基于物联网的温湿度信息采集系统
《2024年基于Stm32的温湿度检测系统》范文
《基于Stm32的温湿度检测系统》篇一一、引言随着科技的进步和物联网的飞速发展，温湿度检测系统在各个领域的应用越来越广泛。
STM32系列微控制器以其高性能、低功耗的特点，广泛应用于各种嵌入式系统中。
本文将详细介绍一种基于STM32的温湿度检测系统，并阐述其设计思路、工作原理和性能特点。
二、系统概述基于STM32的温湿度检测系统主要由传感器模块、微控制器模块、通信模块以及显示模块等组成。
传感器模块负责采集环境中的温湿度数据，微控制器模块负责数据处理和控制系统工作，通信模块用于与其他设备进行数据传输，显示模块则用于显示温湿度数据。
三、硬件设计1. 传感器模块传感器模块选用DHT11温湿度传感器，该传感器具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点。
DHT11通过I/O口与STM32微控制器进行通信，将采集到的温湿度数据传输给微控制器。
2. 微控制器模块微控制器模块采用STM32系列微控制器，负责整个系统的控制和数据处理。
STM32具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，可满足温湿度检测系统的需求。
3. 通信模块通信模块可根据实际需求选择不同的通信方式，如UART、SPI、I2C等。
本系统采用UART通信方式，通过串口与上位机进行数据传输。
4. 显示模块显示模块可选LED、LCD等显示设备。
本系统采用LCD显示屏，可实时显示温湿度数据。
四、软件设计软件设计主要包括传感器驱动程序、数据处理程序、通信程序以及显示程序等。
1. 传感器驱动程序传感器驱动程序负责初始化DHT11传感器，并读取其采集到的温湿度数据。
驱动程序采用轮询方式读取传感器数据，并通过I/O口将数据传输给微控制器。
2. 数据处理程序数据处理程序负责对传感器采集到的温湿度数据进行处理和转换。
本系统将原始的数字信号转换为摄氏度温度和相对湿度，以便于后续分析和处理。
3. 通信程序通信程序负责将处理后的温湿度数据通过UART口发送给上位机。
通信协议采用标准的串口通信协议，确保数据传输的可靠性和稳定性。
基于物联网技术的智能家居安全监测系统设计与实现
基于物联网技术的智能家居安全监测系统设计与实现智能家居安全监测系统的设计与实现是当前物联网技术发展的一个重要应用领域。
该系统可以通过连接各种传感器和设备，实现对家庭安全的全面监测和预警。
本文将介绍智能家居安全监测系统的设计原理和实现方法，包括系统架构、关键技术和功能实现。
一、系统架构智能家居安全监测系统的架构主要包括传感器、数据处理单元、通信模块和用户端。
传感器模块负责采集家庭环境中的各种参数，如温度、湿度、气体浓度等。
数据处理单元接收传感器数据，并进行实时处理和分析，判断是否存在安全隐患。
通信模块用于与用户端进行数据交互，向用户发送报警信息。
用户端可以通过智能手机或其他终端设备接收监测数据和报警信息。
二、关键技术1. 传感技术：智能家居安全监测系统需要使用各种传感器来实时监测家庭环境的参数。
常见的传感器有温湿度传感器、烟雾传感器和二氧化碳传感器等。
传感器需要具备高精度、低功耗和长寿命的特点。
2. 数据处理与分析技术：传感器采集到的数据需要进行处理和分析，以判断是否存在安全隐患。
数据处理技术可以使用数据挖掘和机器学习算法，通过对历史数据的学习，建立起安全隐患的预测模型。
同时，还可以使用数据可视化技术将监测数据以图表等形式展示给用户，方便用户了解家庭安全状况。
3. 通信技术：智能家居安全监测系统需要实现与用户端的数据交互。
通信技术可以选择Wi-Fi、蓝牙或移动通信技术进行数据传输。
选择合适的通信技术需要考虑传输距离、传输速率和能耗等因素。
4. 设备控制技术：智能家居安全监测系统可以连接各种设备，如灯光、门锁等。
通过设备控制技术，系统可以实现对家庭设备的远程控制，以便用户对家庭安全进行有效管理。
三、功能实现1. 温度和湿度监测：系统可以通过温湿度传感器实时监测家庭的温湿度情况，并向用户发送警报，防止过高或过低的温度和湿度对健康和家居设备造成损害。
2. 烟雾和可燃气体检测：系统可以通过烟雾传感器和可燃气体传感器实时检测家中是否有烟雾和可燃气体泄漏，并及时向用户发送报警信息，以保护家庭安全。
物联网系统综合开发与应用31城市环境信息采集系统
物联网系统综合开发与应用31城市环境信息采集系统城市环境信息采集系统是一种基于物联网技术开发的系统，它可以采集和监测城市环境的各种数据，如空气质量、温度、湿度、光照等。
其中，ZigBee是一种低功耗、低速率和短距离的无线传感器网络技术，它可以实现无线传感器节点之间的互联互通。
本文将从系统组成、工作原理和应用场景等方面进行介绍。
一、系统组成城市环境信息采集系统主要由以下几个组成部分组成：1.传感器节点：传感器节点负责采集环境数据，如温度、湿度、光照、空气质量等，将采集到的数据通过无线信号传输给协调器节点。
2.协调器节点：协调器节点是传感器节点的终端设备，负责与传感器节点进行无线通信，并将采集到的数据发送给数据中心。
3.数据中心：数据中心是整个系统的核心部分，负责接收和存储传感器节点采集到的数据，并进行处理和分析。
数据中心还可以提供数据查询和展示等功能。
4.用户界面：用户界面是系统的操作界面，用户可以通过用户界面查看和管理系统中采集到的数据，如实时数据、历史数据等。
二、工作原理城市环境信息采集系统的工作原理如下：1.传感器节点采集数据：传感器节点通过传感器感知环境参数，如温度、湿度、光照等，并将采集到的数据进行处理和编码。
2. 无线传输数据：传感器节点通过ZigBee无线网络将采集到的数据发送给协调器节点。
ZigBee技术采用低功耗无线通信方式，节点之间的通信距离一般不超过几十米。
3.数据中心接收数据：协调器节点接收到传感器节点发送的数据后，通过无线网络将数据发送给数据中心。
数据中心接收到数据后进行存储。
4.数据处理和分析：数据中心对接收到的数据进行处理和分析，可以进行数据清洗、标准化、异常检测等操作。
通过数据处理和分析，可以得到对城市环境的监测和评估结果。
5.数据展示和查询：数据中心将处理和分析后的数据通过用户界面进行展示和查询。
用户可以通过用户界面查看实时数据和历史数据，进行数据分析和决策。
三、应用场景城市环境信息采集系统可以应用于以下场景：1.空气质量监测：系统可以采集和监测城市中的空气质量数据，帮助政府和相关部门对城市的空气质量进行监测和评估，并采取相应的措施改善环境。
基于物联网的智能家居温控系统设计与实现
基于物联网的智能家居温控系统设计与实现随着智能家居的发展，越来越多的家庭开始将自己的家装备上智能家居系统，如智能门锁、智能家电等。
其中智能家居温控系统的应用也日益普及。
从传统的温控系统到通过物联网连接的智能温控系统的转变，为人们生活带来了更多的便捷和舒适。
一、智能温控系统的优势相比于传统的温控系统，智能温控系统具有以下优势：1.智能化控制：智能温控系统可通过远程控制，实现全方位智能控制，用户可以通过手机等智能终端，在离家外出时，也可以远程精确地控制家中的温度。
2.智能节能：智能温控系统可以根据家庭人员的作息时间和窗帘光照情况，对室内温度进行自动调整。
比如在寒冬天气中，当晚上家中没有人时，系统可以自动降低室内温度，节省能源。
3. 远程控制：智能温控系统可以通过物联网连接到用户的智能手机上，用户可以通过手机控制室内温度、湿度、空气质量、照度等，提高用户使用体验。
4.自动化控制：智能温控系统可以通过物联网连接到智能家电，如智能窗帘等，实现自动化控制，进一步提高家居安全性。
5.智能化监控：智能温控系统可以实时监控室内温度、湿度、空气质量等，对用户的健康和生活质量有更有效的保障。
二、智能温控系统的设计思路智能温控系统的设计需要考虑以下几个方面：1. 控制器的设计：智能温控系统的控制器主要分为硬件和软件两大部分。
硬件主要包括温湿度传感器、电路板、内存芯片、显示屏等。
软件主要包括程序设计和界面设计等。
在程序设计上，需要考虑温度监测和温度调节等功能，在界面设计上，需要考虑用户交互和友好性等方面。
2. 通信模块的设计：智能温控系统需要通过物联网连接到用户的智能手机上，控制用户对家居温度的远程控制。
通信模块的设计需要考虑连接的稳定性和数据传输的安全性等。
3. 电源模块的设计：智能温控系统需要稳定的电源，为其提供可靠的动力源。
需要考虑到家庭电力负荷、芯片功耗等因素。
4. 硬件规格的设计：智能温控系统需要适配家庭多种类型的电器，如暖气、空调、热水器等。
基于物联网技术的校园环境监测系统设计与实现
基于物联网技术的校园环境监测系统设计与实现随着物联网技术的不断发展和普及，物联网在各个领域得到广泛应用。
在校园中，基于物联网技术的校园环境监测系统为改善校园环境质量，提供了一种创新的解决方案。
本文将介绍基于物联网技术的校园环境监测系统的设计理念、实现步骤以及系统的功能与优势。
设计理念：基于物联网技术的校园环境监测系统旨在实时监测校园内各个环境参数，例如温度、湿度、噪音、光照强度等，以提供校园环境质量的掌握和改善手段。
通过传感器节点将环境数据采集并传输至云服务器，再通过用户端系统进行处理和展示。
实现步骤：1. 传感器节点的部署：在校园内合适的位置安装传感器节点，部署的数量和位置需根据校园的规模和环境特点来确定。
传感器节点负责采集和传输环境参数的数据。
2. 无线通信网络的搭建：为了实现传感器节点和云服务器之间的数据传输，需要搭建无线通信网络。
可以选择使用WiFi、LoRaWAN等无线通信技术，考虑到校园环境的复杂性和传输距离的需求，可以根据实际情况选择合适的通信技术。
3. 数据传输与存储：传感器节点通过无线通信网络将采集到的环境数据传输至云服务器。
在云服务器上建立数据库，将接收到的数据进行存储和管理。
可以使用云计算技术来提供强大的计算和存储能力，并确保数据的安全性和可靠性。
4. 数据处理与分析：云服务器上的数据可以进行实时处理和分析。
通过数据挖掘和机器学习技术，可以对多个环境参数进行关联性分析，从而获取更多有价值的信息。
例如，可以发现温度和湿度之间的关系，从而为校园内的温湿度调控提供参考。
5. 用户端系统的设计：用户可以通过手机App或网页等方式访问校园环境监测系统，实时查看校园内的环境参数和数据分析结果。
用户端系统需要提供友好的用户界面和操作方式，使用户能够轻松地获取所需的信息。
系统功能与优势：基于物联网技术的校园环境监测系统具有以下功能和优势：1. 实时监测：系统实时监测环境参数，提供准确、可靠的数据，帮助用户全面了解校园内的环境情况。
基于物联网RFID技术的婴儿培养箱温湿度无线监控网络系统
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《 生物医学工程学进展｝ ０２ ２１ 年第 ３ ３卷第 ３期
医疗器械
ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １７ ｏ：０ ３６ ／．ｓ ．６ ４—１４ ．０ ２ ０ ． １ ｓ ２ ２２ １ ．３０ ７
基 于 物联 网 Ｒ Ｉ ＦＤ技 术 的 婴儿培 养 箱 温 湿 度 无 线监 控 网络 系统
性， 已经在 服 务领 域 、 物 销 售 、 勤 分配 以及 物 流 货 后 等领 域得 到 了快 速 的普 及 和 推 广 。Ｒ Ｉ ＦＤ技 术 应用 到婴 儿培 养 箱 温 湿 度 无 线 智 能 监 控 中 ， 将 Ｒ 是 兀Ｄ
台， 对婴儿培养箱群进行实时和定位的温湿度记录 ， 并 可实现 现场大 屏 显示 和 远 程 登 录访 问 ， 对超 温 报 警 的处理 也 可实现 现场 报 警 、 程 报 警 。包 括 以下 远 内容 ： （ ）建立 了基 于 Ｒ Ｉ １ ＦＤ的无 线测 量 网络 系统 （ ）开发 Ｒ Ｉ ２ ＦＤ和温湿度传感器相结合 的终端 测量模块 ， 分布在婴儿培养箱 内实时采集标签周围
物联网课程设计—基于温湿度传感器物联网应用实时数据处理系统开发46
物联网课程设计—基于温湿度传感器物联网应用实时数据处理系统开发46课程设计报告题目：基于温湿度传感器物联网应用实时数据处理系统开发院〔系〕别：数学与信息工程学院专业：网络工程〔物联网技术〕班级 1 班学号：2006099914姓名：小明指导教师：职称博士填表日期：2021 年 5 月11 日前言一、选题的依据及意义1.依据物联网是一种新概念和新技术，它使新一代IT技术更加充分地应用于各行各业之中。
它的问世打破了过去将基础设施与IT设施分开的传统观念，将建筑物、公路、铁路和网站、网络、数据中心合为一体，是信息化和工业化融合的重要切入点。
温湿度与人们的生活关系紧密，因此物联网在温湿度实时数据处理系统的开发将有专门大的前景。
2.意义在我们的日常生活中无处不在，操纵好温湿度能够使我们生活、生产的更好。
温湿度传感器物联网应用实时数据处理系统开发能够帮我们实现对温湿度以实时数据让我们明了的明白。
从而更好的操纵温湿度、达到我们所需的标准。
二、本课程设计内容简介1. 通过ubuntu连接传感器实验箱收集由传感器测得的实时数据存入sqlite3数据库。
2. 然后通过ubuntu发送到linux、接收并用动态网页显示代表数据变化的曲线。
三、要达到的目标1.能够在ubuntu上实现自动接收由传感器取得、传来的实时数据。
2. 并ubuntu上能边接收边连续往linux发送从传感器取得的实时数据。
3．还要确保发送过的数据可不能再次发送。
4. Linux能接收到ubuntu发过来的实时数据并通过动态网页曲线图实时显示接收过来的数据。
实现方案一、开发环境1.硬件〔详细介绍所涉及硬件的详细内容〕Pc机、温湿度传感器、传感器实验箱、连接所需的各种线。
2.软件〔详细介绍所涉及软件的详细内容〕MDK414〔arm平台编译烧录代码软件〕、KeilC51v750a_Full〔C51平台编译软件〕、STC手动下载〔C51烧录代码软件〕、R340〔串口线连接USB驱动〕、ubuntu操作系统、linux操作系统。
基于MQTT_协议的物联网温室实时数据采集和可视化系统
第12期2023年6月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.12June,2023作者简介:高亭(1990 ),女,河北黄骅人,学士;研究方向:计算机网路,物联网㊂基于MQTT 协议的物联网温室实时数据采集和可视化系统高㊀亭(渤海理工职业学院,河北黄骅061100)摘要:随着物联网技术的兴起,其广泛应用也在深刻地改变着人们的生活㊂越来越多的技术被应用到智慧农业㊁智能家居等领域㊂文章在研究物联网相关的技术发展和整体架构的同时,探讨基于MQTT 协议的物联网实时数据采集及数据可视化相关的应用,希望能够通过数据可视化技术,让更多人更方便地使用物联网技术㊂文章提出的模型使用Arduino Uno 作为微处理器,控制各种传感器获取环境中的数据,并使用ESP8266模块将相关数据发送到云平台,在ThingSpeak TM 云平台实现可视化㊂MQTT 协议主要用于将数据传送到应用层㊂关键词:MQTT ;Arduino Uno ;ThingSpeak TM ;数据可视化中图分类号:TP391㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀物联网技术是继计算机㊁互联网㊁移动通信后的又一次技术浪潮,实现了人与人㊁人与物㊁物与物的全面互联㊂物联网应用在改善人们的生活质量方面发挥了显著的作用㊂这些应用包括交通自动化㊁医疗保健㊁工业自动化和应急响应等㊂数据实时监测和数据实时可视化影响着物联网应用的普及和发展,是物联网技术研究中的重要一环㊂1㊀理论1.1㊀物联网概念㊀㊀物联网一词由凯文㊃阿什顿于1999年在供应链管理领域首次提出㊂物联网是指通过信息传感设备,按约定的协议,将任何物体与网络相连接,物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信,以实现智能化识别㊁定位㊁跟踪㊁监管等功能[1]㊂1.2㊀MQTT 协议㊀㊀MQTT 是用于物联网(IoT)OASIS 标准的协议,运行在TCP /IP 协议上㊂它是一种极其轻量级的基于 发布/订阅 模式的消息传输协议,可以用极少的代码和有限的带宽为远程设备提供实时可靠的消息服务[2]㊂发送方(发布者)和接收方(订阅者)通过Topics 进行通信,并且彼此分离㊂它们之间的连接由MQTT 代理处理㊂MQTT 代理过滤所有传入消息,并将它们正确分发给订阅服务器㊂服务质量(QoS)级别是消息的发送者和消息的接收者之间的协议,该协议定义了特定消息的传递保证[3]㊂MQTT 中有3个QoS 级别:QoS -0为MQTT 最低的QoS 级别㊂QoS -1保证消息至少一次被传递给接收方㊂QoS -2是MQTT 中的最高服务级别,此级别保证预期接收者只接收一次消息,是最安全和最慢的服务质量级别㊂2㊀系统总体设计㊀㊀本文提出了一个基于物联网温室的实时监测系统模型㊂该系统不仅能监测温室内部气候和工作条件,还可以让管理者通过互联网控制相应的工作部件㊂在本文提出的模型架构中,收集的数据经历了从传感器到接口,到执行器的阶段㊂整个阶段可以分为6个数据流阶段:传感器㊁通信/运输㊁加工㊁储存㊁分析和驱动㊂分层系统架构如图1所示㊂图1㊀系统设计本系统的整体架构设计从物联网三层结构展开,每层用于完成不同的工作㊂感知层的主要工作是完成数据采集,该层主要包含微控制器,不同类型的传感器,制动部件㊂传感器是采集信息的重要工具㊂温室日常监测经常使用到的传感器主要包括光传感器㊁温/湿度传感器㊁土壤传感器㊁气体传感器㊂制动部件主要包含门窗㊁照明设备等㊂用户发布的相关命令通过微控制器进行处理,进而控制设备打开和关闭㊂网络层的主要工作是完成数据的传送㊂根据数据传送距离和能耗的不同需求,可以将网络层通信协议分为短距离通信协议和远程通信协议㊂短距离通信技术用于控制信号的传输,使用了WiFi 技术㊂远程通信协议用于将监测数据发送至远程平台,以及将相关管理指令传送至微控制器,使用了MQTT 协议㊂应用层的主要工作是完成数据的处理和数据可视化㊂常见的环境数据主要围绕气候㊁土壤和植物3个部分来产生㊂在气候监测方面:用户根据不同地区,不同气候以及不同需求设定相应的值,主要监测目标有二氧化碳的浓度㊁温/湿度㊁气压等㊂土壤数据主要包括土壤湿度㊁土壤盐度和土壤成分㊂当传感器检测到温室中的监测值不满足设定值时,微处理器模块会将相关数据发送至用户侧,并以可视化的方法展示给用户㊂植物监测的内容应该包括作物病害和叶片温度㊂这两项数据的监测主要是为了识别植物生长的情况,从而使用户能够实时获得植物的健康数据㊂3㊀硬件设计㊀㊀硬件系统部分主要包含有微处理器㊁ESP8266 (ESP-01)通信模块㊁温湿度监测模块㊂微处理器采用Arduino Uno㊂它是基于ATmega328P的微控制器板,有14个数字输入/输出引脚㊁6个模拟输入,可以使用USB电缆连接到计算机或使用AC-DC适配器或电池为其供电㊂Node MCU ESP8266模块带有AT命令固件,具有4MB的闪存,80MHz的系统时钟,大约50kB的可用RAM和片上Wifi收发器㊂湿度传感器是能够测量大气中湿度并将其结果转换为相应电信号的设备㊂将给定温度下的实时湿度读数与等效温度下空气的最大湿度进行比较,计算出相应的电信号比㊂本文根据温室中的温度和湿度判断,选用了DHT11温湿度传感器进行了测试㊂以温湿度监测为例,将DHT11传感器与ESP8266连接至Arduino Uno的GPIO引脚㊂连接电路如图2所示㊂关于湿度和温度的计算都将在Arduino Uno模块中进行,通过ESP-01发送到ThingSpeak API上,从ThingSpeak上可以看到生成的图表㊂图2㊀硬件连接4㊀软件设计㊀㊀系统软件部分使用Arduino IDE开发环境,采用C++语言编写,使用MQTT协议连接到物联网云平台上,物联网云平台采用ThingSpeak TM㊂ThingSpeak TM是物联网的数据收集和数据分析的云平台㊂用户可以使用连接到互联网的传感器来收集数据,ThingSpeak TM免费存储收集到的数据,并提供免费的在线使用的MATLAB来分析这些数据㊂ThingSpeak TM在和端口1883上有一个MQTT代理㊂该代理支持MQTT发布和MQTT订阅㊂通过互联网或局域网,用户可以使用MQTT协议从传感器节点检索实时数据㊂目前Thingspeak API仅支持QoS-0(at most once)㊂Arduino IDE(集成开发环境)是用C和C++编程的函数编写的一个跨平台的计算机应用程序,用于编写㊁编译程序并将其载到Arduino和其他兼容板[4]㊂如表1所示,软件部分主要实现了5个功能㊂如图3所示,本文主要介绍的是功能实现的主程序流程㊂表1㊀功能分析文件名称功能介绍ReadField从ThingSpeak上的公共频道和私人频道阅读WriteSingleField将值写入ThingSpeak上的单个字段WriteMultipleFields使用ThingSpeak将值写入一个事务中的多个字段和状态ReadMultipleFields从ThingSpeak上的公共频道读取多个字段㊁状态㊁位置的值SecureConnect使用上述功能并安全连接到ThingSpeak图3㊀主程序流程除了要实现以上功能外,还要使用代码对连接到ThingSpeak MQTT broker的过程进行设置㊂连接到ThingSpeak的MQTT代理的流程如图4所示㊂如图5 6所示,本系统在ThingSpeak平台上成功对测试环境中的温度和湿度变化进行了可视化展示,从而说明该系统具有实时㊁可视化的特点㊂图4㊀连接MQTT代理流程图5㊀温度可视化5㊀结语㊀㊀本文介绍了基于MQTT 协议的物联网温室数据㊀㊀图6㊀湿度可视化采集和可视化系统,设计了系统的硬件电路和采集环境数据操作的流程,实现了一套完整的物联网数据采集和可视化系统㊂该系统能够获取设备和环境的各项数据,并实时设定和修改监测值㊂本文的研究为物联网的远程监控提供了一种可以参考的解决方案,为物联网实时数据采集和可视化技术应用提供参考㊂参考文献[1]GUBBI J ,BUYYA R ,MARUSIC S ,et al.Internet of Things (IoT ):a vision ,architectural elements ,and future directions [J ].Future Generation Computer Systems ,2013(7):1645-1660.[2]Al -F A ,GUIZANI M ,MOHAMMADI M ,et al.Internet of Things :a survey on enabling technologies ,protocols ,and applications [J ].IEEE Communications Surveys &Tutorials ,2015(4):2347-2376.[3]FAROOQ M S ,RIAZ S ,HELOU M A ,et al.Internet of Things in greenhouse agriculture :a survey on enabling technologies ,applications and protocols [J ].IEEE Access ,2022(10):53374-53397.[4]KWIZERA V ,LI Z ,LUMORVIE V E ,et al.IoT based greenhouse real -time data acquisition and visualization through message queuing telemetry transfer (MQTT )protocol [J ].Advances in Internet of Things ,2021(2):77-93.(编辑㊀李春燕)Real time data acquisition and visualization system of iot greenhousebased on MQTT protocolGao TingBohai Vocational College of Science and Technology Huanghua 061100 ChinaAbstract With the rise of IoT technology IoT applications are changing our lives.More and more technologies are applied to smart agriculture smart home and other fields.This paper aims to study the technology development of IoT and discuss the application of real -time data collection and data visualization of IoT based on MQTT protocol.It is hoped that more people can use the IoT technology conveniently through data visualization technology.In the proposed model Arduino Uno is used as a microprocessor to control various sensors to obtain environmental e the ESP8266module to send relevant data to the cloud platform ThingSpeak TM realizes visualization on the cloud platform.Key words TM。
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兰州理工大学计算机与通信学院2014年春季学期物联网综合应用课程实践设计题目：基于物联网的温湿度信息采集系统专业班级： _姓名：学号： _____指导教师： _____成绩：摘要 (2)前言 (3)一基本原理 (4)1.1硬件方面 (5)1.1.1芯片SHT10介绍 (5)1.1.2 CC2530介绍 (7)1.2软件方面 (9)1.2.1 zigbee协议介绍 (9)1.2.2 zigbee协议栈结构 (10)二系统分析 (14)三详细设计 (16)3.1 总体软件结构图 (16)3.2硬件模块设计 (17)3.3 编码 (18)四总结 (20)五参考文献 (21)六致谢 (21)附录 (22)摘要温湿度数据的采集、传输以及处理，广泛应用于森林火灾的防范，粮仓的温湿度控制以及家庭智能化控制等领域内。
针对传统的有线方式检测、采集、传输中节点分散需要大量布线等问题，本设计主要从无线传感方向进行改进，本次课程设计介绍了一种基于CC2530和数字温湿度传感器的温湿度采集系统。
该系统采用Zigbee无线通信技术结合传感器，通过运用Zigbee协议架构组建无线传感网络,实现主从节点的数据采集和传输,以及一点对多点，两点之间的通信。
并详细阐述了基于Zigbee协议栈的中心节点和终端节点的协议传输，主要是从Zigbee协议栈网络层里AODV路由协议着手，阐述在网络层如何通过AODV路由协议进行节点间的连接以及数据的收发。
关键字:温湿度数据采集; CC2530;Zigbee协议栈; 无线传感网络前言温度是表示物体冷热程度的物理量，湿度，表示大气干燥程度的物理量。
温度的自动监测已经成为各行业进行安全生产和减少损失的重要措施之一。
传统的温度测量方式测量周期长，施工复杂，不便于管理，并且在有些特定场合如封闭，高压等环境下根本无法测量。
但是往往这些场合容易引起很大的事故。
因而温度的无线传输显的越来越重要。
在生活方面，比如智能建筑可以感知随处可能发生的火灾隐患，及早提供相关信息；根据人员分布情况自动控制中央空调，实现能源节约；及时掌握酒店客房内客人的出入信息，以便在有突发事件时能及时准确的发出通知，确保客人的人身财产安全。
在医疗领域的方面，主要包括跟踪治疗、移动观察、远程医疗、患者数据管理、药物跟踪、手机求救、病人数据收集、医疗垃圾跟踪和短信沟通等多方面的新应用。
由此可知，温度和湿度对日常生产生活都有很重要的意义。
因此，对二者的采集、监控、分析等就显得尤为重要。
本课程设计就对嵌入式温湿度采集系统进行详细分析和设计。
Zigbee技术在Zigbee联盟和IEEE 802.15.4的推动下，结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络。
它不仅在工业，农业，军事，环境，医疗等传统领域具有巨大的应用价值，未来在应用中还可以涉及人类日常生活和社会生产活动所有领域。
由于各方面的制约，Zigbee技术的大规模的商业应用还有待时日，但已经显示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的日趋成熟和发展推进，一定会得到更广泛的应用。
一系统原理本实验将使用CC2530读取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据。
最后将采样到的数据转换然后在LCD上显示。
其中对温湿度的读取是利用CC2530的I/O （P1.0和P1.1）模拟一个类IIC的过程。
CC2530 是基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee 和RF4CE 上的一个片上系统解决方案。
其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。
CC2530 芯片结合了RF 收发器，增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他模块的强大的功能。
如今CC2530 主要有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB 的闪存。
其具有多种运行模式，使得它能满足超低功耗系统的要求。
同时CC2530运行模式之间的转换时间很短，使其进一步降低能源消。
1.1硬件方面1.1.1芯片SHT10介绍SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出。
它采用专利的CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与 14 位的 A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。
SHT10 引脚特性如下：1. VDD，GND SHT10 的供电电压为2.4~5.5V。
传感器上电后，要等待 11ms 以越过“休眠”状态。
在此期间无需发送任何指令。
电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。
2. SCK 用于微处理器与 SHT10 之间的通讯同步。
由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小 SCK 频率。
3. DATA 三态门用于数据的读取。
DATA 在 SCK 时钟下降沿之后改变状态，并仅在 SCK 时钟上升沿有效。
数据传输期间，在 SCK 时钟高电平时，DATA 必须保持稳定。
为避免信号冲突，微处理器应驱动 DATA 在低电平。
需要一个外部的上拉电阻（例如：10kΩ）将信号提拉至高电平。
上拉电阻通常已包含在微处理器的 I/O 电路中。
向 SHT10 发送命令：用一组“ 启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。
它包括：当 SCK 时钟高电平时DATA 翻转为低电平，紧接着 SCK 变为低电平，随后是在 SCK 时钟高电平时 DATA 翻转为高电平。
后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”，和五个命令位。
SHT10 会以下述方）式表示已正确地接收到指令：在第 8 个 SCK 时钟的下降沿之后，将 DATA 拉为低电平（ACK位）。
在第 9 个SCK 时钟的下降沿之后，释放 DATA（恢复高电平）。
测量时序(RH 和 T)：发布一组测量命令（‘00000101’表示相对湿度 RH，‘00000011’表示温度 T）后，控制器要等待测量结束。
这个过程需要大约 11/55/210ms，分别对应8/12/14bit 测量。
确切的时间随内部晶振速度，最多有±15%变化。
SHTxx 通过下拉 DATA 至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。
控制器在再次触发 SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。
检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。
接着传输 2 个字节的测量数据和 1 个字节的 CRC 奇偶校验。
需要通过下拉 DATA 为低电平，uC以确认每个字节。
所有的数据从 MSB 开始，右值有效（例如：对于 12bit 数据，从第 5 个SCK 时钟起算作 MSB；而对于 8bit 数据，首字节则无意义）。
用CRC 数据的确认位，表明通讯结束。
如果不使用 CRC-8 校验，控制器可以在测量值 LSB 后，通过保持确认位 ack 高电平，来中止通讯。
在测量和通讯结束后，SHTxx 自动转入休眠模式。
通讯复位时序：如果与 SHTxx 通讯中断，下列信号时序可以复位串口：当 DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟 9 次或更多。
在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。
这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。
图1 SHT10温湿度采集电路原理图图2 SHT10引脚图1.1.2 CC2530介绍CC2530 是基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee 和RF4CE 上的一个片上系统解决方案。
其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。
CC2530 芯片结合了RF 收发器，增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他模块的强大的功能。
如今CC2530 主要有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB 的闪存。
其具有多种运行模式，使得它能满足超低功耗系统的要求。
同时CC2530运行模式之间的转换时间很短，使其进一步降低能源消耗。
CC2530包括了1个高性能的2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和1个8051控制器，它具有32/64/128 kB可选择的编程闪存和8 kB的RAM，还包括ADC、定时器、睡眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路和21个可编程I/O引脚，这样很容易实现通信模块的小型化。
CC2530是一款功耗相当低的单片机，功耗模式3下电流消耗仅0.2μA，在32 k晶体时钟下运行，电流消耗小于1μA。
CC2530芯片使用直接正交上变频发送数据。
基带信号的同相分量和正交分量由DAC转换成模拟信号，经过低通滤波，变频到所设定的信道上。
当需要发送数据时，先将要发送的数据写入128B的发送缓存中，包头是通过硬件产生的。
最后经过低通滤波器和上变频的混频后，将射频信号被调制到 2.4GHz，后经天线发送出去。
CC2530有两个端口分别为TX/RX，RF端口不需要外部的收发开关，芯片内部已集成了收发开关。
CC2530的存储器ST-M25PE16是4线的SPI通信模式的FLASH，可以整块擦除，最大可以存储2M个字节。
工作电压为2.7v到3.6v。
CC2530温度传感器模块反向F型天线采用TI公司公布的2.4GHz倒F型天线设计。
天线的最大增益为＋3.3dB，天线面积为25.7×7.5mm。
该天线完全能够满足CC2530工作频段的要求（CC2530工作频段为2.400GHz～2.480GHz）。
图3 CC2530芯片引脚CC2530芯片引脚功能AVDD1 28 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接AVDD2 27 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接AVDD3 24 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接AVDD4 29 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接AVDD5 21 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接AVDD6 31 电源（模拟） 2-V–3.6-V 模拟电源连接DCOUPL 40 电源（数字） 1.8V 数字电源去耦。
不使用外部电路供应。
DVDD1 39 电源（数字） 2-V–3.6-V 数字电源连接DVDD2 10 电源（数字） 2-V–3.6-V 数字电源连接GND - 接地接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面。
GND 1，2，3，4 未使用的连接到GNDP0_0 19 数字I/O 端口0.0P0_1 18 数字I/O 端口0.1P0_2 17 数字I/O 端口0.2P0_3 16 数字I/O 端口0.3P0_4 15 数字I/O 端口0.4P0_5 14 数字I/O 端口0.5P0_6 13 数字I/O 端口0.6P0_7 12 数字I/O 端口0.7P1_0 11 数字I/O 端口1.0-20-mA 驱动能力P1_1 9 数字I/O 端口1.1-20-mA 驱动能力P1_2 8 数字I/O 端口1.2P1_3 7 数字I/O 端口1.3P1_4 6 数字I/O 端口1.4P1_5 5 数字I/O 端口1.5P1_6 38 数字I/O 端口1.6P1_7 37 数字I/O 端口1.7P2_0 36 数字I/O 端口2.0P2_1 35 数字I/O 端口2.1P2_2 34 数字I/O 端口2.2P2_3 33 数字I/O 模拟端口2.3/32.768 kHz XOSCP2_4 32 数字I/O 模拟端口2.4/32.768 kHz XOSCRBIAS 30 模拟I/O 参考电流的外部精密偏置电阻RESET_N 20 数字输入复位，活动到低电平RF_N 26 RF I/O RX 期间负RF 输入信号到LNARF_P 25 RF I/O RX 期间正RF 输入信号到LNAXOSC_Q1 22 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚1或外部时钟输入XOSC_Q2 23 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚21.2软件方面1.2.1 zigbee协议介绍ZigBee协议标准采用分层结构，每一层为上层提供一系列特殊的服务：数据实体提供数据传输服务；管理实体则提供所有其他的服务。