摘 要

本设计基于单片机，设计了一个可以检测机房各角落温度与湿度信息的系统，该系统通过无线数据传输，并通过液晶显示屏显示出温度与湿度信息。当温度与湿度超过一开始设定的阈值时，该监测系统会自动报警。本系统共分为两部分，第一部分为温湿度信息采集模块，用于对机房各角落的温度与湿度信息进行采集，并将采集到的信息通过无线发射模块进行发射，第二部分为温湿度接收模块，通过无线接收模块进行数据的接收，并将接收到的信息进行显示，若温湿度信息超过阈值时，还可以进行报警。本设计硬件部分使用Protues软件进行硬件电路的设计，硬件部分主要包括温湿度采集电路、报警电路、LCD显示电路、无线数据收发电路、时钟振荡电路，软件部分使用Keil uVision4进行系统程序的设计与调试。该系统在温湿度检测方面具有较高的精度，并且，温湿度数据信息可进行无线传输，传输过程稳定。

关键词：无线传输 温湿度监测 单片机

Abstract

This design is based on single chip microcomputer, and it designs one system which can test each corner of the temperature and humidity in the computer room, the system transmits data through wireless system, and it can show the information of the temperature and humidity by LCD. The system will automatically alarm when the temperature and humidity exceeds the threshold value. The system is divided into two parts, the first part of the system is temperature and humidity information acquisition module, which can collect each corner of the computer room of the temperature and humidity, and the collected information is transmitted through the wireless transmitting module. The second part is a module which can receive temperature and humidity, and show the information of temperature and humidity by LCD, if the temperature and humidity exceeds the threshold, an alarm can be used. This hardware circuits of the design uses a software calls “Protues”, hardware circuit mainly includes the temperature and humidity acquisition circuit, alarm circuit, LCD display circuit, the wireless data transceiver circuit, and a clock oscillation circuit, software part using “Keil” to design and debug the system program. The system has a high temperature and humidity detection accuracy, and at the same time, it can transmits the information through the wireless transmitting module, the transmission process is stable.

Key Words：Wireless transmission Temperature and humidity testing MCU

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本课题研究的内容及目标 2

1.4 本课题拟采用的方案及措施 2

第2章 机房无线温湿度监测系统方案设计 3

2.1 系统总体设计方案 3

2.2系统方案中元器件选择与论证 3

2.2.1 温湿度传感器的选择 3

2.2.2控制器的选择 4

2.2.3 无线收发模块的选择 5

2.3本章小结 6

第3章 硬件电路设计 8

3.1温湿度采集电路的设计 8

3.2无线收发模块的电路设计 11

3.3时钟振荡电路的设计 14

3.4复位电路的设计 14

3.5蜂鸣器报警模块的电路设计 15

3.6液晶显示电路的设计 16

3.7 本章小结 18

第4章 软件程序设计 19

4.1 程序流程图 19

4.1.1 主程序流程图 19

4.1.2 子程序流程图 21

4.2 无线收发模块nRF24L01编程 21

4.2.1 nRF24L01编程的基本思路 21

4.2.2 Tx与Rx的配置过程 22

4.2.3 函数介绍 23

4.3 软件编译与调试 23

4.3.1 uVision4集成开发环境 23

4.3.2 软件调试结果 24

4.4 电路仿真 24

4.5 本章小结 26

总结与展望 27

参考文献 28

附录A 发射板电路图 29

附录B 接收板电路图 30

致谢 31

第1章 绪论

1.1课题研究的目的及意义

随着科学技术的发展，各行业对温湿度的要求越来越高，尤其是机房对于温湿度的要求，过高或者过低的温湿度都会在很大程度上影响到机房的正常运行。在传统的模式下，温度与湿度的检测是以人为基础，通过工作人员轮流值班，然后进行循环查看方法对温湿度信息进行检测与记录。然而，通过这种方式，缺点很明显，比如：效率低下，人工成本高。而且，有可能因为人为记录的不及时或者误测造成事故的发生。

在现代检测技术中，一个很重要构成部分便是温湿度的检测，其在确保产品质量、节省资源和安全作业等方面担当着不可或缺的角色。因此，能够确保迅捷、精准地检测温湿度的技术已经受到各国的重视。本课题设计的是基于单片机机房温湿度无线监测系统，这样，可以不需要工作人员，系统就能自动得到机房中各角落温度与湿度的数值，并记录下来。而当系统周围环境的温湿度超过设定的阈值时，该监测系统就会自动发出报警指令，从而提醒相关工作人员。这样，不仅节省了人力资源还可以准确及时地记录温湿度信息，并且，其报警系统的设计也很具有科学性。

1.2 国内外研究现状

近年来，利用数字式温湿度传感器，实现温湿度信息的在线监测已经逐渐成为温湿度检测技术的一种发展趋势。国外的很多政府及公司都倾注了大量的财力、物力和人力。政府方面，如美国提出的“国家纳米技术”规划，公司方面，有Sensiron、MAXIM、AD等。如MAXIM公司推出的MAX6625温度传感器，Sensiron公司推出的SHT10型温湿度传感器。以上列举的传感器，具有较多的优点，如：输出的测量值是数字化的形式，高分辨率、能够远程传播测量数据、抗扰动能力强、测量误差相对较小等优点^[1]。国内虽然对于温湿度传感器的研究虽然说在某些方面较其他国家弱，起步比较晚，但发展的空间还是很大的。国内的一些公司在这些方面的研究取得了很多的重要成果，如九纯健公司，该公司研发的型号为JCJ200Y的传感器，其耐温性很强，最高可达600℃左右，该传感器已成功应用在众多领域，如：纺织印染行业、高温干燥、物料高温烘干、定型等领域。现在，研究人员为了满足不同的领域对于温湿度的要求，已经研发出了很多种基于不同微处理器的温湿度测量报警系统^[2]。现在国内外常见的温湿度测量系统有以下一些：1、基于单片机控制的温湿度测量报警系统；2、基于PLC 的温湿度测量报警系统；3、集散型温湿度测量报警系统；4、基于FPGA 控制的温湿度测量报警系统；5、基于DSP 控制的温湿度测量报警系统。 尽管现在已开发出的温湿度测控报警系统种类繁多，应用的领域也各有不同，但是一般情况下，现在常用的主控芯片还是单片机。单片机由单片集成电路芯片构成，内部主要由以下几部分构成：中央处理器，I/O接口电路、存储器、定时器/计时器等。单片机具有的优点主要有：很小的体积、可靠性强、功能性灵活且强大，因其具有这些优点，所以单片机在国民生产的众多场合都能得到很好的应用。

1.3 本课题研究的内容及目标

本毕业设计要求设计一个能安装在网络中心的，能采集机房各角落温度及湿度，并能将温度和湿度信息发送到总接收采集端，进行数据的存储。 还能根据温度和湿度的设定阈值发出报警信号，提醒相关工作人员。

本课题结合上述设计要求，选取合适的单片机，设计以单片机为核心的电路，对电路进行画图与仿真。设计通信协议与软件流程图，并通过传感器的驱动程序编写以及单片机的程序设计，实现实际程序的设计和调试。该系统具体包括：温湿度采集模块、温湿度接收模块。

1.4 本课题拟采用的方案及措施

本课题的研究内容是通过无线数据传输实现对机房的温湿度参数的采集，并对达到阈值的温湿度进行报警。本课题所完成的具体工作：