空氣濕度監(jiān)測無線傳感器網絡設計【畢業(yè)設計+開題報告+文獻綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　空氣濕度監(jiān)測無線傳感器網絡設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息工程 </p

2、><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　

3、　無線傳感器網絡，作為一種全新的信息獲取和處理技術能夠廣泛地應用十多個領域，近年來成為國內外傳感器技術領域的熱點研究課題。它是在特定的背景下以一定的網絡模型規(guī)劃的一組傳感器節(jié)點的集合，傳感器節(jié)點是為傳感器網絡特別設計的微型計算機系統(tǒng)，在整個網絡體系中處十重要的地位。</p><p>　　本文主要以環(huán)境監(jiān)測為背景，設計了一種無線傳感器網絡節(jié)點。論文完成的主要工作如下:</p><p>　　(

4、1)對無線傳感器網絡的起源和發(fā)展、研究現(xiàn)狀，以及幾項關鍵技術進行了深入的了解，探討了無線傳感器網絡節(jié)點研制的基本原則和思想。</p><p>　　(2)在對無線傳感器網絡節(jié)點的結構進行了分析后，本文采用星型拓撲結構,將濕度傳感器節(jié)點分布在需要測量的現(xiàn)場,執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送的功能。濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂乒?jié)點后再通過232串口總線發(fā)送到監(jiān)測中心主機,實時顯示每個濕度傳感器節(jié)點的信息。</p><

5、p>　　(3)論文工作中對無線傳感器網絡在溫室環(huán)境監(jiān)測的一些技術做了一些研究，并在此基礎上提出了一套用于溫室的無線傳感器網絡監(jiān)測系統(tǒng)。</p><p>　　面向環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網絡節(jié)點已開發(fā)完成，實踐證明該節(jié)點的設計能夠滿足溫室各種環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，取得了較好的效果。系統(tǒng)功能獨立，其中下位機既可單獨運行控制，也可通過串口由PC機進行監(jiān)控。經模擬試驗驗證，整個系統(tǒng)配置合理，操作方便，一易于擴展，可靠性好，通

6、用性強，適合于中小型溫室環(huán)境的自動監(jiān)控</p><p>　　關鍵詞：空氣溫濕度；傳感器；單片機；無線傳感器網絡</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Wireless Sensor Network (WSN) is a hot research subject in sensor technology are

7、 a recent years, which is widely used in many fields as a new information technology of acquisition and processing. It is a certain network planning model in the specific context, which is consisted of a collection of s

8、ensor nodes. Sensor node is a micro-computer system.It plays an important role in It is specifically designed for wireless sensor networks. It plays an important role in the whole network.</p><p>　　In this p

9、aper, to environmental monitoring as the background, designed a wireless sensor network node. It achieves the main jobs:</p><p>　　(1)The dissertation carried out a sound study on the development，Present stat

10、us，some key technique，as well as the basic Principles and Philosophy of WSN.</p><p>　　(2)In this dissertation,we used Star topology,the humidity sensor nodes Distributed in the field to be measured, Perform

11、data collection, processing, transmission function. Humidity data to the control node and then sent via 485 to the monitoring center console, real-time display of information for each humidity sensor node.</p><

12、;p>　　(3)The work also studied the technology of environment monitoring in coal WSN, and a monitoring system is build for monitoring the environment information of humidity in coal mine.</p><p>　　Wireless

13、sensor network nodes for environment monitoring has been developed and is proven that the node is designed to meet the down-hole monitoring of various environmental parameters, and achieved good results.By the test of si

14、mulate trial, we find that the system have many characteristics such as reasonable configuration, operating easily, easy to expand, good reliability ,better universal property and ete. It is suitable for the monitor and

15、control system of medium and small-scale greenhouse</p><p>　　Keyword: Air Temperature and humidity；Sensors; SCM;wireless sensor network</p><p>　　空氣濕度監(jiān)測無線傳感器網絡設計I</p><p><b>　　

16、摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　第一章 緒論1</p><p>　　1.1研究背景和意義1</p><p>　　1.2 研究發(fā)展和現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.1空氣濕度測量技術的發(fā)展和現(xiàn)狀3</p><p>　　

17、1.2.2無線傳感網絡節(jié)點研究的發(fā)展4</p><p>　　1.2.3現(xiàn)在無線傳感器網絡的特點5</p><p>　　1.3本課題的主要內容6</p><p>　　1.4課題研究的主要步驟7</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設計及芯片選擇7</p><p><b>　　2.1引言7</b

18、></p><p><b>　　2.2設計要求8</b></p><p>　　2.3系統(tǒng)總體方案8</p><p>　　2.4主要元器件的選取9</p><p>　　2.4.1傳感器的選取9</p><p>　　2.4.2單片機的選取10</p><p>　

19、　2.4.3無線模塊的選取11</p><p>　　第三章 硬件電路設計12</p><p>　　3.1空氣溫濕度傳感器介紹12</p><p>　　3.2顯示電路14</p><p>　　3.3報警電路16</p><p>　　3.4無線模塊電路17</p><p>　　3.5串口

20、通訊接口電路19</p><p>　　第四章 單片機軟件設計19</p><p>　　4.1系統(tǒng)主程序設計20</p><p>　　4.2傳感器數(shù)據(jù)傳輸子程序20</p><p>　　4.3數(shù)據(jù)濾波子程序22</p><p>　　4.4標度變換子程序23</p><p>　　4.5無

21、線傳輸子程序23</p><p>　　4.6顯示子程序24</p><p>　　4.7報警子程序24</p><p>　　第五章 串口通訊軟件設計（附）25</p><p>　　5.1通訊協(xié)議約定25</p><p>　　5.2串口的基本特點25</p><p>　　第六章 結論與建

22、議25</p><p>　　6.1主要結論25</p><p>　　6.2系統(tǒng)改進和擴展的建議26</p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附件30</b></p>&

23、lt;p>　　附錄（一）:傳感器數(shù)據(jù)傳輸子程序30</p><p>　　附件（二）：數(shù)據(jù)濾波子程序35</p><p>　　附錄（三）：標度變換子程序:37</p><p>　　附錄（四）：無線通信子程序40</p><p>　　附錄（五）：超限報警程序56</p><p><b>　　第一章

24、 緒論</b></p><p>　　1.1研究背景和意義</p><p>　　空氣濕度是表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕?？諝獾母蓾癯潭冉凶觥皾穸取薄?空氣濕度在許多方面有著重要的用途，在大氣學、氣象學和氣候學中它是理論中的一個重要值，在實際生活中也有很大的用途。在醫(yī)學上空氣的濕度與呼吸之間的關系

25、非常緊密。在建筑物理中露點也是一個非常重要的量，而一般人在45-55%的相對濕度下感覺最舒適。</p><p>　　無線傳感器網絡是一種新型的信息采集技術。在現(xiàn)在這個信息時代日益受到國內外科研工作者的高度重視。無線傳感器網絡，指的是在環(huán)境中布置傳感器節(jié)點，并以無線通信方式組織成網絡，傳感器節(jié)點完成一些數(shù)據(jù)采集工作，節(jié)點通過無線傳感網絡將數(shù)據(jù)發(fā)送到網絡中，并最終由特定的應用接收。</p><p&

26、gt;　　無線傳感器網絡的平面結構如圖1-1所示。在傳感器網絡中，大量傳感器節(jié)點被隨機部署在監(jiān)測區(qū)域內，節(jié)點以自組織方式構成網絡，節(jié)點監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過其他傳感器節(jié)點逐條地進行傳輸，在傳輸?shù)倪^程中數(shù)據(jù)可能被多個中間節(jié)點處理。經過多條路由后，監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，最后通過Internet或者衛(wèi)星將收集到的數(shù)據(jù)傳送給遠端用戶，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。</p><p>　　圖1-1 無線傳感器網絡的結構圖</p>

27、<p>　　無線傳感器網絡中的節(jié)點可分為兩種:普通的傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點。普通節(jié)點，一般為一個微型的嵌入式系統(tǒng)，由于結構簡單，它的處理能力、存儲能力和通信能力都相對較弱，使它的工作時間收到了很大的限制。匯聚節(jié)點，可以是一個具有增強功能的普通節(jié)點，有足夠的能量供給和更多的內存與計算資源，也可以是沒有監(jiān)測功能僅帶有無線通信接口的特殊網關設備。節(jié)點處理能力、存儲能力和通信能力相對較強。</p><p>　　在

28、分簇結構中，網絡被劃分為多個簇。每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成，這些簇頭組成高一級的網絡。簇成員只負責數(shù)據(jù)的采集，簇頭則負責簇間數(shù)據(jù)的轉發(fā)，分工合作，大大減少了網絡中路由控制的信息量，因此具有很好的可擴充性。簇頭可以預先指定，也可以通過分簇算法選舉產生。由于簇頭可以通過選舉隨時產生，所以分簇結構具有很強的適應性和抗毀性，維護分簇結構需要節(jié)點執(zhí)行分簇算法。</p><p>　　由于無線傳感器網絡的先進性，使其應用

29、領域與普通通信網絡有著顯著的區(qū)別，其主要包括以下幾類：</p><p>　　(1)災害，保護區(qū)監(jiān)測</p><p>　　在發(fā)生了地震、暴雪或遭受嚴重自然災害打擊后，固定的通信設施被大面積摧毀，對于搶險救災來說這將造成很多困難，這時就需要無線傳感器網絡這種能快速布設的自組織網絡技術，來完成通信網絡的組建。無線傳感器網絡的方便快速展開和自組織特點，是這些場合通信的最佳選擇。</p>

30、<p><b>　　(2)戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)控</b></p><p>　　軍事應用是無線傳感器網絡技術的主要應用領域。由于其特有的無需架設網絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點，可以迅速在指定戰(zhàn)區(qū)布置完成，及時掌握戰(zhàn)場資訊，使戰(zhàn)場更加單方面透明，而且它的生存性相當出色，不用擔心維護問題。由于以上原因無線傳感器網絡已成為數(shù)字無人戰(zhàn)場無線數(shù)據(jù)通信的首選技術，是軍隊在敵對區(qū)域中獲取情報的重要

31、技術手段。在軍事上有著非常廣的應用，因此許多國家不惜巨資進行相關研究。</p><p>　　(3) 實時監(jiān)測和預報環(huán)境因子</p><p>　　隨著人們生活水平的提高，越來越多的人開始關注人類自身生存的環(huán)境，這就為環(huán)境監(jiān)測產品的興起提供了契機。目前的大部分環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)還停留在工業(yè)時代，也就是如果工作人員需要知道環(huán)境參數(shù)，只能實地測量記錄，這樣既浪費人力，時效性也差，不能實時監(jiān)測，遇到突發(fā)事

32、件反映速度會很慢，完全不能滿足現(xiàn)代社會的需求。</p><p>　　本設計的目的就是建設一個實時濕度監(jiān)測網絡，將監(jiān)測點的數(shù)據(jù)通過無線網絡直接送到管理員的顯示器上，實現(xiàn)實時監(jiān)測，實時顯示，實時管理。由于技術，人員，資金，時間的限制，本設計只能做一個簡易的模型。但我相信未來這種系統(tǒng)一定會有很大的發(fā)展，這種系統(tǒng)一定會更加微型化，智能化，為我們的生活提供便利和舒適。</p><p>　　1.2 研

33、究發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1空氣濕度測量技術的發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　濕度測量的原理有：干濕球測量法，露點濕度測量法，利用物質幾何尺寸變化測量法，氣象色譜法，化學物質電特性法等。</p><p>　?。?）干濕球濕度計：由兩只溫度計組成。一支包濕潤網套，另一支不包。當網套表面水分蒸發(fā)時，會吸走一部分熱量使網套溫度降低。于是，這一支溫度計所指示

34、的溫度，就比另一支不包網套的溫度計所指示的溫度低?？諝獾南鄬穸仍降?，網套蒸發(fā)水分的速度越快，因而溫度降低的幅度越大。根據(jù)此溫度差和干球溫度，可從儀器所附的對照表中查出周圍氣體的相對濕度。這種濕度計結構相對較為簡單，主要用于氣象測量和室內空氣濕度測量。</p><p>　　相對濕度的計算：F=e/F×100%</p><p>　　式中：F——相對濕度（%）；</p>

35、<p>　　e——空氣中的水汽壓；</p><p>　　E——干球溫度條件下的飽和水汽壓。</p><p>　　優(yōu)點：當相對濕度接近100%RH時，可以得到較高的準確度。盡管若濕球溫度計被污染或使用不當時會帶來誤差，但由于該裝置比較簡單，使得維修費用非常低。主要用于室溫高于100℃的場合，是基本測量，穩(wěn)定性好，簡單，便宜，成本低。 </p><p>　　

36、缺點：測量結果很難做到精確，并需要進行計算才能得到最終結果。結果產生影響的因素還有溫度測量誤差、風速、輻射誤差等。在20℃時，干濕球溫度差的誤差為0.1℃時，相對濕度的誤差為1%RH。</p><p>　?。?）冷鏡式露點儀：當被測濕氣進入露點測量室時掠過冷鏡面，當鏡面溫度降至濕氣露點溫度時，鏡面上開始結露，光照在鏡面上出現(xiàn)漫反射，亮度減弱，光電傳感器感應到的反射信號隨之減弱，此變化經控制回路比較、放大后調節(jié)熱電

37、泵激勵，使其制冷功率適當減小。最后，鏡面溫度保持在樣氣露點溫度相同。鏡面的溫度由一緊貼在冷鏡面下方的鉑電阻溫度傳感器感應，并顯示在顯示窗上。 </p><p>　　優(yōu)點：屬基本測量，測量準確，并且儀器比較穩(wěn)定無漂移，目前準確度最高的儀器可達±0.1℃。 </p><p>　　缺點：價格較高，對操作人員的要求較高，并需進行維護。對污染物敏感。在-20℃~0℃范圍內有時會有過冷水存在

38、，因此要特別小心區(qū)分過冷水和霜。</p><p>　?。?）氧化鋁電容式濕度計</p><p>　　氧化鋁電容式濕度計是一個電容器，通過將一薄層孔狀的氧化鋁沉積在導電的基體上，然后再在氧化鋁薄層上涂敷一層薄金。導電基體和金薄層就形成電容器的電極。水蒸氣穿過金薄層被孔狀的氧化鋁吸收，這個電容器的阻抗與水分子個數(shù)，即水汽分壓成一定的比例。通過測量該電容器的阻抗或電容可獲得水汽分壓，通過換算可得

39、到露點值。該儀器形式繁多，例如便攜式電池操作的、顯示多參數(shù)的等等。 </p><p>　　它的感應范圍很廣，位于鋁和金電極之間的氧化鋁薄層在10-3Pa(約相當于-110℃露點)到水的飽和汽壓的整個范圍內都有響應。由于其對水的強烈的親和力，再加上水的較大的介電常數(shù)，使得這類儀器對水有高度的選擇性，而對其它普通氣體及有機氣和液體沒有響應。 </p><p>　　準確度也較高，在中高濕范圍其準

40、確度一般為±1~±2℃，低濕范圍，比如-100℃時，準確度一般為±2~±3℃。該類傳感器不與烴類氣體、CO、CO2、含氯氟烴氣體發(fā)生反應，但對于不同的氣體其漂移不同。對于某些腐蝕性氣體，例如氨、SO3以及氯，則會損壞傳感器，因此應盡量避免。 </p><p>　　優(yōu)點：較寬的響應范圍，從1μL/L(ppmv)到80%RH，可以遠程安裝，可以現(xiàn)場使用，相對穩(wěn)定，響應較快，溫度

41、系數(shù)較小，與流量變化無關，對水分有較高的選擇性，可以在較寬的溫度和壓力范圍內使用，日常維護量較小，體積小。 </p><p>　　缺點：該方法是間接測量，在較高的溫度下操作或某些氣體會引起漂移，受腐蝕性氣體的影響，必須定期校準以克服老化、滯后及污染。由于響應值非線性，因此需對每只傳感器進行校準，不能通用。 </p><p>　　以上介紹的都是些市面上比較常見的空氣濕度計的基本原理和各自的優(yōu)

42、缺點。一些不常用的這里就不介紹了。本次設計所用的是數(shù)字溫濕度傳感器DHT21（AM2301），在后面的器件說明中將詳細介紹。</p><p>　　1.2.2無線傳感網絡節(jié)點研究的發(fā)展</p><p>　　在無線傳感器網絡節(jié)點的研究開發(fā)方面，傳感器節(jié)點的研究在國內方面，中科院計算所研制出了具有國外同類產品優(yōu)點的軟件平臺。如圖1-3所示。除了串口的接入節(jié)點外，中科院計算所還推出了USB接口的接

43、入節(jié)點，使用起來更加方便，USB設備不但可以充當與PC之間的通信接口，需要的情況下還可以對節(jié)點電池進行充電。</p><p>　　圖1-3 GAINS節(jié)點實物圖</p><p>　　隨著無線傳感器網絡應用領域的不斷擴展，并且很多應用方面有較高的實時性要求，這些特點已經成為無線傳感器網絡發(fā)展的瓶頸，約束著無線傳感網絡的應用。</p><p>　　1.2.3現(xiàn)在無線傳感

44、器網絡的特點</p><p>　　常見的無線網絡包括移動通信網、無線局域網等，與這些網絡相比，無線傳感器網絡具有以下特點:</p><p><b>　　(1) 拓撲結構</b></p><p>　　無線傳感器網絡最主要的一個特點就是動態(tài)拓撲性。節(jié)點可以隨處移動;一個節(jié)點可能會因為故障，退出網絡運行;一個節(jié)點也可能由于工作的需要被添加到網絡中，這

45、些都會使網絡的結構隨時發(fā)生變化，不管哪種情況，網絡都要能正常工作。</p><p><b>　　(2) 自組織性</b></p><p>　　無線網絡的節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調各自的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。布設和展開無需依賴于任何預設的網絡設施。</p><p><b>　　(3)無中心性<

46、/b></p><p>　　無線網絡是一個對等網絡，沒有嚴格的控制中心，所有節(jié)點有平等地位。傳感器節(jié)點可以隨時加入或離開網絡，節(jié)點的故障不會影響整個網絡的運行，具有強的生存性。</p><p><b>　　(4) 多跳路由</b></p><p>　　由于網絡中節(jié)點通信距離有限，一般在幾百米范圍內，所以節(jié)點只能與它的鄰居進行直接通信。固定

47、網絡的多跳路由使用網關和路由器來實現(xiàn)，沒有專門的路由設備，無線傳感器網絡中的多跳路由是由普通網絡節(jié)點完成的。這樣每個節(jié)點是信息的發(fā)起者，同時也是信息的轉發(fā)者。</p><p>　　(5) 電源容量有限</p><p>　　電池作為網絡節(jié)點的供電部分，容量較小。而無線網絡特殊的應用領域決定了在使用過程中，很難更換電池，一旦能量用完，這個節(jié)點也就失去了作用。因此在無線傳感器網絡設計過程中，節(jié)能

48、都是技術和協(xié)議的重點。</p><p>　　(6) 硬件資源有限</p><p>　　傳感器節(jié)點普遍受到價格、體積和功耗的限制，其計算能力、程序空間和內存空間相對于普通的計算機功能要弱很多。</p><p>　　(7)節(jié)點數(shù)多，密度大</p><p>　　要對一個區(qū)域執(zhí)行監(jiān)測任務，往往需要大量傳感器節(jié)點分布到該區(qū)域。傳感器節(jié)點分布密集，利用節(jié)

49、點之間高度連接性來保證系統(tǒng)的容錯性和生存性，提高系統(tǒng)的生存能力。</p><p>　　1.3本課題的主要內容</p><p>　　本課題擬以ATMEL公司生產的SCT89C52單片機為核心，同時結合無線網絡技術，設計一套適合中小型溫室的以溫度，空氣相對濕度為主要控制對象的溫室自動監(jiān)測系統(tǒng)。課題研究的主要內容有:</p><p>　　1.總體設計：根據(jù)無線網絡傳感器系

50、統(tǒng)的應用場合，工作環(huán)境，控制對象，資金技術等確定合理的設計方案。合理利用資源，仔細劃分軟件部分和硬件部分各自應完成的功能，形成系統(tǒng)的研究模型。</p><p>　　2.硬件設計：目前市場上各種芯片種類繁多，產品也在不斷推陳出新，高性能的新產品不斷地進入市場，但我們不能盲目的追求高端產品，那將得不償失。因此必須按照系統(tǒng)要求，選擇既適合于本系統(tǒng)，又運行可靠的芯片和元器件，從而實現(xiàn)最合理的硬件電路。但由于時間較緊，本設

51、計的單片機是已經做好的成品，后面將對它做簡單的介紹。</p><p>　　3.軟件設計：本設計使用的是模塊化的程序設計方法，將系統(tǒng)應用程序按照整體功能，劃分為若干個相對獨立的程序模塊，并繪制了程序流程圖，各個模塊單獨設計，利用C語言編程。</p><p>　　4.與PC機的通訊：本設計采用串口接口電路的設計，通訊協(xié)議的確定以及通訊軟件的編程。</p><p>　　5

52、.程序的調試與運行：在單片機開發(fā)板上，用調試軟件對程序進行調試，查錯和修改，然后進行聯(lián)機調試，在線仿真，最后組裝樣機，脫機運行，驗證系統(tǒng)的功能，如有錯誤重復以上過程。</p><p>　　1.4課題研究的主要步驟</p><p><b>　　圖1-1研究框圖</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設計及芯片選擇</p>&l

53、t;p><b>　　2.1引言</b></p><p>　　單片機是單片微型計算機的簡稱，它通過將計算機的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上的微機。單片機內部含有CPU,ROM,RAM，并行I/O口，定時計數(shù)器，中斷控制，時鐘系統(tǒng)及總線等。它是工業(yè)控制和職能化控制系統(tǒng)中應用最廣的一種模塊。這種模塊的最大特點是設計者可根據(jù)自己的實際需要進行開發(fā)，設計一個單片機系統(tǒng)，更加方便，更加靈活，

54、成本更低。其基本方法是在單片機的基礎上進行接口的擴展，如，用于模擬/數(shù)字轉換的A/D. D/A接口， LED和LCD接口，用于人機對話的鍵盤處理接口，以及用于輸出控制的電機接口等。然后開發(fā)一些相應的軟件就可組成完整的單片機系統(tǒng)，實現(xiàn)多種功能。</p><p><b>　　2.2設計要求</b></p><p>　　(1)空氣溫濕度檢測范圍:由于測量環(huán)境的變換，溫度和濕

55、度的變化幅度很大，為了盡可能的擴大檢測范圍，使不同的用戶能夠根據(jù)實地的需要進行監(jiān)測，本系統(tǒng)可測量空氣溫度范圍：-40℃一+80℃，相對濕度范圍：O%RH--99%RH。水的冰點溫度是0℃，人最容易中暑的溫度是40℃，故系統(tǒng)預置溫度下限為0℃，預置溫度上限為40 C ,預置濕度上限為80%RH，預置濕度下限為30%RH。</p><p>　　(2)實時顯示溫度，濕度值。</p><p>　　

56、(3)當溫室里環(huán)境因子參數(shù)超過所設定的上下限時，能夠發(fā)出紅光報警信號，同時啟動相應的執(zhí)行機構動作。</p><p>　　(4)能夠隨時設置參數(shù)的上下限。</p><p>　　(5)能夠通過上位計算機遠程監(jiān)測環(huán)境空氣溫濕度。</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)總體方案</b></p><p>　　本系統(tǒng)以單片機為核心C

57、PU，通過串口與計算機通訊，既可以放置在溫室里獨立運行，又可以在野外進行室外監(jiān)測，實現(xiàn)受計算機控制的系統(tǒng)。從總體上講，本系統(tǒng)初步劃分為三個功能模塊:</p><p>　　(1)數(shù)據(jù)采集模塊：主要由傳感器，XL52-RF無線模塊等組成。傳感器用來感應環(huán)境溫濕度的變化，并把非電量的變化轉化為電信號。由于本設計使用的傳感器是數(shù)字溫濕度傳感器，輸出的是數(shù)字信號，所以傳感器采集到的信號可以直接傳送到無限模塊上，進行數(shù)據(jù)的傳

58、輸。</p><p>　　(2)無線發(fā)射模塊：由兩個XL52-RF無線模塊組成，一個負責將傳感器采集到的環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)射出去，另一個則負責接收數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)傳給顯示器或者上傳到PC機，兩個無線模塊就形成了簡單的無線網絡。因為本設計只是論證無線傳感器網絡的可行性，所以只有一收一發(fā)，如果需要的話可以進行相應的擴展。</p><p>　　(3)顯示模塊：該模塊的主要功能有:</p&

59、gt;<p>　　a.通過LCD數(shù)碼管實時顯示參數(shù)值。</p><p>　　b.通過鍵盤設定參數(shù)上下限。</p><p>　　c.通過LED管實現(xiàn)報警。</p><p>　　d.通過單片機與PC機的通信，將接收到的數(shù)據(jù)顯示在PC機上，也可通過PC機來遠程遙控設置參數(shù)上下限。</p><p>　　以上就是本設計的主要模塊。如果需要

60、進行實時控制的話，還可以添加一個控制模塊，但由于時間，資金和技術的限制，在這里我們就不做了。</p><p>　　2.4主要元器件的選取</p><p>　　2.4.1傳感器的選取</p><p>　　智能監(jiān)測系統(tǒng)最重要的元件之一就是傳感器，對整個智能測控系統(tǒng)至關重要。因為傳感器處于測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，其質量與性能的好壞，直接影響著整個測控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。傳感器是一

61、種轉換器件，它以一定的精度將被測非電量轉換為與之有確定關系并易于測量的電量。它一般由敏感元件，轉換元件和信號調理電路三部分組成。傳感器的主要性能指標為:線性度，靈敏度，遲滯性，重復性與分辨率。在選擇傳感器時，不必要求這幾項指標均最優(yōu)，而應根據(jù)實際情況，在保證主要性能指標滿足要求的前提下，使整機性價比達到最優(yōu)。由于溫室內環(huán)境條件較惡劣，而且傳感器用量較大，因此在選擇時應考慮我國當前農村的實際經濟發(fā)展水平。</p><p

62、>　　常用的溫度計可分為三類:一類利用物體熱脹冷縮原理來測量溫度，如水銀溫度計，壓力式溫度計等。二類利用物體的電阻隨溫度的變化而發(fā)生變化的特性來檢測溫度，如熱電偶，熱敏電阻等。三類利用物體表面熱輻射強度與溫度的關系來檢測溫度，如輻射溫度計，光學高溫計等。濕度傳感器按照濕度傳感元件的不同，可分為干濕球，電解質和半導體，冷鏡式三大系列。比如常見的：干濕球濕度計，氯化鋰濕度計，冷鏡式露點儀等。</p><p>　

63、　本設計所用的溫濕度傳感器是濟南聯(lián)誠創(chuàng)發(fā)科技有限公司生產的數(shù)字溫濕度傳感器DHT21(AM2301),它是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式感應元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連。因此該產品具有超快響應，抗干擾能力強，性價比高等優(yōu)點。可以更加準確的反應環(huán)境的溫濕度關系。單線制串口接口，使系統(tǒng)集成變

64、得簡易快捷。超小的體積，極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上。產品為4針單排引腳封裝。其主要技術參數(shù)為:</p><p>　　·供電電壓:3.3-5.5VDC</p><p>　　·準確度:溫度為士0.5 ℃ (0--50 ℃);</p><p>　　濕度為：士3%RH（lO%RH--100%RH ） </p><p>

65、　　·工作溫度:-40℃---+80℃</p><p>　　·長期穩(wěn)定性:溫度<0.10C/年;濕度<1%RH/年</p><p>　　·響應時間:6-20s</p><p>　　·輸出信號:4-20mADC</p><p>　　2.4.2單片機的選取 </p><p&g

66、t;　　目前國內的單片機按照其基本操作處理的位數(shù)可分為:1位機、4位機、8位機、16位機、32位機等。其中1位機和4位機是最早出現(xiàn)的單片機，它的特點是結構簡單，成本很低，但指令不豐富，且編程復雜，可用于簡單的控制; 目前國內流行的主要是8位單片機，它小巧靈活，指令豐富，整個單片機市場的60%以上份額，可以說8位單片機將在今后一段時間內仍是工業(yè)檢測控制的主流機型。新出現(xiàn)的16位機和32位單片機集成度高，性能優(yōu)越，但是其價格目前比較貴，從而

67、限制了它們廣泛的應用;目前世界上比較著名的單片機生產廠家有美國INTEL公司，MOTOROLA公司，TI公司，ATMEL公司等。</p><p>　　最近幾年隨著美國ATMEL公司的AT89單片機的推出和C語言的廣泛應用，MCS-51單片機有又了進步的活力。AT89系列以MCS-51為內核，兼容了MCS-51的硬件和軟件的優(yōu)點，其主要特點在于:片內的程序存貯器采用閃存技術，具有電可擦除，電可編程，且編程和擦除時間

68、短，并可反復編程，數(shù)據(jù)不易丟失，而且加密功能也大大增強了，能有效的防止用戶程序被復制，盜用。時鐘頻率也得到了很大的提高，使運算速度相應的加快了。它采用20腳封裝形式，使體積變得更小，更具應用靈活性，可以更加方便的應用于家電產品及小型設備儀器中。AT89系列單片機主要產品類型和特點如下表:</p><p>　　表2-1 AT89系列芯片</p><p>　　綜合性能，價格，設計需要等多方面考

69、慮，本設計采用美國ATMEL公司生產的STC89C52型單片機，此種機型是該公司近幾年推出的一種新機型，其市場價僅19元/片左右，性價比高，性能優(yōu)異，所以一經推出就得到了廣大用戶的青睞，其主要特點是:與MCS-51系列單片機全兼容。</p><p>　　由于STC89C52單片機含有豐富片內資源，有8Kbit的閃爍存貯器，而本設計的采集模塊程序由C語言編寫，編譯的代碼簡短，效率高，8K字節(jié)的程序空間足夠使用，剩余

70、的程序存貯空間可作為將來擴展系統(tǒng)所用，所以選此機型可以不必在外部再擴展程序存貯器，這樣可以簡化系統(tǒng)電路，降低系統(tǒng)成本。</p><p>　　2.4.3無線模塊的選取</p><p>　　無線模塊的任務是將傳感器測量到的數(shù)據(jù)通過無線傳送給遠端的接受設備。目前市場上的無線模塊種類繁多，好壞也參差不齊。本設計采用的是比較先進的XL24LD01型無線收發(fā)模塊。XL24LD01是采用挪威NORDIC

71、公司的nrf2401 2.4G無線IC設計的一款高性能2.4G無線收發(fā)模塊，采用GFSK調制，工作在2400-2483M的國際通用ISM頻段，最高調制速率可達2MBPS。XL24L01-D01集成了所有與RF協(xié)議相關的高速信號處理部分，如：自動重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動產生應答信號等，模塊的SPI接口可以利用單片機的硬件SPI口連接或用單片機的I/O口進行模擬，內部有FIFO可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機。、</p&

72、gt;<p>　　模塊大小32*15.2mm，2,54mm間距的雙排插針接口，使用內置PCB天線，開闊地1MBPS速度下，收發(fā)10個字節(jié)的數(shù)據(jù)量，測試最遠約70米左右。</p><p><b>　　特性：</b></p><p>　　·工作頻率 2400-2483M，共125個工作頻道，符合國際通用ISM法規(guī)。</p><p

73、>　　·FSK/GSK調制</p><p>　　·支持2M的高速數(shù)據(jù)傳輸，減少發(fā)射時間，降低平均功耗。</p><p>　　·當工作在應答模式通信時，快速的控制傳輸及啟動時間，極大的降低了平均。</p><p>　　·自動重發(fā)功能，自動檢查和重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包，重發(fā)時間及重發(fā)次數(shù)可軟件調節(jié)。</p><

74、p>　　·自動應答功能，在收到有效數(shù)據(jù)后，模塊自動發(fā)送應答信號，無需另行編輯。</p><p>　　·內置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制。</p><p>　　·數(shù)據(jù)包傳輸錯誤計數(shù)器及載波檢測功能可用于調頻設置。</p><p>　　·可同時設置六路接收通道地址，可選擇性的打開接收通道</p><

75、;p>　　·自動存儲未收到的應答信號的數(shù)據(jù)包。</p><p>　　第三章 硬件電路設計</p><p>　　本設計的任務是完成一個簡易空氣濕度監(jiān)測無線傳感器網絡, 可在無人值守情況下長期監(jiān)測某一區(qū)域的空氣濕度信息。采用星型拓撲結構,將濕度傳感器節(jié)點分布在需要測量的現(xiàn)場,執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送的功能。系統(tǒng)整體框架圖如下圖：</p><p>

76、;<b>　　3-0 系統(tǒng)框架圖</b></p><p>　　下面就各部分主要電路作介紹。</p><p>　　3.1空氣溫濕度傳感器介紹</p><p>　　圖3-1DHT21數(shù)字溫濕度傳感器外形和內部結構</p><p>　　本設計所用的溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。DHT21的供電電壓

77、為5V。傳感器上電后，要等待1S以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VCC,GND）之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。DATA用于微處理器與DHT21之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間5MS左右，具體格式在下面說明，當前數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。</p><p>　　數(shù)據(jù)格式：40bit數(shù)據(jù)=16bit濕度數(shù)據(jù)+16bit溫度數(shù)據(jù)+8bit校驗和</p>

78、;<p>　　例子：接收40bit數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　0000 0010 1000 1100 0000 0001 0101 1111 1110 1110</p><p>　　濕度數(shù)據(jù) 溫度數(shù)據(jù) 校驗和</p><p>　　濕度高8位+濕度低8位+溫度低8位=末8位=校驗和</p>&

79、lt;p>　　例如：0000 0010+1000 1100+0000 0001+0101 1111=1110 1110</p><p>　　濕度=65.2%RH 溫度=35.1℃</p><p>　　當溫度低于0℃時，溫度數(shù)據(jù)的高位置1.</p><p>　　例如：-10.1℃表示為 1000 0000 0110 0101</p><

80、p>　　用戶主機（MCU）發(fā)送一次開始信號后，DHT21從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，DHT21發(fā)送相應信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集。（注：主機從DHT21讀取的溫濕度數(shù)據(jù)總是前一次的測量值，如兩次測量間隔時間很長，需要連續(xù)讀兩次以獲得實時的溫濕度值）</p><p>　　空閑時是總線為高電平，通信開始時主機（MCU）拉低總線500us左右代表即將進入數(shù)據(jù)傳輸。<

81、;/p><p>　　從機的相應信號是一個80us左右的低電平，隨后從機在拉高總線80us左右代表即將進入數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　高電平后就是數(shù)據(jù)位，每1bit數(shù)據(jù)都是由一個低電平時隙和一個高電平組成。低電平時隙就是一個50us左右的低電平，它代表數(shù)據(jù)位的起始，其后的高電平的長度決定數(shù)據(jù)位所代表的數(shù)值，教長的高電平代表1，較短的高電平代表0.共40bit數(shù)據(jù)，當最后1bit數(shù)據(jù)傳送完成后

82、，從機將再次拉低總線50us左右，隨后釋放總線，由上拉電阻拉高。如下圖：</p><p>　　圖3-2 DHT21串口連接和上拉電阻</p><p>　　當測量溫度超過建議的工作范圍時，可能導致高達3%RH的臨時漂移信號。返回正常工作條件后，傳感器會緩緩地向校準狀態(tài)恢復。如果長期在非正常工作條件下使用，將會加速產品的老化過程。</p><p>　　DHT21引腳說明

83、:</p><p><b>　　3.2顯示電路</b></p><p>　　圖3-2數(shù)據(jù)顯示電路框圖</p><p><b>　　圖3-3供電電源</b></p><p>　　圖3-4數(shù)據(jù)顯示電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用了具有綜合功能的SCT89C52作為擴展I/O的

84、芯片。圖中，DO/D7是三態(tài)地址/數(shù)據(jù)線，與SCT89C52的總線PO口直接相連。</p><p>　　在本次設計中將PA, PB, PC口都用作基本輸出口，不使用定時/計數(shù)器。本設計采用JHD802A作為顯示器。JHD802A是2排8列液晶顯示器。其中第一排用作溫度顯示，第二排用作濕度顯示。液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、

85、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。</p><p>　　JHD802A采用標準的16腳接口，其中：</p><p>　　第1腳：VSS為電源地</p><p>　　第2腳：VDD接5V電源正極</p>

86、<p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。</p><p>　　第6腳：E端為使能端。</p&g

87、t;<p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。</p><p>　　第15～16腳：15腳背光正極，16腳背光負極。</p><p><b>　　3.3報警電路</b></p><p><b>　　圖3-5報警電路</b></p><p>　　本設計采用P1口作為超限聲光報

88、警的輸出端口。當溫室里的環(huán)境參數(shù)超過系統(tǒng)所設定的上下限范圍時，系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警。圖中，6個LED0-LED3紅色發(fā)光二極管的陽極通過限流電阻分別接到+5V高電平，LED0用作溫度超上限報警，LED1用作溫度超下限報警，LED2用作濕度超上限報警（注，因為本設計使用的DHT21溫濕度傳感器的濕度測量范圍是lO%RH--100%RH,所以上限報警可以忽略），LED3用作濕度超下限報警。系統(tǒng)上電后，如果當環(huán)境因子處于正常范圍內時，P1口輸出

89、高電平，表示正常，發(fā)光二極管不亮。一旦超過上下限，則P1口相應的位送出低電平，相應的二極管發(fā)出紅光，表示不正常。本設計采用一只壓電式蜂鳴器來產生聲音報瞥，蜂鳴器需要的驅動電流大約為10mA，所以可用P1.0口通過7404驅動器接到其負極，正極則接到+5V高電平。</p><p>　　正常情況下，P1.0口輸出高電平，蜂鳴器也不響。一旦超上下限，P1.0口就輸出低電平，使蜂鳴器兩端獲得5V左右的電壓，從而發(fā)出報警。

90、當溫度參數(shù)超過上限時，蜂鳴器會發(fā)出6聲嘀一嘀短而急促的報警聲。當溫度參數(shù)超過下限時，蜂鳴器會發(fā)出6聲嘀一嘀長而緩慢的報警聲.以提醒人們注意。</p><p><b>　　3.4無線模塊電路</b></p><p>　　在本設計中，我們將使用2個無線模塊，形成一個小型的無線網絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，將溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送到遠端的單片機上，并顯示出來，以便于及時的

91、掌握該地區(qū)空氣信息。其結構框圖如下：</p><p>　　上圖中使用的無線模塊是Nrf24L01。NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHZ世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器，增強型SchockBurst模式控制器，功率放大器，晶振，調制器，調節(jié)器。輸出功率，頻道選擇和協(xié)議的設置可以通過SPI接口進行設置。</p><p>　　圖3-6 NRF24L0

92、1原理圖</p><p>　　nRF24L01可以設置為以下幾種主要的模式：</p><p>　　待機模式Ⅰ在保證快速啟動的同時減少系統(tǒng)的平均能耗。在待機模式Ⅰ下，晶振正常工作。在待機模式Ⅱ下，部分時鐘緩沖器處在工作模式。當發(fā)送端TX FIFO寄存器為空，并且CE為高電平時，進入待機模式Ⅱ。在待機模式期間，寄存器配置字內容保持不變。</p><p>　　數(shù)據(jù)包有如下

93、幾種處理模式：</p><p>　　·ShockBurst模式</p><p>　　·增強型ShockBurst模式</p><p>　　ShockBurst模式：這種模式下，NRF24L01可以和成本較低的低俗MCU相連。高速信號處理是由芯片內部的射頻協(xié)議處理的，NRF24L01提供SPI接口，數(shù)據(jù)率取決于單片機本身接口速度。ShockBurs

94、t模式通過允許與單片機低速通信而無線部分高速通信，減小了通信的平均耗能。</p><p>　　在ShockBurst接收模式下，當接收到有效地址和數(shù)據(jù)時IRQ通知MCU，隨后MCU可將接收到的數(shù)據(jù)從RX FIFO寄存器中讀出。</p><p>　　在ShockBurst發(fā)送模式下，NRF24L01自動生成前導碼及CRC校驗。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后IRQ通知MCU。其內部有三個不同的RX FIFO寄

95、存器和三個不同的TX FIFO寄存器。允許SPI接口可以以低速進行數(shù)據(jù)傳送，并且可以用于MCU硬件上沒有SPI接口的情況。</p><p>　　增強型ShockBurst發(fā)送模式：</p><p>　　1，配置寄存器位PRIM_RM為低</p><p>　　2,當MCU有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，接收節(jié)點地址（TX_ADDR）和有效數(shù)據(jù)（TXPLD）通過SPI接口寫入NRF24

96、L01。發(fā)送數(shù)據(jù)的長度以字節(jié)計數(shù)從MCU寫入TX FIFO。當CSN為低時數(shù)據(jù)被不斷地寫入。發(fā)送端發(fā)送完數(shù)據(jù)后，將通過0設置為接收模式來接收應答信號，其接收地址（TX ADDR_P0）與接收端地址（TX_ADDR）相同。</p><p>　　3，設置CE為高，啟動發(fā)射。CE高電平持續(xù)時間最小10US。</p><p>　　4，NRF24L01 ShockBurst 模式：</p>

97、;<p><b>　　·無線系統(tǒng)上電</b></p><p>　　·啟動內部16MHZ時鐘</p><p><b>　　·無線發(fā)送數(shù)據(jù)打包</b></p><p><b>　　·高速發(fā)送數(shù)據(jù)</b></p><p>　　5，

98、如果啟動自動應答模式，無線芯片立即進入接收模式。</p><p>　　6，如果CE置低，則系統(tǒng)進入待機模式Ⅰ。如果不設置CE為低，則系統(tǒng)會發(fā)送TX FIFO寄存器中下一包數(shù)據(jù)。如果TX FIFO寄存器為空，并且CE為高則系統(tǒng)進入待機模式Ⅱ。</p><p>　　7，如果系統(tǒng)在待機模式Ⅱ，當CE置低后系統(tǒng)立即進入待機模式Ⅰ。</p><p>　　3.5串口通訊接口電路

99、</p><p>　　圖3-7串口通訊接口電路</p><p>　　SCT89C52單片機片內有一個串行I/O口，通過引腳RXD和TXD可以和計算機進行全雙工的串行異步通信。RS-232C是異步通信中應用最廣泛的標準總線，它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C械方面的規(guī)定，一般用于數(shù)據(jù)終端設備和數(shù)據(jù)通信設備之間的接口。它采用負邏輯，即:邏輯1為-3V---15V;邏輯0為+3V-+15V。由于單片

100、機輸出的是TTL電平，而PC機配置的是RS-232C接口，二者的電氣規(guī)范不一樣，因此，要完成PC機和單片機的通訊，必須進行電平轉換。</p><p>　　本設計選用的是MAXIM公司生產的MAX232芯片來完成電平轉換。該芯片包含兩路接收器和兩路驅動器，并且內部含有一個電源電壓變換器，可以將單片機輸入的+5V電壓轉變成RS-232C所需要的士lOV電壓。圖中DB9九針插頭是RS-232C接口通向外部的標準連接器。

101、</p><p>　　第四章 單片機軟件設計</p><p>　　本系統(tǒng)的單片機軟件程序主要由C語言編寫完成。C語言是一種高級語言，更加符合人的邏輯思維，能夠大大的提高編程效率，便于閱讀使用。同時C語言介于自然語言與機器語之間，可以方便的轉換為機器語，操作機器實現(xiàn)相應的功能。本系統(tǒng)軟件由幾個大的主程序模塊組成，大程序塊中還含有一些小的子程序模塊和中斷服務程序模塊，在接下來的一章里，我們就來

102、簡單介紹一下本設計的系統(tǒng)程序。</p><p>　　4.1系統(tǒng)主程序設計</p><p>　　圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　主程序運行后，首先進行內部寄存器的初始化工作，包括堆棧區(qū)首址定義，數(shù)據(jù)存貯區(qū)清零等。然后分別調用采集，濾波，標度變換，無線傳輸，顯示等子程序，完成數(shù)據(jù)的采集，傳輸，顯示工作。并將采集值與設定值相比較，判斷環(huán)境溫濕度是否超過正常范

103、圍，如果超過，進行報警。</p><p>　　4.2傳感器數(shù)據(jù)傳輸子程序</p><p>　　本設計使用的數(shù)字溫濕度傳感器可以自動測量空氣中的溫濕度，并輸出數(shù)字信號，通過串行口發(fā)送給單片機。當空閑時，總線為高電平，通信開始時主機（MCU）拉低總線500us左右代表即將進入數(shù)據(jù)傳輸。從機的相應信號是一個80us左右的低電平，隨后從機在拉高總線80us左右代表即將進入數(shù)據(jù)傳輸。高電平后就是數(shù)據(jù)

104、位，每1bit數(shù)據(jù)都是由一個低電平時隙和一個高電平組成。低電平時隙就是一個50us左右的低電平，它代表數(shù)據(jù)位的起始，其后的高電平的長度決定數(shù)據(jù)位所代表的數(shù)值，較長的高電平代表1，較短的高電平代表0.共40bit數(shù)據(jù)，當最后1bit數(shù)據(jù)傳送完成后，從機將再次拉低總線50us左右，隨后釋放總線，由上拉電阻拉高。通過數(shù)據(jù)線發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)的參考程序參見附錄（一）。</p><p>　　4-2 串口程序流程圖</p&

105、gt;<p>　　4.3數(shù)據(jù)濾波子程序</p><p>　　微機應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端，信號經常含有大量的噪音。這些噪音會大大的影響數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。所以要消除這些對我們的實驗不利的因數(shù)。噪音分為周期性和非周期性噪音。周期性的可以通過硬件設計得到消除，而非周期性的則需要進行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波就是通過程序使信號變的平滑，穩(wěn)定。因為本設計所測量的是溫度和濕度，而這兩個量是線性變化量，很難出現(xiàn)跳變。&l

106、t;/p><p>　　本程序采用的是中值濾波法，讓每個通道采集三個數(shù)據(jù)，計算出中值后放入累加器A中。具體程序參見附錄（二）。</p><p>　　4-3 數(shù)字濾波子程序流程圖</p><p>　　4.4標度變換子程序</p><p>　　在測量系統(tǒng)中，各個傳感器生產中的參數(shù)都具有不同的數(shù)值和量綱。為了方便處理顯示，必需對這些數(shù)據(jù)進行標準化處理。本

107、系統(tǒng)需要測量的溫度，濕度這些參數(shù)雖然已經是數(shù)字量。但也需要進行標準轉換，統(tǒng)一單位，以便于操作人員對其進行監(jiān)視，管理。標度變換的方法有很多，由于本系統(tǒng)所測量溫度和濕度成一定的正比關系，線性度較好，所以我們采用線性參數(shù)標度變換的方法。</p><p>　　線性參數(shù)標度變換是比較常見的標度變換方法，其前提條件是被測參數(shù)值之間為線性關系。線性標度變換的公式為:</p><p>　　式中，AO—測量

108、儀表的下限;</p><p>　　Am—測量儀表的上限;</p><p><b>　　Ax—實際測量值;</b></p><p>　　N0—儀表下限所對應的數(shù)字量;</p><p>　　Nm—儀表上限所對應的數(shù)字量;</p><p>　　--測量值所對應的數(shù)字量。</p><p

109、>　　其中，Am,AO,Nm,NO對于某一固定的被測參數(shù)來說都是常數(shù)，不同的參數(shù)有不同的值。一般把測量儀表的下限AO所對應的值置為0，即NO=O。這樣上式可變?yōu)? </p><p>　　在本系統(tǒng)中，=0，對于溫度，Nm=255,Am = 50:對于濕度，Nm=255,Am =100。則根據(jù)上述算式可編制程序。詳細程序見附錄（三）。</p><p>　　4.5無線傳輸子程序</p

110、><p>　　在這個模塊我們將使用2個無線模塊，形成一個小型的無線網絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，將溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送到遠端的單片機上。具體操作是：（1），將傳感器采集來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C上，再由單片機處理，并通過無線模塊發(fā)送出去；（2），接收模塊接收節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，送入單片機，處理之后，顯示在LCD顯示器上。詳細程序參見附錄（四）。</p><p><b>　　4.6顯示子程序

111、</b></p><p>　　本程序的數(shù)據(jù)顯示緩沖區(qū)放在40H-47H。 </p><p>　　4-4 顯示子程序流程圖</p><p>　　詳細程序參見附錄（四）。</p><p><b>　　4.7報警子程序</b></p><p>　　本系統(tǒng)設計了超高限報警子程序和超低限報警子程