1、摘要 I 密级： NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR 题 目 ： 基站温、湿度控制系统设计 学 院： 信息工程学院 系 ： 电气与自动化工程系 专业班级： 测控技术与仪器 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 起讫日期： 南 昌 大 学 摘要 II 基站温、湿度控制系统设计 摘要 随着科学的进步，通讯业得到了前所未有的发展，而通信基站的建设与维护也成为评定一个国家通信业发展水平的标志。对于一个通信基站来说，基站外部的各类环境指标对基站的稳定性起到了巨大的作用，其中重要的一 点就是温度和湿度的检测与控制。本文对基站设计了温湿度的
2、检测与控制，以期达到维护基站外部环境的稳定。 本次 设计 采用 STC89C51 型单片机，传感器选用的是性价比较高的 DHT11型温湿度传感器，这是一款数字型传感器，能够检测当前的温度值并反馈给单片机进行处理。系统采用了 AT2402 来存储温湿度的设定值，用户可以根据需要预先通过按键来改变该设定值，同时加入了 LCD1602 液晶屏用于显示设定值和当前温湿度，并在温湿度超过设定阀值时启动蜂鸣器进行报警，同时根据情况驱动对应的继电器来发动外接设备，从而使温湿度始终趋于设 定的范围。 软件部分采用 C 语言进行编写程序，主要包括了主控程序和显示程序、温湿度程序、存储程序、按键程序、显示程序、报
3、警程序以及继电器控制程序等。程序总体简洁紧凑，可读性较强而且编译效率高。 关键词 ：基站 ； STC89C51； 监控 ； DHT11； 湿度 ； 温度 Abstract III Design of Temperature and humidity control system in the base stations Abstract With the scientific progress, the communications industry has been an unprecedented development, and communication base station co
4、nstruction and maintenance has become a national communications industry to assess the level of development. For a communication base station, the base station outside the various types of environmental indicators on the stability of the base station has played a huge role, one of the important poin
5、t is the temperature and humidity detection and control. In this paper, the temperature and humidity detection and control are designed for the base station in order to maintain the stability of the external environment of the base station. This design uses STC89C51 single-chip, the sensor is select
6、ed price is relatively high DHT11 temperature and humidity sensor, which is a digital sensor, can detect the current temperature and feedback to the single-chip for processing. The system uses the AT2402 to store the temperature and humidity settings, the user can press the button in advance to chan
7、ge the set value, while adding LC D1602 LCD screen for the display set value and the current temperature and humidity, and the temperature and humidity over the set Set the threshold when the buzzer to start the alarm, and according to the situation to drive the corresponding relay to launch externa
8、l devices, so that the temperature and humidity tends to set the range. Software part of the preparation of the program using C language, including the main program and display procedures, temperature and humidity procedures, stored procedures, key procedures, display procedures, alarm procedures an
9、d relay control procedures. The program is simple and compact, readable and highly compiled. Keywords: base station； STC89C51； monitor； DHT11； temperature； humidity 目录 III 目录 摘要 .II Abstract . III 第一章 绪论 . 1 1.1 本课题研究的背景与意义 . 1 1.2 基站建设出 现的问题 . 2 1.3 本次设计的意义 . 2 第二章 总体方案 . 4 2.1 功能要求 . 4 2.2 具体方案 .
10、4 2.3 总体结构图 . 4 第三章 硬件设计 . 5 3.1 系统硬件概述 . 5 3.1.1 STC89C51 单片机简介 . 6 3.1.2 单片机最小系统 . 8 3.2 温湿度模块 . 8 3.2.1 DHT11 传感器简介 . 8 3.2.2 DHT11 使用说明 . 9 3.2.3 电路设计 . 11 3.3 按键模块 . 11 3.3.1 独立按键简介 . 11 3.3.2 按键消抖 . 12 3.3.3 电路设计 . 13 3.4 显示模块 . 13 3.4.1 LCD1602 简介 . 13 3.4.2 LCD1602 使用说明 . 14 3.4.3 电路设计 . 15
11、3.5 阀值模块 . 16 3.5.1 AT2402 简介 . 16 3.5.2 电路设计 . 18 3.6 报警模块 . 18 3.6.1 蜂鸣器简介 . 18 目录 IV 3.6.2 电路设计 . 19 3.7 控制模块 . 19 3.7.1 继电器简介 . 19 3.7.2 电路设计 . 20 第四章 软件设计 . 22 4.1 总体设计 . 22 4.2 温湿度模块设计 . 23 4.3 按键模块设计 . 24 4.4 显示模块设计 . 25 4.5 Proteus 软件仿真 . 26 4.6 Keil 程序编写 . 27 第五章 总结 . 28 参考文献 . 29 致谢 . 30 第
12、一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 本课题研究的背景与意义 本次设计的背景是基站，基站的本质是一种 无线电台站，它可以在自己的监测区域内，以移动通信作为交换中心，从而在通信设备中实现信息传递和接收。我国已经成为移动通信的超级大国，几乎人人都要使用到电话、手机和网络等，这些都需要移动通信基站来实现。因此，制造大型通信基站也成为了运营商们重点关注的事项。只有真正建设出更多更好的基站，才能真正使用户受益，也真正能够使得自己的运营实力处在行业领先地位。 现如今计算机通信技术的发展日新月异，以前被广泛使用的小数据量的通信也要慢慢退出历史舞台，为了赶上时代的变化和现代社会快节奏的需要，大数据量宽带数字移
13、动通信系统成为 了时代的主流，而这些改造以及进步全都仰仗基站的建设。移动通信基站的最主要的作用是能够接收到无线信号，并且可以将其发送出去，除此之外它还能够将无线信号变成传输效率更高的光电信号来进行工作。基站按照不同的分类方式可以分成很多不同的种类，如按安装位置分类可以分为室外基站和室内基站 ;按安装方式分类可以分为机柜式宏基站和分布式基站 ;按具体功能分类可以分为无线基站、有线基站等，根据不同的需求，可以建设不同类型的基站。 基站作为移动通信中最重要的部分，如今正在向着体积小、频段多、全 IP化和环保去污染等方向不断的发展。基站 越来越成为现代社会必不可少的重要设施，要真正实现中国的现代化进程
14、，使中国的第三次工业革命中不落后腿，就必须努力建设更多更好的基站。 图 1-1 GPS定位中的基站 第一章 绪论 2 1.2 基站建设出现的问题 虽然基 站的发展速度日新月异，可是在建设中仍然存在着许多的问题，如果不及时解决，那对以后的移动通信产业将造成巨大的障碍。 首先是环保问题，基站的建设需要大量的资源来消耗，中国的通信规模已经达到世界第一，与之而来的耗能也非常惊人。其中主要的耗能产生在通信的载频功耗，它会随着使用量的变化而增大或减小。除此之外，电源系统带来的耗能也不容小觑，为了维持基站正常运转，需要提供风机和空调等设备来实现基站内部环境达标，加上通信电源的自动开启和关闭等，都会消耗大量的
15、电能等。电能的产生需要煤炭等资源来提供，于是耗能问题也就间接的带来 了环保问题，高电量的消耗无论的哪个领域都是非常值得研究解决的大难题。 其次是成本问题。建造一个通信基站首先是场地租赁，以及需要人工和大量基础建筑材料，面对这些问题，运营商一般选择和铁塔公司合作，共同建造以求互相受益。除去这些一般建筑都需要的硬性要求外，基站建设还需要运用到大量的通信有关设备，其中很多都是不菲的价钱。这些通信设备建设好后，还需要一笔维护费用，例如对外部环境的把控，对设备元件的检测与更新等。为了减少成本，现在运营商选择抛开门户，两家或三家运营商合作共建，这样就能够大大解决成本带来的难处，同时也解 决了节约占地、能源
16、等问题。 最后是选址落地问题，由于中国用户知识水平参差不齐，许多公众认为基站会带来大量辐射，从而给基站周围的居民带来身体健康的威胁，所以很多地方基站难以建起来。也正是因为辐射问题，有些地方的基站即使已经建设起来，也被用户不断投诉要求拆去。面对这样的结果，运营商往往选择妥协，顺应公众要求。基站的建设进程便无法开展，而由于没有基站，用户的手机信号往往很差，于是又向运营商反应说希望手机通信能够流畅，对此运营商表示很无奈。除了像上文所说共同建造基站外，为了加速基站的建设和加快中国现代化的进程，通信 有关部门已经研发出一套辐射检验标准来消除公众的疑虑。 基站的建设是值得深刻研究的话题，现代社会已经离不开
17、即时通讯，只有将通信基站开遍华夏大地，才能真正将移动通信事业发展起来。基站的建设所遇到的问题远不止以上几点，解决和落实好这些问题，不仅需要运营商自身的努力，更需要政府的大力支持和民众的充分理解。 1.3 本次设计的意义 （ 1）解决基站的温湿度问题 切实解决基站的温湿度问题是本设计最重大的意义。基站内部的许多设备都第一章 绪论 3 需要一个稳定的外部环境，只有在合适的外部环境下，设备才能发挥最佳性能，继而为用户提供更好的体验 ，以及节省额外的功率和不必要的资源浪费。外部环境有很多指标，温度和湿度无疑是最显眼的，如果这个问题不解决好，基站就无法发挥自身最大的价值，也就浪费了许多为建设基站而产生的
18、资源。建设好温湿度控制系统，首先可以减少设备应为额外功率而产生的用电开支，也就变相的增大了移动通信的收入。除此之外，将基站内部的温湿度维持在一个稳定的范围内，不但可以使设备维持在最佳运行状态，也对设备本身的稳定性起到巨大作用。这样就节约了设备的维护成本，减少了基站的开支。 （ 2）掌握单片机实际应用知识 作为测控技术与仪器专业，控制占了很大的 比例，而作为控制的基础，就有必要掌握好单片机这门技术。通过选择单片机进行基站温湿度控制系统的设计，可以深刻理解单片机的原理，同时从单片机入手，对控制有一个系统的认识。只有书本的知识是远远不够的，必须和实践相结合才能体现知识的力量。同时单片机作为控制入门，
19、为我们提供了一个控制领域的窗口。掌握单片机实际应用知识，为我们今后的学业或工作都具有非常重大的意义。 （ 3）为解决其他领域问题提供经验 事物和事物之间都具有关联性，没有任何一个事物是完全特殊独立的。基站的温湿度问题是一个重要的实际应用问题，同时也是一个非常典 型的系统设计问题，可以为我们以后解决其他领域的问题提供珍贵的经验。通过解决基站温湿度的控制问题，我们可以将其放到其他的领域：从基站来考虑，例如基站内部 CO浓度问题，基站外部太阳光照问题 ; 从温湿度来考虑，例如大棚蔬菜温湿度控制问题，居民楼温湿度控制问题 ; 从单片机来考虑，可以改成例如 PLC， FPGA 等控制设备。通过解决一个问
20、题，从而解决好一系列问题，做到举一反三，这也是一个非常重要的意义。 第二章 总体方案 4 第二章 总体方案 2.1 功能要求 根据国家通信基站建设相关标准，综合各地基本环境情况，设计出一套适用于 基站现场的智能温、湿度控制系统，以较好地保证基站各设备的良好工作情况，并实现良好的节能效果。 系统要求以单片机为内核，要求实现基站室内外温湿度适时监控与显示功能，提供键盘操作设定控制系统各主要参数，并通过继电器控制风机和空调联动操作，保证基站温湿度指标，维持室内微正压，保持室内洁净性，同时节能降耗。 2.2 具体方案 本次 设计 采用 单片机中 MSC-51 系列的 STC89C51 型单片机，通过单
21、片机的I/O 口进行数据的输入和输出，并且单片机作为中央处理器能够处理所接受到的数据，并将结果传到输出端口。传感器选用的是性 价比较高的 DHT11 型温湿度传感器，这是一款成熟的数字型传感器，价格便宜使用方便同时检测结果较为准确，能够检测当前的温度值并转化为数字量反馈给单片机进行处理。系统采用了AT2402 来存储温湿度所需要的设定值，这个设定值能够和当前实际温度进行对比，对比结果能够反馈给单片机进行处理，用户可以根据需要预先通过按键来改变该设定值。当下次重新启动该设计时， AT2402 便能够将上次存储的设定值再次显示出来。设计拥有 4 个按键，用于控制温湿度的设定值的加减，这样就起到了控
22、制温湿度范围的作用。同时加入了 LCD1602 液晶屏用 于显示设定值和当前温湿度，并在温湿度超过设定范围时启动蜂鸣器进行报警，系统根据温湿度超限的实际情况，打开对应的继电器来驱动空调或风机。当温湿度回到设定范围时，继电器开关闭合，报警声消失，从而使温湿度始终趋于一个设定的范围内。 2.3 总体结构图 单片机 显示 继电器 继电器 报警 空调 风机 传感器 按键 复位 温湿度 第二章 总体方案 5 图 2-1 总体结构图 第三章 硬件设计 3.1 系统硬件概述 根据设计要求，此系统硬件电路采用不同模块分别设计然后有机的结合在一起的方式。这样做的好处是当总体设计出现问题时，不需要全部都一一改动，
23、只需要检查是哪 一个模块出现问题，然后针对性的进行调试即可。即便需要后期加入新的一些功能也只需要增加新的模块，修改一下主函数代码，就可以实现系统的改动，非常方便有效。实际模块分为以下几个部分： （ 1） 主控模块 主控模块采用 STC89C51 单片机，这是一款入门级单片机芯片，价格非常便宜，而且操作方便、原理简单、易于扩展。 51 单片机成熟稳定且拥有很多资源，控制效果较好，完全可以满足本次设计的需要。 （ 2） 温湿度模块 温湿度模块采用 DHT11 温湿度传感器，这是一款成熟的数字型传感器，价格便宜使用方便同时检测结果较为准确，能够检测当前的温度值 并转化为数字量反馈给单片机进行处理。
24、（ 3） 按键模块 按键模块采用 4 个独立按键组成，分别构成温湿度设定值的加减，独立按键采用编程方法既可以消除抖动，不需要额外的硬件去抖。 （ 4） 显示模块 显示模块采用 LCD1602 液晶显示屏，这是一款由日本开发的显示屏，可以显示阿拉伯字母、英文字母、数学符号和日本假名，其编程简单，性质稳定，造价便宜，用于显示温湿度结果非常合适。 （ 5） 阀值模块 阀值设定模块采用 AT2402 芯片，这款芯片可以实现掉电存储功能，用于存储 温湿度所需要的设定值，这个设定值能够和当前实际温度进行对比，对比结果能够反馈 给单片机进行处理，用户可以根据需要预先通过按键来改变该设定值。当下次重新启动该设计时， AT2402 便能够将上次存储的设定值再次显示出来。 （ 6） 报警模块 报警模块采用蜂鸣器来完成，通过三极管进行驱动。当温湿度超限时，蜂鸣
