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無線濕溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計開題報告
摘 要: 針對現(xiàn)實中更為便捷的監(jiān)測濕溫度的要求，下位機(jī)以無線收發(fā)模塊nRF2401為基礎(chǔ)，配合51 單片機(jī)和濕溫度傳感器設(shè)計出了監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路;上位機(jī)用VC6.0 開發(fā)，可以實現(xiàn)對監(jiān)測結(jié)果的動態(tài)曲線顯示，儲存，打印。該設(shè)計可移植性好，在倉庫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、檔案資料庫、煙草和食品加工行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：無線通信;濕溫度監(jiān)測;單片機(jī);串口通信;VC
1 引 言
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各行各業(yè)需要監(jiān)測濕溫度的場合越來越多�，F(xiàn)有的濕溫度監(jiān)測系統(tǒng)多是采用有線傳輸，不僅要敷設(shè)大量的電纜，而且電源線，控制線，信號線混在一起，可能會出現(xiàn)相互之間的干擾。尤其是當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)過多時，布線復(fù)雜，有線傳輸?shù)膯栴}會更嚴(yán)重。因此需要建立一套穩(wěn)定可靠，管理科學(xué)，高效率的濕溫度監(jiān)測系統(tǒng)。本文介紹的無線濕溫度監(jiān)測系統(tǒng)，改進(jìn)和克服了有線的上述缺點(diǎn)。改變溫濕度測量點(diǎn)位置和增加或減少測量點(diǎn)數(shù)目都非常方便。
2 方案設(shè)計
2.1 系統(tǒng)框圖
整個系統(tǒng)可由多個無線傳感器節(jié)點(diǎn)和一個中心節(jié)點(diǎn)組成。其中，無線傳感器節(jié)點(diǎn)分布在需要測量的現(xiàn)場,由濕度傳感器和溫度傳感器完成對周圍環(huán)境濕溫度數(shù)據(jù)采集，送至單片機(jī)進(jìn)行處理并在液晶模塊顯示，然后通過無線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。監(jiān)測中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，由單片機(jī)處理后通過RS-232 串口傳至PC 端，進(jìn)行圖像的繪制，數(shù)據(jù)的處理和儲存。當(dāng)濕溫度超過預(yù)設(shè)閥值時，中心節(jié)點(diǎn)處蜂鳴器進(jìn)行報警提示。
2.2 技術(shù)指標(biāo)
溫度測試范圍：-55- +125 ℃ 測試精度：0.5 ℃濕度測試范圍：10%-100%RH 測試精度：1%RH無線傳輸范圍：開闊地80m 左右。
3 系統(tǒng)組成模塊
3.1 無線發(fā)射接收模塊
系統(tǒng)通過無線收發(fā)模塊傳輸現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)所處環(huán)境較惡劣，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸筝^高。綜合考慮以上因素，采用以nRF2401AG 為核心芯片的無線數(shù)傳模塊。nRF2401AG 是單片無線收發(fā)一體的芯片。模塊工作電壓為2.7~3.6V，內(nèi)置天線;采用全球開放2.4GHz ISM 頻段，免許可證使用;采用高效GMSK 調(diào)制最高傳輸速率達(dá)到1Mbit/s，抗干擾能力強(qiáng);有125 個頻道，可滿足多頻及跳頻需要;內(nèi)置硬件CRC 檢錯，支持點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制。
模塊可以通過軟件設(shè)置地址，只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)，可直接連接各種MCU，軟件編程非常方便。nRF2401AG 可通過軟件設(shè)置40 bit 的地址，適合點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸;CRC 糾檢錯硬件電路和協(xié)議，提高了系統(tǒng)的可靠性，且不再需要用軟件對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯控制編碼，簡化了軟件編程。PTR4000PA 是PTR4000 的功率加強(qiáng)型產(chǎn)品，傳輸距離更遠(yuǎn)(開闊地約300-400m，室內(nèi)約 50-100m)。nRF2401AG 最突出的特點(diǎn)是具有一種ShockBurstTM Mode(突發(fā)模式)的通信模式。ShockBurst Mode 使用芯片內(nèi)部的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)可以從低速微控制器送入，高速(1 Mb/s)發(fā)射出去，字頭和校驗碼由硬件自動添加和去除。其優(yōu)點(diǎn)是功耗低，抗干擾能力強(qiáng)。
3.2 溫度測量模塊
溫度傳感器采用采用 Dallas 公司的單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，芯片內(nèi)部集成了溫度傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其測溫范圍為-55-+125℃，測量的溫度值可編程為9、10、11 和12 位數(shù)字表示，相應(yīng)溫度分辨力分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃ 和 0.0625℃。用戶可設(shè)定溫度超標(biāo)報警的上、下限值。
DS18B20 為一線通信接口，必須先完成ROM 設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下命令之一：1)讀ROM，2)ROM匹配，3)搜索ROM，4)跳過ROM，5)報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64 位光刻ROM 序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時總線也可以知道總線上掛有多少，什么樣的設(shè)備。
3.3 濕度測量模塊
濕度傳感器采用HS1101。HS1101 是HUMIREL 公司生產(chǎn)的變?nèi)菔较鄬穸葌鞲衅鳎捎锚?dú)特的工藝設(shè)計。
HS1101 測量濕度采用將HS1101 置于555 振蕩電路中，將電容值的變化磚換成電壓頻率信號，可以直接被微處理器采集。
555 芯片外接電阻R57，R58 與HS1101，構(gòu)成對HS1101 的充電回路。7 端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路實現(xiàn)對HS1101 的放電回路，并將引腳2，6 端相連引入到片內(nèi)比較器，構(gòu)成一個多諧波振蕩器，其中，R57 相對于R58 必須非常的小，但決不能低于一個最小值。R51 是防止短路的保護(hù)電阻。
HS1101 作為一個變化的電容器，連接2 和6 引腳。引腳作為R57 的短路引腳。HS1101 的等效電容通過R57 和R58 充電達(dá)到上限電壓(近似于0.67 VCC，時間記為T1)，這時555 的引腳3 由高電平變?yōu)榈碗娖�，然后通過R58 開始放電，由于R57 被7 引腳內(nèi)部短路接地，所以只放電到觸發(fā)界線(近似于0.33 VCC，時間記為T2)，這時555 芯片的引腳3 變?yōu)楦唠娖�。通過不同的兩個電阻R19， R20進(jìn)行傳感器的不停充放電，產(chǎn)生方波輸出。
由此可以看出，空氣相對濕度與555 芯片輸出頻率存在一定線性關(guān)系。給出典型頻率濕度關(guān)系(參考點(diǎn)：25℃，相對濕度：55%，輸出頻率：6.208k Hz)�？梢酝ㄟ^微處理器采集555 芯片的頻率，然后查表即可得出相對濕度值。為了更好提高測量精度，也可采用下位機(jī)負(fù)責(zé)采集頻率，將頻率值送入上位機(jī)進(jìn)行分段處理的方法。
4 PC 機(jī)與數(shù)據(jù)處理
PC 機(jī)采用VC6.0 開發(fā)上位機(jī)軟件。VC6.0 具有面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法、友好的用戶界面、實時型強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，還具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和圖形處理功能，因此非常適用于開發(fā)通信系統(tǒng)控制軟件。在采用VC 開發(fā)過程中，為實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，設(shè)計中采用MSComm 控件。
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