【《基于单片机的数据采集与无线传输系统的设计》3900字（论文）】

PAGE63基于单片机的数据采集与无线传输系统的设计目录TOC\o"1-3"\h\u26427前言 2308291绪论 242941.1课题的提出及研究意义 2144981.2国内外数据采集与无线传输系统的设计的发展现状 3123591.3课题研究的内容 3301742硬件电路设计 3289192.1硬件电路框图设计 4265572.2各模块电路设计 8102762.2.1温湿度电路设计 886942.2.2蜂鸣器电路设计 8183982.2.3液晶显示屏模块电路 937742.2.4无线传输模块电路设计 10307872.3电路原理图 1124233软件电路设计 1251213.1程序工作流程 129273.2各模块工作流程 13271393.2.1采集器模块工作流程 14118573.2.2显示器模块工作流程 16300514测试与分析 23135444.1系统硬件调试 2315624.2系统软件调试 24147084.3主要指标测试 24266304.4测试结果分析 25摘要：在测量时，温湿度是很重要的研究课题，准确记录温湿度，具有控制方便，简单，灵活等特点，这往往也对实验结果起到决定性的作用。本文介绍以单片机为核心控制器件的数据采集与无线传输系统的设计，涉及论题的背景、设想、方法选择、方案意义、硬件设计、软件设计、系统调试和论证等几个部分。系统由采集器与显示器组成，采用的方式都是控制单片机。采集器由DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶、无线发送模块NRF24L01组成；显示器由源蜂鸣器、NRF24L01接受模块、LCD1602液晶组成。先由采集器上的温湿度传感器对环境进行测量，然后无线发送模块发送到显示器上去，显示器显示一遍，低于设定数值或高于设定数值则蜂鸣器震动进行示警。这个系统没有复杂的多余的线连接，安装范围比较广阔，具有，高效，准确，便与读写的特点。关键词：SCT89C51；温湿度传感器；NRF2401前言随着人们日益增长的物质需求，新兴产业越来越多，列车已成为出行和通勤的主要交通工具。那封闭环境下的列车中的温湿度不仅仅保证了乘客的舒适度，在列车高速运行中的安全上也发挥了重要作用。在传统产业上，农业大棚养殖中的温湿度监控是重中之重。近年粮食进出口同比趋于下降，粮食储存量日渐上升，粮仓温湿度管理更加科学化，有效化。无线温湿度检测不仅仅是简简单单的测试数据，更是利民，便民的监测工具。传统的温湿度检测系统采用的是物理方法测量，采用这种方式会造成较大的误差，读取也不够便利，不够直观。我们采用这种单片机控制无线传输的的方法，性价比高，测量精准，便于读取，并且可以自动示警，大大的提高了温湿度检测系统的科学性与便捷性。1绪论1.1课题的提出及研究意义无线温湿度检测系统是一种以单片机为核心的检测外部环境温湿度的设备，它是工作中长永性的监测工具。无线温湿度检测系统作为生产生活中的重要检测工具使用已经走进千家万户，其检测数据及时，显示数据直观，阅读简单，数据传输方便，对工作环境要求不高。随着经济的发展，传统的温湿度检测因为不方便易出错等缺点将淡出历史的舞台，生产中对于温湿度的检测也提出了更高的要求。1.2国内外数据采集与无线传输系统的设计的发展现状现代社会中，高铁成为必不可少的交通工具。高铁近几年的大提速，对设备的安全性和可靠性有很高的要求。对温湿度的精准，及时测量是保障铁路设备正常运行的基础。高铁常用分布式光纤温度传感。它的工作原理是光时域反射技术（OTDR）和光纤的背向拉曼散射（RAMANSCATFORING)温度效应。农业大棚温湿度检测采用传统温度计与湿度计。温度计原理是利用水银的热胀冷缩，湿度计原理是属于长度变化式。粮仓温湿度检测与农业大棚几乎一致。1.3课题研究的内容随着科技的发展，使用微机让无线温湿度传感变得信息化，成本不断减少，控制不断加强，可靠、抗干扰性能增强，把温度传感器与湿度传感器结合在一起，仪表和微机的性能也被组合在一起。因此微机控制技术将会成为无线温湿度检测的核心技术。本次设计的主要内容是以单片机为主控制器的无线温湿度检测系统。其实温湿度检测系统是一种相比较复杂的系统，但是由于能力水平不够，目前只能实现一些功能如：显示温湿度、无线传输温湿度、蜂鸣器震动示警等。通过单片机输出电压然后驱动电路控制温湿度传感器采集数据。此实验选用51单机(机芯片SCT89C51)作为它的控制器，研究使用微机控制无线温湿度检测系统的设计方法。根据问题的提出、意义和文献综述，本课题研究的具体内容包括以下四个方面：（1）对无线温湿度检测系统常用的控制方法的研究；（2）无线温湿度检测系统硬件组成及其原理；（3）无线温湿度检测系统的单片机系统软件设计；（4）无线温湿度检测在信号传输中遇到的问题。2硬件电路设计这个无线温湿度检测系统将分为采集器与显示器两部分。采集器可分为三个方面组成：一是由温度、湿度传感器组成的，负责测量温度和湿度，然后提供给微机；二是由单片机组成的，用来控制微机；三是由无线传输模块组成的，用来无线连接显示器。显示器由两部分组成：一是由单片机和液晶显示器结合的用来控制微机和提供温湿度信息；二是由无线传输模块组成的。采集器通过传感器采集数据然后传入主控系统，主控系统处理数据，处理完成后通过无线传输模块处输入显示器，最后显示器接受信息并在屏幕上面显示温湿度。采集器与显示都使用稳压的电源供电。2.1硬件电路框图设计采用两个单片机控制电机的方案。这种方案要采用两个单片机，一个控制采集器，利用温湿度传感器收集温湿度的信息，并显示在LED屏上，然后通过无线发送模块NRF24L01发送给显示器。另一个控制显示器通过接收模NRF24L01接受采集器发送的信号，也显示在LED屏上，根据设置的温湿度数值上下限蜂鸣器产生震动。采集器与显示器是分开工作，相互独立的，这就体现的读取与维修时的便利。两个微机之间的信号传递是及时的，简单的，稳定的。采集器电路框图设计如图1所示。图1开始初始化并设置无线模块，然后通过读模块状态寄存器判断是否接收到数据，否则回到读模块状态寄存器进行循环，是则读出数据，再判断数据是否接收完，若否，则返回读出数据进行循环，若是则判断接收到的数据是否是显示器询问指令，否则进入读模块状态寄存器进行循环，是则读取温湿度传感器数值然后发送温湿度数据到显示器，最后设置为接收模式等待显示器询问进入读模块状态寄存器进行循环。显示器电路框图设计如图2所示。图2开始初始化定时器和模块设置然后向采集器发送询问信号，再由读取状态寄存器判断是否接收到数据，若否则返回读取状态寄存器进行循环，若是则读出温湿度数据，再判断是否接收完成，若否则判断采集器丢失显示不在线，若是则显示温湿度数据，然后判断温湿度是否超限，若否则检测按键状态执行设置程序，若是则开启蜂鸣器警报并检测按键状态执行设置程序。2.2各模块电路设计下面一一介绍各个模块电路的设计过程。2.2.1温湿度电路设计原理图如图所示。图3DHT112.2.2蜂鸣器电路设计电路原理图如图所示。图4蜂鸣器电路原理图2.2.3液晶显示屏模块电路电路图如图所示。图51602液晶显示屏电路原理图2.2.4无线传输模块电路设计无线传输模块NRF24L01性能参数如下：2.4~2.5Ghz全球免申请ISM工作频段。工作温度：－40℃~+85℃。(3)最高工作速率2Mbps，抗干扰能力强。(4)125个通讯频道，可以满足多点通信、分组和跳频等应用需要。无线传输模块原理图如图所示。图6无线传输模块电路原理图2.3电路原理图采集器电路原理图如图所示。图7DTH11无线采集端显示器电路原理图如图所示。图8NRF2401无线接收端3软件电路设计3.1程序工作流程采用两个单片机控制电机的方案。这种方案要采用两个单片机，一个控制采集器，利用温湿度传感器收集温湿度的信息，并显示在LED屏上，然后通过无线发送模块NRF24L01发送给显示器。另一个控制显示器通过接收模NRF24L01接受采集器发送的信号，也显示在LED屏上，根据设置的温湿度数值上下限蜂鸣器产生震动。采集器与显示器是分开工作，相互独立的，这就体现的读取与维修时的便利。两个微机之间的信号传递是及时的，简单的，稳定的。3.2各模块工作流程采集器模块流程图。图9开始然后进行初始化，启动温湿度转换，再读出温湿度数据，经过初始化看是否报警，如果报警按下按键返回开始循环，如果不报警直接按下按键返回开始循环。显示器模块流程图图10开始然后无线传输模块初始化，到液晶显示器初始化，然后接收温湿度数据并处理温湿度数据，判断是否报警，如果报警则警报响起，显示温湿度，然后键盘扫描再接收温湿度进入循环，如果不报警直接显示温湿度然后键盘扫描再接收温湿度进入循环。3.2.1采集器模块工作流程采集器电路程序设计。图11图12图133.2.2显示器模块工作流程显示器电路程序设计。图14图15图16图17图18图19图20图21图224测试与分析4.1系统硬件调试当完成原理图布线后，对元器件进行设计焊接并不断完善电路使功能最后达到本次设计的目的。在焊接过程中，要仔细核对元器件正负级，以防出错，出错可能导致元器件损坏，或者通电后损坏多个元器件，甚至损坏温湿度传感器。采集器硬件如图所示。图23显示器硬件如图所示。图244.2系统软件调试KeiluVision4是Keil3的升级版，着使得它用起来更加的灵活和整洁。首先在功能上有了一定的改进，其次，在界面上也出现了新的操作按钮。Keil4软件调试是非常有用的，能够帮助我找到问题，它的编译器和调试工具能和元器件完美的匹配。4.3主要指标测试此系统所测得的温度、湿度的数据基本达到了预期要求。这个无线温湿度检测系统的温度测量范围为0-50℃，湿度测量范围为20-90%；温度测量误差为0.15℃，湿度测量误差为3.5%；温湿度传感器测量温度和湿度然后通过无线传输模块上传给显示器并显示其温度和湿度。通过按键可随意设置数值，超过上限或者下限，蜂鸣器就会自动报警。4.4测试结果分析此次分别测试了三个场景下的的无线温湿度温湿度传感器工作效率。一地铁上，无线温湿度传感器测量