【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)多點(diǎn)糧倉(cāng)溫濕度的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 多點(diǎn)糧倉(cāng)溫濕度的無(wú)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(cāng)溫濕度的無(wú)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(cāng)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(wú)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(wú)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(guò)測(cè)量糧倉(cāng)內(nèi)溫濕度，經(jīng)過(guò)無(wú)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(wú)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 Granary Abstract: 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(wú)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(wú)線傳輸模塊設(shè)計(jì) 14 無(wú)線傳輸模塊簡(jiǎn)介 14 無(wú)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(wú)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(cāng)溫濕度的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 前言 隨著中國(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，糧倉(cāng)內(nèi)的糧食由于溫濕度沒(méi)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(cāng)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(wèn)題，隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化程度的提高，糧倉(cāng)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(cāng)采用小的測(cè)量?jī)x測(cè)量，大的糧庫(kù)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(cāng)溫濕度的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能測(cè)量糧倉(cāng)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(cāng)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(cāng)日常工作的重要內(nèi)容，也是衡量糧倉(cāng)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(cāng)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(cāng)溫濕度的精確控制要求，滿足測(cè)溫濕度過(guò)程信號(hào)易處理要求，設(shè)計(jì)一種可遠(yuǎn)程無(wú)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(cāng)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線傳輸模式進(jìn)行，系統(tǒng)具有超溫 /超濕報(bào)警功能； 糧倉(cāng)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(guò) 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/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(wú)線傳輸部分 方案一中選擇利用 CC1101 無(wú)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(wú)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(wèn)題，故選擇 nRF905 無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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供 +5V 電壓和 + 電壓，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(cāng)內(nèi)的溫濕度信息值，為了了解糧倉(cāng)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(wú)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(wú)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