多点无线温湿度实时监控系统的设计与实现

王美红封百涛

（泰山学院物理与电子工程学院山东

泰安

271021）

【摘要】多点无线温湿度实时监控系统分为上位机和下位机两部分。下位机主要负责各监测点的温湿度数据的采集和处理以及本地显示，同时接收上位机的控制指令并根据指令的要求通过无线与上位机进行远程温湿度数据的交互。上位机实现数据的显示和管理。

【关键词】温度传感器；湿度传感器；数据采集；无线通信

随着电气技术、微电子技术与计算机技术的飞速发展，仓贮系统检测、控制、管理自动化已迫在眉睫，因此建立一种管理科学、操作简便、运行可靠的高效率控制系统已是必需。为此，研究与设计以PC 机为控制核心，基于数字温度和湿度传感器的自动测试系统，对库区内每个库房中各仓位的温度及湿度的变化情况进行实时自动测试，一旦出现异常现象便于及时处理，有效地提高事故的预见性和工作效率有着重要的实际推广价值和理论研究意义。

1.系统设计目标

本设计中要求对应的粮库有16个仓库，在每个仓库中要安装24个温湿度传感器，分布在该仓库的重要位置，测量现场的温度和湿度，并将测量的温度湿度值发送到控制中心的电脑上，以便控制中心对整个粮库16个仓库的各个测试点的温度湿度加以全面监视和控制管理。

2.系统硬件电路的设计

同时该系统由单片机来完成，实现显示、打印温度、湿度值，当测量到的温度、湿度超过用户界限时报警。

整个系统从结构上可分为三层：由微型计算机系统构成上位机用户监控层，单片机系统构成主控机控制层和分机测量层。主控机与分机采用主从式分布结构，通过无线通信方式进行通信。

本系统由温、湿度数据采集、无线收发、单片机数据接收处理及微机数据显示几部分组成。数据采集发送部分主要以单片机作为核心主机，以单片智能化湿度、温度传感器作为从机加上数据无线发送模块。单片机接收数据并通过串行口将数据发送给计算机，计算机对接收到的数据进行处理和显示。

2.1温湿度数据采集硬件接口电路框图用多只DS18B20型数字式集成温度传感器和HM1500型电压输出式集成湿度传感器组成多点温湿度采集网络，如图1。DS18B20是一种可组网的数字式温度传感器，它可以直接读取被测物体的温度值并以串行方式输出。只需一个接口引脚即可通信，并且具备多点测温能力。由于HM1500输出的是模拟量，所以要增加A/D 转换器ADC0809,ADC0809的作用是将

采集到的湿度模拟量转化为数字量，便于处理。由于本系统共设计了用24个温湿度点，所以可以扩展到3个CD4051[3]模拟开关，对应控制采样每一个温湿度信号，模拟开关的选通地址A ～C 由单片机P2口的低位地址P2.2～P2.4控制。被选中的信号经滤波后送到数模转换芯片ADC0809的三个通道IN0、INl 和IN2，转换为数字信号，由D0-D7口输出到单片机的P0口，送入单机进行处理。

2.2无线通信子系统电路接口设计无线通信子系统电路接口如图2所示。

图2单片机与nRF401的接口

CPU 选用89C51系列，它既接收来自上位机(PC 机)的数据，同时将从PC 机接收数据通过nRF401以广播形式发送给每个子系统。

nRF401芯片是挪威Nordic 公司推出的一款射传频段为433MHz 的单片无线收发一体化芯片，nRF401芯片能和串口直接相连，且简单的单片机I/O 口输出可直接控制无线收发芯片的收发工作，无线通信系统设计简便。

nRF401的输入数字信号DIN 端与微处理器89C51的TXD 端相连，需发射的串行数据由DIN 输入；DOUT 输出数字信号与89C51的微控制器的RXD 相连，nRF401解调出来的信号由DOUT 输出到微处理器；PWR_UP 为模式选择与微处理器的P1.1相连，PWR_UP=1时nRF401正常工作；当PWR_UP=0时芯片处于待机模式，此时工作电流为8uA 不能进行接收和发射数据。TXEN 为发射允许控制端与微处理器的P1.0相连，TXEN=1时nRF401工作在发射模式，此时系统向外发送数据，当TXEN=0时为接收模式。CS 为信道选择输入，通过微处理机P1.2端进行控制CS=0表示芯片工作在信道0(433.92MHz)，CS=1则工作在信道1(434.33MHz)。

2.3温湿度显示电路设计PS7219是一种新型的串行接口的8位数字静态显示芯片。它是由武汉力源公司新推出的24脚双列直插式芯片，采用流行的同步串行外设接口(SPI)，可与任何一种单片机方便接口，可同时驱8位LED(或64只独立LED)。

电路连接

这里89C51的Pl.6作为串行数据的输出，连接到PS7219的DIN 脚，Pl.7和P1.5通过程序分别模拟PS7219的时钟脉冲CLK 及其数据加载LOAD 信号。PS7219的SA-SG 、SDP 端连接到各LED 数码管对应的a ～f 及DP 端，DIG1一DIG8分别接8位LED 数码管共阴极，以实

现位选。

3.系统的软件设计

该系统的软件设计方法与硬件设计相对应，采用模块化结构，总共包括主程序模块、参数设置模块、通信模块、报警子程序模块等。

最

图3PS7219

管脚图

图1

温湿度数据采集原理框图

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后通过主程序和中断处理程序将各程序模块连接起来。这样有利于程序修改和调试，增强了程序的可移植性。系统中的下位机主要实现对温湿度的实时检测、显示以及和上位机的通信。上位机采用C 语言编程，上位机主要是完成对各监测点下位机的巡回检测以及温湿度数据的显示、分析、整理、汇总、存档、打印等管理功能。下位机与上位机的软件流程如图4、图5所示。

图4上位机主程序流程框图图5下位机程序流程框图

4.结束语

该温湿度测量系统主要是用于实现对监测点的温湿度的实时检测以及对采集数据的分析、整理、存档、打印等管理功能电路简单，性能稳定，抗干扰能力强，可靠性高，搭建方便，易于扩展，经过软件进行非线性及温度补偿后，测温、测湿精度可进一步提高，特别适合于低温的仓贮使用和一些低温连续多点监测的场合，是一种行之有效的多路无线温湿度采集的方法,具有相当的实用价值。【参考文献】

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作者简介：王美红，女，讲师，主要从事电子与控制的教学与研究。封百涛，男，讲师，主要从事电子的教学与研究。

［责任编辑：翟成梁］

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（上接第525页）际走出自己的就业之路

新民主主义革命的理论是指引中国新民主主义革命取得胜利的强大思想武器。其中克敌制胜的三大法宝是武装斗争、统一战线和党的领导。新民主主义道路理论给大学生的启发在于：①任何一个国家都不能复制别国的成功经验，同样大学生试图复制任何别人就业的所谓成功经验也是不能成功的，关键在于要走出一条自己的职业之路。从大一开始，就要充分了解自己的状况，了解就业市场，了解就业岗位及其发展方向，从现在开始，进行属于大学生自己的规划和实践，这样既避免盲目跟风的“扎堆“现象，也可以避免缺乏主见、漫无目的和目标迷离。②统一战线这一法宝告诉我们，任何试图通过少数力量取得胜利的想法都是幼稚的。在任何时候发挥团队的力量才能取得成功。所以，大学生如果以创业的方式来实现就业的，就必须根据不同时期的任务来组织自己的团队，职业的道路上需要团结和利用一切可以团结和利用的力量，同时不同阶段上应该有不同的团队和支持者、帮助者，而由于目前大多数工作的复杂性，所以团队不能局限在相同年龄段，比如创业群体中都是学生或者局限在相同的专业，而这个团队要能顺利运行，必须要关注大多数人利益。农村包围城市的道路正是在关注农民利益的基础上取得成功的。因为中国农民人数最多，受害也很深。因此，对大学生创业者来说，只有关注最广大群体的利益，才能得到拥护和支持，才能让自己的团队顺利运行和发展。

培养高素质的大学生，一定要从职业定位、职业创新意识、职业能力和大学生独特的职业之路着手，从入学的那一刻开始，才能真正提

高大学生就业的能力和水平。【参考文献】

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作者简介：章尚贞（1964—），女，金华职业技术学院副教授，主要从事大学生思想政治教育研究。

［责任编辑：王静］

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（上接第470页）透射率的测试可以利用时域功能开窗的办法，抑制环境的反射对传输测试造成的一定影响，提高测量精度。通过提高测试平台和竖直支架的高度，这样透射和反射测试都在同一场地、同一弓形框测试，天线可以不用切换，场地可以简化，因此采用此测试可以大大简化测试的复杂程度，而且也较经济。【参考文献】

［1］AV3629高性能微波一体化矢量网络分析仪用户手册．

作者简介：李剑锐（1976—），男，工程师，1998年毕业于电子科技大学，主要研究方向是电子测量仪器。目前在中国电子集团公司第41研究所从事技术支持工作。

［责任编辑：王静］

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