室內(nèi)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王馳 陳恒 李森 李楠

摘? ?要：文章介紹了一款室內(nèi)空氣溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。利用了無(wú)線通信、傳感器、單片機(jī)等技術(shù)，當(dāng)空氣溫濕度檢測(cè)裝置接收到指令后開(kāi)始工作，實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境中的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)處理并保存數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶(hù)的需要，將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC或手機(jī)端，單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)可以通過(guò)HC-05藍(lán)牙設(shè)備實(shí)時(shí)上傳到手機(jī)界面，方便人們實(shí)時(shí)了解自己的室內(nèi)空氣質(zhì)量如何。當(dāng)室內(nèi)溫濕度處于設(shè)定報(bào)警區(qū)間時(shí)，則發(fā)出聲光報(bào)警，告訴用戶(hù)室內(nèi)空氣需要優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信技術(shù);HC-05藍(lán)牙設(shè)備;溫濕度傳感器

日常生活中人們大部分時(shí)間都在室內(nèi)，因此需要一個(gè)舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境。溫度、濕度是影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的重要因素，另外現(xiàn)代住宅的密封性變得越來(lái)越好，其弊端在于能讓污染物滯留在室內(nèi)，影響空氣的溫度、濕度以及流通和循環(huán)。因此為了有效提高和改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，需要一款具有對(duì)室內(nèi)溫濕度自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警功能的裝置，以便于人們能夠及時(shí)采取措施改善室內(nèi)空氣質(zhì)量[1]。

1? ? 總體方案

室內(nèi)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，將整個(gè)系統(tǒng)功能劃分為各個(gè)模塊?？諝赓|(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。由單片機(jī)對(duì)采集到的信息進(jìn)行處理、判斷、顯示以及對(duì)報(bào)警的控制，通過(guò)藍(lán)牙模塊將空氣質(zhì)量檢測(cè)器中的信息實(shí)時(shí)傳送給手機(jī)客戶(hù)端。

2? ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要由STC12C5A60S2單片機(jī)、溫濕度傳感器、HC-05藍(lán)牙設(shè)備等模塊組成。電源信號(hào)由USB接口提供，目的是方便提供電源的來(lái)源和可靠性[2]。

2.1? 主控模塊的設(shè)計(jì)

STC12C5A60S2單片機(jī)是一款高性能的8位微控制器，具有低功耗特性。硬件配置如下：有40個(gè)引腳，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，內(nèi)置看門(mén)狗和按鍵復(fù)位功能，最高主頻35 M。在存儲(chǔ)器方面，內(nèi)部8 k字節(jié)Flash和512字節(jié)RAM。軟件上支持4個(gè)外部中斷。該單片機(jī)支持兩種低功耗方式，可通過(guò)軟件對(duì)其具體方式進(jìn)行選擇，單片機(jī)由復(fù)位電路和晶體振蕩器外圍電路組成[3]。

2.2? 溫濕度傳感器模塊的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。該產(chǎn)品精度高、可靠性好、響應(yīng)快、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比極高并且連接方便。在選擇合適的上拉電阻后，將傳感器的電源端口Pin1和Pin4連接到VDD和GND端子，傳感器的第三腳處于懸空狀態(tài)[4]。DHT11的典型應(yīng)用電路如圖2所示。

2.3? HC-05藍(lán)牙的概述

HC-05藍(lán)牙模塊基于CSR的藍(lán)牙V2.0 + EDR版本BC04藍(lán)牙芯片技術(shù)。HC-05是標(biāo)準(zhǔn)的CLASS2藍(lán)牙模塊。雖然標(biāo)準(zhǔn)通信距離是10 m，但實(shí)際測(cè)試傳輸距離大于10 m。在HC-05藍(lán)牙模塊中，USARTO用作通信接口。在指示燈LED快閃時(shí)，說(shuō)明其處于AT模式。在指示燈2閃1停時(shí)，說(shuō)明其與設(shè)備相接成功。

3? ? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)啟動(dòng)、硬件檢測(cè)、初始化設(shè)置、溫濕度檢測(cè)及顯示，超限報(bào)警。首先需要建立一個(gè)程序框架的流程圖，然后將整個(gè)設(shè)計(jì)劃分為模塊逐個(gè)實(shí)現(xiàn)，最后將子模塊合理連接以形成完整的設(shè)計(jì)。將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到溫濕度，判斷溫濕度是否處于報(bào)警值的上下限，如果不處于報(bào)警值的上下限內(nèi)，則此溫濕度屬于安全值，聲光報(bào)警不響，在此過(guò)程中將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到手機(jī)或PC端。軟件程序流程如圖3所示。

4? ? 測(cè)試結(jié)果

室內(nèi)溫室度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其功能進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)手動(dòng)握住溫濕度傳感器時(shí)，溫度處于報(bào)警區(qū)間，在同基礎(chǔ)上也可以加點(diǎn)水使其濕度處于設(shè)置的報(bào)警值內(nèi)，進(jìn)行聲光報(bào)警。即也可以用按鍵的方法設(shè)置上下限報(bào)警值使其處于在報(bào)警值內(nèi)，進(jìn)行聲光報(bào)警。在此過(guò)程中，通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)的連接，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到手機(jī)界面，當(dāng)數(shù)據(jù)改變時(shí)，手機(jī)界面與液晶屏上呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)同時(shí)改變。經(jīng)過(guò)以上測(cè)試，說(shuō)明系統(tǒng)正常運(yùn)行并滿(mǎn)足其設(shè)計(jì)要求。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心部件的控制系統(tǒng)，利用軟件編程，最終基本上實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)要求。雖然系統(tǒng)還存在一些不足，不過(guò)大體能反映出設(shè)計(jì)的目的和要求，與理論計(jì)算的結(jié)果相進(jìn)?？諝赓|(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)已成為21世紀(jì)熱門(mén)研究話題之一，無(wú)論是從生產(chǎn)還是生活方面，與人類(lèi)都是息息相關(guān)的，而智能化的控制溫濕度已經(jīng)發(fā)展成為一種必然。

[參考文獻(xiàn)]

[1]高海文.基于STM32的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南昌：華東交通大學(xué)，2018.

[2]蘇寶林.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能溫室控制與管理系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2018（12）：33-35.

[3]程捷.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)，2019（9）：46-48.

[4]何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2019.

Design of indoor temperature and humidity detection system

Wang Chi， Chen Heng， Li Sen， Li Nan

（School of Science， Xijing University， Xian 710123， China）

Abstract：This paper introduces an indoor air temperature and humidity detection system. Utilizing technologies such as wireless communication， sensors， and single-chip microcomputers， when the air temperature and humidity detection device receives instructions， it starts to work， detects the data in the environment in real time， and transmits the data to the single-chip microcomputer， which is processed and stored by the single-chip microcomputer. According to the needs of the user， the data is sent to the PC or mobile phone. The data collected by the single-chip microcomputer can be uploaded to the mobile phone interface in real time through the HC-05 Bluetooth device， so that people can understand the quality of their indoor air in real time. When the indoor temperature and humidity are in the set alarm interval， an audible and visual alarm is issued to inform the user that the indoor air needs to be optimized.

Key words：wireless communication technology; HC-05 Bluetooth device; temperature and humidity sensor