1、基于无线通信的实验室温湿度测控系统设计一、设计的意义传统的实验室管理中，温湿度的控制测量还是停留在传统的玻璃棒温度计，干湿球湿度计或者双金属温湿度表、毛发湿度表等方法，而本次设计的实验室温湿度测控系统克服了以前靠管理人员手工检查、测量和手工计算温度值和湿度值的误差，有提高了实验室温度和适度的检测速度和检测精度，节省了人力物力，减轻了温湿度管理的工作强度，提高了管理效率，所以这种基于无线通信的实验室温湿度测控系统比原来的单点温度、湿度测量仪器更可靠、实用、精确，能更好为实验室的管理服务。随着现代科技的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新，单片机往往是作为一个核心
2、部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。二、设计的主要内容1、主要目标任务本课题的设计可以使学生熟悉并掌握无线通信系统以及传感器信息采集模块的设计方法，并且通过对硬件电路编程可以锻炼学生的编程能力，掌握单片机的编程技巧。本课题是利用无线通信技术设计实验室温湿度测控系统。2、系统功能实验室设备需要一定的环境因子做后盾，因为仪器的正常运行，需要在适当的环境下。而实验室的计量设备主要分为长度、重量、质量、品质等测量设备，这些设备平时使用频率较低，不是每天都使用，因此，对设备的合理管理成为实验室的重点。在国家标准 JJF1069-XX法
3、定计量检定机构考核规范和 DI-LAC/AC01:XX检测实验室和校准实验能力机构考核规范中对于实验室中的计量设备的环境都进行了一定的要求以及规范，同时也只有在适当的环境中储存，才能进行延长这些设备的使用寿命，以及保证这些设备的测量精度。实验设备的主要检测的项目包括生物消毒、灰尘、电磁干扰、辐射、湿度、供电、温度、声级和振级等，以此来进行适应于相关仪器的技术活动。温湿度的监测在设备中直接影响着它们的使用寿命。同时实验室内外环境，如温湿度等因素会造成设备性能的不稳定，严重影响计量设备的管理可靠性。因此，在实验室设备管理中，最为重要的就是温湿度的控制。本次设计该实验室温湿度测控系统，有多个温度、湿
4、度检测点，每个检测点能够实时采集温度、湿度数据，并利用无线通信方式将采集的数据发送给主机，当超出标准时，系统能够自动控制室内的温湿度。系统主要分为以下六个功能模块：1、主分机无线通信模块；2、温度采集转换模块；3、湿度采集转换模块；4、温湿度升降控制模块；5、键盘及显示模块；6、语音报警模块。控制芯片，温度湿度采集装置，加湿除湿装置软件部分主要是控制主控制芯片读取温度湿度数据，并根据情况去控制加湿除湿升温降温装置的运行与停止的。3、技术要求总体设计要求1）要求选择适当的单片机及其外围电路完成上面功能要求的硬件电路设计。2)针对硬件电路完成程序的编写。传感器参数指标1）输入电源：DC12V10%
5、2）温度量程：-40C+123.8C3）度量程：0100%RH4）温度精度：0.5C5）湿度精度：3%RH6）温度稳定性：105差增大到 1左右。实践证明，该控制系统操作方便，维修简单，运行稳定、可靠。SD18B20 的工作流程图如下：否i=i+1否是基于无线通信的温湿度监控系统设计作者：范灵芝摘要：本系统分为远程温湿度采集单元和本地监控报警单元两部分。远程控制器通过 DS18B20 采集温度、HF3223 采集湿度，通过 SP 无线收发模块将温湿度数据发送给本地报警控制器，在本地液晶显示远程温度和湿度，并根据预设报警值判断是否自动报警，从而实现一对一的远程监控，具有低成本、便携等特点。主要内
6、容：1）总体设计和工作原理根据功能，系统主要是由远程温湿度采集单元和本地监控报警两部分组成。远程温湿度采集单元完成所在环境温度和湿度的采集、显示，并将采集数据通过无线方式传送给本地监控报警单元；本地监控报警单元具有接收无线数据，显示数据，设置报警温湿度值和声光报警的功能。系统两部分的工作原理框图如下：远程温湿度采集单元 本地监控报警单元2）远程温湿度采集单元硬件组成为了缩减硬件成本，方便处理，本系统温度、湿度采集的传感器均采用数字式器件，这样就节省了信号放大、A/D 转换等硬件电路，软件处理也变得更加方便。故选用一线制的数字温度传感器 18B20 仅需一个端口引脚便可与单片机进行通讯，其测量范
7、围从-55至+125，分辨率为0.5，基本满足一般需求。系统湿度传感器采用 HF3223湿度传感器模块，它采用模块结构，属于频率输出试集成湿度传感器，所以它也可以直接与单片机相连。湿度范围：10%RH 至 95%RH；相对湿度精度：5%RH；相应输出频率：9650Hz 至 8030Hz。其参数基本满足日常需要，输出频率信号非常适合使用单片机测量。无线温湿度传感器设计作者：徐飞摘要：我们都知道,在工农业生产及日常生活的许多领域,进行着温湿度测量与控制,首先要选择符合要求的温湿度传感器,然后根据所选择的传感器特性设计信号处理电路及 A/D转换器与计算机的接口电路。这种信号处理及接口电路往往由于精度
8、的要求而变得复杂,特别是进行测量控制系统产品的批量生产,在调试与校准过程中,由于传感器的线性度、重复性、互换性、一致性等方面的差别,给调试与校准带来许多工作量。如果采用瑞士 Sensirion 公司生产的具有 I2C总线接口的 SHT11 温湿度传感器,接口电路将变得非常简单。由于其具有数字式输出、免调试、免标定、一致性好等特点,非常适合于单片机温湿度测量与控制系统。基于数字温湿度芯片 SHT11 的传感器，以单片机MSP430F2274 为微控制核心，由温湿度传感器、电源、液晶、nRF401、JTAG、USB 转 TTL 串口等模块组成。它首先通过SHT11 对温湿度数据进行采集，完成相对湿
9、度的非线性补偿和温度补偿，再把数据传到数字段码液晶 EDS806 加以显示，利用 nRF401 无线模块进行温湿度数据的无线传输，同时采用 USB 串口实现与 PC 机的数据通信。该系统降低了布线成本, 提高了系统的灵活性和可扩展性。该系统体积小、功耗低、电路简单, 可以方便安装和实时监控。无线温湿度测量传感器网络设计作者：姚传安摘要：无线传感器网络是当前信息领域中研究的热点之一,可用于特殊环境实现信号的采集、处理和发送;文中介绍了一种无线温湿度传感器网络的设计,以 PIC 单片机为核心,利用集成湿度传感器和数字温度传感器设计出了温湿度传感器网络节点的硬件电路,并通过无线收发模块与控制中心通信
10、,讨论和提出了传感器节点的低功耗设计以及数据通信的可靠性方法;该系统稳定性好,通信效率高,可广泛应用于环境检测。智能键盘字符输入及 LCD 显示系统设计作者：马俊、刘晓林摘要：提出了一种基于单片机的智能键盘字符输入及 LCD 显示系统设计方案。详细阐述了系统硬件设计各模块接口电路和工作原理，介绍了点阵字符型液晶显示模块和键盘接口的软件设计，给出相应的程序设计流程图。在 Proteus环境下仿真实现了各种字符的输入、字母大小写切换和显示等功能，并成功运用于某门控系统中。主要内容：该系统硬件设计主要由单片机、LCD 液晶显示模块和非编码矩阵式键盘组成，下图为系统硬件设计框图。1）智能键盘接口电路设
11、计；2）智能键盘输入法；3）LCD 显示接口电路；4）系统软件设计。基 AT89C51 多路信号检测和语音报警器的设计作者：卢超摘要：以 AT89C51 为核心，采用单片语音录放芯片 ISD1420和 AID 转换器 ADC0809，设计了多路信号检测和语音报警器，包括信号放大、处理电路，AD 转换电路，语音报警模块、显示模块、键盘输入模块等。主要内容：信号检测和语音报警系统广泛应用于矿井、石油工程、电站、隧道和大坝粮仓等领域的多路数据采集和语音报警系统中，包括运算放大器，A/D 转换器，语音录放模块，输出控制模块，显示模块等分。AT89C51 单片机主要负责数据的采集，数据的显示，判断，以及
12、对 ISD1420 语音芯片的控制，系统硬件框图如下：ISD1420 为 ISD 公司出品的优质单片语音录放电路，单片录放时间 8s 至 20s，音质好。芯片使用 CMOS 技术，内含振荡器、话筒前置放大器、自动增益控制、放混淆录波器、平滑录波器、扬声器驱动及 EEPROM 阵列。1）ISD1420 的引脚功能2）ISD1420 的工作原理基于 AT98C51 和 IDS1420 语音报警电路的设计基于 ADC0809 的数据采集电路设计单片机控制软件的设计四、总体设计本次设计主要是分为六个模块：主分机无线通信模块、温度采集转换模块、湿度采集转换模块、温湿度升降控制模块、键盘及显示模块、语音报
13、警模块。整体的模块图如下：五、主要参考资料1刘笃仁. PIC 软硬件系统设计基于 PIC16F87X 系列 XX：电子工业出版社，XX2张明峰.PIC 单片机入门与实战M.XX：XX 航空航天大学出版社，XX3吕俊芳.传感器接口与检测仪器电路MXX：国防工业出版社，XX4魏志清.可编程控制器应用技术MXX：电子工业出版社，19955李学海.PIC 单片机实用教程 基础篇M.XX：XX 航空航天大学出版社，XX6陈富安.单片机与可编程控制器应用技术M .XX：电子工业出版社，XX7陈志旺.51 系列单片机系统设计与实践M.XX：电子工业出版社，XX8窦振中.PIC 系列单片机原理和程序设计M.XX：XX航空航天大学出版社，19989张福学.现代实用传感器电路M.XX：中国计量出版社，1997
