多点温湿度无线测量系统设计.doc

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设计（论文）题目

多点温湿度无线测量系统设计

设计（论文）题目来源

导师给的课题

设计（论文）题目类型　

工程设计类

起止时间

2011.12.20~2012.06.01

一、设计（论文）依据及研究意义：

温、湿度和我们的生产生活密切相关，像塑料大棚、农田、仓库和其他生产过程当中，如果湿度太大就会引起霉变和变质；对于精密仪器和半导体器件来说，温湿度变化会影响它们的品质，温度过高或者湿度过大则会导致性能降低。

随着我们社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温、湿度这些环境因素，由于对室内环境的要求较高故需要对环境温、湿度进行测量和监控；许多产品对温、湿度范围的要求严格，目前市场上普遍存在的温、湿度检测仪器大多都是单点测量，同时也会有温、湿度信息传递不及时、精度不够等许多缺点，不利于工业控制的操作者根据温、湿度变化及时做出正确的决定；以前的温、湿度传感器都是经有线的方式传输数据，线路复杂冗余，不适合大范围或者异地多数量的测

量，线路故障也很难排查，若设备重新布局则要重新布线等一系列问题，连线成本也相对要高，线路的老化问题也会影响设备的可靠性，尤其是有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制；而不便于架设线路的情况下，给温、湿度的数据测量带来了很大的麻烦。

在这样的形式和趋势下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温、湿度信息的测量系统就很有必要了。

由以上情况分析可知多点温、湿度无线测量系统的应用范围是比较广泛的，随着大量廉价和高度集成的无线模块的普及，以及其它无线通信技术的应用，无线温、湿度的测量逐渐变成现实。

而在当今的工农业生产中，需要进行温湿度采集的场合越来越多，准确方便地测量温、湿度的变化变得至关重要。

要想监测到实时的温、湿度数据，就需要采用无线传输的方式对数据进行采集、发送、接收并对无线采集来的数据通过上位机进行处理，以控制并监测设备的运行情况，减少不必要的线路设备开支。

二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：

（技术方案、路线）

本论文主要研究的内容是用单片机程序控制，利用多片DS18B20温度传感器和DHT11数字温湿度传感器，通过UTC1212无线收发模块实现多点温湿度测量，并利用12864液晶屏显示。

测温模块采用数字温度传感器DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。

且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。

测湿模块采用DHT11，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。

它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

由于它的数字测温精度太低，所以着重用于湿度测量。

而无线收发模块采用UTC1212模块，UTC1212模块是高度集成超低功耗半双工微功率无线数据传输模块，片上集成嵌入高性能低功耗STM8L101处理器，采用最新一代高性能射频芯片SX1212。

其中SX1212创新的采用高效的循环交织纠检错编码,使抗干扰和灵敏度都大大提高，模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数,二次开发简单方便,当然也可以通过MCU来设置常规参数,模块电压范围为2.1-3.6V，适合电池供电,和手持设备应用开发，在接收状态仅仅消耗3.2mA，有四种工作模式。

在1SEC周期轮询唤醒省电模式（Pollingmode）下，接收仅仅消耗不到20uA。

显示模块采用12864液晶屏，由于12864液晶是功能较为完善的显示屏，不仅可以显示汉字和字符，而且可以显示任意图形，与1602相比较功能更为强大。

多功能液晶屏主要用于显示和监测系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。

因此，不仅必须掌握各类模块的结构、原理及其性能指标，还必须懂得各模块的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对多点温湿度无线测量系统各模块的分析了解，才能将这一原理应用于各个领域。

为了更好的将单片机和无线模块相结合，我们可以将测到的温湿度通过单片机经无线收发模块在液晶屏上显示。

整个系统的方框图如下图所示：

UTC1212发送模块

STC89C52

DS18B20

时钟电路

DS18B20

复位电路

DHT11

DHT11

电源电路

图1发射电路系统框图

UTC1212接收模块

STC89C52

12864显示模块

复位电路

时钟电路

电源电路

图2接收电路系统框图

由整个系统的方框图可知，整体电路图中包括以下模块：

1、显示模块

液晶显示模块已作为很多电子产品的通用器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号、汉字和图形。

在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：

发光管、LED数码管、液晶显示器。

发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单，在此我们选择12864LCD作为显示屏。

在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：

（1）显示质量高

（2）数字式接口（3）体积小、重量轻（4）功耗低。

2、温度测量模块

温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625℃，采用寄生电源工作方式，CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。

3、湿度测量模块

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传

感器。

它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高

的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测

温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

因此该产品具有品质卓越、超快

响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

每个DHT11传感器都在极为精确的

湿度校验室中进行校准。

校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内

部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

单线制串行接口，使系统集

成变得简易快捷。

超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使

其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

产品为4针单排引脚封装，连接方便。

4、电源电路模块

LM1117是一个低压差电压调节器系列。

其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。

它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管脚排列。

LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.25～13.8V输出电压范围。

另外还有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号。

LM1117提供电流限制和热保护。

电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。

输出端需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。

而在此通过LM1117芯片输出一个3.3V的电压供电路使用。

5、无线收发模块

UTC1212模块是高度集成超低功耗半双工微功率无线数据传输模块，片上集成嵌入高性能低功耗STM8L101处理器，采用最新一代高性能射频芯片SX1212。

其中SX1212创新的采用高效的循环交织纠检错编码,使抗干扰和灵敏度都大大提高，模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数,二次开发简单方便,当然也可以通过MCU来设置常规参数,模块电压范围为2.1-3.6V，适合电池供电,和手持设备应用开发，在接收状态仅仅消耗3.2mA，有四种工作模式。

在1SEC周期轮询唤醒省电模式（Pollingmode）下，接收仅仅消耗不到20uA。

三、设计（论文）的研究重点及难点：

1、“多点”怎么识别；

2、各“多点”怎么与上位机进行无线通信

3、温度传感器和湿度传感器芯片的选取；

4、温湿度数据显示模块的选取；

5、无线收发模块传输的设计；

6、单片机多模块程序设计。

四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：

第一阶段：

查找相关的资料，对毕业设计课题有一个总的认识（包括基本概念、

工作原理、设计方法以及涉及到哪些知识），然后根据自己的理解和老师的建议画出系统的方框图，并确定初步设计方案。

第二阶段：

通过查资料，对系统的各个模块进行设计，也就是硬件电路的设计。

主要包括显示模块、温湿度测量模块、湿度测量模块、电源电路模块、无线收发模块的设计。

根据任务书，设计各部分电路的参数，然后设计出完整的硬件电路。

第三阶段：

单片机多模块软件的设计。

通过对单片机进行程序设计，首先画出各模块程序流程图，然后根据硬件电路设计出适用的程序，来完成单片机对电路的控制。

第四阶段：

把硬件和软件结合起来，完成电路的最后设计。

第五阶段：

毕业论文的撰写。

五、进行设计（论文）所需条件：

1、丰富的相关资源（包括图书资源和网络资源）；

2、自身的知识面（包括数电、模电、单片机、信号处理和无线通信等）和相

关的技能；

3、电脑软件的辅助（multisim、DXP和keil51）对电路软硬件进行设计和仿真；

4、指导老师的指导和帮助

六、参考文献

[1]朱卫华、黄智伟.基于无线数字温度传感器的多点温度测量系统设计（期刊

论文）.2003（6）

[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京航空航天出版社.2006

[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京航空航天出版社.2006

[4]黄贤武、郑筱霞、曲波、刘文杰.传感器实际应用电路设计，电子科技大学

出版社.1997（6）8-15

[5]郭天祥.新概念51单片机C语言教程：

入门、提高、开发、拓展全攻略[M]

电子工业出版社.2009

[6]汪吉鹏、马云峰.微机原理与接口技术，高等教育出版社.2001（7）44-56

[7]贾振国.DS1820及高精度温度测量的实现，电子技术应用.2000

（1）9-14

[8]张洪润等.单片机应用设计[M].北京航空航天大学出版社.2006（7）

[9]周月霞、孙传友.DS18B20硬件连接及软件编程，传感器世界.2001（8）13-21

[10]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作[M].北京航空航天出

版社.2010

[11]余永权.单片机原理及应用，电子工业出版社,1998（12）57-62

七、指导老师意见：

签名：

年月日

多点温湿度无线测量系统设计

摘　要:

本文介绍了基于单片机的无线收发模块UTC1212的短距离多点温湿度测量系统的设计思想和实现过程。

本文设计了一个基于STC89C52单片机程序控制，利用多片DS18B20数字温度传感器和DHT11数字温湿度传感器，通过UTC1212无线通信模块实现多点温湿度无线测量，并用12864液晶显示屏显示，满足了多点测温湿场合短距离无线通信的需要。

设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点，且性能可靠成本低廉，具有广阔的应用前景和广泛的商业价值。

文章通过介绍温度、湿度传感器及无线收发模块的工作原理,详细阐述了系统的硬件电路结构和相关功能的软件设计方案。

系统的结构简单、可靠性高、数据传输速度快,功能易扩展,适用于多种应用领