1、毕业设计文献综述电气工程与自动化无线温湿度检测系统设计摘要随着无线传感网络的发展，环境的监测在各个领域有着广泛的应用，同时，无线传感网络也在传感器的进步下显得更加实用化。针对分散节点温湿度的检测，设计一种基于单片机的无线温湿度监测系统。该设计采用C8051F330单片机为核心的控制器，以温湿度传感器HU10S、无线收发模块NRF24L01、串行通信模块为辅助，完成对温湿度的实时监测。关键词监测系统；无线；温湿度测量；近年来，随着传感器、计算机、无线通信及微电机等技术的发展和相互融合，产生了无线传感器网络1。无线传感器网络是目前国内外的研究热点,具有相当广阔的应用前景。但是,传感器网络要实现实用
2、化,还有许多基础性问题和关键部件需要解决。无线传感器网络的实用化离不开传感器技术的进步。而目前无线传感器网络的的主要领域有这么几个方向军事应用、环境应用、医疗应用、建筑及城市管理和公共安全与反恐。例如美国CROSSBOW公司2005年第四季开展了一项利用无线传感器网络对狙击者进行定位的课题。预先在传感器节点上布设听觉感觉器,根据狙击时声响传到不同传感器节点的时间差,对狙击点进行联合定位2。这类传感器可以在大型集会前提前布置,不需长时间待机,而目前的技术足以满足传感器在体积方面的需求。在我国，无线传感器网络在农业方面的应用很多,但主要集中于测量空气温湿度,缺乏对于如土壤温湿度、CO2浓度的研究,
3、这将是今后进行的一个重要方向。无线传感器作为传感器发展的一个新的方向越来越受到重视,无线传感器网络作为无线传感器的应用随着技术的发展、完善和成熟,将更加趋于实用,在特殊领域,它有着传统技术不可比拟的优势,同时也必将开辟出不少新颖而有价值的商业应用。用于检测温湿度的无线系统，具有简便、可靠的特点，具有可扩充性并且成本较低，是本系统的最大的意义。针对不同的地点，可以将其稍作变动，就可以达到不同的效果。如在家庭中，还可以用于检测天然气是否有泄漏、是否有人进入家中行窃。又如实验室中，则可以改为检测实验室内的有无烟雾等。温湿度的测量在农业生产的大棚管理，仓库粮食存储管理，生产制造行业，气象观测，恒温恒湿
4、的空调房科研及日常生活中被广泛应用。可以说温湿度是影响日常的生产生活以及科研的一个很重要的因素。目前我国许多领域例如农业生产等仍采用测温仪器与人工抄录、管理结合的传统方法，这不仅效率低，而且会由于判断失误和管理不力造成很多严重损失。本系统利用传感器进行数据采集，在C8051F330单片机中对数据进行处理，并同时使用NRF24L01无线模块将数据发送到数据接收端，数据接收端再将数据传送到上位机对实时数据进行汇总和显示。若发现其某项数据超出正常范围，立即发出警报。硬件系统结构分为数据采集端和数据接收端两部分。数据采集端主要包括C8051F330单片机控制系统、数据采集模块和数据发送模块，单片机控制
5、系统是整个系统的控制核心，数据采集模块采集环境的温湿度，然后利用数据发送模块将采集到的温湿度数据发送到数据接收端进行相应的处理。数据接收端主要包括C8051F330单片机控制系统、数据接收模块和串行通信模块，数据接收模块接收到采集方的数据后，将数据传送给单片机控制系统，再通过RS232串行通信将数据传送给上位机，利用上位机软件实现实时监测。作为整个系统的控制部分，单片机控制系统的设计相对来说是最重要的。在本设计中，单片机控制系统主要包括C8051F330单片机、复位电路、电源电路、按键电路和JTAG调试接口。对数据采集端而言，无线发送模块、数据采集模块都是低功耗器件，可以使用5V电源供电，可以
6、选择电池等以适合在室外环境下进行温湿度采集。而对于数据接收端，同样也可以用5V电源供电。本系统采用适合于低功耗应用的高速的C8051F330单片机作为控制芯片，其自带10位模/数转换器；其内部带有的UART0是一个标准的异步、全双工通信串口。此外，其采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行的速度有很大的提高。系统软件的设计同硬件设计一样，分成数据采集端与数据接收端两部分。这两部分的程序大体相似，数据采集端主要负责数据的采集与发送，数据接收端主要负责将数据的接收并传送给电脑。数字滤波是一个计算过程，通常用软件实现。克服大脉冲干扰的数字滤波法通常有限幅滤波法、中值滤波法、基于拉依达准则的奇
7、异数据滤波法、基于中指数绝对偏差的决策滤波器；抑制小幅度高频噪声的平均滤波法有算数平均法；滑动平均法；加权滑动平均法。以下主要介绍其中的几种方法限幅滤波法（又称程序判别法、增量判别法）通过程序判断被测信号的变化幅度，从而消除缓变信号中的尖脉冲干扰。具体方法是，依赖已有的时域采样结果，将本次采样值与上次采样值进行比较，若它们的差值超出允许范围，则认为本次采样值受到了干扰，应予易除5。中值滤波是一种典型的非线性滤波器，它运算简单，在滤除脉冲噪声的同时可以很好地保护信号的细节信息。具体方法是对某一被测参数连续采样N次（一般N应为奇数），然后将这些采样值进行排序，选取中间值为本次采样值。对于温度、液位
8、等缓慢变化的被测参数，采用中值滤波法一般能收到良好的滤波效果。拉依达准则法的应用场合与程序判别法类似，并可更准确地剔除严重失真的奇异数据。拉依达准则当测量次数N足够多且测量服从正态分布时，在各次测量值中，若某次测量值XI所对应的剩余误差VI3，则认为该XI为坏值，予以剔除。算数平均滤波法是指将N个连续采样值（分别为X1至XN）相加，然后取其算术平均值作为本次测量的滤波器输出值。滤波效果主要取决于采样次数N，N越大，滤波效果越好，但系统的灵敏度要下降。因此这种方法只适用于慢变信号。滑动平均滤波法把N个测量数据看成一个队列，队列的长度固定为N，每进行一次新的采样，把测量结果放入队尾，而去掉原来队首
9、的一个数据，这样在队列中始终有N个“最新”的数据。这种滤波方法平滑度高，灵敏度低；但对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差。实际应用时，通过观察不同N值下滑动平均的输出响应来选取N值以便少占用计算机时间，又能达到最好的滤波效果。在实际应用中，有时既要消除大幅度的脉冲干扰，有要做数据平滑。因此常把前面介绍的两种以上的方法结合起来使用，形成复合滤波。先用中值滤波算法滤除采样值中的脉冲性干扰，然后把剩余的各采样值进行平均滤波。连续采样N次，剔除其最大值和最小值，再求余下N2个采样的平均值。显然，这种方法既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰，这种方法可以称为去极值平均滤波算法。上位机的编程软件有VIS
10、UALBASIC，其程序开发周期短。VISUALBASIC自带MSCOMM控件，并且能够方便的作图，把接收到的数据用曲线直观的显示，实现上位机数据的汇总与显示6。该系统采用了面向低功耗系统的C8051F330单片机作为控制芯片，低功耗芯片NRF24L01作为无线传输模块，HU10S温湿度传感器构成了无线温湿度监测系统。其能持续监测并记录数据，一旦温度或湿度有超出正指定范围便发出警报。在农业生产种植中，本系统有着重要的作用，例如温室栽培中，温度与湿度是两个重要的测量和分析指标，必须实时进行监测。本系统具有可扩展性、使用方便、低功耗等优点，可以广泛使用于需要多点温湿度监测的场合。参考文献1陈丹，郑
11、增威，李际军无线传感器网络研究综述J计算机测量与控制，2004，12，7017042何宁，王漫，方昀，刘赐平，裴俊面向无线传感器网络应用的传感器技术综述J计算机应用与软件，2007，9，923马忠梅,籍顺心,张凯,马岩单片机的C语言应用程序设计第四版北京航空航天大学出版社20074阎石，清华大学电子学教研组数字电子技术基础（第四版）高等教育出版社20055常建生检测与转换技术（第三版）机械工业出版社20056宁爱军VISUALBASIC程序设计教程人民邮电出版社20097陈锡辉，张银鸿LABVIEW820程序设计从入门到精通清华大学出版社20078JAMESFKUROSEKEITHWROSSCOMPUTERNETWORKINGATOPDOWNAPPROACHFEATURINGTHEINTERNETTHIRDEDITIONHIGHEREDUCATIONPRESS20089TEXASINSTRUMENTSAWIRELESSSENSORNETWORKFORHOSPITALSECURITYFROMUSERREQUIREMENTSTOPILOTDEPLOYMENTARTICLENUMBER920141
