基于單片機的溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

姚剛 司維超 顧佼佼 董慶超

摘? 要： 針對某些特殊場所需要實時溫濕度測量的問題，設計實現(xiàn)了基于單片機的溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用 STC89C52單片機作為微處理器芯片，外接DHT11溫濕度傳感器進行溫濕度數(shù)據監(jiān)測采集;選用LCD1602液晶顯示器對單片機處理過的溫濕度數(shù)據進行顯示;采用串口藍牙通信模塊和蜂鳴器與單片機連接。當溫度超過用戶設定的閾值時，蜂鳴器響起并且單片機通過藍牙與用戶手機進行鈴聲報警。試驗結果表明，溫度檢測范圍完全滿足實際需要。

關鍵詞： 單片機; 藍牙通信; 溫濕度監(jiān)控; 溫濕度傳感器

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）08-29-04

Abstract： In view of the need for real-time temperature and humidity measurement in some special places， this paper designs and implements a real-time temperature and humidity monitoring system with single chip computer. The system uses STC89C52 MCU as microprocessor chip and DHT11 temperature and humidity sensor to monitor and collect temperature and humidity data. LCD1602 is used to display the temperature and humidity data processed by MCU. The serial Bluetooth communication module and buzzer are connected with the single chip computer. When the temperature exceeds the threshold set by the user， the buzzer rings and the single chip computer alarms the user's mobile phone through Bluetooth. The test results show that the temperature detection range can fully meet the actual needs.

Key words： MCU; Bluetooth communication; temperature and humidity monitoring; temperature and humidity sensor

0 引言

現(xiàn)在部隊倉庫、運輸車內的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是基于計算機顯示屏的，計算機顯示屏體積大，不方便隨身攜帶，值班人員一旦離開顯示屏，就造成信息傳遞的不及時。裝備的儲存條件很苛刻，有著嚴格的溫濕度儲存要求，一旦溫濕度異常，就可能會導致武器裝備的壽命變短，影響武器裝備的戰(zhàn)斗性能，甚至導致武器裝備直接損壞報廢。

為了克服傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的缺點，本系統(tǒng)采用了藍牙通信解決了電線電纜的連接問題;用低成本低功耗的單片機實現(xiàn)了傳感器在槍庫、彈藥庫和裝備運輸車中的全方位覆蓋;采用蜂鳴器和用戶手機終端多樣式報警信號來解決報警方式單一的問題。采用常見的單片機芯片和常用傳感器，既簡化了維修和維護，又解決了傳統(tǒng)傳感器與廠家系統(tǒng)不兼容等問題。

1 溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設計

1.1 總體設計方案

本文設計的系統(tǒng)主要需要實現(xiàn)以下功能：采集溫濕度環(huán)境參數(shù)、傳感器信號處理、溫濕度顯示、溫濕度警報、藍牙通信。該系統(tǒng)既要能夠處理傳感器數(shù)據和控制各個模塊，而且還要能夠和手機進行藍牙通信，所以需要一個可靠性高、處理能力強、結構簡單的核心處理器。這個要求可以用市場上廣泛應用的單片機來滿足。本系統(tǒng)是基于 STC89C52單片機設計的。系統(tǒng)設計的總體框圖如圖1所示，本系統(tǒng)包括以下幾個模塊：溫濕度傳感器模塊、供電模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、鍵盤模塊、藍牙通信模塊。

1.2 系統(tǒng)功能與系統(tǒng)指標

本文主要是設計一個實時的溫度和濕度監(jiān)測系統(tǒng)，它可以測量周圍的溫濕度值，并將溫濕度顯示在LCD液晶顯示屏上，當測量到的的溫度值超過用戶設定的閾值時，系統(tǒng)的蜂鳴器響起，并通過藍牙向用戶手機發(fā)送信息，使用戶手機鈴聲響起。

系統(tǒng)具體的技術指標如下。

⑴ 工作環(huán)境：室內、倉庫內、車內。

⑵ 藍牙通信范圍：10m。

⑶ 溫度報警：有。

⑷ 測溫范圍：0～50℃。

⑸ 溫度測量誤差：±2℃。

⑹ 測濕范圍：20～90%RH。

⑺ 濕度測量誤差：±5%RH。

2 系統(tǒng)硬件設計

硬件系統(tǒng)分為兩部分：一部分是溫濕度傳感器部分，即數(shù)據采集部分;另一部分是藍牙通信部分，即數(shù)據通信部分。溫濕度傳感器采用DHT 11溫濕度傳感器來收集溫濕度數(shù)據。處理器采用STC89C52單片機為核心控制芯片，串口藍牙通信模塊也連接在STC89C52單片機上進行工作。選用LCD1602液晶顯示器作為顯示屏，用來顯示當前溫濕度傳感器采集的溫濕度。時鐘電路采用11.0592Mhz晶振來提供時鐘信號。

系統(tǒng)選用STC89C52單片機為硬件平臺核心微處理器，所有的擴展設計全部都基于該平臺之上進行的。硬件設計的核心就是顯示輸出部分和鍵盤輸入部分。傳感器采集溫濕度信息， LCD1602液晶顯示器顯示實時溫濕度。

其中藍牙通信模塊接在了單片機的串行通信口TXD上，溫濕度傳感器接在了單片機P1.3口，蜂鳴器和報警燈分別接在P2.1口和P2.0口，P2.2口和P2.3口為鍵盤加減按鍵，P0.0-P0.7口用來傳遞溫濕度數(shù)據，使溫濕度在LCD1602液晶顯示屏上顯示。具體電路設計和實物照片如圖2所示。系統(tǒng)外觀如圖3。

3 系統(tǒng)軟件設計

軟件設計是所有系統(tǒng)的靈魂，是讓硬件系統(tǒng)真正發(fā)揮作用的根本。本系統(tǒng)的軟件設計主要包括：主函數(shù)、溫濕度數(shù)據采集、液晶程序、按鍵功能、藍牙通信、手機終端程序、蜂鳴器等設計，限于篇幅只介紹幾個關鍵軟件部分的設計。

3.1 主函數(shù)設計

由于本系統(tǒng)軟件設計采用了分層式、模塊化設計，主要定義函數(shù)聲明、變量數(shù)據類型、;單片機I/O引腳，完成了STC89C52單片機引腳功能的初始化，設置了時鐘系統(tǒng)的模式，溫度序設計框圖見圖4。

3.2? 溫濕度數(shù)據采集程序設計

溫濕度數(shù)據采集程序中，溫濕度傳感器DHT11的溫濕度采樣頻率為1次每秒，需要設計合適的時間間隔來進行溫濕度信息的通信與交換。環(huán)境信息采集流程圖見圖5。

在溫濕度采集程序設計時主要解決了以下問題：

⑴ 初次溫濕度信息采集前應該現(xiàn)將系統(tǒng)復位，將引腳電平清空，避免誤報等意外情況;

⑵ 溫濕度信息采樣頻率為1s，顯示屏判忙程序精簡化;

⑶ 溫濕度傳感器與單片機為單總線數(shù)據傳輸，所以一次溫濕度信息交換時序較長，期間應禁止其他程序的進行，如終端程序，可以延時幾毫秒后再進行。LCD1602液晶顯示屏也避免選用動態(tài)掃描數(shù)碼管方式來顯示溫濕度信息。否則，在溫濕度傳感器和單片機進行數(shù)據交互傳傳遞時，會導致液晶顯示屏閃爍。

3.3 藍牙通信程序設計

藍牙通信程序主要實現(xiàn)的功能是完成手機與單片機的無線串口通信。藍牙通信程序規(guī)定了手機和單片機接收數(shù)據和發(fā)送數(shù)據的要求和時機，規(guī)定了數(shù)據校驗的標準。藍牙通信模塊與溫濕度傳感器一樣，是通過單引腳實現(xiàn)溫濕度數(shù)據的收發(fā)工作的。藍牙通信子程序如下：

3.4 手機終端程序設計

手機終端程序設計是人機交互的重點，在手機端開發(fā)一個APP，采用eclipse軟件實現(xiàn)。在實現(xiàn)基本功能的基礎上，要具有易操作和人性化的優(yōu)點。本著這樣的原則，APP共設計了兩個界面：一個是初始界面，初始界面設計了一個“連接”按鈕，用來連接系統(tǒng)的藍牙通信模塊;另一個是報警狀態(tài)提示，顯示溫濕度的報警信息。具體的界面如圖6所示。

4 系統(tǒng)性能測試

本文主要測試了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、功能性以及實用性，確保系統(tǒng)設計功能的實現(xiàn)。測試主要包括硬件平臺及處理器測試、操作界面、手機終端界面等測試。通過這一系列測試之后，本系統(tǒng)的功能和設計要求已經達到設計目標，系統(tǒng)也能夠簡便的、可靠的、高效地運行和操作，人機交互也有著良好的、簡潔的操作界面，通過對本系統(tǒng)的多次測試檢驗，并對測試結果進行統(tǒng)計，可以判斷系統(tǒng)已經實現(xiàn)了相對可靠、穩(wěn)定的運行效果，總體上實現(xiàn)了設計要求。

5 結束語

本文根據實時溫濕度的測量要求，設計并實現(xiàn)了溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)共包括了溫濕度傳感器模塊、供電模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、鍵盤模塊、藍牙通信模塊等六大模塊。通過收集、分析測試結果，發(fā)現(xiàn)本溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)基本符合設計要求，符合部隊需求。但是在實現(xiàn)過程中，還有很多方面可以優(yōu)化，比如手機APP界面的美化、藍牙通信模塊功耗控制、測量結果的緩存等等。

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