姚剛 司維超 顧佼佼 董慶超

摘? 要： 針對(duì)某些特殊場(chǎng)所需要實(shí)時(shí)溫濕度測(cè)量的問題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用 STC89C52單片機(jī)作為微處理器芯片，外接DHT11溫濕度傳感器進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集;選用LCD1602液晶顯示器對(duì)單片機(jī)處理過的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示;采用串口藍(lán)牙通信模塊和蜂鳴器與單片機(jī)連接。當(dāng)溫度超過用戶設(shè)定的閾值時(shí)，蜂鳴器響起并且單片機(jī)通過藍(lán)牙與用戶手機(jī)進(jìn)行鈴聲報(bào)警。試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度檢測(cè)范圍完全滿足實(shí)際需要。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī); 藍(lán)牙通信; 溫濕度監(jiān)控; 溫濕度傳感器

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2019）08-29-04

Abstract： In view of the need for real-time temperature and humidity measurement in some special places， this paper designs and implements a real-time temperature and humidity monitoring system with single chip computer. The system uses STC89C52 MCU as microprocessor chip and DHT11 temperature and humidity sensor to monitor and collect temperature and humidity data. LCD1602 is used to display the temperature and humidity data processed by MCU. The serial Bluetooth communication module and buzzer are connected with the single chip computer. When the temperature exceeds the threshold set by the user， the buzzer rings and the single chip computer alarms the user's mobile phone through Bluetooth. The test results show that the temperature detection range can fully meet the actual needs.

Key words： MCU; Bluetooth communication; temperature and humidity monitoring; temperature and humidity sensor

0 引言

現(xiàn)在部隊(duì)倉庫、運(yùn)輸車內(nèi)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)是基于計(jì)算機(jī)顯示屏的，計(jì)算機(jī)顯示屏體積大，不方便隨身攜帶，值班人員一旦離開顯示屏，就造成信息傳遞的不及時(shí)。裝備的儲(chǔ)存條件很苛刻，有著嚴(yán)格的溫濕度儲(chǔ)存要求，一旦溫濕度異常，就可能會(huì)導(dǎo)致武器裝備的壽命變短，影響武器裝備的戰(zhàn)斗性能，甚至導(dǎo)致武器裝備直接損壞報(bào)廢。

為了克服傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用了藍(lán)牙通信解決了電線電纜的連接問題;用低成本低功耗的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了傳感器在槍庫、彈藥庫和裝備運(yùn)輸車中的全方位覆蓋;采用蜂鳴器和用戶手機(jī)終端多樣式報(bào)警信號(hào)來解決報(bào)警方式單一的問題。采用常見的單片機(jī)芯片和常用傳感器，既簡化了維修和維護(hù)，又解決了傳統(tǒng)傳感器與廠家系統(tǒng)不兼容等問題。

1 溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要需要實(shí)現(xiàn)以下功能：采集溫濕度環(huán)境參數(shù)、傳感器信號(hào)處理、溫濕度顯示、溫濕度警報(bào)、藍(lán)牙通信。該系統(tǒng)既要能夠處理傳感器數(shù)據(jù)和控制各個(gè)模塊，而且還要能夠和手機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙通信，所以需要一個(gè)可靠性高、處理能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單的核心處理器。這個(gè)要求可以用市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的單片機(jī)來滿足。本系統(tǒng)是基于 STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖如圖1所示，本系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊：溫濕度傳感器模塊、供電模塊、液晶顯示模塊、報(bào)警模塊、鍵盤模塊、藍(lán)牙通信模塊。

1.2 系統(tǒng)功能與系統(tǒng)指標(biāo)

本文主要是設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)的溫度和濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它可以測(cè)量周圍的溫濕度值，并將溫濕度顯示在LCD液晶顯示屏上，當(dāng)測(cè)量到的的溫度值超過用戶設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)的蜂鳴器響起，并通過藍(lán)牙向用戶手機(jī)發(fā)送信息，使用戶手機(jī)鈴聲響起。

系統(tǒng)具體的技術(shù)指標(biāo)如下。

⑴ 工作環(huán)境：室內(nèi)、倉庫內(nèi)、車內(nèi)。

⑵ 藍(lán)牙通信范圍：10m。

⑶ 溫度報(bào)警：有。

⑷ 測(cè)溫范圍：0～50℃。

⑸ 溫度測(cè)量誤差：±2℃。

⑹ 測(cè)濕范圍：20～90%RH。

⑺ 濕度測(cè)量誤差：±5%RH。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)分為兩部分：一部分是溫濕度傳感器部分，即數(shù)據(jù)采集部分;另一部分是藍(lán)牙通信部分，即數(shù)據(jù)通信部分。溫濕度傳感器采用DHT 11溫濕度傳感器來收集溫濕度數(shù)據(jù)。處理器采用STC89C52單片機(jī)為核心控制芯片，串口藍(lán)牙通信模塊也連接在STC89C52單片機(jī)上進(jìn)行工作。選用LCD1602液晶顯示器作為顯示屏，用來顯示當(dāng)前溫濕度傳感器采集的溫濕度。時(shí)鐘電路采用11.0592Mhz晶振來提供時(shí)鐘信號(hào)。

系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)為硬件平臺(tái)核心微處理器，所有的擴(kuò)展設(shè)計(jì)全部都基于該平臺(tái)之上進(jìn)行的。硬件設(shè)計(jì)的核心就是顯示輸出部分和鍵盤輸入部分。傳感器采集溫濕度信息， LCD1602液晶顯示器顯示實(shí)時(shí)溫濕度。

其中藍(lán)牙通信模塊接在了單片機(jī)的串行通信口TXD上，溫濕度傳感器接在了單片機(jī)P1.3口，蜂鳴器和報(bào)警燈分別接在P2.1口和P2.0口，P2.2口和P2.3口為鍵盤加減按鍵，P0.0-P0.7口用來傳遞溫濕度數(shù)據(jù)，使溫濕度在LCD1602液晶顯示屏上顯示。具體電路設(shè)計(jì)和實(shí)物照片如圖2所示。系統(tǒng)外觀如圖3。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是所有系統(tǒng)的靈魂，是讓硬件系統(tǒng)真正發(fā)揮作用的根本。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括：主函數(shù)、溫濕度數(shù)據(jù)采集、液晶程序、按鍵功能、藍(lán)牙通信、手機(jī)終端程序、蜂鳴器等設(shè)計(jì)，限于篇幅只介紹幾個(gè)關(guān)鍵軟件部分的設(shè)計(jì)。

3.1 主函數(shù)設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用了分層式、模塊化設(shè)計(jì)，主要定義函數(shù)聲明、變量數(shù)據(jù)類型、;單片機(jī)I/O引腳，完成了STC89C52單片機(jī)引腳功能的初始化，設(shè)置了時(shí)鐘系統(tǒng)的模式，溫度序設(shè)計(jì)框圖見圖4。

3.2? 溫濕度數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

溫濕度數(shù)據(jù)采集程序中，溫濕度傳感器DHT11的溫濕度采樣頻率為1次每秒，需要設(shè)計(jì)合適的時(shí)間間隔來進(jìn)行溫濕度信息的通信與交換。環(huán)境信息采集流程圖見圖5。

在溫濕度采集程序設(shè)計(jì)時(shí)主要解決了以下問題：

⑴ 初次溫濕度信息采集前應(yīng)該現(xiàn)將系統(tǒng)復(fù)位，將引腳電平清空，避免誤報(bào)等意外情況;

⑵ 溫濕度信息采樣頻率為1s，顯示屏判忙程序精簡化;

⑶ 溫濕度傳感器與單片機(jī)為單總線數(shù)據(jù)傳輸，所以一次溫濕度信息交換時(shí)序較長，期間應(yīng)禁止其他程序的進(jìn)行，如終端程序，可以延時(shí)幾毫秒后再進(jìn)行。LCD1602液晶顯示屏也避免選用動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管方式來顯示溫濕度信息。否則，在溫濕度傳感器和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳傳遞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致液晶顯示屏閃爍。

3.3 藍(lán)牙通信程序設(shè)計(jì)

藍(lán)牙通信程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是完成手機(jī)與單片機(jī)的無線串口通信。藍(lán)牙通信程序規(guī)定了手機(jī)和單片機(jī)接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的要求和時(shí)機(jī)，規(guī)定了數(shù)據(jù)校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙通信模塊與溫濕度傳感器一樣，是通過單引腳實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的收發(fā)工作的。藍(lán)牙通信子程序如下：

3.4 手機(jī)終端程序設(shè)計(jì)

手機(jī)終端程序設(shè)計(jì)是人機(jī)交互的重點(diǎn)，在手機(jī)端開發(fā)一個(gè)APP，采用eclipse軟件實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上，要具有易操作和人性化的優(yōu)點(diǎn)。本著這樣的原則，APP共設(shè)計(jì)了兩個(gè)界面：一個(gè)是初始界面，初始界面設(shè)計(jì)了一個(gè)“連接”按鈕，用來連接系統(tǒng)的藍(lán)牙通信模塊;另一個(gè)是報(bào)警狀態(tài)提示，顯示溫濕度的報(bào)警信息。具體的界面如圖6所示。

4 系統(tǒng)性能測(cè)試

本文主要測(cè)試了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、功能性以及實(shí)用性，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)。測(cè)試主要包括硬件平臺(tái)及處理器測(cè)試、操作界面、手機(jī)終端界面等測(cè)試。通過這一系列測(cè)試之后，本系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)要求已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)也能夠簡便的、可靠的、高效地運(yùn)行和操作，人機(jī)交互也有著良好的、簡潔的操作界面，通過對(duì)本系統(tǒng)的多次測(cè)試檢驗(yàn)，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以判斷系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相對(duì)可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行效果，總體上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)實(shí)時(shí)溫濕度的測(cè)量要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)共包括了溫濕度傳感器模塊、供電模塊、液晶顯示模塊、報(bào)警模塊、鍵盤模塊、藍(lán)牙通信模塊等六大模塊。通過收集、分析測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)基本符合設(shè)計(jì)要求，符合部隊(duì)需求。但是在實(shí)現(xiàn)過程中，還有很多方面可以優(yōu)化，比如手機(jī)APP界面的美化、藍(lán)牙通信模塊功耗控制、測(cè)量結(jié)果的緩存等等。

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