無線溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)綜述電氣工程與自動化無線溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計摘要：隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，環(huán)境的監(jiān)測在各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，同時，無線傳感網(wǎng)絡(luò)也在傳感器的進(jìn)步下顯得更加實用化。針對分散節(jié)點溫濕度的檢測，設(shè)計一種基于單片機(jī)的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。該設(shè)計采用C8051F330單片機(jī)為核心的控制器，以溫濕度傳感器HU-10S、無線收發(fā)模塊nRF24L01、串行通信模塊為輔助，完成對溫濕度的實時監(jiān)測。關(guān)鍵詞：監(jiān)測系統(tǒng)；無線；溫濕度測量；近年來，隨著傳感器、計算機(jī)、無線通信及微電機(jī)等技術(shù)的發(fā)展和相互融合，產(chǎn)生了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1]。無線傳感

2、器網(wǎng)絡(luò)是目前國內(nèi)外的研究熱點,具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。但是,傳感器網(wǎng)絡(luò)要實現(xiàn)實用化,還有許多基礎(chǔ)性問題和關(guān)鍵部件需要解決。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實用化離不開傳感器技術(shù)的進(jìn)步。而目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的的主要領(lǐng)域有這么幾個方向：軍事應(yīng)用、環(huán)境應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、建筑及城市管理和公共安全與反恐。例如美國Crossbow公司2005年第四季開展了一項利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對狙擊者進(jìn)行定位的課題。預(yù)先在傳感器節(jié)點上布設(shè)聽覺感覺器,根據(jù)狙擊時聲響傳到不同傳感器節(jié)點的時間差,對狙擊點進(jìn)行聯(lián)合定位[2]。這類傳感器可以在大型集會前提前布置,不需長時間待機(jī),

3、而目前的技術(shù)足以滿足傳感器在體積方面的需求。在我國，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用很多,但主要集中于測量空氣溫濕度,缺乏對于如土壤溫濕度、CO2濃度的研究,這將是今后進(jìn)行的一個重要方向。無線傳感器作為傳感器發(fā)展的一個新的方向越來越受到重視,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為無線傳感器的應(yīng)用隨著技術(shù)的發(fā)展、完善和成熟,將更加趨于實用,在特殊領(lǐng)域,它有著傳統(tǒng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢,同時也必將開辟出不少新穎而有價值的商業(yè)應(yīng)用。用于檢測溫濕度的無線系統(tǒng)，具有簡便、可靠的特點，具有可擴(kuò)充性并且成本較低，是本系統(tǒng)的最大的意義。針對不同的地點，可以將其稍作變

4、動，就可以達(dá)到不同的效果。如在家庭中，還可以用于檢測天然氣是否有泄漏、是否有人進(jìn)入家中行竊。又如實驗室中，則可以改為檢測實驗室內(nèi)的有無煙霧等。溫濕度的測量在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大棚管理，倉庫糧食存儲管理，生產(chǎn)制造行業(yè)，氣象觀測，恒溫恒濕的空調(diào)房科研及日常生活中被廣泛應(yīng)用?？梢哉f溫濕度是影響日常的生產(chǎn)生活以及科研的一個很重要的因素。目前我國許多領(lǐng)域例如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等仍采用測溫儀器與人工抄錄、管理結(jié)合的傳統(tǒng)方法，這不僅效率低，而且會由于判斷失誤和管理不力造成很多嚴(yán)重?fù)p失。本系統(tǒng)利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在C8051F330單片機(jī)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

5、，并同時使用nRF24L01無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)接收端再將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和顯示。若發(fā)現(xiàn)其某項數(shù)據(jù)超出正常范圍，立即發(fā)出警報。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)接收端兩部分。數(shù)據(jù)采集端主要包括C8051F330單片機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的控制核心，數(shù)據(jù)采集模塊采集環(huán)境的溫濕度，然后利用數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行相應(yīng)的處理。數(shù)據(jù)接收端主要包括C8051F330單片機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收模塊和串行通信模塊，數(shù)據(jù)接收模塊接收到采集方的

6、數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，再通過RS-232串行通信將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，利用上位機(jī)軟件實現(xiàn)實時監(jiān)測。作為整個系統(tǒng)的控制部分，單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計相對來說是最重要的。在本設(shè)計中，單片機(jī)控制系統(tǒng)主要包括C8051F330單片機(jī)、復(fù)位電路、電源電路、按鍵電路和JTAG調(diào)試接口。對數(shù)據(jù)采集端而言，無線發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)采集模塊都是低功耗器件，可以使用5V電源供電，可以選擇電池等以適合在室外環(huán)境下進(jìn)行溫濕度采集。而對于數(shù)據(jù)接收端，同樣也可以用5V電源供電。本系統(tǒng)采用適合于低功耗應(yīng)用的高速的C8051F330單片機(jī)作為控制芯片，其

7、自帶10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；其內(nèi)部帶有的UART0是一個標(biāo)準(zhǔn)的異步、全雙工通信串口。此外，其采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行的速度有很大的提高。系統(tǒng)軟件的設(shè)計同硬件設(shè)計一樣，分成數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)接收端兩部分。這兩部分的程序大體相似，數(shù)據(jù)采集端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送，數(shù)據(jù)接收端主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)的接收并傳送給電腦。數(shù)字濾波是一個計算過程，通常用軟件實現(xiàn)。克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法通常有：限幅濾波法、中值濾波法、基于拉依達(dá)準(zhǔn)則的奇異數(shù)據(jù)濾波法、基于中指數(shù)絕對偏差的決策濾波器；抑制小幅度高頻噪聲的平均濾波法有：算數(shù)平均法

8、；滑動平均法；加權(quán)滑動平均法。以下主要介紹其中的幾種方法：限幅濾波法（又稱程序判別法、增量判別法）通過程序判斷被測信號的變化幅度，從而消除緩變信號中的尖脈沖干擾。具體方法是，依賴已有的時域采樣結(jié)果，將本次采樣值與上次采樣值進(jìn)行比較，若它們的差值超出允許范圍，則認(rèn)為本次采樣值受到了干擾，應(yīng)予