基于nRF24L01的无线温湿度检测系统设计 - 图文(2)

1 引言

随着社会生产的不断发展进步,许多工农业生产过程以及民用场合都需要对环境的温度和湿度进行检测并控制，比如：粮仓、温室蔬菜大棚、通信基站、电力变电房、药厂、图书馆、博物馆等[1]。

在当今的工业、电力行业中，为了保证社会的正常运作以及人民的正常生活，保证电气设备的正常运行至关重要。很多企业提倡对设备进行预防性的维护，而温度是预防性维护中最重要的监控参数，温度的过高或过低都可能潜藏着安全隐患。所以实现温对度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。在传统的温湿度测量中分别采用温度传感器和湿度传感器采集温度和湿度信号并通过布置大量的电缆或导线进行有线传输在多测点的情况下 这种方法无疑大大增加了成本和系统设计的复杂性同时安装拆卸繁琐不灵活信号容易受到干扰[2]。

如今，对农业环境实施技术的认识已经增加到行业当中。对所需因素的手动搜集可以是零星的，不连续的，并且会在错误的测量中发生变化。这可能会给控制重要的环境因素造成困难。无线独特的传感器节点可以减少用于监控环境所需要的时间和精力。数据日志允许数据减少，遗失或错放。并且，这些数据也允许安置在关键位置，而不需要在危险情况下放置专门人员[3]。目前，无线数据通信的应用领域越来越广：遥控遥测、无线抄表、门禁系统、身份识别、非接触RF智能卡、无线标签、安全防火系统、生物信号采集、机器人控制等．凡是布线繁杂或不允许布线的场合都希望能通过无线方案来解决。所以在种种因素下，采用无线检测系统的优越性就体现出来了[4]。

6 2 总体设计

2.1方案论证及比较

2.1.1主控模块的选择

主控模块作为整个系统的控制核心，其性能的好坏对系统工作的影响是非常重要的，经过资料翻阅，初步设定以下两种方案供参考。

方案一：STC89C51的主CPU电路选用STC89C52RC系列单片机，STC89C52RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C52RC系列单片机是单时钟/ 机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/ 精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。

方案二：AT90S8515是一种AVR系列单片机，使用它系统无需程序存储器、数据存储器以及A／D转换器，大大简化了硬件的设计。其内部的硬件看门狗电路及相应的看门狗指令控制，提高了系统的可靠性及安全性，适合用于组成智能检测及采集处理系统。电荷耦合器件CCD是在大规模集成电路工艺基础上研制雨成的MOS型集成电路芯片。自1970年美国贝尔实验室W．S．Boyle和G．E．Smith首先提出以来，其技术研究取褥了惊人的进展。利用摄像镜头CCD把实时图像信息通过光电转换而再现信息存储与传递功能。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的电荷便能在CCD内作定向传输而实现自扫描。它具有体积小、分辨率高、稳定性能良好、抗电磁干扰等特点。得以在工件尺寸检测、图像传真、智能传感器等方面广泛应用本文致力于线阵CCD智能检测系统的研制，将传感技术、智能技术和单片机相结合，实现了非接触在线检测，系统具有实时性、准确性、智能化、灵敏度高以及标准输出等优点。由于本课题显示的信息简单，不需要显示

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复杂的信息，若采用该系统就造成资源浪费。

本着系统设计硬件选择经济实惠的原则，采用方案一。

2.1.2.温湿度检测系统的选择

温湿度检测部分是用来显示温湿度信息，科学家根据不同的检测要求研制出多种方案，本人提取几种可以应用在本次系统的方案进行比较。

方案一：采用Honeywell公司相对湿度传感器HIH3610，并配合DALLAS公司一线总线智能电池监视器件DS2438实现湿度采集，组成一种完全符合一线总线规范的湿度传感器。相对湿度传感器HIH3610在供电电压为5V时，其消耗电流仅为200mA，其输出电压为：V out=V supply[0.0062(sensor％RH)+0．16]，若V supply固定为5V，则其值仅由相对温度值决定。由于一线总线上供电电压值为变量，故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压V supply的值。HIH3610测量湿度值还与环境温度有关，故应进行温度补偿，补偿公式为：RH=(sensor％RH)／1．0546—0．0216T。因此，为得到准确的湿度测量值，还应在测量湿度的同时测量环境温度和一线总线电源电压值。DS2438硬件资源有2个ADC和1个温度传感器；电压ADC对0一IOV输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0—5V输入信号实现9位变换，用来读取加在电源引脚上的电压硬件资源有2个ADC和1个温度传感器，电压ADC对0—10V输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0—5V输入信号实现9位变换，用来读取加在电源引脚上的电压。Sl8820H1是DALLAS公司推出的智能型数字式温度传感器，它采用一线接口，既可通信，又可通过数据线供电，只需占用微处理器的一个I／0位；并且DSl8820[6]将测的温度信号转换为数字量输出，可以直接与微处理器相连，大大简化了电路的设计。DSl8820本身带有命令集和存储器，微处理器通过发出控制命令，对DSl8820的存储器进行读写，完成温度测量。这个方案主要的缺点是逻辑电路复杂，器件和维护的成本较高，不利于大量投入农业设备的检测。

方案二：SHT11是单片集成的数字温湿度传感器，所有信号的调理都在芯片内部完成，采用I2C总线串行接口电路实现通信，完成数据和时钟的传输，而且直接输出数字信号。这样不仅节省了单片机的I/O口线，而且减少了A/D转换器件，降低了成本，与单片机接口简单、检测准确、稳定性好，实现了对温湿度参

8 数的测量。在实际测量中由于SHT11的输出特性呈一定的非线性，采用软件补偿以获取准确数据。该温湿度传感器功能强大，且具有高度的可靠性和长时间的稳定性等特点，价格也相对低廉，所以完全符合本次设计系统的需要。

方案三：HMP45D温湿度传感器是由温度传感器和湿度传感器组成。其中，温度传感器是铂电阻温度传感器，湿度传感器是湿敏电容湿度传感器。铂电阻的特点是：温度系数较大，即灵敏度较大；电阻率较大，易于绕制高阻值的元件；性能稳定，材料易于提纯；测温精度高，复现性好。湿敏电容传感器是用有机高分子膜作介质的一种小型电容器。HMP45D温湿度传感器的头部必须有保护滤纸，防止感应元件被尘埃污染。湿敏电容不能长时间暴露在含有某些化学物质的气体中，否则可能改变它的性能，缩短使用寿命。所以，应定期拆开传感器的头部网罩，清洗滤纸或者更换新的滤纸[7]。首先，对于应用于农牧业的温湿度检测系统，这一点显得非常的不现实。其次，该温湿度传感器必须安装在百叶箱内。传感器的中心点离地面1．50 m。这会使得检测的结果失去一定的准确性。所以这个也不适合。

综上所述，方案二比较符合本次设计的要求。

2.1.3.无线发射模块的选择

本次设计是基于无线设备的温湿度监测系统，所以，无线设备的稳定性和准确性非常的重要。经总结，归纳了以下两种方案。

方案一：nRF905是Nordic VLSI公司推出的单片机视频收发器，工作于433／868／915 MHz， …… 此处隐藏：2526字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……