【正文】 畢業(yè)設計多點糧倉溫濕度的無線監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現 多點糧倉溫濕度的無線監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現 學院名稱： 電氣信息工程學院 專 業(yè)： 測控技術與儀器 多點糧倉溫濕度的無線監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現 摘要 :為滿足采集多點糧倉溫濕度信息值監(jiān)測的需求，設計一上位控制主機和多點下位監(jiān)測分機兩部分。由溫度傳感模塊、濕度傳感模塊、無線傳輸模塊和單片機模塊等組成下位監(jiān)測分機，由單片機模塊、按鍵模 塊、無線傳輸模塊和報警模塊等組成上位控制主機。下位監(jiān)測分機通過測量糧倉內溫濕度，經過無線傳輸模塊把監(jiān)測節(jié)點的溫濕度信息值傳送至上位主機，并在顯示器上顯示出該監(jiān)測節(jié)點的節(jié)點號和該監(jiān)測點當前溫濕度測量值，并具有溫濕度超值報警功能，下位機同時能顯示當前本地信息值。 關鍵詞：無線傳輸模塊；溫濕度傳感器；單片機 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 課題的研究內容 2 課題的任務要求 3 第 2 章 系統(tǒng)方案設計 4 方案的選擇與論證 4 總體設計方案 4 方案的比較與論證 5 系統(tǒng)結構框圖設計 6 系統(tǒng)各模塊的功能設計 7 電源模塊 7 溫濕度測量模塊 7 單片機控制模塊 7 無線傳輸模塊 8 按鍵選擇模塊 8 顯示模塊 8 報警電路模塊 8 第 3 章 系統(tǒng)各模塊的硬件設計 9 電源模塊設計 9 溫濕度測量模塊設計 10 溫度測量模塊設計 10 濕度測量模塊設計 11 單片機控制模塊設計 12 時鐘電路設計 13 復位電路設計 13 無線傳輸模塊設計 14 無線傳輸模塊簡介 14 無線傳輸模塊與單片機的接口設計 16 按鍵選擇模塊設計 16 顯示模塊設計 17 報警電路模塊設計 19 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 21 上位機的設計 21 上位機的設計思路 21 上位機 的設計流程 21 無線模塊軟件設計 23 下位機的設計 32 下位機的設計思路 32 下位機的軟件總設計流程 32 溫度測量的軟件設計 34 濕度測量的軟件設計 37 第 5 章 系統(tǒng)調試與數據分析 41 硬件電路的制作和調試 41 軟硬件功能分析 43 測試結果分析 44 第 6 章 總結 45 參考文獻 46 致謝 48 附錄 1 電路原理圖 49 附錄 2 程序 51 附錄 3 實物圖 70 附錄 4 元器件清單 71 附錄 5 傳感器英文文獻翻譯 72 多點糧 倉溫濕度的無線監(jiān)測系統(tǒng) 前言 隨著中國加入 WTO，糧食市場的逐漸開放，儲存大量的糧食對穩(wěn)定國民經濟的發(fā)展起著至關重要的作用，糧倉內的糧食由于溫濕度沒有得到有效的控制，經常發(fā)生糧食變質的情況，因此糧倉溫濕度的測量方法以及相應的智能控制一直是糧食保存的一個重要問題，隨著我國科技的快速發(fā)展和農業(yè)自動化程度的提高，糧倉管理技術得到很大的發(fā)展。傳統(tǒng)人工測量的方法逐漸被電子測量所代替，小的糧倉采用小的測量儀測量，大的糧庫逐漸配備微機。同時隨著單片機技術和工業(yè)生產自動化程度的不斷提高，單片機測控技術已得到了廣泛的推廣和應 用。這種單片機的測試技術為工業(yè)控制、農業(yè)控制、家用電器和儀器儀表智能化的應用提供了一種全新的、有效的測試方法，并具有很大的實用意義和廣闊的應用前景。 糧食的保存至關重要，為了實現糧食的大量儲存，本課題設計了一個智能測量系統(tǒng)――多點糧倉溫濕度的無線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能測量糧倉的溫濕度，也能測量大棚溫濕度，還能應用于工業(yè)測量，應用范圍甚廣。 第 1 章 緒論 課題的意義和目的 當代科學技術日益向高速化、智能化、信息化、網絡化發(fā)展，不管是生活還是生產，都離不開自動化。信息社會對工業(yè)和農業(yè)生產提出了更高、更 新的要求，不僅要節(jié)約成本，而且要高效化。 溫濕度的測量是工業(yè)和農業(yè)生產中重要的一個環(huán)節(jié)，尤其對于農業(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容，也是衡量糧倉管理工作的重要指標。為了保證日常工作的順利進行，必須加強糧倉內溫濕度的監(jiān)測工作，但傳統(tǒng)的監(jiān)測方法既費時又費力，而且誤差較大，因此需要造價低廉、使用方便、測量精確的監(jiān)測系統(tǒng)。 為了滿足糧倉溫濕度的精確控制要求，滿足測溫濕度過程信號易處理要求，設計一種可遠程無線傳輸的多點監(jiān)測數字顯示的溫濕度測 量系統(tǒng)，可以完成多點糧倉溫濕度的測量和顯示功能。該系統(tǒng)操作簡單，功能齊全，是單片機智能化的一種應用。 課題的研究內容 本次畢業(yè)設計以單片機 STC89C52 為核心，能夠綜合測量和處理多點溫度和濕度，并能無線收發(fā)信號，具有報警系統(tǒng)和數字顯示功能。具體設計內容如下： 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的連接，以及如何完成數據的采集； 設計多個溫濕度采集從機子系統(tǒng)，編號為 1N，能滿足對溫濕度的精確測量； 主機可利用無線模塊、單片機和鍵盤，選擇 所要監(jiān)測的溫濕度節(jié)點，將該監(jiān)測節(jié)點的數據經由無線傳送至主機，并用顯示器顯示出該監(jiān)測節(jié)點結果； 把測得的數據與限定值比較，如果超出范圍，報警系統(tǒng)就會發(fā)出警報； 制作硬件電路，編寫相應的軟件程序，進行系統(tǒng)調試和測試數據綜合分析。 課題的任務要求 根據課題的意義和目的，經分析本次課題需要研究的內容，提出了該課題相應的設計任務的要求，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到177。 5%； 系統(tǒng)主機可顯示當前信息采集的節(jié)點號、溫度 、濕度信息值，顯示清晰直觀，下位從機也可顯示當前本地信息值； 各節(jié)點數據與主機交換采用無線傳輸模式進行，系統(tǒng)具有超溫 /超濕報警功能； 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)方案設計 確定了課題的目的和意義，根據本課題的研究內容和任務要求，設計出本課題的研究方案，并將方案進行比較論證，選擇較優(yōu)的方案，闡述方案各個模塊的功能。 方案的選擇與論證 總體設計方案 根據本次課題的內容及課題任務的要求，基于多點溫濕度的無線監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫 濕度檢測電路、下位機控制電路、無線傳輸電路、上位機控制電路四個主要模塊組成。該系統(tǒng)設計了兩個下位監(jiān)測分機，其總體原理框圖，如圖 21 所示。 圖 21 總體原理框圖 根據原理框圖，設計了兩種方案，如下所示。 方案一：采用模擬溫濕度傳感器和 A/D 轉換器組成溫濕度檢測電路，上位機和下位機采用 FPGA 開發(fā)板，無線收發(fā)模塊用 CC1101，數字顯示電路部分運用移位寄存器 74LS164 移位輸入字形碼，采用數碼管顯示。其設計框圖如圖 22 所示。 圖 22 方案一的設計框圖 方案二：采用溫度傳感器 DS18B20 和濕度傳感器 DHT11 進行溫濕度測量，上位機和下位機采用單片機 STC89C52，利用 nRF905 作為無線傳輸模塊，數碼管顯示測量結果，采用 7407 驅動，動態(tài)顯示。其設計框圖如圖 23 所示。 圖 23 方案二的設計框圖 方案的比較與論證 溫濕度測量部分 方案一中采用模擬測量器件，需要經過 A/D 轉換器，測量精度要受到影響，如果選擇精度較高的 A/D 轉換器，那費用也較高。方案二中采用 DS18B20 測溫和DHT11 測濕，測量方便、精度較高且價格適中，故選擇方案二的溫濕度測量方法。 單片機部分 方案一中采用 FPGA，它的功 能強大， I/口較多，處理能力強，但其價格較高，使用復雜，用在此系統(tǒng)中未免有些大材小用，而 STC89C52 單片機的性能也較好，價格便宜，功能已經完全滿足此次設計要求，使用也較為方便，故選擇STC89C52 單片機。 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，可以很方便地實現點對點及點對多點無線通信，兩者性能相似，都能滿足本次設計系統(tǒng)的要求，但CC1101 的價格較高，考慮到經費的問題，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，數據需要串行輸入，在時鐘端脈沖上升沿作用下輸入數據，本設計是四位顯示，就需要接四個 74LS164,雖然軟件設計比動態(tài)顯示簡單，占用內存少，但其硬件焊接量大。方案二中采用芯片7407 驅動，動態(tài)顯示，數碼管也是四位一體的，不但軟件設計簡單，而且硬件制作方便，價格也低廉，故選擇方案二的顯示方法。 綜上所述，選擇方案二。 系統(tǒng)結構框圖設計 該設計選擇方案二的方法，該方案包括上位機和兩個下位機兩部分。下位機由單片機 STC89C52 最小模塊、數碼管顯示模塊、 nRF905 無線傳輸模塊和溫濕度測量模塊四個模塊組成；上位機由 nRF905 無線傳輸模塊、按鍵選擇模塊、數碼管顯示模塊、溫濕度超值報警模塊、單片機 STC89C52 最小模塊五個模塊組成。系統(tǒng)結構框圖，如圖 24 所示。 圖 24 系統(tǒng)結構框圖 系統(tǒng)各模塊的功能設計 電源模塊 本系統(tǒng)有無線模塊、單片機模塊、溫濕度測量模塊等等，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。 溫濕度測量模塊 本系統(tǒng)要測量多點糧倉內的溫濕度信息值，為了了解糧倉內的每一個時刻的溫濕度信息值，溫濕 度測量模塊要能一直測量，當接收到上位監(jiān)測主機的命令時，就暫時停止測量，將測量信息值傳送給上位機，當發(fā)送結束后，就繼續(xù)測量溫濕度。 單片機控制模塊 單片機控制模塊，它的晶振控制著單片機的工作節(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量、 nRF905 接收和發(fā)送數據、報警模塊的工作等等。 無線傳輸模塊 上位監(jiān)測主機和下位監(jiān)測分機都需要連接無線傳輸模塊，根據上位監(jiān)測主機和下位監(jiān)測分機的功能要求，處于等待接收模式或發(fā)送模式。上位監(jiān)測主機首先是發(fā)送模式，然后等待接收；下位監(jiān)測分機首先等待接收數據， 然后發(fā)送數據。 按鍵選擇模塊 上位機的按鍵模塊功能：當按下 KEY1 鍵， 1 號下位機將溫濕