远程温湿度监控系统设计研究范文

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1温湿度传感器模块

传统的温湿度检测在调试，测量精度等方面存在的不足，完全可由一款自动校准功能的温湿度数字传感器SHT11来弥补，它是一款含有自动校准功能的温湿度数字传感器。故本文的温湿度检测传感器选用SHT11。SHT11一种基于CMOSens技术的单芯片数字式的温湿度传感器，发挥出了CMOS芯片技术与传感器技术优势互补作用，确保了该产品极高的可靠性与卓越的长期稳定性。它包括了一个湿度敏感元件和一个温度敏感元件，可分别将湿度和温度转换成电信号，该信号首先进入微弱信号放大器进行放大；然后进入一个14位的A/D转换器进行转换；最后进过二线串行数字接口输出数字信号。SHT11校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号[3]。

2无线收发模块

无线收发模块采用nRF24L01来实现数据的无线传输。nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。因其采用高效的QFSK调制，抗干扰能力非常强，特别适用于工业控制场合。nRF24L01的收发模式有三种，分别是增强式ShockBurstTM模式、ShockBurstTM模式、直接收发模式。本系统采用增强式ShockBurstTM模式，进行发射数据包。在该模式下，nRF24L01自动处理字头和CRC校验码，在接收数据时自动将字头和CRC校验码移去，在发送数据时自动加上字头和CRC校验码。nRF24L01还集成了自动应答功能，即接收端收到数据后自动发送一个应答信号，发送端收到应答信号后确认完成这次数据的发送；在默认的发送时间内如果没有收到应答信号，发送端的MAX_RT位置1，触发发送端的中断信号，并停止数据的发送[4]。使用这两种技术可以明显降低该模块的电流损耗，极大地降低了数据在空气中的碰撞率，提高系统的稳定性和可靠性。

3报警模块

报警模块采用价格便宜的有源蜂鸣器作为报警装置，利用三个不同颜色发光二极管显示当前温湿度数值是超出还是低于或者是处于正常范围内，它们均受主控模块输出电压控制。在主控模块对温湿度数字传感器检测地数据进行判断，超出预设的最高限值或低于最低限值，则主控模块输出高电压启动报警模块，同时发出警报；且超出预设最高限值时红色发光二极管被点亮，低于预设最低限值时绿色发光二极管被点亮，处于正常范围内则主控模块输出低电压，报警模块处于休眠状态，绿色发光二极管被点亮。有源蜂鸣器通过三极管接到主控模块，S8550的三极管Q1起电流放大的作用，使得有足够大的电流驱动蜂鸣器发声。三极管的发射极与蜂鸣器阴极连接，集电极接地，基极通过限流电阻与单片机STM32F103引脚连接，当引脚为低电平时三极管导通，蜂鸣器发出声响。

4电源模块

系统稳定性直接取决于电源系统设计。本系统采用6~8V电源为系统供电，考虑到每个模块所需的电压不同，因此需要优化设计实现电压调节。主控模块采用LM2941实现稳幅5V供电；为保证传感器SHT11精确度，采用3.3V接入电压，利用LM2941输出的5V电压接入LM1117输出3.3V电压实现；无线收发模块供电电压为1.9V～3.6V，亦可采用LM1117实现。

5软件设计

整个远程温湿度监控系统程序采用模块化设计方法，在Keil4软件上用C语言编写，使程序设计简单易于实现。系统加电后进行初始化，完成参数设定、中断的设定等。主控模块运行程序，定时向温湿度传感器模块发送问询信息，询问该模块是否有数据要传输。若有，则接收数据并经无线收发模块给显示和存储设备。接收设备要对接收的数据做进一步处理，判断是否启动报警模块。否则系统返回低功耗状态。

6结语

本文提出的基于嵌入式物联网的远程温湿度监控系统工作稳定、操作方便，基本实现了预期设计的远程监控、准备检测温湿度和超限报警等功能。系统选用高性能、智能化、低成本的硬件器件，有效实现系统功能，且利用了各芯片的低功耗特性，大大降低了系统的电能消耗，控制方便，具有一定的应用价值。

作者：程倩倩 朱圣祥 秦龙 陈劲松 单位：安徽财经大学管理科学与工程学院