温湿度程序的流程图(基于无线网络传输的多点温湿度采集系统)

Posted 2023-06-01

篇首语：峥嵘过去已经彪炳史册，璀璨当下正在不断延伸，光明未来需要踏实开拓。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了温湿度程序的流程图(基于无线网络传输的多点温湿度采集系统)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

温湿度程序的流程图(基于无线网络传输的多点温湿度采集系统)

西安邮电大学

通信与信息工程学院

《通信工程专业课程设计I》报告

（2021 ~ 2022学年第一学期）

实验名称：专业课程设计I

学生姓名：

专业：

学号：

指导教师：

摘要

在现代信息通讯技术的支撑下，人类的知识结构发生了巨大改变，万维网的迅速发展，缩小了距离的差别，使我们居住的环境成为一个地球村，信息通信的发展与应用，促进了了全球经济的发展，实现了不同国家地区的沟通与交流，在高效低碳减排的同时，把人类的居住环境向绿色家园迈进，在构建和谐社会的同时，实现了全球的可持续发展。

此外，工业革命时代的结束，宣告了资源密集型产业的结束，能源的非可再生性，使人类认识到保护环境和节约资源的重要性，我们的国家在积极探索新能源的同时，也非常重视节能减排，建设绿色低碳的生活环境。

随着社会、科技的发展，人们不断的研究、创新，从起先的皮肤感受，到简易温湿度计，再到电子温湿度计，一直在为更加便利而努力。为了适应人们的需求，无线传输温湿度检测系统应景而生，它集采集显示湿度和温度功能与一身，具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。该系统主要采用STC89C52单片机作为主控核心，由 DHT11温湿度传感器提供温湿度数据、LCD1602液晶显示屏显示。

关键词:万维网；低碳减排；可持续发展；新能源；绿色低碳；温湿度;DHT11温湿度传感器;LCD1602液晶显示;单片机STC89C52;

1. 绪论（引言） 1

1.1国内外发展 1

2. 课程设计任务及要求 3

2.1 设计任务 3

2.2 设计要求 3

3.系统总体设计方案 4

3.1方案论证 4

3.2系统总体设计 5

3.3工作原理 5

4.系统硬件设计 6

4.1.STC89C52控制电路 6

4.2温湿度传感器电路 7

4.3LCD1602液晶显示电路 8

4.4 nRF24L01无线传输模块 10

5. 系统软件设计 11

5.1主程序流程设计 11

5.2.子程序设计 12

6. 系统调试 14

7. 总结 16

8. 参考文献（附上设计中用到的主要参考文献） 17

绪论（引言）

课设主题：基于无线网络传输的多点温湿度采集系统

课设背景：进入21世纪后，特别在我国加入WTO后，国内产品面临巨大挑战。各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升。随着农业向产业化发展，许多农民意识到必需摆脱落后的传统耕作、养殖方式，采用现代科学技术来应付进口农产品的挑战，并打进国外市场。各地建立了越来越多的新型温室大棚，种植反季节蔬菜，花卉；养殖业对环境的测控也日感迫切。现代温室大棚对环境温湿度的要求越来越高。空气温湿度直接影响着蔬菜种植的质量和效益,因此温室大棚中的温湿度检测是十分必要的。

课设目的：基于无线网络的多点温湿度采集系统，采用STC89C52芯片和无线模块NRF24L01,选用了先进的温湿度传感器DHT11,设计出一个基于无线传输的多点温湿度的采集系统，采集并存储采集的温湿度数据。

1.1国内外发展

目前国内加强社会主义新农村建设,积极参与科技创新,为实现农业科技化、产业化、生产过程自动化提供有力支撑,现已成为科研工作的热点,电子及数字化产品,使生产过程不断走向智能化、人性化提供了有力保障.本研究项目,旨在为食用菌、花源卉等农业养殖业的生产过程及所需特殊环境百条件提供智能化控制,从而提供高度准确度的生产控制条件、提高生产率和生产质量、大大减轻劳度动强度、节约劳力、降低成本,且做到环保生产,为养殖生产的产业化打下坚实基础,市场前景无限广阔。

甘肃某大学研究了一种基于PID温度控制技术的×射线发生器。这种发生器需要将其精度控制在士0.5C左右，才能保证器件输出的×射线波长不发生超出要求的飘移，否则，X射线波长的超范围飘移将使整个设备难以正常使用。在温控过程中，由于难以建立控制对象的精确数学模型，所以可以用PID技术根据预先设定好的控制规律不停地自动调节控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过渡，最后达到控制范围精度内的稳定动态平衡。模糊温度控制是基于模糊逻辑描述的控制算法，主要嵌入操作人员的经验和直觉知识。它适用于控制不易取得精确数学模型和数学模型不确定或经常变化的对象。

国外科学家开发了一系列PC软件硬件，其功能是自动控制环境的温湿度。

英国:重视和发展温湿度控制器，科学家利用温湿度控制器对环境进行调节，同时研究环境与农业作物生理、室内节能等因素，取得了很大的突破;Hamid将PID控制器应用到冰箱的温度控制中，通过使用MATLAB/Simulink 软件仿真和误差分析图的方式与传统的ON-OFF 控制做了细致的比较。结果表明，PID控制无论是在精度和控制性能方面都优于ON-OFF控制。

荷兰、美国:利用高科技给温湿度控制器加一些附加属性如遥感、局域网控制与通信，从而成功实现PC自动控制温湿度、光照、滴灌、循环营养液等功能，让温湿度控制器更加不可思议。

课程设计任务及要求

设计任务

本次课设主要任务是设计一个基于无线网络传输的多点温湿度采集系统，旨在解决传统有线温湿度采集的时间长，效率低，污染耗材等弊端。

课设主要通过三块PCB板搭载相关硬件和软件实现“两发一收”通信，主要应用DHT11进行温湿度采集，STC89C52单片机对数据进行处理，最终在LCD1602液晶显示屏显示采集到的温湿度数据。

设计要求

系统利用两块PCB板的温湿度传感器DHT11芯片进行采集温湿度数据，再将收集到的数据传给核心芯片STC89C52处理，并将处理完的数据利用无线传输模块NRF24L01发射出去，同时通过数字显示屏LCD1602将处理后的数据显示出来。然后再将数据上传给上位机，上位机可以实时显示温湿度，并且可以查看温湿度的历史数据。

通过设计实现以下功能：

1.通过查阅有关资料用STC89C52单片机设计温湿度采集系统;

2.两个发送机采集温湿度，通过无线模块发送出去;

3.接收机收到发送机传输的温湿度数据，并在液晶显示屏上显示出来；

4..采集的温湿度数据通过数据线传送到PC端上位机;

5..PC端上位机显示并存储采集到的温湿度数据；

系统总体设计方案

3.1方案论证

1.主控芯片：STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

用VB进行编写程序。VB是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言；可用于开发Windows环境下的各类应用程序；在Visual Basic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具
采用DHT11温湿度传感器。在日常生活及工农业生产中经常要乃至温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。超小的体积、极低的功耗，为4针单排引脚直接与单片机链接，减少了外部硬件电路，易使用。
LCD1602液晶显示方式。液晶显示效果出众，可以运用菜单项来方便操作

3.2系统总体设计

综上所述，按照系统设计功能的要求，确定硬件系统由无线通信模块、主控模块、测温模块、显示模块、上位机共5个模块组成，总体系统构成框图如图3.1所示。

图3.1 无线传输温湿度采集系统框图

3.3工作原理

系统利用两块PCB板的温湿度传感器DHT11芯片进行采集温湿度数据，再将收集到的数据传给核心芯片STC89C52处理，并将处理完的数据利用无线传输模块NRF24L01发射出去，同时通过数字显示屏LCD1602将处理后的数据显示出来。数据由另第三块PCB板的NRF24L01芯片接收。接收终端的NRF24L01芯片再将接收到的数据传给STC89C52芯片并通过数字显示屏LCD1602将接收的数据显示出来。然后再将数据上传给上位机，上位机可以实时显示温湿度，并且可以查看温湿度的历史数据。

系统硬件设计

图4.1系统总体结构电路原理图

4.1.STC89C52控制电路

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

主要特点有：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

单片机控制模块由单片机、晶振电路和复位电路构成。

晶振电路由两个30pF电容和一个12MHZ晶体振荡器构成，接入单片机的X1，X2引脚。

复位电路单片复位端低电平有效。

图4.2控制模块原理图

图4.3STC89C53管脚图

4.2温湿度传感器电路

DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。其精度湿度±5%RH，温度±2℃，量程湿度5~95%RH，温度-20~+60℃。

主要特性有：相对湿度和温度测量，全部校准，数字输出，卓越的长期稳定性，无需额外部件，超长的信号传输距离，超低能耗，4引脚安装

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。

图4.4DHT11

图4.5DHT11引脚说明

4.3LCD1602液晶显示电路

LCD1602液晶显示器是广泛使用的一种字符型液晶显示模块。它是由字符型液晶显示屏（LCD）、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，以及少量电阻、电容元件和结构件等装配在PCB板上而组成。不同厂家生产的LCD1602芯片可能有所不同，但使用方法都是一样的。为了降低成本，绝大多数制造商都直接将裸片做到板子上。 [1]

点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成。显示屏上64×16个显示单元与显示RAM区的1024字节相对应，每一字节的内容与显示屏上相应位置的亮暗对应。例如显示屏第一行的亮暗由RAM区的000H~00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，屏幕左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，屏幕右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H…，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，在屏幕的顶部显示一条由8条亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字和符号等的点阵式LCD，常用16×1，16×2，20×2和40×2等的模块。一般的LCD1602字符型液晶显示器的内部控制器大部分为HD44780，能够显示英文字母、阿拉伯数字、日文片假名和一般性符号。 [2]

图4.6LCD1602液晶显示屏

图4.7LCD1602管脚说明

4.4 nRF24L01无线传输模块

nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。

主要有以下特点；

小体积，QFN20 4x4mm封装

宽电压工作范围，1.9V~3.6V，输入引脚可承受5V电压输入

工作温度范围，-40℃～+80℃

工作频率范围，2.400GHz～2.525GHz

发射功率可选择为0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm

数据传输速率支持1Mbps、2Mbps [1]

低功耗设计，接收时工作电流12.3mA，0dBm功率发射时11.3mA，掉电模式时仅为900nA

126个通讯通道，6个数据通道，满足多点通讯和调频需要

增强型“ShockBurst”工作模式，硬件的CRC校验和点对多点的地址控制

数据包每次可传输1～32Byte的数据

4线SPI通讯端口，通讯速率最高可达8Mbps，适合与各种MCU连接，编程简单

可通过软件设置工作频率、通讯地址、传输速率和数据包长度

MCU可通过IRQ引脚块判断是否完成数据接收和数据发送

图4.8nRF24L01无线模块

图4.9nRF24L01原理图

系统软件设计

5.1主程序流程设计

下位机程序流程如下：

图5.1下位机程序流程图

5.2.子程序设计

5.2.1温湿度采集模块设计

本系统DHT11的工作流程如下:

DHT11上电后（DHT11上电后要等待 1S 以越过不稳定状态在此期间不能发送任何指令），测试环境温湿度数据，并记录数据，同时 DHT11的 DATA 数据线由上拉电阻拉高一直保持高电平；此时 DHT11的 DATA 引脚处于输入状态，时刻检测外部信号。
单片机的 I/O设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于 18ms（最大不得超过 30ms），然后微处理器的 I/O设置为输入状态，由于上拉电阻，单片机的 I/O即 DHT11的 DATA 数据线也随之变高，等待 DHT11作出回答信号。
DHT11 的 DATA引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结束，延迟后 DHT11 的 DATA 引脚处于输出状态，输出 83微秒的低电平作为应答信号，紧接着输出 87 微秒的高电平通知外设准备接收数据，微处理器的 I/O 此时处于输入状态，检测到 I/O 有低电平（DHT11回应信号）后，等待 87微秒的高电平后的数据接收。
由 DHT11 的 DATA引脚输出 40 位数据，微处理器根据 I/O电平的变化接收 40 位数据，位数据“0” 的格式为： 54 微秒的低电平和 23-27 微秒的高电平，位数据“1”的格式为： 54 微秒的低电平加 68-74 微秒的高电平。

5.2.2数据发送模块设计

1.STC89C52RC控制 CE引脚为低电平，从而使 NRF24LO1置于待机模式,对其进行寄

存器配置。

2.当STC89C52要发送温湿度数据时，其按时序通过SPI总线把接收节点地址和有效数据写入 NRF24LO1相应寄存器中。发送端发送完数据后，将通道0设置为接收模式来接收应答信号，其接收地址与接收端地相同。

3.STC89C52RC将CE引脚设置高电平激发NRF24LO1的发送模式,CE高电平持续

时间最小为10us。

NRF24L01发送模式:无线系统上电，射频寄存器自动开启;数据打包;发送数据包;

收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。

在收发模式下，nRF2401 自动处理字头和 CRC 校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC 校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和 CRC 校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。

5.2.4数据接收模块设计

接收机要想显示温湿度,就必须要通过NRF24L01接收两个发射机发送的温湿度数据。

NRF24L01数据的接收过程为

接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。
当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。
若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。

系统调试

6.1调试工具

万用表，电烙铁，Keil uVsion5软件，STC烧录软件

6.2硬件调试

我们焊接好板子以后一定不要直接上电测试，一定要先测试开发板的VCC和GND是否是断开的，如果两个短接很可能会导致开发板被烧掉。当测试VCC和GND没有短接后，我们需要进行测试芯片管脚是否焊接的有问题，是否出现虚焊、没有焊接、短路等问题,这里需要特别注意的是测试芯片管脚焊接是否有问题一定要将万用表的表笔轻轻的放在芯片管脚上面，如果用点力很可能将芯片管脚和底部的电路片给按压在一起导致测试出现问题。当测试芯片管脚没有问题以后我们可以给开发板上电测试串口电脑是否可以识别出端口号（一般没有出现问题插上电脑都会听到相应的提示音），如果出现无法识别的USB设备或者没有发现CH340串口号一般是串口芯片焊接有问题，或者电容焊接出现问题。当我们测试电脑可以识别串口后我们可以写点灯程序测试芯片是否可以控制IO口。如果测试发现对应的IO口灯不亮，很大可能是芯片管脚焊接出现问题。

图6.1焊接完成的PCB板

6.3调试结果

程序烧录后LCD显示屏显示采集到的温湿度数据，接收机成功接收到两块发送机的温湿度数据

图6.2收到发送机1的数据

、

图6.3收到发送机2的数据

总结

“备豫不虞，为国常道”。当今，信息通信技术日新月异，信息化快速发展，云计算、物联网、三网融合、移动互联和集群存储、“大数据”等新技术广泛应用，信息存储和处理日益数字化、网络化，由此带来的网络安全问题更加复杂多样。互联网上恶意程序传播、远程控制、网络攻击等传统网络安全威胁向移动互联网快速蔓延，呈加速增长趋势，网络安全形势非常严峻。近年来，我国信息网络窃密泄密一直呈高发态势，严重威胁国家发展和社会稳定。在社会信息化、信息网络化条件下，泄密渠道增多，窃密手段更加隐蔽，保密任务更加繁重，作为新时代的大学生我们应当时刻保守国家机密，维护国家利益，坚决与一切试图危及国家安全的行为作斗争。

通过这次的课程设计，使深深感到自身能力的不足，也使我将学到的知识应用到了实践中，在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，我开始了独立的学习和试验，遇到了很多的困难，我通过查阅大量相关的书籍、报纸、期刊、和资料，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩的作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好长一段时间。从中我也充分认识到了学习的重要性。虽然我的设计还有很多不足之处，但是通过本次课程设计让我做事情更加的拥有耐心、更加深入的理解了单片机和多线程相关知识。知道如何对硬件进行测试，不仅仅局限于软件层面！最后感谢队友以及对我提供帮助的老师和同学们。

由于本人的水平有限，设计当中，难免会有不少的缺点和不足之处，恳请指导老师批评指正。

参考文献（附上设计中用到的主要参考文献）

1.唐继贤编著．51单片机工程应用实例[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2009.01

2.刘一主编．基于STM32的嵌入式系统设计[M]．北京：中国铁道出版社，2015.09

3.樊昌信编. 通信原理[M]．北京：国防工业出版社，2012.11

4.卢光跃等. 数字信号处理及应用[M]．北京：人民邮电出版社，2010.05

5.郭娟. 现代通信网[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2016.06