基于无线通信的仓库环境监测系统

论文总字数：15832字

目 录

1绪论 3

1.1课题的背景 3

1.2仓库环境监测的发展现状 3

1.3研究目的 4

2系统总体方案设计 4

2.1无线传输的方案选择 4

2.2LCD显示屏的方案选择 5

2.3传感器选择 5

2.4单片机主芯片选择方案 5

3硬件电路系统设计 6

3.1 STC89C51单片机芯片 6

3.2发送与接收的无线通信模块——nRF24L01 7

3.3稳压电路 10

3.4温度传感器DHT11 10

3.5 LCD显示屏1602 12

3.6 其他相关电路 13

4软件设计 14

4.1总体实现方案 15

4.2温湿度采集程序 17

4.3 nRF24L01发送和接收程序 18

4.4 LCD显示程序 19

4.5 温湿度上下限设置和报警程序 20

5系统测试 21

5.1软件部分测试 21

5.1.1 软件开发环境介绍 21

5.1.2 程序调试 24

5.2硬件部分测试 25

6总结 27

参考文献： 27

致谢 28

基于无线通信的仓库环境监测系统设计

王一忠

，China

Abstract：Temperature and humidity are important indicators of daily life,and they are the basic parameters of many scenes.The design is about monitoring the temperature and humidity of the warehouse, temperature and humidity is an important indicator of the warehouse, so the detection of temperature and humidity is very necessary. This design mainly uses the wireless communication method to solve the problem of monitoring warehouse environment.The temperature and humidity monitoring is consisted of two parts,sending module and receiving module. The sending module collects temperature and humidity information and send these information to receiving module.The receiving module receives these temperature and humidity information through wireless transmission module and displays the information of temperature and humidity on the LCD screen.The design uses the STC89C51 micro-controller and nRF24L01 chip ,as well as LCD1602 screen.

Key words: wireless data transmission technology, temperature and humidity , data transmission

1绪论

1.1课题的背景

在现代工业生产生活中，温湿度作为一项重要的指标，对生产设备能否正常工作有着重大影响，这对整个生产过程能否正常开展有着至关重要的意义，是以设计出一个及时而又精准的温湿度监测有着很迫切的需求。随着人们生活水平的提高，对于自身的居住环境也就更加在意，所以在日常生活中温湿度的监测也是有着很大的作用的。温湿度对人们的身体还会产生很大的影响，比如湿度会影响某些呼吸道疾病的发作^[1] ，如哮喘等，所以对温湿度的监测就十分有必要了。

在对采集到的数据信息进行传输时，当前的温湿度监测系统一般采用有线方式进行数据传输，有线方式的传输速度快，传输性能稳定，能够满足多数情况下的应用需求，但是其应用场景受到一些条件的限制。当被监测对象是运动的物体，或是监测环境不具备铺设有线线路条件，此情形下有线传输就难以实现，但无线数据传输就可以克服这些困难。近些年来，无线传输技术得到了巨大的发展，传输方案进一步简化，传输速率进一步提高，传输的稳定性也有了明显的进步。

无线数据传输方式相较于有线数据传输具有以下的优点：

(1)数据传输是无线方式，采用电磁波传输，适用于那些架线困难的场景；

(2)近些年来，无线传输模块进一步集成，成本、功耗进一步降低，采用单片机与无线传输模块的无线监测系统可以实现低成本、低功耗的温湿度无线监测系统；

(3)无线传输模块可采用多对一进行通信，即多点发送，一点接收。

1.2仓库环境监测的发展现状

传统的电子仪器监测需要进行布线，有着诸多限制，比如放置传感器的位置需要放置在利于布置线路的地方，而且线路一旦布置完成，如果进行修改就需要付出更大的成本，需要重新进行布线穿线，十分麻烦，是以探寻一种低成本而且具有可操作性的方案十分迫切。

目前，国外厂商^[2]大多采用无线数据传输方案，且方案已经相当成熟，可替代有线信息采集方案，其中比较有代表性的方案是Ultraview公司的AD.1250DMAD^[3]，该方案基于PCI总线，采样率上限为1.25 GS／s 8 b，存储深度高达8GB，在66MHz和64b数据宽度下，在DMA模式下通过PCI总线向主机传输采集信息数据速度上限能够达到320MB／s。国内的许多厂商^[4]也在进行此项研究，如福建新大陆NEWLAND、深圳同采TONCY，但是比较国内现有的数据采集系统的性能、精度和价格可发现，国外的系统性能好，精度高，但是价格普遍比较昂贵，国内的解决方案虽然比较便宜，但是性能和精度方面和国外仍存在着很大的距离。

1.3研究目的

传统的仓库温湿度监测装置大多是定点监测，每个监测设备只能够监测固定点的温湿度信息，不能实现多点数据的汇总传输。现在常用的改进方法是通过线路连接实现多点监测，这就需要进行布置线路，加了工程的难度，而且监测的位置一旦确认无法轻易更改，如果更改就需要重新布置线路，浪费大量的人力物力。鉴于传统方式的种种不足，以及改进后仍有的缺陷，有针对性地开展本次仓库环境监测系统的设计。

仓库环境监测系统可以实现对仓库温湿度信息的实时监测，如有必要，还可添加烟雾传感器以及其他各式传感器，进行监测火灾、有毒有害气体等各项情况，可实现多点数据收集，通过无线通信方式，省去了布置线路的麻烦，并可以在一定的范围内随意安置无线通信采集模块，使收集数据的位置变得相对随意。从机将从传感器上收集到的数据进行处理，通过无线通信模块传输到显示模块或计算机，再进行数据的处理和操作。

2系统总体方案设计

系统总体上可分为采集模块和显示模块，本次设计需要进行无线传输方案的选择、LCD显示模块的选择、传感器模块的选择以及单片机芯片的选择，下面针对这几个方面进行本次设计的总体方案选择。

2.1无线传输的方案选择

方案一：近场通信NFC^[5] ，近场通信是一种近年来发展起来的技术，具备NFC功能的设备（比如手机）可以在较短距离的情况下进行数据通信。但是近场通信技术的传输距离过短，一般在二十厘米以内，而且通信时的数据传输速率有限不能满足温湿度监测数据传输的距离以及速率的需求。

方案二：蓝牙传输Bluetooth，蓝牙技术可以实现短距离的一点对多点的数据和语音信号的传输。最新的蓝牙版本提高了数据的传输速度和连接的等待时间，优化了蓝牙的功耗。但是此次设计场景中仓库是比较大的空间，对于传输的距离有一定的要求。

方案三：红外(IrDA)技术^[6]，红外通信的无线数据收发是将数据电脉冲转换为红外脉冲进行发送，接收方再将接收到的红外脉冲转化为数据电脉冲，以实现数据的无线传输；但是，红外技术也存在着很明显的缺点，红外传输是视距传输的一种，点对点通信，无法应用于移动数据传输；而且红外传输的发送装置是红外LED，这种元器件十分容易损坏，导致设备寿命非常有限。

方案四：短距离低功率无线通信技术^[7]，该技术属于无线数据传输的一种，其中射频芯片大多通过FSK方式调制后进行发送，一般使用工业医疗科学（ISM）频段，芯片上包含了使芯片能正常工作的基本外围电路，用户不需要对无线通信的工作原理和工作机制有深入的了解，只要依据芯片提供的技术手册，对相应的接口进行操作即可实现数据的无线传输功能。很多公司专注于低功耗短距离无线传输芯片的开发，其中应用最广的是Nordic^[8]公司推出的nRF系列芯片。

本次设计对传输速率要求不高，但是对传输距离有一定的要求，所以最终方案为低功率短距离无线通信技术

2.2LCD显示屏的方案选择

方案一：LCD12864，LCD12864显示屏支持汉字显示，同时能够显示图形，支持串行接口输入以及并行输入两种输入方法；屏幕显示具有很多功能，支持光标移动以及画面的移动等效果，支持睡眠模式，降低功耗。

方案二：LCD1602，液晶显示屏LCD1602支持字符显示，同时可以显示数字以及符号，但是不支持汉字显示，支持光标移动、画面移动等简单的显示效果。

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