基于單片機(jī)的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　摘 要： 針對(duì)某些特殊場(chǎng)所需要實(shí)時(shí)溫濕度測(cè)量的問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的溫濕度實(shí)時(shí)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(cè)采集;選用LCD1602液晶顯示器對(duì)單片機(jī)處理過(guò)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(guò)用戶設(shè)定的閾值時(shí)，蜂鳴器響起并且單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙與用戶手機(jī)進(jìn)行鈴聲報(bào)警。試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度檢測(cè)范圍完全滿足實(shí)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(jì)算機(jī)應(yīng)用》創(chuàng)刊于1981年，是中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)會(huì)刊。以介紹計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為重點(diǎn)，以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步為宗旨，以促進(jìn)計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用創(chuàng)新為目標(biāo)。

　　0 引言

　　現(xiàn)在部隊(duì)倉(cāng)庫(kù)、運(yùn)輸車內(nèi)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是基于計(jì)算機(jī)顯示屏的，計(jì)算機(jī)顯示屏體積大，不方便隨身攜帶，值班人員一旦離開(kāi)顯示屏，就造成信息傳遞的不及時(shí)。裝備的儲(chǔ)存條件很苛刻，有著嚴(yán)格的溫濕度儲(chǔ)存要求，一旦溫濕度異常，就可能會(huì)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(bào)廢。

　　為了克服傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用了藍(lán)牙通信解決了電線電纜的連接問(wèn)題;用低成本低功耗的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了傳感器在槍庫(kù)、彈藥庫(kù)和裝備運(yùn)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(bào)警信號(hào)來(lái)解決報(bào)警方式單一的問(wèn)題。采用常見(jiàn)的單片機(jī)芯片和常用傳感器，既簡(jiǎn)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(wèn)題。

　　1 溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　1.1 總體設(shè)計(jì)方案

　　本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要需要實(shí)現(xiàn)以下功能：采集溫濕度環(huán)境參數(shù)、傳感器信號(hào)處理、溫濕度顯示、溫濕度警報(bào)、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(gè)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(gè)可靠性高、處理能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的核心處理器。這個(gè)要求可以用市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的單片機(jī)來(lái)滿足。本系統(tǒng)是基于 STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖如圖1所示，本系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊：溫濕度傳感器模塊、供電模塊、液晶顯示模塊、報(bào)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(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)的溫度和濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它可以測(cè)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(cè)量到的的溫度值超過(guò)用戶設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)的蜂鳴器響起，并通過(guò)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(cāng)庫(kù)內(nèi)、車內(nèi)。

　　⑵ 藍(lán)牙通信范圍：10m。

　　⑶ 溫度報(bào)警：有。

　　⑷ 測(cè)溫范圍：0～50℃。

　　⑸ 溫度測(cè)量誤差：±2℃。

　　⑹ 測(cè)濕范圍：20～90%RH。

　　⑺ 濕度測(cè)量誤差：±5%RH。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　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(lái)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(lái)顯示當(dāng)前溫濕度傳感器采集的溫濕度。時(shí)鐘電路采用11.0592Mhz晶振來(lái)提供時(shí)鐘信號(hào)。

　　系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)為硬件平臺(tái)核心微處理器，所有的擴(kuò)展設(shè)計(jì)全部都基于該平臺(tái)之上進(jìn)行的。硬件設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)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(bào)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(lái)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(jì)和實(shí)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(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)，限于篇幅只介紹幾個(gè)關(guān)鍵軟件部分的設(shè)計(jì)。

　　3.1 主函數(shù)設(shè)計(jì)

　　由于本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用了分層式、模塊化設(shè)計(jì)，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(shí)鐘系統(tǒng)的模式，溫度序設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖4。

　　3.2 溫濕度數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

　　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(jì)合適的時(shí)間間隔來(lái)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(jiàn)圖5。

　　在溫濕度采集程序設(shè)計(jì)時(shí)主要解決了以下問(wèn)題：

　　⑴ 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(bào)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(jiǎn)化;

　　⑶ 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(shí)序較長(zhǎng)，期間應(yīng)禁止其他程序的進(jìn)行，如終端程序，可以延時(shí)幾毫秒后再進(jìn)行。LCD1602液晶顯示屏也避免選用動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管方式來(lái)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(shí)，會(huì)導(dǎo)致液晶顯示屏閃爍。

　　3.3 藍(lán)牙通信程序設(shè)計(jì)

　　藍(lán)牙通信程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是完成手機(jī)與單片機(jī)的無(wú)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(shí)機(jī)，規(guī)定了數(shù)據(jù)校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙通信模塊與溫濕度傳感器一樣，是通過(guò)單引腳實(shí)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(jì)

　　手機(jī)終端程序設(shè)計(jì)是人機(jī)交互的重點(diǎn)，在手機(jī)端開(kāi)發(fā)一個(gè)APP，采用eclipse軟件實(shí)現(xiàn)。在實(shí)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(diǎn)。本著這樣的原則，APP共設(shè)計(jì)了兩個(gè)界面：一個(gè)是初始界面，初始界面設(shè)計(jì)了一個(gè)“連接”按鈕，用來(lái)連接系統(tǒng)的藍(lán)牙通信模塊;另一個(gè)是報(bào)警狀態(tài)提示，顯示溫濕度的報(bào)警信息。具體的界面如圖6所示。

　　4 系統(tǒng)性能測(cè)試

　　本文主要測(cè)試了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、功能性以及實(shí)用性，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)。測(cè)試主要包括硬件平臺(tái)及處理器測(cè)試、操作界面、手機(jī)終端界面等測(cè)試。通過(guò)這一系列測(cè)試之后，本系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)要求已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)也能夠簡(jiǎn)便的、可靠的、高效地運(yùn)行和操作，人機(jī)交互也有著良好的、簡(jiǎn)潔的操作界面，通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的多次測(cè)試檢驗(yàn)，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以判斷系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相對(duì)可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行效果，總體上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　本文根據(jù)實(shí)時(shí)溫濕度的測(cè)量要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了溫濕度實(shí)時(shí)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(bào)警模塊、鍵盤模塊、藍(lán)牙通信模塊等六大模塊。通過(guò)收集、分析測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)基本符合設(shè)計(jì)要求，符合部隊(duì)需求。但是在實(shí)現(xiàn)過(guò)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(cè)量結(jié)果的緩存等等。

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