温湿度测量系统设计

学号：题目类型：设计(设计、论文、报告)本科毕业设计(论文)题目：温湿度测量系统设计学院：信息科学与工程学院专业(方向)：通信工程班级：2011-2班学生：指导教师：2015年05月22日I摘要利用ZigBee无线通信技术和传感器技术设计一个多点无线温湿度测量系统，该系统可以设置温度最大限值，实现超值预警报警。温湿度传感器采用DHT11，无线射频芯片采用ZigBee标准的CC2530。通过温湿度传感器对实时温湿度数据的采集，利用ZigBee无线技术把实时数据传输到接收终端，最终显示在LCD显示屏上，还可以通过按键减小或者增大温度报警限值。通过该系统对温湿度的实时测量与控制以实现对人们工作生活环境温度和湿度的测量监控。该系统因为采用了CC2530模块，使得PCB电路简单，易于实现，具有功耗低、适应性强等特点。论文首先分析介绍传温湿度感器技术与ZigBee无线技术的发展，并解析它们的技术特点。之后介绍该温湿度测量系统的硬件设计：从CC2530芯片到DHT11传感器，最终到硬件电路的论述。紧接着介绍该系统的软件设计：从系统整体方面对该系统进行一个综述，然后分别对各部分实现的功能进行阐述。关键词：无线通信；ZigBee；传感器；DHT11；温湿度测量IITheDesignoftheTemperatureandHumidityMeasurementSystemStudent:LUOGangTeacher:SHENZhuo-junAbstract:ThedesignoftemperatureandhumiditymeasuringsystembasedonZigBeewirelesscommunicationtechnologyandthetemperatureandhumiditysensortechnology.Thesystemcansetthemaximumlimitandcarryoutvaluewarningandalarming.ThesensoradoptsDHT11whiletheRFIDchipadoptsthestandardCC2530ofZigbee.Thereal-timedata,collectedbythesensorandtransmittedtothereceivingendoverZigBee,canbeshowedontheLCDscreen.Thealarmlimitcanbedecreasedorincreasedbypressingthebutton.Thesystemistomeasureandmonitorthetemperatureandhumidityofpeople’slivingandworkingenvironmentbyrealtimemeasuringandcontrolling.TheapplicationofCC2530modulemakesthePCBcircuitsimpleandeasytoimplement.Itfeatureslowpowerconsumptionandstrongadaptability.ThepaperisfirstlytointroducethedevelopmentofthesensorandZigBee,andthenanalyzestheirfeatures.Secondly,itintroducesthehardwaredesignofthesystem:fromCC2530chip,DHT11sensortothedissertationofthehardwarecircuit.Thirdly,itintroducesthesoftwaredesign.Itgivesawholereviewtothesystemelaboratesthefunctionsofeachpart.Keywords:Wirelesscommunication；ZigBee；Sensor；DHT11；TemperatureandhumiditymeasurementI目录摘要...................................................................IAbstract..............................................................II1绪论................................................................11.1引言............................................................11.2温湿度传感器....................................................11.3ZigBee通信技术.................................................21.3.1ZigBee协议................................................21.3.2ZigBee网络拓扑结构........................................22系统架构............................................................52.1总体架构........................................................52.2硬件设计........................................................52.3电路原理图......................................................62..3.1控制器主板...............................................62.3.2数据采集板...............................................112.4软件设计.......................................................142.4.1程序框图.................................................142.4.2程序详解.................................................153调试与测试.........................................................204总结...............................................................21致谢..................................................................22参考文献..............................................................23附录1................................................................2411绪论1.1引言经过几十年上百年的工业化进程，工业化留下了太多的问题，而环境问题是极为突出的一方面。环境问题对工农业生产方面有着非常大的影响，如果是对工农业的影响只是生产者、各级政府、专家关注的方面。那么，现在在国内特别是在北方地区，当沙尘暴、PM2.5成为新闻热点，人们口中的焦点，空气污染正成为人们关注的对象。人们生活水平得到提高后，就开始关注生活质量，关注自身生活环境的舒适度。而温度与湿度这个两个参数对人们的生产生活有着非常重要的影响，而且温度和湿度有着密不可分的联系，人不单纯的受温度或者湿度的影响，而是受温度和湿度两方面综合的作用。在工业生产中需要实时的监控温湿度，在农业生产中有些时候也需要实时的监控温湿度（例如：温室大棚农作物种植）。随着人们生活水平的提高和近年来环境问题逐渐严峻，人们越来越注意自身生活环境质量的改善，虽然我们可以通过天气预报获知当地的温湿度数据，但是天气预报的都是一个地区（一般精确到县区）的数据，在多山地区（尤其在广西），居住在同一区域的居民，居住的环境也有不同。同一区域中有居住在丘陵中，有些生活在海拔高的山上，以至于同一区域温湿度存在着差异。有些时候，人们还需要监测一定空间内（温室、饲养场）的温湿度数据。温湿度对人们的一个比较明显的影响：在人们的卧室中，温湿度对人们的睡眠质量也有着重要的影响，实时地监控温湿度可以为改善人们睡眠质量提供条件。通过温湿度测量系统，用户可以了解其工作生活环境的温度和湿度情况，以做出相应的应对措施，改善其生活的环境。所以各种温湿度测控系统正以各种家电（例如空调、增湿器）或者智能硬件为载体进入个人用户家庭。1.2温湿度传感器21世纪是科技主导的世纪，得益于高科技的快速发展，在传感器方面，高度集成化、智能化的传感器的出现，使得现在传感器技术应用非常广泛，传感器除了在军用、航空、工农业生产等方面有极大的发展[1]。逐步地，传感器技术的应用很早就进入了民用领域，上至各种大家电，下到我们使用的智能手机，都应用了传感器技术。现状全球环境日益恶劣，人们越来越关注生活环境问题，在当今互联网行业发展最迅速的智能硬件更是把传感器技术发挥到了极致，各种温湿度、PM2.5、空气净化等环境监控智能硬件正走进各家各户。而温湿度传感器也最初的分立式、模拟集成式发展到现在高度智能化、极致集成2化、系统化、微型化、低成本化的发展[2]，现在温湿度测量系统不仅仅应用于工农业生产，个人民用方面，温湿度及其相关环境监测系统也得到了长足的发展。特别是智能硬件与智能家居的兴起，让这些环境监测系统重新受到开发者的青睐。一个温湿度及其他环境监测系统，可以接入智能家居系统，成为其数据采集、数据改善的一部分。所以，受近些年来智能硬件的影响，温湿度及其他环境监测系统有着非常广阔的发展空间。1.3ZigBee通信技术ZigBee通信技术是一种在IEEE802.15标准的基础上发展起来的低功耗、近距离的新兴的无线通信技术。相对于蓝牙，wifi等短距离无线通信技术，其特点是功耗低、安全性高、时延短、自组织、短距离、速率低、成本低。ZigBee工作在工业医疗频段，全球2.4GMHz，美国915MHz，欧洲868MHz，无需申请牌照即可免费使用[3]。ZigBee可以嵌入各种设备，应用于各种自动控制和远程控制系统中。随着物联网与智慧城市的快速发展，城市中的各种控制系统互联，家庭中的设备互联尤为离不开无线通信技术。而ZigBee作为一种新兴的无线通信技术，更有着比蓝牙，wifi更多的优点，互联互操作是ZigBee的最大技术优势，在一些互操作性要求极高的场景（只能路灯控制、智能家居等）有着非常广泛的应用前景。更由于其统一性强，能大大缩短开发周期，使其越来越来的受到开发者的关注与应用。1.3.1ZigBee协议ZigBee协议的集成是802.15.4，其扩展了IEEE，并对网络层协议和API进行了标准化。它有自己的协议标准，适应了无线传感器花费低、能耗低、容错性高的要求，用于短距离无线通信，能在非常多个无线传感器中形成自组网络实现通信。能实现通信的网络就会有相应的网络协议的支持，无线温湿度测量系统的软件设计也需要针对各层通信编写出相应程序代码。ZigBee协议栈与IEEE制定的网络协议类似，其具有物理层，MAC层，传输层、网络层、应用层[4]。1.3.2ZigBee网络拓扑结构ZigBee网络结构有星形、树形和网状形3种。在整个网络中，每个网络节点都有一个属性，它们按照功能划分，分别为:协调器、路由