張思亮

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機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

張思亮

中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局湖北分局，湖北 武漢432200

機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)以AT89C58單片機(jī)為核心，主要采用溫濕度傳感和無(wú)線傳輸技術(shù)的機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)房的溫濕度等數(shù)據(jù)地實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控。

數(shù)據(jù)采集；單片機(jī)；無(wú)線通信；Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)

引言

機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端利用溫濕度傳感器與光敏電阻將機(jī)房?jī)?nèi)采集到的溫度、濕度、光強(qiáng)發(fā)送給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的簡(jiǎn)單處理后利用NRF24L01無(wú)線接收模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)接收端電路，接收端通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口將數(shù)據(jù)傳給PC終端上的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存，并在PC顯示模塊上對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)溫度、濕度的數(shù)值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，模塊會(huì)有相應(yīng)的警告顯示[1]。

1 系統(tǒng)方案介紹

圖1 系統(tǒng)整體功能模塊圖

系統(tǒng)的整體功能模塊，如圖1所示。在機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的搭建中，本文主要完成溫濕度數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)接收端和數(shù)據(jù)PC顯示端這三個(gè)功能模塊，采集端與接收端之間，應(yīng)該進(jìn)行安全、穩(wěn)定的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確并及時(shí)地發(fā)送給PC終端。PC顯示端必須及時(shí)、準(zhǔn)確的讀取串口緩存中的數(shù)據(jù)，將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后將數(shù)據(jù)直觀地顯示出來(lái)，并當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)發(fā)出相應(yīng)警告[2]。

1.1 數(shù)據(jù)采集模塊

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊主要是由數(shù)字溫濕度傳感器AM2301，光敏電阻，AT89C51，無(wú)線收發(fā)模塊NRF24L01等組成。數(shù)據(jù)接收模塊的主要功能是溫濕度傳感器和光敏電阻將采集到的數(shù)據(jù)送往單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)簡(jiǎn)單的加密與計(jì)算處理，將數(shù)據(jù)通過(guò)NRF24L01送往數(shù)據(jù)接收模塊[3]。

1.2 數(shù)據(jù)接收模塊

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收模塊主要是由無(wú)線收發(fā)模塊NRF24L01、AT89C58、正向低壓穩(wěn)壓器LM1117、USB轉(zhuǎn)RS-232轉(zhuǎn)換器PL2303HX等組成。NRF24L01芯片是無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊的無(wú)線傳輸電路的主要芯片，該芯片接收到發(fā)送端采集到的數(shù)據(jù)后交給AT89C58單片機(jī)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)簡(jiǎn)單的解密處理，最后通過(guò)串口發(fā)送給PC終端進(jìn)行顯示。該模塊的電源部分設(shè)計(jì)是用PL2303HX通過(guò)PC上的USB直接供給的單片機(jī)+5V的電壓和一個(gè)由AMS1117構(gòu)成的低壓穩(wěn)壓電路提供給正常工作電壓為3.3VNRF24L01[4]。

1.3 PC顯示模塊

本系統(tǒng)的PC顯示模塊由串口初始化與數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分組成。這兩個(gè)部分的完成都運(yùn)用的是C#語(yǔ)言與數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)。串口初始化這部分程序的設(shè)計(jì)運(yùn)用的是C#Winform。程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先對(duì)串口的速率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位等屬性進(jìn)行設(shè)定，然后才打開(kāi)串口，并開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)有串口里面有數(shù)據(jù)時(shí)，程序自動(dòng)開(kāi)始讀取，讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)與數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，根據(jù)數(shù)據(jù)的不同值將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)不同的表中。數(shù)據(jù)顯示部分程序的設(shè)計(jì)運(yùn)用的也是C#的Winform。程序在運(yùn)行時(shí)主動(dòng)與Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)建立起連接，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表，將一定時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)通過(guò)圖表和曲線的形式直觀地顯示出來(lái)，并在查看之前設(shè)置了一定的權(quán)限；當(dāng)數(shù)據(jù)的值超過(guò)了設(shè)定的范圍時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)地發(fā)出警告。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

圖2 系統(tǒng)硬件電路的整體框圖

系統(tǒng)硬件電路整體設(shè)計(jì)框圖，如圖2所示。該電路是以AT89C58單片機(jī)為核心，NRF24L01芯片構(gòu)成的無(wú)線傳輸電路，外圍電路由復(fù)位電路、晶振電路、無(wú)線接收電路、穩(wěn)壓電路及USB轉(zhuǎn)RS-232模塊構(gòu)成的。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件部分的程序設(shè)計(jì)主要為PC終端顯示應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。

3.1 PC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

3.1.1 PC應(yīng)用程序的簡(jiǎn)要概括

PC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，第一部分為串口部分，第二部分為數(shù)據(jù)顯示部分。這兩部分都是在Visual Studio 2010 的平臺(tái)上，以C#為編程語(yǔ)言，MySql為數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的。

3.1.2 串口部分程序功能設(shè)計(jì)

串口模塊主要以下執(zhí)行操作：

第一，初始化串口。串口初試化這一步非常重要，必須對(duì)串口速率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位等屬性進(jìn)行設(shè)置，保證PC終端的串口與單片機(jī)的串口屬性一致，否則將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)亂或丟失。

第二，開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)串口。

第三，當(dāng)串口有數(shù)據(jù)時(shí)，建立虛擬表，將串口讀取到的數(shù)據(jù)先存入虛擬表中，然后通過(guò)虛擬表將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.1.3 數(shù)據(jù)顯示部分功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)顯示部分主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)功能：

第一，權(quán)限設(shè)置，在啟用數(shù)據(jù)顯示的程序時(shí)，必須輸入正確的用戶名和密碼才能啟用相應(yīng)的功能。

第二，數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)顯示界面對(duì)當(dāng)前的溫濕度，一個(gè)小時(shí)之內(nèi)的溫濕度變化作出了對(duì)比與顯示，當(dāng)溫濕度超過(guò)設(shè)定的范圍時(shí)，界面會(huì)自動(dòng)提出警告。

4 調(diào)試

串口初始化界面程序測(cè)試：

串口初始化界面程序測(cè)試，主要是測(cè)試當(dāng)串口緩存中有數(shù)據(jù)時(shí)，程序能否自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在串口初始化界面有一定的顯示。測(cè)試方法：將串口的2號(hào)與3號(hào)管腳連接，利用串口調(diào)試助手軟件向串口中發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)觀察串口初試化界面是否有相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，并打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)觀察相應(yīng)表中的記錄有沒(méi)有增加。經(jīng)過(guò)測(cè)試，串口初試化界面工作正常。

5 結(jié)論

機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)可以對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，解決了以往靠人工來(lái)回測(cè)量、記錄這種方式對(duì)機(jī)房環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的弊端。系統(tǒng)通過(guò)AM2301溫濕度傳感器、光敏電阻完成了對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)部的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定、準(zhǔn)確；上下位機(jī)之間的利用NRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊完成了數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸穩(wěn)定、可靠；上位機(jī)與PC之間是通過(guò)串口進(jìn)行通信；PC應(yīng)用程序采用C#編程語(yǔ)言完成了串口通信，數(shù)據(jù)顯示的等功能。

[1]鄭郁正.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].四川：四川大學(xué)出版社，2003：53-58.

[2]李純蓮，劉玉寶，劉金鳳.C#.NET實(shí)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：1-157.

[3]李乃文，傅游，沈?qū)W利，任建華.C#程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：168-360.

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The Temperature and Humidity Monitoring System

Zhang Siliang

China Civil Aviation Central and South China Air Traffic Management Bureau Hubei Branch, Hubei Wuhan432200

The system which this paper expounds is based on AT89C58 use the technology of humidity sensor and wireless transmission, which have realized the real-time data acquisition and monitoring for server room.

data collecting; microcontroller; wirelesscommunication; database

TP277

A

1009-6434（2017）04-0102-02