基于-单片机的多点温湿度采集与-无线传输系统-郑州大学.doc

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1、|郑州大学毕业设计题 目： 基于 51 单片机的多点温湿度采集和无线传输系统指导教师： 职称： 专 业： 电子信息工程 院 （ 系 ） ： 信息工程学院 完成时间： |基于 51 单片机的多点温湿度采集和无线传输系统摘要：本系统是基于 51单片机的多点温湿度采集和无线传输系统，由两个发射模块与一个接收模块组成。发射模块利用数字温湿度传感器 DHT11采集环境温湿度数据并传送给STC89C52RC单片机，单片机进行数据处理后利用无线传输模块 NRF24L01进行无线发送。同时，NRF24L01 具有接收功能，接收模块的 NRF24L01将接收到的数据传给 STC89C52RC单片机，最后用数字显

2、示屏 LCD1602将经过单片机处理后的温湿度数据显示出来。本系统能够完成同时远距离采集两点温湿度并在系统终端进行显示的功能，以达到监测多点环境温湿度的目的。结果表明，本系统能够方便、高效、及时地测量出两个采集点的温湿度。关键词：STC89C52 数据处理 无线传输 温湿度Abstract: This is a multi-point temperature and humidity acquisition and wireless transmission system which is based on 51 single-chip microcomputer .it includes t

3、wo transmitter modules and a receiver module. Transmission module use DHT11digital temperature and humidity sensor to collect temperature and humidity data and transmit them to STC89C52RC micro-controller.The micro-controller process the data and use NRF24L01the wireless transmission module to trans

4、mit data wirelessly.At the same time,NRF24L01 have the function of reception. NRF24L01 of the receiver module will transmit the received data to the STC89C52RC micro-controller, and finally use LCD1602a digital display screen to display temperature and humidity data after the micro-controller proces

5、s the received data. The system can complete simultaneously and remotely the collection of temperature and humidity and the display of data in terminal features.It achieved the purpose of monitoring multi-point temperature and humidity. The results show that the system can measure the two collection

6、 points of temperature and humidity conveniently, efficiently, and timely.Key word: STC89C52 data processing wireless transmission temperature and humidity|目录1绪论 .11.1引言 .11.2 选题背景及意义 .11.3 国内外现状及发展趋势 .21.4 研究内容 .32 系统架构 .43 系统硬件设计 .53.1 主控模块 .53.1.1单片机的选择 .53.1.2 主控模块的硬件设计 .73.2 温湿度采集模块 .83.2.1 温湿度

7、传感器的选择 .83.2.2温湿度采集模块的硬件设计 .93.3 无线传输模块 .103.3.1 无线传输模块的元器件选择 .103.3.2无线传输模块的硬件设计 .123.4 显示模块 .133.4.1 显示屏的选择 .133.4.2显示模块的硬件设计 .144 软件设计 .164.1 系统总体软件设计 .164.1.1 发射机的总体软件设计 .164.1.2 接收机的总体软件设计 .164.2 温湿度采集模块软件设计 .174.3 无线传输模块软件设计 .184.3.1 数据发送模块软件设计 .184.3.2 数据接收模块软件设计 .204.4 显示模块软件设计 .225系统的实现与测试

8、.235.1系统的实现 .235.2系统的调试 .25结论 .29致谢 .32参考文献 .33|1 绪论1.1 引言工业农业在国民经济中占据着重要地位，温度和湿度是工农业生产中一项重要的生产指标。温湿度过低过高会对工农业生产带来非常大的损失，因此，对其进行连续准确的测量就显得尤为重要。而一般的人工测量过程较为复杂繁琐，误差相对较大，效率极低。本系统为一个多点温湿度采集与无线传输系统，能够实时监测环境温湿度，极大的方便了工农业生产。此系统由两个发射模块与一个接收模块组成，可以进行多点温湿度检测。发射模块利用数字温湿度传感器 DHT11采集环境温湿度数据并传送给 STC89C52单片机，单片机进行

9、数据处理后利用无线传输模块 NRF24L01进行无线发送。同时，NRF24L01 具有接收功能，接收模块的 NRF24L01将接收到的数据传给 STC89C52单片机，最后用数字显示屏 LCD1602将经过单片机处理后的温湿度数据显示出来。顾名思义，多点无线温湿度测量系统的特点在于多点、无线，这也是其优势所在 1。多点是指本系统能够同时对多个监测点的温度、湿度进行测量，无线是指不需要到达监测点，而是在远处对其进行远程的温湿度测量。多点无线使温湿度测量更加方便高效，是其受到欢迎的重要原因,本论文的重点也放在了多点无线方面上。此系统原理相对简单、成本低廉、功能多样，超高的性价比会使其在生产生活中得

10、到广泛的应用。本论文着重介绍了多点无线温湿度测量的制作原理和过程。比如，元器件的选择、介绍、与硬件连接，系统的工作原理，软件的编程与调试。1.2 选题背景及意义温湿度是我们日常生活中常常提到的词语，时时刻刻的影响着我们的生活，此外，温湿度也是工农业生产中一项重要的生产指标。但是，温度和湿度却是最不容易保障的指标，如果不能保障适当的温湿度进行工农业生产，便有可能会导致无法估量的损失。传统的人工测量耗时耗力，而且误差大，满足不了实时性，连续性，多点性。针对这一情况，研究开发可靠且实用的多点无线温度和湿度测量系统就具有很大意义了。|当今，无线通信技术是科技发展的重要热点，已经成为信息交流的主要方式。

11、我们自然而然联想到多点无线测量系统中利用无线通信进行数据传输，把多个监测点的温湿度传感器采集到的数据通过无线传输到一个接收模块进行数据处理、显示，这样，便满足了温湿度测量的多点性、无线性，使测量起来更加方便高效。而且利用无线传输系统结构简单，成本低廉，灵活性高，维护方便，必将在生产生活中得到广泛的应用。另外此系统不需要额外的 A/D转换器将模拟电信号转换成数字信号，而是使用 DHT11直接得到温湿度的数字量，减去了不必要的麻烦。以此为出发点，利用自己所学的专业知识，利用新型智能数字温湿度传感 DHT11，无线发射模块 NRF24L01,单片机 STC89C52RC，数字液晶显示器件 LCD16

12、02等主要元器件设计这套多点温度湿度采集和无线传输系统。1.3 国内外现状及发展趋势随着人们对生活舒适性的要求的提高和工农业生产对于高质量，高效率，高科技的追求，我们对温湿度的测量控制也越来越苛刻。传统的人工测量模式不仅效率很低，而且还浪费大量的人力资源及物力资源，还有缺乏一定的科学性，许多重大生产事故和损失大部分是人为因素造成的。人工测量缺乏完整的管理系统，而无线测量系统就可以完美解决这样的人力物力资源浪费，管理不及时的问题，这是此系统的智能化设计所拥有的过人之处。目前，无线温湿度测量系统已成为热门 2-3。国内各行各业的飞速发展对于生产条件也提出了越来越多的要求。某些行业高效率的生产对于温

13、湿度有更为严格的控制，而且某些行业危险系数较高，测量极为不便，无线温湿度测量系统最近几年应运而生。多点无线温湿度测量系统是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。当今的多点无线温湿度测量产品，功能单一，价格高，导致各行业的利用率普遍不高，所以仍有很大的发展前景。现在国内外对于温湿度的测量正在由传统的人工测量向着新型的智能化测量发展，测量系统也正向着功能多样化、产品小型化、功耗极低化的方向发展。在发展过程中，以单片机为主要单元的无线温湿度测量系统有着体积小、操作简单、量程宽、性能|稳定、测量精度高等诸多优点，受到了测量系统开发者的青睐并且在生产生活的各个方面起着越来越重要的作用。1.4 研究

14、内容本系统是以 STC89C52RC单片机为核心的一套多点温湿度采集与无线传输系统。由温湿度采集、数据传输、数据处理三个部分组成，主要包括单片机系统，无线传输系统，电源电路，复位电路，温湿度检测，显示系统等模块。系统设计的研究内容包括元器件的选择、电路的设计、程序的构架与编写、系统的调试等。元器件的选择是一项重要内容，它决定了系统的成本、功能、性能等很多方面 4-5。选择元器件必须仔细对比比较，选测出合适的元器件进行系统设计。电路的设计决定了系统的成败，要根据各个元器件的功能特性，设计出最佳的硬件电路，尽量做到正确无误、简单明了、性能稳定。本系统发送模块的电路主要是是单片机 STC89C52R

15、C最小系统、温湿度传感器 DHT11、发射模块 NRF24L01的连接。接收模块的电路是单片机 STC89C52最小系统、接收模块 NRF24L01,数字显示屏 LCD1602的连接。单片机 STC89C52是整个硬件电路的核心，它一方面控制无线传输模块 NRF24L01发送、接收数据，另一方面，将接收到的数字温湿度数据送到 LCD显示器显示，可以直观的看到测量点的温湿度并进行监测。整个系统的软件设计就是通过 c语言程序对发射机、接收机的单片机 STC89C52编程来实现其控制功能。系统结构简介，功能强大，成本低，效率高，性价比较高，能较好的满足生产生活中对于温湿度的测量监测要求。|2 系统架

16、构多点温湿度采集和无线传输系统是一种基于射频技术的测量装置。本设计包括发送模块与接受模块，两块之间以无线传输方式进行通信。发送模块包括发射机 A1与发射机 A2,接收模块是一个接收机 B。其通讯方式及总体框图如图2.1所示。 温 湿 度 传 感器 A1 MCU温 湿 度 传 感器 A2 MCU无 线 发 射无 线 发 射接收模块 MCU液晶显示图 2.1 系统通讯方式及总体框图|3 系统硬件设计系统硬件电路设计分为发射机与接收机 6。两个发射机 A1、A2 的硬件电路设计完全相同，主要包括温湿度采集模块、主控模块、无线发射模块。图3.1所示为发射机各个模块的关系。图 3.1 发射机各个模块接收

17、机 B主要包括无线接收模块、主控模块、显示模块。图 3.2所示为接收机各个模块的关系。图 3.2 接受机各个模块下面，将对各个模块的硬件设计进行详细介绍。3.1 主控模块3.1.1 单片机的选择STC89C52是 Atmel公司生产的一种低功耗，高性能 CMOS 8位微控制器，|其价格便宜，功耗较低，完全满足本系统设计的要求，其功能特性如表 3.1所示。表 3.1 STC89C52的主要功能特性主要功能特性兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写 Flash ROM32 个双向 I/O 口 512x8bit 内部 RAM3 个 16位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz2 个串

18、行中断 可编程 UART 串行通道2 个外部中断源 共 6 个中断源2 个读写中断口线 3 级加密位低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能STC89C52的引脚图如图 3.3所示。EA/VP 31X119X218RESET9P37/RD17P36W R16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN

19、29ALE/P 30P31/TXD11P30/RXD10GND20VCC 40U1STC89C52图 3.3 STC89C52引脚图|STC89C52 的功能以及引脚完全可以满足本系统对于控制核心的要求，且其成本低，应用广泛，相关技术的使用已经很成熟，开发难度相对不高，所以，选择 STC89C52单片机作为发射机、接收机的主控芯片。3.1.2 主控模块的硬件设计 STC89C52RC主控模块主要包括供电电路，晶振电路，复位电路。 1.供电电路STC89C52RC采用 5v电源进行供电，本系统供电电路采用了反接保护，滤波电容，电源指示灯，使电源更加稳定安全，电路图如图 3.4所示。 图 3.4 供电电路2.晶振电路与复位电路晶振电路采用 12M晶振，18,19 引脚各接入 2个 22pf的电容与其共同组成晶振电路。复位电路即 STC89C52RC的 RESET引脚接入一个 10k电阻并接地，单片机正常工作时，保证此引脚电平一直处于低电平。两部分电路图如图 3.5所示。