式封装。图2.1 DHT11传感器实物图主要性能性能指标如下:工作电压范围:3.5V-5.5V工作
11、电流 :平均0.5mA湿度测量范围:2090RH温度测量范围:050湿度分辨率 :1RH 8位温度分辨率 :18位采样周期 :1S单总线结构与TTL兼容(5V)图2.2管脚排列2.2 应用电路连接说明由于数字温湿度传感器DHT11的操作简单,电路连接方便,多以在很多温湿度采集电路中得到了广泛应用。数字温湿度传感器DHT11的第一引脚为电源正极,第二引脚为数据端,第三引脚为空脚,第四引脚为电源负极。第二引脚的数据端可以直接连单片机的I/O口,第三引脚的空脚在连接过程中通常的处理办法为悬空不用。2.3 DHT11的数据结构DHT11数字温湿度传感器采用的是单总线数据格式,在数据信号传送过程中,单个
12、数据引脚端口完成了输入输出双向传送的功能的3。DHT11的数据包有5字节Byte(40比特Bit)组成。数据由整数和小数两部分构成。传感器输出的数据形式是没有经过编码的二进制数据形式。如果某次读取到5Byte数据如下:byte4byte3byte2byte1byte000101101 00000000 00011100 00000000 01001001整数 小数 整数 小数 校验和 湿度 温度 校验和通过以上数据可以得到温湿度的具体值,计算方法如下: 湿度=byte4.byte3=45.0(%RH) 温度=byte2.Byte1=28.0() 校验= byte4+ byte3+byte2+b
13、yte1=73(=湿度+温度)(校验正确)2.4 DHT11的传输时序2.4.1 DHT11开始发送数据流程在通信过程中,单片机发送起始信号之后,由于延迟的影响,大概需要等待20 us-40us后,单片机才会开始读DHT11的响应信号,如果单片机读到总线的信号是低电平,那么表示温湿度传感器发送了一个响应信号。此时,温湿度传感器准备完毕,可以开始读取数据。每一比特的数据都以低水平为开始的数据。如果单片机读到的总线的信号是高电平,那么DHT11无响应,表示不能进行温湿度数据的采集和传送,这就需要检查电路连接是否正常4。2.4.2 单片机复位信号和DHT11响应信号2.4.3 数字0信号表示方法2.
14、4.4 数字1信号表示方法第3章 单片机STC89C523.1 概述STC89C52是STC公司生产的一种单片机,它具有低功耗、高性能两大基本特点5。STC89C52继承了常用的MCS-51单片机的核心,但在MCS-51单片机做了很多优化改良,使其拥有了许多传统的MCS-51单片机没有的功能。STC89C52的标准功能包括8 kbyte的Flash存储器和512byte的内存,在接口线方面支持32位的I / O接口线,全双工串行端口,同时还具有看门狗定时器。在STC89C52内部有4 kb EPROM和MAX810的复位电路,同时还具有四个外部中断、三个16位的定时器/计数器和一个7向量的四级
15、中断结构6。STC89C52的最高工作频率是35 Mhz7。图3.1 STC89C52实物图3.2 STC89C52单片机的工作模式STC89C52单片机有以下三个工作模式:工作模式:典型功耗4mA7mA空闲模式:典型功耗2mA掉电模式:典型功耗小于0.1uA3.3 STC89C52芯片引脚介绍图3.2 STC89C52芯片引脚图P0端口(P0.0 P0.7, 32 39引脚):P0端口是一个双向的I / O端口,是一个8位端口。P0端口在电路结构上采用的是漏极开路结构。当使用P0口的输出功能时每个引脚可以承受8个TTL负载,当把“1”写入P0端口时,可以用作高阻抗输入。在校对的过程中,P0口
16、输出的是指令字节。P1端口(P1.0 P1.7,1 8引脚):P1端口也是一个8位的双向I / O端口,在电路结构上其内部具有上拉电阻。当使用P1端口的输出功能时每个引脚可以承受4个TTL负载。当把“1”写入P1口时,P1端口的电位会由于其内部上拉电阻的作用而提到高电位,这时是作为一个输入端口。P2端口(P2.0 P2.7,21 28引脚) 和P3端口(P3.0 P3.7,10 17引脚)的功能与P1端口的功能相同,此处不再赘述。VCC:电源端VSS:地端第4章 蓝牙模块HC-054.1 概述HC-05是一款主从一体蓝牙串口模块。HC-05模块的性能强,应用范围广,可与各种带蓝牙功能的电脑、移
17、动通信模块、PDA、PSP等智能终端连接进行数据传输。当HC-05模块与其他蓝牙模块成功配对后并可提供串口服务时,二者无需连接串口线通讯设备就可以进行无线通讯。蓝牙模块与单片机通讯是HC-05的广泛应用之一。蓝牙模块与单片机需要通讯是,只需将两者之间的VCC、TXD、RXD、GND分别相接即可完成硬件连接8。图4.1 HC-05模块实物图主要性能性能指标如下:接口说明:TTL电平,兼容3.3/5V单片机波特率 :4800/9600/19200/38400/57600/115200/230400/460800/921600/138240通讯距离:10m(空旷地)对外接口:6pin排针(2.54间
18、距)工作电压:3.35V工作电流:配对中:3040mA 配对完毕未通信:18mA 通讯中:520mA4.2 HC-05模块引脚功能介绍表4-1 HC-05引脚功能表名称说明VCC电源(3.3V5V)GND地TXD模块串口发送引脚RXD模块串口接受引脚KEY低电平或者悬空时进入正常状态,高电平时进入AT状态。LED配对成功输出到电平,未成功输出低电平。4.3 HC-05模块指示灯说明在给HC-05通电的同时(或者之前),如果将KEY引脚接高电平,指示灯闪烁方式为慢闪(1秒亮一次),表示此模块将会进入AT状态,此刻频率固定为38400。在给HC-05通电的同时,如果将KEY引脚作悬空或者接地处理,
19、指示灯的闪烁方式为快闪(1秒2次),表示此模块进入可配对状态。此时如果将KEY引脚接高电平,那么HC-05也会进入AT状态,但是指示灯指示灯的闪烁方式不会改变,仍旧为快闪。在HC-05模块与其他蓝牙设备配对成功后,指示灯的闪烁方式为双闪状态(一次闪2下,2秒闪一次)。第5章 系统整体结构设计5.1 本设计的整体结构本系统是使用基于单片机STC89C52完成的四点无线温度和湿度监测系统,这里所说的无线是指硬件电路整体与PC机通信的方式为无线通信方式,而电路内部其他部分之间的通信还需要通过有线方式来实现。温度和湿度的检测采用广泛使用的新型温湿度传感器DHT11,此款温湿度传感器具有硬件电路简易,显
20、示采集结果方便,检测精密度高,可以检测不同环境的温度等优点。系统的控制中心是单片机,所以单片机的选择直接影响着所设计系统的实现和功能扩展,单片机的质量关系整个系统的性能。在本文所设计的系统中,最后选用了单片机STC89C52。通过单片机的控制,温度传感器DHT11对四个观测点的温湿度数据进行监测采集,采集到的四个观测点的温度和湿度信号通过蓝牙模块HC-05传输到上位机,在上位机的组态王界面上依次显示采集到的各点的温度和湿度,实时显示四个观测点的温度和湿度。系统主要由上面器件的组成件,并通过硬件电路和软件程序的设计实现该系统的主要功能。此系统分为三层结构,第一层结构是由温湿度传感器DHT11构成
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