【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）多點(diǎn)糧倉溫濕度的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院名稱： 電氣信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 多點(diǎn)糧倉溫濕度的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要:為滿足采集多點(diǎn)糧倉溫濕度信息值監(jiān)測(cè)的需求，設(shè)計(jì)一上位控制主機(jī)和多點(diǎn)下位監(jiān)測(cè)分機(jī)兩部分。由溫度傳感模塊、濕度傳感模塊、無線傳輸模塊和單片機(jī)模塊等組成下位監(jiān)測(cè)分機(jī)，由單片機(jī)模塊、按鍵模塊、無線傳輸模塊和報(bào)警模塊等組成上位控制主機(jī)。下位監(jiān)測(cè)分機(jī)通過測(cè)量糧倉內(nèi)溫濕度，經(jīng)過無線傳輸模塊把監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的溫濕度信息值傳送至上位主機(jī)，并在顯示器上顯示出該監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)和該監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前溫濕度測(cè)量值，并具有溫濕度超值報(bào)警功能，下位機(jī)同時(shí)能顯示當(dāng)前本地信息值。關(guān)鍵詞：無線傳輸模塊；溫濕度傳感器；單片機(jī)Design ang Implemenatation of the Multihumiture Wireless Monitoring System for the GranaryAbstract: To collect more information of the humiture required for the granary, the multihumiture wireless monitoring system is designed , which include some lower detecting equipments and a host monitor. Each lower detecting equipment consists of some temperature sensor modules, some humidity sensor modules, a wireless transmission module, a microcontroller module and other ponents. The host monitor consists of a microcontroller module, a key module, a wireless transmission module, an alarm module and other ponents. By measuring the next bit monitoring extension barn temperature and humidity in the wireless transmission module, after the temperature and humidity of the information value monitoring nod, and transmit first a host on the display shows that the monitoring node node number and the monitoring and measuring value, the temperature and humidity with temperature and humidity value alarm functions, lower place machine and can display the current local information value .Keywords: Wireless transmission module。 humiture sensors。 singlechip microputer目錄前言 1第1章 緒論 2 課題的意義和目的 2 課題的研究?jī)?nèi)容 2 課題的任務(wù)要求 3第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4 方案的選擇與論證 4 總體設(shè)計(jì)方案 4 方案的比較與論證 5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) 6 系統(tǒng)各模塊的功能設(shè)計(jì) 7 電源模塊 7 溫濕度測(cè)量模塊 7 單片機(jī)控制模塊 7 無線傳輸模塊 8 按鍵選擇模塊 8 顯示模塊 8 報(bào)警電路模塊 8第3章 系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì) 9 電源模塊設(shè)計(jì) 9 溫濕度測(cè)量模塊設(shè)計(jì) 10 溫度測(cè)量模塊設(shè)計(jì) 10 濕度測(cè)量模塊設(shè)計(jì) 11 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì) 12 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 13 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 13 無線傳輸模塊設(shè)計(jì) 14 無線傳輸模塊簡(jiǎn)介 14 無線傳輸模塊與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 16 按鍵選擇模塊設(shè)計(jì) 16 顯示模塊設(shè)計(jì) 17 報(bào)警電路模塊設(shè)計(jì) 19第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 上位機(jī)的設(shè)計(jì) 21 上位機(jī)的設(shè)計(jì)思路 21 上位機(jī)的設(shè)計(jì)流程 21 無線模塊軟件設(shè)計(jì) 23 下位機(jī)的設(shè)計(jì) 32 下位機(jī)的設(shè)計(jì)思路 32 下位機(jī)的軟件總設(shè)計(jì)流程 32 溫度測(cè)量的軟件設(shè)計(jì) 34 濕度測(cè)量的軟件設(shè)計(jì) 37第5章 系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)分析 41 硬件電路的制作和調(diào)試 41 軟硬件功能分析 43 測(cè)試結(jié)果分析 44第6章 總結(jié) 45參考文獻(xiàn) 46致謝 48附錄1 電路原理圖 49附錄2 程序 51附錄3 實(shí)物圖 70附錄4 元器件清單 71附錄5 傳感器英文文獻(xiàn)翻譯 72多點(diǎn)糧倉溫濕度的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前言隨著中國加入WTO，糧食市場(chǎng)的逐漸開放，儲(chǔ)存大量的糧食對(duì)穩(wěn)定國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，糧倉內(nèi)的糧食由于溫濕度沒有得到有效的控制，經(jīng)常發(fā)生糧食變質(zhì)的情況，因此糧倉溫濕度的測(cè)量方法以及相應(yīng)的智能控制一直是糧食保存的一個(gè)重要問題，隨著我國科技的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化程度的提高，糧倉管理技術(shù)得到很大的發(fā)展。傳統(tǒng)人工測(cè)量的方法逐漸被電子測(cè)量所代替，小的糧倉采用小的測(cè)量?jī)x測(cè)量，大的糧庫逐漸配備微機(jī)。同時(shí)隨著單片機(jī)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，單片機(jī)測(cè)控技術(shù)已得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。這種單片機(jī)的測(cè)試技術(shù)為工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)控制、家用電器和儀器儀表智能化的應(yīng)用提供了一種全新的、有效的測(cè)試方法，并具有很大的實(shí)用意義和廣闊的應(yīng)用前景。糧食的保存至關(guān)重要，為了實(shí)現(xiàn)糧食的大量?jī)?chǔ)存，本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)智能測(cè)量系統(tǒng)——多點(diǎn)糧倉溫濕度的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能測(cè)量糧倉的溫濕度，也能測(cè)量大棚溫濕度，還能應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量，應(yīng)用范圍甚廣。第1章 緒論 課題的意義和目的當(dāng)代科學(xué)技術(shù)日益向高速化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，不管是生活還是生產(chǎn)，都離不開自動(dòng)化。信息社會(huì)對(duì)工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了更高、更新的要求，不僅要節(jié)約成本，而且要高效化。溫濕度的測(cè)量是工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，尤其對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展，比如大棚種植、糧倉管理等等，都必須保證精確的溫濕度控制。防潮、防霉、防腐、防爆是糧倉日常工作的重要內(nèi)容，也是衡量糧倉管理工作的重要指標(biāo)。為了保證日常工作的順利進(jìn)行，必須加強(qiáng)糧倉內(nèi)溫濕度的監(jiān)測(cè)工作，但傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且誤差較大，因此需要造價(jià)低廉、使用方便、測(cè)量精確的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了滿足糧倉溫濕度的精確控制要求，滿足測(cè)溫濕度過程信號(hào)易處理要求，設(shè)計(jì)一種可遠(yuǎn)程無線傳輸?shù)亩帱c(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)字顯示的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，可以完成多點(diǎn)糧倉溫濕度的測(cè)量和顯示功能。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，功能齊全，是單片機(jī)智能化的一種應(yīng)用。 課題的研究?jī)?nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以單片機(jī)STC89C52為核心，能夠綜合測(cè)量和處理多點(diǎn)溫度和濕度，并能無線收發(fā)信號(hào)，具有報(bào)警系統(tǒng)和數(shù)字顯示功能。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：選擇合適的濕度傳感器和溫度傳感器，并研究它們的使用方法；研究溫濕度傳感器與單片機(jī)的連接，以及如何完成數(shù)據(jù)的采集；設(shè)計(jì)多個(gè)溫濕度采集從機(jī)子系統(tǒng)，編號(hào)為1N，能滿足對(duì)溫濕度的精確測(cè)量；主機(jī)可利用無線模塊、單片機(jī)和鍵盤，選擇所要監(jiān)測(cè)的溫濕度節(jié)點(diǎn)，將該監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線傳送至主機(jī)，并用顯示器顯示出該監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)果；把測(cè)得的數(shù)據(jù)與限定值比較，如果超出范圍，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)；制作硬件電路，編寫相應(yīng)的軟件程序，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和測(cè)試數(shù)據(jù)綜合分析。 課題的任務(wù)要求根據(jù)課題的意義和目的，經(jīng)分析本次課題需要研究的內(nèi)容，提出了該課題相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，具體如下：系統(tǒng)供電電壓 AC 220V177。10%，50177。； 溫濕度傳感器的靈敏度和精確度達(dá)到177。5%； 系統(tǒng)主機(jī)可顯示當(dāng)前信息采集的節(jié)點(diǎn)號(hào)、溫度、濕度信息值，顯示清晰直觀，下位從機(jī)也可顯示當(dāng)前本地信息值；各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)與主機(jī)交換采用無線傳輸模式進(jìn)行，系統(tǒng)具有超溫/超濕報(bào)警功能；糧倉適宜溫度范圍10℃40℃，適宜濕度范圍10%80%；系統(tǒng)工作穩(wěn)定性較好。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)確定了課題的目的和意義，根據(jù)本課題的研究?jī)?nèi)容和任務(wù)要求，設(shè)計(jì)出本課題的研究方案，并將方案進(jìn)行比較論證，選擇較優(yōu)的方案，闡述方案各個(gè)模塊的功能。 方案的選擇與論證 總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)本次課題的內(nèi)容及課題任務(wù)的要求，基于多點(diǎn)溫濕度的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由溫濕度檢測(cè)電路、下位機(jī)控制電路、無線傳輸電路、上位機(jī)控制電路四個(gè)主要模塊組成。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)下位監(jiān)測(cè)分機(jī)，其總體原理框圖，如圖21所示。圖21 總體原理框圖根據(jù)原理框圖，設(shè)計(jì)了兩種方案，如下所示。方案一：采用模擬溫濕度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器組成溫濕度檢測(cè)電路，上位機(jī)和下位機(jī)采用FPGA開發(fā)板，無線收發(fā)模塊用CC1101，數(shù)字顯示電路部分運(yùn)用移位寄存器74LS164移位輸入字形碼，采用數(shù)碼管顯示。其設(shè)計(jì)框圖如圖22所示。圖22 方案一的設(shè)計(jì)框圖方案二：采用溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器DHT11進(jìn)行溫濕度測(cè)量，上位機(jī)和下位機(jī)采用單片機(jī)STC89C52，利用nRF905作為無線傳輸模塊，數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果，采用7407驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)顯示。其設(shè)計(jì)框圖如圖23所示。圖23 方案二的設(shè)計(jì)框圖 方案的比較與論證溫濕度測(cè)量部分方案一中采用模擬測(cè)量器件，需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，測(cè)量精度要受到影響，如果選擇精度較高的A/D轉(zhuǎn)換器，那費(fèi)用也較高。方案二中采用DS18B20測(cè)溫和DHT11測(cè)濕，測(cè)量方便、精度較高且價(jià)格適中，故選擇方案二的溫濕度測(cè)量方法。單片機(jī)部分方案一中采用FPGA，它的功能強(qiáng)大，I/O口較多，處理能力強(qiáng)，但其價(jià)格較高，使用復(fù)雜，用在此系統(tǒng)中未免有些大材小用，而STC89C52單片機(jī)的性能也較好，價(jià)格便宜，功能已經(jīng)完全滿足此次設(shè)計(jì)要求，使用也較為方便，故選擇STC89C52單片機(jī)。無線傳輸部分方案一中選擇利用CC1101無線傳輸模塊，該模塊可用于多頻段，低功耗，收發(fā)一體，方案二中的nRF905也是低功耗，多頻道多頻段，可以很方便地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線通信，兩者性能相似，都能滿足本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，但CC1101的價(jià)格較高，考慮到經(jīng)費(fèi)的問題，故選擇nRF905無線傳輸模塊。顯示部分方案一中的顯示采用移位寄存器移位顯示，數(shù)據(jù)需要串行輸入，在時(shí)鐘端脈沖上升沿作用下輸入數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)是四位顯示，就需要接四個(gè)74LS164,雖然軟件設(shè)計(jì)比動(dòng)態(tài)顯示簡(jiǎn)單，占用內(nèi)存少，但其硬件焊接量大。方案二中采用芯片7407驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)碼管也是四位一體的，不但軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且硬件制作方便，價(jià)格也低廉，故選擇方案二的顯示方法。綜上所述，選擇方案二。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)選擇方案二的方法，該方案包括上位機(jī)和兩個(gè)下位機(jī)兩部分。下位機(jī)由單片機(jī)STC89C52最小模塊、數(shù)碼管顯示模塊、nRF905無線傳輸模塊和溫濕度測(cè)量模塊四個(gè)模塊組成；上位機(jī)由nRF905無線傳輸模塊、按鍵選擇模塊、數(shù)碼管顯示模塊、溫濕度超值報(bào)警模塊、單片機(jī)STC89C52最小模塊五個(gè)模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖24所示。圖24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)各模塊的功能設(shè)計(jì) 電源模塊本系統(tǒng)有無線模塊、單片機(jī)模塊、溫濕度測(cè)量模塊等等，綜合分析需要電源模塊提供+5V電壓和+，以滿足各模塊的工作電壓需求。 溫濕度測(cè)量模塊本系統(tǒng)要測(cè)量多點(diǎn)糧倉內(nèi)的溫濕度信息值，為了了解糧倉內(nèi)的每一個(gè)時(shí)刻的溫濕度信息值，溫濕度測(cè)量模塊要能一直測(cè)量，當(dāng)接收到上位監(jiān)測(cè)主機(jī)的命令時(shí)，就暫時(shí)停止測(cè)量，將測(cè)量信息值傳送給上位機(jī)，當(dāng)發(fā)送結(jié)束后，就繼續(xù)測(cè)量溫濕度。 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)控制模塊，它的晶振控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏，I/O口控制著外圍電路的工作情況，主要是控制溫濕度的測(cè)量、nRF905接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、報(bào)警模塊的工作等等。 無線傳輸模塊上位監(jiān)測(cè)主機(jī)和下位監(jiān)測(cè)分機(jī)都需要連接無線傳輸模塊，根據(jù)上位監(jiān)測(cè)主機(jī)和下位監(jiān)測(cè)分機(jī)的功能要求，處于等待接收模式或發(fā)送模式。上位監(jiān)測(cè)主機(jī)首先是發(fā)送模式，然后等待接收；下位監(jiān)測(cè)分機(jī)首先等待接收數(shù)據(jù)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)。 按鍵選擇模塊上位機(jī)的按鍵模塊功能：當(dāng)按下KEY1鍵，1號(hào)下位機(jī)將溫濕度信息值發(fā)送給上位機(jī)；當(dāng)按下KEY2鍵，2號(hào)下位機(jī)將溫濕度信息值發(fā)送給上位機(jī)。下位機(jī)的按鍵選擇模塊功能：按下KEY1鍵測(cè)量溫度并顯示；按下KEY2鍵測(cè)量濕度并顯示。 顯示模塊上位機(jī)和下位機(jī)都具有顯示模塊，上位機(jī)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示下位機(jī)發(fā)送來的溫濕度的測(cè)量值以及監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)；下位機(jī)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示本地實(shí)時(shí)測(cè)量值。 報(bào)警電路模塊上位機(jī)接收到的溫度信息值不在給定范圍內(nèi)時(shí)，就點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器；濕度信息值不在給定范圍內(nèi)時(shí)，就點(diǎn)亮綠色發(fā)光二極管并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的適宜溫度范圍為：10℃40℃，適宜濕度范圍為：10%80%。第3章 系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)