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

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

　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī); 藍(lán)牙通信; 溫濕度監(jiān)控; 溫濕度傳感器

　　推薦閱讀：《計算機(jī)應(yīng)用》創(chuàng)刊于1981年，是中國計算機(jī)學(xué)會會刊。以介紹計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為重點，以推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步為宗旨，以促進(jìn)計算機(jī)開發(fā)應(yīng)用創(chuàng)新為目標(biāo)。

　　0 引言

　　現(xiàn)在部隊倉庫、運輸車內(nèi)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是基于計算機(jī)顯示屏的，計算機(jī)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(yán)格的溫濕度儲存要求，一旦溫濕度異常，就可能會導(dǎo)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(dǎo)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(lán)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(jī)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(jī)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(jī)芯片和常用傳感器，既簡化了維修和維護(hù)，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(shè)計

　　1.1 總體設(shè)計方案

　　本文設(shè)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(lán)牙通信。該系統(tǒng)既要能夠處理傳感器數(shù)據(jù)和控制各個模塊，而且還要能夠和手機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙通信，所以需要一個可靠性高、處理能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單的核心處理器。這個要求可以用市場上廣泛應(yīng)用的單片機(jī)來滿足。本系統(tǒng)是基于 STC89C52單片機(jī)設(shè)計的。系統(tǒng)設(shè)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(lán)牙通信模塊。

　　1.2 系統(tǒng)功能與系統(tǒng)指標(biāo)

　　本文主要是設(shè)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(dāng)測量到的的溫度值超過用戶設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)的蜂鳴器響起，并通過藍(lán)牙向用戶手機(jī)發(fā)送信息，使用戶手機(jī)鈴聲響起。

　　系統(tǒng)具體的技術(shù)指標(biāo)如下。

　　⑴ 工作環(huán)境：室內(nèi)、倉庫內(nèi)、車內(nèi)。

　?、?藍(lán)牙通信范圍：10m。

　　⑶ 溫度報警：有。

　　⑷ 測溫范圍：0～50℃。

　?、?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(shè)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(jù)采集部分;另一部分是藍(lán)牙通信部分，即數(shù)據(jù)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(jù)。處理器采用STC89C52單片機(jī)為核心控制芯片，串口藍(lán)牙通信模塊也連接在STC89C52單片機(jī)上進(jìn)行工作。選用LCD1602液晶顯示器作為顯示屏，用來顯示當(dāng)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(jī)為硬件平臺核心微處理器，所有的擴(kuò)展設(shè)計全部都基于該平臺之上進(jìn)行的。硬件設(shè)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(lán)牙通信模塊接在了單片機(jī)的串行通信口TXD上，溫濕度傳感器接在了單片機(jī)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(jù)，使溫濕度在LCD1602液晶顯示屏上顯示。具體電路設(shè)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(shè)計

　　軟件設(shè)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(shè)計主要包括：主函數(shù)、溫濕度數(shù)據(jù)采集、液晶程序、按鍵功能、藍(lán)牙通信、手機(jī)終端程序、蜂鳴器等設(shè)計，限于篇幅只介紹幾個關(guān)鍵軟件部分的設(shè)計。

　　3.1 主函數(shù)設(shè)計

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

　　3.2 溫濕度數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計

　　溫濕度數(shù)據(jù)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(shè)計合適的時間間隔來進(jìn)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(shè)計時主要解決了以下問題：

　?、?初次溫濕度信息采集前應(yīng)該現(xiàn)將系統(tǒng)復(fù)位，將引腳電平清空，避免誤報等意外情況;

　?、?溫濕度信息采樣頻率為1s，顯示屏判忙程序精簡化;

　?、?溫濕度傳感器與單片機(jī)為單總線數(shù)據(jù)傳輸，所以一次溫濕度信息交換時序較長，期間應(yīng)禁止其他程序的進(jìn)行，如終端程序，可以延時幾毫秒后再進(jìn)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(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳傳遞時，會導(dǎo)致液晶顯示屏閃爍。

　　3.3 藍(lán)牙通信程序設(shè)計

　　藍(lán)牙通信程序主要實現(xiàn)的功能是完成手機(jī)與單片機(jī)的無線串口通信。藍(lán)牙通信程序規(guī)定了手機(jī)和單片機(jī)接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的要求和時機(jī)，規(guī)定了數(shù)據(jù)校驗的標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)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(jù)的收發(fā)工作的。藍(lán)牙通信子程序如下：

　　3.4 手機(jī)終端程序設(shè)計

　　手機(jī)終端程序設(shè)計是人機(jī)交互的重點，在手機(jī)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(chǔ)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(shè)計了兩個界面：一個是初始界面，初始界面設(shè)計了一個“連接”按鈕，用來連接系統(tǒng)的藍(lán)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(shè)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(jī)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(shè)計要求已經(jīng)達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，系統(tǒng)也能夠簡便的、可靠的、高效地運行和操作，人機(jī)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(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，可以判斷系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了相對可靠、穩(wěn)定的運行效果，總體上實現(xiàn)了設(shè)計要求。

　　5 結(jié)束語

　　本文根據(jù)實時溫濕度的測量要求，設(shè)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(lán)牙通信模塊等六大模塊。通過收集、分析測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)基本符合設(shè)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(jī)APP界面的美化、藍(lán)牙通信模塊功耗控制、測量結(jié)果的緩存等等。

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