無線數(shù)顯溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計

王玉+岳雅琪+孫悅

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電子技術(shù)也迅速朝著輕量化和便攜化發(fā)展，無線通信技術(shù)也在這樣的背景下得到了飛速發(fā)展。溫濕度檢測應(yīng)用的領(lǐng)域越來越多，本設(shè)計制作的是一款基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的溫濕度計測量精度差、顯示不直觀、不能精確設(shè)定測量范圍。與傳統(tǒng)溫濕度計相比，該濕度控制系統(tǒng)具有讀數(shù)方便、測溫范圍廣、測溫準(zhǔn)確、價格低廉且可以測量溫濕度等諸多優(yōu)點，符合目前電子儀器的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：溫濕度；單片機(jī)；無線通信；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1.研究目的及意義

近年來，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，溫濕度控制在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，但我國國內(nèi)生產(chǎn)的各種溫濕度控制系統(tǒng)成本普遍較高，技術(shù)精度和國外相比仍有較大距離?？萍嫉倪M(jìn)步也帶動無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，各種無線通信產(chǎn)品滲入到人們的生活中，民用主要用于手機(jī)，各種遙控電器，軍用用于衛(wèi)星，軍工產(chǎn)品。單片機(jī)具有體積小，操作簡單，可操作性強(qiáng)等功能，越來越多地應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，本文設(shè)計無線數(shù)顯溫濕度控制系統(tǒng)就是以單片機(jī)為控制核心進(jìn)行開發(fā)的。

無線數(shù)顯溫濕度控制系統(tǒng)以單片機(jī)為控制中心，采用無線通信模塊設(shè)計無線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)利用LCD1602顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，顯示直觀，通過DHT11溫濕度傳感器進(jìn)行溫濕度的采集，利用nRF.24L01射頻無線通信技術(shù)實現(xiàn)各溫濕度傳感器與主控芯片之間的通信。通過RC522為非接觸式IC卡讀寫器和FRID的射頻識別技術(shù)綜合實現(xiàn)溫濕度控制功能。

2.溫濕度檢測系統(tǒng)主要功能

無線數(shù)顯溫濕度控制系統(tǒng)主要是為了對空氣中溫濕度進(jìn)行檢測，通過無線通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸。系統(tǒng)上電初始化，首先利用LCD1602顯示屏對環(huán)境溫度實時顯示，同時溫濕度傳感器DHT11也隨之開始檢測環(huán)境溫濕度。當(dāng)實時溫度超過預(yù)設(shè)值時，4個LED燈分別代表溫濕度、溫濕度上下限值，4個燈就會相應(yīng)點亮，同時蜂鳴器發(fā)出報警。這時，可以通過按鍵來設(shè)置初始值。

3.主控器件

無線數(shù)顯溫濕度控制系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為主控制器，利用LCD1602顯示屏進(jìn)行溫濕度的顯示，利用RC522非接觸式IC卡讀寫器，F(xiàn)RID的射頻識別技術(shù)綜合實現(xiàn)系統(tǒng)溫濕度監(jiān)測功能。使用模塊化程序編寫C語言作為STC單片機(jī)開發(fā)的首選編程語言。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3.1 聲音報警電路的設(shè)計

蜂鳴器的正極接電源正極，根據(jù)單片機(jī)的電流特性，不足以直接驅(qū)動蜂鳴器。有三極管的輸出特性，利用晶體管的飽和和截止特性構(gòu)成開關(guān)電路。P20為高電平時基極與集電極之間反向偏置，不導(dǎo)通；當(dāng)P20為低電平時，基極與集電極之間正向偏置，導(dǎo)通。電路工作，蜂鳴器工作，單片機(jī)只需要吸收嬌小的輸入電流。下面介紹下三極管的飽和情況：因受到電阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流不能無限增加下去。三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。電阻就是用來提供這個電流的，所以它被叫作基極偏置電阻，那么當(dāng)一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小信號就會導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會被放大并在集電極上輸出。

4. nRF24.L01原理圖（圖2）

nRF24.L01的工作電壓在1.9V～3.6V之間，對于電源引腳端以及接地引腳端它們是不能和5V的單片機(jī)IO口直接相連接的，其他的引腳都可以。通過單片機(jī)上普通的IO口就可以實現(xiàn)功能的傳遞。

5.電源原理圖（圖3）

該系統(tǒng)主要采用5V電源來供電，電源回路中，有電阻、電容來保護(hù)各個元器件避免因電流過大而燒壞電路板。采用5V的USB供電，本系統(tǒng)如需移動測量時，可采用移動電源進(jìn)行供電，但系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有待提高。

6.系統(tǒng)軟件設(shè)計

6.1 主機(jī)工作流程

主機(jī)工作流程為當(dāng)電源開始供電時，按下開關(guān)，該程序開始工作，傳感器模塊開始檢測周圍的溫濕度、通過nRF24.L01傳輸?shù)浇邮斩?。系統(tǒng)開始工作、通過無線傳輸模塊nRF24.L01開始接受數(shù)據(jù)、通過LCD1602顯示出來、是否超過上下限；若超過閾值，則報警同時指示燈亮，若不超過閾值，不報警同時指示燈滅，則工作結(jié)束。

6.2 從機(jī)流程圖

從機(jī)的功能實現(xiàn)主要步驟有：系統(tǒng)開始工作、通過無線傳輸模塊nRF24.L01開始接受數(shù)據(jù)、通過LCD1602顯示出來、是否超過上下限；若超過閾值，則報警同時指示燈亮，若不超過閾值，不報警同時指示燈滅、從機(jī)的工作結(jié)束。

結(jié)論

伴隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)已經(jīng)成熟，現(xiàn)有能力進(jìn)行對中短距離無線通信技術(shù)的研究。設(shè)計基于STC89C51單片機(jī)作為控制核心，nRF24.L01射頻收發(fā)器作為通信模塊，實現(xiàn)了主機(jī)控制模塊針對DHT11進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，控制器控制射頻收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)；從機(jī)控制模塊射頻收發(fā)器數(shù)據(jù)接收、液晶顯示、設(shè)置接收溫濕度數(shù)據(jù)的上下閥值。超出上限值或低于下限值，發(fā)出警報；友好的人機(jī)界面。

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