遠程溫濕度監控系統設計研究范文

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1溫濕度傳感器模塊

傳統的溫濕度檢測在調試，測量精度等方面存在的不足，完全可由一款自動校準功能的溫濕度數字傳感器SHT11來彌補，它是一款含有自動校準功能的溫濕度數字傳感器。故本文的溫濕度檢測傳感器選用SHT11。SHT11一種基于CMOSens技術的單芯片數字式的溫濕度傳感器，發揮出了CMOS芯片技術與傳感器技術優勢互補作用，確保了該產品極高的可靠性與卓越的長期穩定性。它包括了一個濕度敏感元件和一個溫度敏感元件，可分別將濕度和溫度轉換成電信號，該信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進入一個14位的A/D轉換器進行轉換；最后進過二線串行數字接口輸出數字信號。SHT11校準系數存儲在校準寄存器中；在測量過程中，校準系數會自動校準來自傳感器的信號[3]。

2無線收發模塊

無線收發模塊采用nRF24L01來實現數據的無線傳輸。nRF24L01是由NORDIC生產的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。因其采用高效的QFSK調制，抗干擾能力非常強，特別適用于工業控制場合。nRF24L01的收發模式有三種，分別是增強式ShockBurstTM模式、ShockBurstTM模式、直接收發模式。本系統采用增強式ShockBurstTM模式，進行發射數據包。在該模式下，nRF24L01自動處理字頭和CRC校驗碼，在接收數據時自動將字頭和CRC校驗碼移去，在發送數據時自動加上字頭和CRC校驗碼。nRF24L01還集成了自動應答功能，即接收端收到數據后自動發送一個應答信號，發送端收到應答信號后確認完成這次數據的發送；在默認的發送時間內如果沒有收到應答信號，發送端的MAX_RT位置1，觸發發送端的中斷信號，并停止數據的發送[4]。使用這兩種技術可以明顯降低該模塊的電流損耗，極大地降低了數據在空氣中的碰撞率，提高系統的穩定性和可靠性。

3報警模塊

報警模塊采用價格便宜的有源蜂鳴器作為報警裝置，利用三個不同顏色發光二極管顯示當前溫濕度數值是超出還是低于或者是處于正常范圍內，它們均受主控模塊輸出電壓控制。在主控模塊對溫濕度數字傳感器檢測地數據進行判斷，超出預設的最高限值或低于最低限值，則主控模塊輸出高電壓啟動報警模塊，同時發出警報；且超出預設最高限值時紅色發光二極管被點亮，低于預設最低限值時綠色發光二極管被點亮，處于正常范圍內則主控模塊輸出低電壓，報警模塊處于休眠狀態，綠色發光二極管被點亮。有源蜂鳴器通過三極管接到主控模塊，S8550的三極管Q1起電流放大的作用，使得有足夠大的電流驅動蜂鳴器發聲。三極管的發射極與蜂鳴器陰極連接，集電極接地，基極通過限流電阻與單片機STM32F103引腳連接，當引腳為低電平時三極管導通，蜂鳴器發出聲響。

4電源模塊

系統穩定性直接取決于電源系統設計。本系統采用6~8V電源為系統供電，考慮到每個模塊所需的電壓不同，因此需要優化設計實現電壓調節。主控模塊采用LM2941實現穩幅5V供電；為保證傳感器SHT11精確度，采用3.3V接入電壓，利用LM2941輸出的5V電壓接入LM1117輸出3.3V電壓實現；無線收發模塊供電電壓為1.9V～3.6V，亦可采用LM1117實現。

5軟件設計

整個遠程溫濕度監控系統程序采用模塊化設計方法，在Keil4軟件上用C語言編寫，使程序設計簡單易于實現。系統加電后進行初始化，完成參數設定、中斷的設定等。主控模塊運行程序，定時向溫濕度傳感器模塊發送問詢信息，詢問該模塊是否有數據要傳輸。若有，則接收數據并經無線收發模塊給顯示和存儲設備。接收設備要對接收的數據做進一步處理，判斷是否啟動報警模塊。否則系統返回低功耗狀態。

6結語

本文提出的基于嵌入式物聯網的遠程溫濕度監控系統工作穩定、操作方便，基本實現了預期設計的遠程監控、準備檢測溫濕度和超限報警等功能。系統選用高性能、智能化、低成本的硬件器件，有效實現系統功能，且利用了各芯片的低功耗特性，大大降低了系統的電能消耗，控制方便，具有一定的應用價值。

作者：程倩倩 朱圣祥 秦龍 陳勁松 單位：安徽財經大學管理科學與工程學院