基于單片機(jī)的無(wú)線溫濕度控制系統(tǒng)--開(kāi)題報(bào)告

1、 中 北 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：xxx學(xué) 號(hào)：xxxxxxxx學(xué) 院、系：信息與通信工程系專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)設(shè) 計(jì) 題 目：基于單片機(jī)的溫濕度無(wú)線控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師:xxx2xxx 年 3 月 15 日開(kāi)題報(bào)告填寫要求1開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在系審查后生效；2開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)；3學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典

2、、手冊(cè)）。文中應(yīng)用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)，文后“參考文獻(xiàn)”的書寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則的要求書寫，不能有隨意性；4學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（如02011401X02），不能只寫最后2位或1位數(shù)字；5. 有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指導(dǎo)教師意見(jiàn)和所在系意見(jiàn)用黑墨水筆工整書寫，不得隨便涂改或潦草書寫。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文

3、獻(xiàn) 綜 述一、課題研究背景和意義溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來(lái)講是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。在整個(gè)宇宙當(dāng)中，溫度無(wú)處不存在。濕度，表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕。空氣的干濕程度叫做“濕度”。濕度表示氣體中的水蒸汽含量,有絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種表示方法。絕對(duì)濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米，絕對(duì)濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度；相對(duì)濕度是絕對(duì)濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高。溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，并且隨著人們生活水平的提高，人們

4、對(duì)自己的生存環(huán)境越來(lái)越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對(duì)溫度、濕度的檢測(cè)及控制就非常有必要了。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一個(gè)低成本和具有較高精度的溫度濕度測(cè)量?jī)x在許多領(lǐng)域會(huì)代替人工操作，環(huán)境溫濕度的檢測(cè)與調(diào)節(jié)儀器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有非常大的市場(chǎng)前景和實(shí)用價(jià)值。無(wú)線數(shù)據(jù)采集特別適用于復(fù)雜地形條件、高腐蝕性、建筑群、爆炸等場(chǎng)合，或者被采集對(duì)象是運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等情況。隨著數(shù)字電路和射頻電路制作工藝、低功耗電路、高能電池、微電子技術(shù)及集成電路技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線通信技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)越來(lái)越容易，傳輸速度越來(lái)越快，可靠性越來(lái)越高，并且逐漸達(dá)到可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。無(wú)線

5、傳輸越來(lái)越多的被應(yīng)用在工業(yè)及民用的數(shù)據(jù)采集上，解決了一些布線復(fù)雜、甚至無(wú)法布線的情況。無(wú)線方式具有如下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：傳輸介質(zhì)采用的是電磁波，節(jié)省了架設(shè)電纜的所需的占地和各種花費(fèi)及其給其他建筑的建設(shè)帶來(lái)的不便，應(yīng)用起來(lái)更加方便；在應(yīng)用單片機(jī)編解碼接口技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)中，采用多字節(jié)地址編碼，收發(fā)器的數(shù)量不受限制；具有電路簡(jiǎn)單、功耗小、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常便于使用；設(shè)計(jì)設(shè)施都很簡(jiǎn)便適合更換場(chǎng)合反復(fù)利用 。二、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1 溫濕度傳感器集成溫度傳感器是目前應(yīng)用范圍最廣、使用最普及的一種全集成化傳感器。其種類很多，大致可分為以下5類：1、模擬集成溫度傳感器；2、模擬集成溫度控制器3、智能

6、溫度傳感器；4、通用智能溫度控制器；5、微機(jī)散熱保護(hù)專用的智能溫度控制器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等1。 智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）

7、的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1。目前，國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)

8、換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125，測(cè)溫精度為0.2。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。 新型智能溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開(kāi)發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線總線、I2C總線、SMBus總線和SPI總線2。濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90年代興起的行業(yè)。濕度傳感器主要分為電阻式和

9、電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都是在基片上涂覆感濕材料形成感濕膜?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了不少國(guó)內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見(jiàn)，感濕材料種類主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。其測(cè)量范圍是（1%99%）RH，在55%RH時(shí)的電容量為180pF（典型值）。當(dāng)相對(duì)濕度從0變化到100%時(shí)，電容量的變化范圍是163pF202pF

10、。溫度系數(shù)為0.04pF/，濕度滯后量為1.5%，響應(yīng)時(shí)間為5s。除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來(lái)改變振蕩頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性3-4。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：(1)線性電壓輸出式集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品有 HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。(2)線性頻率

11、輸出集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時(shí)的輸出頻率為8750Hz（型值），當(dāng)上對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。(3)頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫度值5。 2002年Sensiron公司在世界上率先研

12、制成功SHT11、 SHT15型智能化溫度/濕度傳感器，其外形尺寸僅為7.6（mm）5(mm)2.5（mm），體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在溫度室中做過(guò)精密標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量過(guò)程中可對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)溫度，還能測(cè)量溫度和露點(diǎn)。測(cè)量相對(duì)濕度的范圍是0100%，分辨力達(dá)0.03%RH，最高精度為2%RH。測(cè)量溫度的范圍是-40 123.8，精度為0.01。測(cè)量露點(diǎn)的精度6-7。2 無(wú)線通信技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)終端、以人為本、個(gè)性化、智能化的移動(dòng)計(jì)算以及方便快捷的無(wú)線接入、無(wú)線互聯(lián)等新概念和新的產(chǎn)品

13、，已經(jīng)逐漸融入人們的日常生活和工作領(lǐng)域。隨著而來(lái)的便攜式終端以及無(wú)線通信技術(shù)得到了極大的發(fā)展并在我們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用廣泛的無(wú)線通信技術(shù)主要有GSMCDMAGPRS、IEEE8021 1wLAN、藍(lán)牙、IrDA、HomeRF、ZigBee、UWB、微功率短距離無(wú)線通信技術(shù)等8-9。IrDA是一種視距傳輸技術(shù)，通信設(shè)備中間不能有任何阻擋物，通信設(shè)備的位置也需要相對(duì)固定，不適宜用于移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；IEEE 8021lx無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而來(lái)，是專門針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊而設(shè)計(jì)的無(wú)線通訊技術(shù)，其有效傳輸距離為50米，經(jīng)常應(yīng)用于企業(yè)學(xué)校等場(chǎng)所；藍(lán)牙技術(shù)專門為近距離無(wú)線數(shù)

14、據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)，其有效傳輸距離為10米，傳輸速率為IOM。從藍(lán)牙技術(shù)正式公布到現(xiàn)在，一直沒(méi)有得到預(yù)期的大范圍的應(yīng)用，是因?yàn)槠湫酒约伴_(kāi)發(fā)設(shè)備價(jià)格相對(duì)高；基于GSMCDMA、GPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，該技術(shù)依托于GSM、CDMAGPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸10-12。以上列出了五種常用的無(wú)線通信方式，這些通信方式各有優(yōu)點(diǎn)，各有不同的適用范圍，本設(shè)計(jì)基于嵌入式射頻無(wú)線收發(fā)一體型芯片的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其核心技術(shù)是嵌入式射頻無(wú)線收發(fā)一體型芯片技術(shù)。嵌入式射頻無(wú)線收發(fā)一體型芯片是國(guó)外各大公司近年來(lái)推出的一

15、種新型無(wú)線傳輸芯片，該芯片將信號(hào)調(diào)制、發(fā)射、接收、數(shù)字電路接口等功能集成在一枚芯片中，具有價(jià)格低廉、外圍電路簡(jiǎn)單、體積小巧、通訊可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率快、低耗節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)?；谇度胧綗o(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片的上述優(yōu)點(diǎn)，采用嵌入式無(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片技術(shù)解決低速率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題是比較理想的解決方案。通過(guò)無(wú)線射頻收發(fā)一體型芯片與單片機(jī)或DSP的結(jié)合使用，再在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中配合先進(jìn)的通訊協(xié)議數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)、校驗(yàn)以及加密等功能，可滿足無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?3-16。參考文獻(xiàn)：1 Low power programmable temperature controller tmp01Z

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20、課題主要研究溫濕度無(wú)線控制系統(tǒng)， SHT11是具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感器，可用來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集，在綜合分析無(wú)線數(shù)據(jù)采集方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，考慮到解決問(wèn)題的可行性，確定了以無(wú)線射頻收發(fā)于一體的nRF905無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊的解決方案。顯示采用LCD顯示信息、128*64液晶顯示。對(duì)電路原理圖仿真，完成了系統(tǒng)PCB板圖的繪制，寫出與硬件相對(duì)應(yīng)的程序代碼。從而完成任務(wù)書的要求。二、擬采用的研究手段 1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是單片機(jī)溫濕度測(cè)量與無(wú)線控制系統(tǒng)，通過(guò)LCD顯示所測(cè)量的溫濕度。系統(tǒng)采用集溫濕度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換

21、器為一體的SHT11芯片，通過(guò)單片機(jī)處理進(jìn)行顯示，其它模塊包括了時(shí)間產(chǎn)生電路、nRF905射頻收發(fā)電路和超限報(bào)警處理電路，對(duì)所測(cè)量的值進(jìn)行顯示、無(wú)線收發(fā)和報(bào)警處理。DS1302SHT11AT89S52 (1)超限模塊晶振 復(fù)位電源電路AT89S52 (2)發(fā)送接收LCD信息顯示128*64液晶顯示 nRF905圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖2.發(fā)送、接收部分具體設(shè)計(jì)框圖發(fā)送部分：SHT11作用溫濕度采集數(shù)據(jù)；DS1302作用能LCD上顯示仿真的時(shí)間；晶振、復(fù)位、電源電路作用為AT89S52提供工作時(shí)鐘頻率、抗對(duì)外干擾、提供電源；超限模塊作用報(bào)警并進(jìn)行相應(yīng)的溫濕度控制；nRF905作用無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)。DS1302SHT11AT89S52 (1)晶振復(fù)位電源電路 超限模塊nRF905發(fā)送圖2 發(fā)送部分具體設(shè)計(jì)框圖接收部分：nRF905作用無(wú)線接收數(shù)據(jù)；LCD作用顯示仿真的時(shí)間、溫濕度數(shù)據(jù)；晶振、復(fù)位、電源電路作用為AT89S52提供工作時(shí)鐘頻率、抗對(duì)外干擾、提供電源；128*64液晶顯示作用顯示溫濕度的信息。晶振復(fù)位電源電路nRF905接收 AT89S52 (2)LCD信號(hào)顯示128*64液晶顯示圖3 接收部分具體設(shè)計(jì)框圖3.硬件設(shè)計(jì)對(duì)無(wú)線數(shù)